一種多傳感器集成的輸電線路覆冰攝影測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種覆冰量測方法，尤其是涉及一種多傳感器集成的輸電線路覆冰攝 影測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 暴雪，凍雨等災(zāi)害天氣導(dǎo)致輸電線路覆冰現(xiàn)象產(chǎn)生，覆冰增加輸電線路的荷重，易 形成斷線、倒塔（桿）、閃絡(luò)等事故，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重威脅。
[0003] 覆冰參數(shù)是電力部門預(yù)防覆冰導(dǎo)致的事故決策制定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從覆冰監(jiān)測原理 及分析方法來說，可以分為圖像法、稱重法、導(dǎo)線傾角-弧垂法。圖像法是從桿塔視頻裝置 中采集圖片，計算出覆冰面積，再換算到等效的覆冰厚度。該方法簡單易行，但是攝像頭 有可能被冰雪覆蓋，導(dǎo)致整個檢測系統(tǒng)癱瘓。稱重法是利用拉力傳感器測量一個檔距內(nèi)覆 冰導(dǎo)線的質(zhì)量，通過排除法，最終得到覆冰的質(zhì)量，在換算成覆冰的厚度。但是拉力傳感器 運(yùn)行的穩(wěn)定性和測量精度有著較大的差異。傾角_弧垂法將采集到的導(dǎo)線傾角、弧垂等參 數(shù)，結(jié)合輸電線路狀態(tài)方程、線路參數(shù)和氣象環(huán)境參數(shù)，計算導(dǎo)線的覆冰重量和覆冰平均厚 度。這種方案計算出的覆冰厚度是檔內(nèi)平均值，無法反應(yīng)覆冰具體分布情況。在對于大量 固定監(jiān)測終端未覆蓋的區(qū)域，人工巡檢和直升機(jī)巡檢是輸電線路巡檢的兩種主要方法。該 方法主要是通過巡線員采用望遠(yuǎn)鏡觀察定性估算，存在工作量大及測量精度無法保證等問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：提供一種多傳感器集成的輸電線路覆冰攝影測量方 法，以解決現(xiàn)有技術(shù)對于大量固定監(jiān)測終端未覆蓋的輸電線路區(qū)域，人工巡檢和直升機(jī)巡 檢是輸電線路巡檢的兩種主要方法，該方法主要是通過巡線員采用望遠(yuǎn)鏡觀察定性估算， 存在工作量大及測量精度無法保證等問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案： 一種多傳感器集成的輸電線路覆冰攝影測量方法，它包括： 步驟1、相機(jī)檢校，獲得相機(jī)內(nèi)方位元素及畸變改正參數(shù)，本發(fā)明相機(jī)采用高分辨率相 機(jī)。
[0006] 步驟2、建立輸電線路覆冰參數(shù)量測數(shù)學(xué)模型； 步驟3、電力線覆冰影像特征提取，在影像上獲取覆冰幾何形狀參數(shù)； 步驟4、基于頂U(kuò)和激光測距儀的距離量測，獲得相機(jī)到輸電線的距離值； 步驟5,根據(jù)步驟2建立的輸電線路覆冰參數(shù)量測數(shù)學(xué)模型，將步驟3的覆冰幾何形狀 參數(shù)及步驟4的距離值帶入數(shù)學(xué)模型，獲得輸電線路覆冰參數(shù)值。
[0007] 步驟1所述相機(jī)檢校，獲得相機(jī)內(nèi)方位元素及畸變改正參數(shù)它包括下述步驟： 步驟1. 1、相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變差初始值計算：建立二維平面檢校格網(wǎng)板 500mmx700mm，格網(wǎng)為13X17個，格網(wǎng)點(diǎn)的精度為2mm;獲取二維平面檢校格網(wǎng)板的影像， 提取格網(wǎng)點(diǎn)影像坐標(biāo)；用二維DLT獲取相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變差參數(shù)的初始值，通過公式
計算出相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變差，式中/為檢校格網(wǎng)板點(diǎn)坐 標(biāo)；X，_7為對應(yīng)的影像點(diǎn)坐標(biāo)；A_A為DLT變化參數(shù)； 步驟1. 2、相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變差優(yōu)化，用基于共線方程的光束法平差模型，通過檢 校板影像共同參與平差，獲得相機(jī)檢校參數(shù)，共線方程的光束法平差模型公式為：
式中：X，Y，Z為檢校格網(wǎng)板點(diǎn)坐標(biāo)；x，y為對應(yīng)的影像點(diǎn)坐標(biāo)；Xs，Ys，Zs為相機(jī)的 空間位置坐標(biāo)；fx，fy，xO，yO為相機(jī)內(nèi)方位元素；Kl，K2，Pl，P2為畸變差參數(shù)；纖： 和.轉(zhuǎn):為畸變差改正al-a3，bl-b3，cl_c3為系數(shù)；r為像點(diǎn)坐標(biāo)到原點(diǎn)的半徑。
[0008] 步驟3所述電力線覆冰影像特征提取，在影像上獲取覆冰幾何形狀參數(shù)包括如下 步驟： 步驟3. 1、采用高斯濾波平滑圖像
式中：x, y為像點(diǎn)坐標(biāo)，為方差； 步驟3. 2、計算每個像素梯度賦值和方向值，形成梯度圖像和方向圖像，并對梯度圖像 進(jìn)行非極大值抑制； 步驟3. 3,采用雙閾值法從候選邊緣中檢測和連接邊緣。
