本發(fā)明涉及對輸電桿塔特別是高壓輸電桿塔的監(jiān)控技術，具體涉及一種基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測方法及系統(tǒng)。

背景技術：

隨著國家電力建設的迅速發(fā)展和用電需求的擴張，電網規(guī)模的不斷擴大，在復雜地形條件下的電網建設和設備維護工作也越來越多。作為電力輸送紐帶的桿塔具有分散性大、地處偏遠、難以巡視及維護困難等特點。輸電桿塔的狀況直接關系到電力部門的供電安全，因此對輸電桿塔本體及周邊環(huán)境進行遠程監(jiān)測成為一項迫切工作。

桿塔監(jiān)測系統(tǒng)是對架空輸電線路桿塔傾斜度、地基沉降、周圍環(huán)境及絕緣子、防震錘、螺栓等桿塔設備進行監(jiān)測的一種監(jiān)控系統(tǒng)。目前桿塔監(jiān)測除人工監(jiān)測法外，還出現了許多基于視頻的桿塔狀態(tài)監(jiān)測方法。人工監(jiān)測法受天氣、桿塔距離等影響，存在監(jiān)控效率低，監(jiān)控不全面的缺陷；基于視頻的監(jiān)測方法采用單一視點對桿塔進行成像，通過通信鏈路將采集圖像傳輸回監(jiān)控中心，再利用圖像處理方法獲取桿塔相關狀態(tài)，監(jiān)測結果受通信信號穩(wěn)定程度及傳輸距離影響，實時性差。且用單一視點進行桿塔多設備監(jiān)測不具有針對性，監(jiān)測結果與背景復雜度有關，各設備的狀態(tài)監(jiān)測結果相互干擾，狀態(tài)監(jiān)測準確性低。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測方法及系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)技術中人工監(jiān)測存在的監(jiān)控效率低、不全面的問題及采用單視點視頻監(jiān)測存在的實時性差、準確性低、監(jiān)控結果不具有針對性的問題。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的方案是：

基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)，其包括：

供電系統(tǒng)、數據采集單元、數據處理系統(tǒng)、通信網絡及監(jiān)控中心；

所述供電系統(tǒng)為整個監(jiān)測系統(tǒng)提供電力支持；

所述數據采集單元包括分布于桿塔上的多個圖像采集傳感器，每個圖像采集傳感器固定監(jiān)測桿塔上的一個興趣點，并將采集的圖像傳輸給數據處理系統(tǒng)；

所述數據處理系統(tǒng)包括與圖像采集傳感器一一對應連接的視覺處理芯片VPU，每個VPU用于對該興趣點的采集圖像進行處理并輸出狀態(tài)監(jiān)測結果；

所述通信網絡采用北斗衛(wèi)星通信方式實現桿塔、基站、監(jiān)控中心之間的數據傳輸和通信；

所述監(jiān)控中心負責接收桿塔狀態(tài)監(jiān)測結果進行數據分析、桿塔狀態(tài)預測以及決策。

作為進一步優(yōu)化，所述圖像采集傳感器包括至少一個相機，所述相機為單目相機或雙目相機。相機的個數和類型根據監(jiān)測的興趣點的特點進行選擇，針對不同的興趣點有不同的選擇方式，從而實現更加靈活、有針對性的監(jiān)控。

作為進一步優(yōu)化，所述通信網絡包括設置在桿塔、變電站和監(jiān)控中心的北斗短報文模塊。

本發(fā)明采用北斗衛(wèi)星通信方式實現數據傳輸和通信，與常規(guī)的光纖通信、無線通信及ZigBee組網等通信方式相比，具有不受監(jiān)測地形、傳輸距離、網絡信號等影響的優(yōu)勢。

作為進一步優(yōu)化，所述供電系統(tǒng)采用風力發(fā)電或太陽能發(fā)電方式為數據采集單元、數據處理系統(tǒng)及桿塔上的通信模塊提供電力支持。

作為進一步優(yōu)化，所述興趣點包括：桿塔本體、塔基、螺栓、絕緣子和桿塔四周。

本發(fā)明中采用上述組合形式的狀態(tài)監(jiān)測結果表示方法能夠使得監(jiān)控中心快速、準確地獲知興趣點具體狀態(tài)情況，除了上述組合方式外，本發(fā)明中的狀態(tài)監(jiān)測結果還可以根據具體需求定制，更加人性化。

此外，本發(fā)明的另一目的還在于提出一種基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測方法，其應用于上述監(jiān)測系統(tǒng)，包括以下步驟：