[0009] 所述步驟4中，基于頂U(kuò)和激光測距儀的距離量測，獲得相機(jī)到輸電線的距離值的 方法為：用激光測距儀和MU測得電力線下方任一目標(biāo)物的距離及水平角，通過三角形邊 角關(guān)系，換算得到相機(jī)到電力線的實(shí)際距離值，換算公式為：
式中：D為相機(jī)到電力線的距離，％和Di分別為相機(jī)到電力線 的水平距離和斜距，:和，為相應(yīng)的水平角。
[0010] 所述步驟5中覆冰幾何形狀參數(shù)在代入數(shù)學(xué)模型前，先用步驟1中的相機(jī)內(nèi)方位 元素及畸變改正參數(shù)進(jìn)行改正。
[0011] 本發(fā)明有益效果： 采用本發(fā)明的測量方法，能得到可靠的輸電線路覆冰參數(shù)量測值。本發(fā)明具有如下優(yōu) 點(diǎn)：集成多種傳感器，針對固定監(jiān)測終端覆蓋不到的輸電線路區(qū)域或惡劣天氣下固定監(jiān)測 終端無法工作情況下，靈活高效解決高精確輸電線路覆冰參數(shù)量測問題，本發(fā)明解決了現(xiàn) 有技術(shù)對于大量固定監(jiān)測終端未覆蓋的輸電線路區(qū)域，人工巡檢和直升機(jī)巡檢是輸電線路 巡檢的兩種主要方法，該方法主要是通過巡線員采用望遠(yuǎn)鏡觀察定性估算，存在工作量大 及測量精度無法保證等問題。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明輸電線路覆冰參數(shù)量測數(shù)學(xué)模型的各個參數(shù)關(guān)系示意圖； 圖2為本發(fā)明相機(jī)到電力線距離測量原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] -種多傳感器集成的輸電線路覆冰攝影測量方法，它包括： 步驟1、相機(jī)檢校，獲得相機(jī)內(nèi)方位元素及畸變改正參數(shù)； 步驟2、建立輸電線路覆冰參數(shù)量測數(shù)學(xué)模型； 步驟3、電力線覆冰影像特征提取，在影像上獲取覆冰幾何形狀參數(shù)； 步驟4、基于頂U(kuò)和激光測距儀的距離量測，獲得相機(jī)到輸電線的距離值； 步驟5,根據(jù)步驟2建立的輸電線路覆冰參數(shù)量測數(shù)學(xué)模型，將步驟3的覆冰幾何形狀 參數(shù)及步驟4的距離值帶入數(shù)學(xué)模型，獲得輸電線路覆冰參數(shù)值。
[0014] 本發(fā)明集成多種傳感器，通過高分辨照相機(jī)獲取輸電線路覆冰影像及慣性測量裝 置MU和激光測距儀獲取距離輸電線的距離，根據(jù)嚴(yán)密的中心投影幾何關(guān)系得到輸電線路 覆冰參數(shù)量測數(shù)學(xué)模型，通過該模型得到輸電線路覆冰參數(shù)值，相對傳統(tǒng)的電力線覆冰測 量方法，該方法靈活，可操作性好，是對固定安裝的覆冰檢測終端的有效補(bǔ)充。同時，該方法 量測的精度較高，相對一些定性估算方法而言，覆冰厚度參數(shù)的可靠性能得到保證。
[0015] 步驟1所述相機(jī)檢校，獲得相機(jī)內(nèi)方位元素及畸變改正參數(shù)它包括下述步驟： 步驟1. 1、相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變差初始值計算：建立二維平面檢校格網(wǎng)板 500mmx700mm，格網(wǎng)為13X17個，格網(wǎng)點(diǎn)的精度為2mm;獲取二維平面檢校格網(wǎng)板的影像， 提取格網(wǎng)點(diǎn)影像坐標(biāo)；用二維DLT獲取相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變差參數(shù)的初始值，通過公式
計算出相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變差，式中/為檢校格網(wǎng)板點(diǎn)坐標(biāo)； I，7為對應(yīng)的影像點(diǎn)坐標(biāo)；A-A為DLT變化參數(shù)； DLT為直接線性變換。
[0016] 步驟1. 2、相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變差優(yōu)化，用基于共線方程的光束法平差模型，通 過檢校板影像共同參與平差，獲得相機(jī)檢校參數(shù)，共線方程的光束法平差模型公式為：
式中：X，Y，Z為檢校格網(wǎng)板點(diǎn)坐標(biāo)；x，y為對應(yīng)的影像點(diǎn)坐標(biāo)；Xs，Ys，Zs為相機(jī)的 空間位置坐標(biāo)；fx,fy,xO,yO為相機(jī)內(nèi)方位元素；Kl,K2,PI,P2為畸變差參數(shù) 和爲(wèi)^為畸變差改正al-a3，bl-b3，cl_c3為系數(shù)；r為像點(diǎn)坐標(biāo)到原點(diǎn)的半徑。
[0017] 步驟2所述的建立輸電線路覆冰參數(shù)量測數(shù)學(xué)模型為： 式中：覆冰直徑H、影像高度h、相機(jī)像距八電力線距離D。
[0018] 覆冰直徑仗影像高度A、相機(jī)像距m及相機(jī)與電力線距離&間滿足等比關(guān)系； 像距作T由相機(jī)標(biāo)定獲得，相機(jī)與電力線距離飾T以由測距儀和MU獲得的數(shù)據(jù)解算， 覆冰直徑參數(shù)A可以影像邊緣檢測獲得，通過公式即可獲得覆冰電力線的直徑A
[0019] 比較覆冰前后的兩次紀(jì)t差即為覆冰厚度，覆冰前的電力線直徑可由線路數(shù)據(jù)庫 直接得到或無覆冰情況下測量獲得。 步驟3所述電力線覆冰影像特征提取，在影像上獲取覆冰幾何形狀參數(shù)包括如下步 驟： 步驟3. 1、采用高斯濾波平滑圖像
式中：x，y為像點(diǎn)坐標(biāo)，涵為方差。