A、對桿塔的各興趣點的圖像信息進行采集和處理后輸出狀態(tài)監(jiān)測結果；

B、根據狀態(tài)監(jiān)測結果判斷興趣點狀態(tài)是否存在異常，若不存在異常，則僅將狀態(tài)監(jiān)測結果上傳給監(jiān)控中心，所存在異常，則將所述狀態(tài)監(jiān)測結果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心；

C、監(jiān)控中心接收狀態(tài)監(jiān)測結果，或者接收狀態(tài)監(jiān)測結果和問題畫面，并進行數據分析、對桿塔狀態(tài)進行預測及決策。

作為進一步優(yōu)化，在步驟A之前還包括步驟：

A0、劃分興趣點并進行編號，并對各興趣點可能出現的狀態(tài)關聯對應狀態(tài)代碼。

作為進一步優(yōu)化，步驟B中，將狀態(tài)監(jiān)測結果上傳給監(jiān)控中心，或者將所述狀態(tài)監(jiān)測結果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心的方法是：

桿塔直接將狀態(tài)監(jiān)測結果或者將監(jiān)測結果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心；

或者，桿塔通過變電站將狀態(tài)監(jiān)測結果或者將狀態(tài)監(jiān)測結果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心。

作為進一步優(yōu)化，所述桿塔通過變電站將狀態(tài)監(jiān)測結果或者將狀態(tài)監(jiān)測結果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心的方法為：

桿塔將變電站的ID號和通訊內容申請信號加密后以報文形式通過衛(wèi)星轉入地面中心站；

地面中心站接收到報文后，經過解密和再加密后加入持續(xù)廣播的出站廣播電文中，經衛(wèi)星廣播給變電站；

變電站接收廣播的出站廣播電文，并經過解調解密后，識別監(jiān)控中心地址，然后將通訊內容傳送給監(jiān)控中心。

作為進一步優(yōu)化，所述狀態(tài)監(jiān)測結果包括興趣點編號、狀態(tài)標識、狀態(tài)代碼；其中興趣點編號用于區(qū)分不同興趣點，狀態(tài)標識用Yes或No對應表示該興趣點狀態(tài)正?；虍惓＃瑺顟B(tài)代碼采用十進制數字或二進制數字或英文字母表示興趣點具體的狀態(tài)分類。

本發(fā)明的有益效果是：

1.采用多節(jié)點實現桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測，每個節(jié)點固定觀測某個興趣點，監(jiān)控更加全面；

2.針對不同監(jiān)測對象，桿塔全系統(tǒng)中每個節(jié)點或采用單目或采用雙目相機有針對地監(jiān)測桿塔狀態(tài)，可進一步提高監(jiān)測準確性；

3.采用北斗衛(wèi)星通信方式實現數據傳輸和通信，與常規(guī)的光纖通信、無線通信及ZigBee組網等通信方式相比，具有不受監(jiān)測地形、傳輸距離、網絡信號等影響的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)結構框圖；

圖2為基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測原理圖；

圖3為桿塔‐變電站通信鏈路示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明旨在提出一種基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測方法及系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)技術中人工監(jiān)測存在的監(jiān)控效率低、不全面的問題及采用單視點視頻監(jiān)測存在的實時性差、準確性低、監(jiān)控結果不具有針對性的問題。

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施案例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明中基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)包括供電系統(tǒng)、數據采集單元、數據處理系統(tǒng)、通信網絡及監(jiān)控中心；

所述供電系統(tǒng)為整個監(jiān)測系統(tǒng)提供電力支持；

所述數據采集單元包括分布于桿塔上的多個圖像采集傳感器，每個圖像采集傳感器固定監(jiān)測桿塔上的一個興趣點，并將采集的圖像傳輸給數據處理系統(tǒng)；

所述數據處理系統(tǒng)包括與圖像采集傳感器一一對應連接的視覺處理芯片VPU，每個VPU用于對該興趣點的采集圖像進行處理并輸出狀態(tài)監(jiān)測結果；

所述通信網絡采用北斗衛(wèi)星通信方式實現桿塔、基站、監(jiān)控中心之間的數據傳輸和通信；

所述監(jiān)控中心負責接收桿塔狀態(tài)監(jiān)測結果進行數據分析、桿塔狀態(tài)預測以及決策。

在具體實現上，本發(fā)明采用多節(jié)點監(jiān)測方式，節(jié)點與興趣點相對應，每一個節(jié)點能夠固定監(jiān)測一個興趣點，而每一個節(jié)點都包括一個圖像采集傳感器單元和與其對應連接的專業(yè)視覺處理芯片VPU(視頻處理單元),其中圖像采集傳感器單元可采用一個相機，也可以采用多個相機以提高圖像采集準確度，在具體選擇時，可以根據監(jiān)測的興趣點的特點進行選擇。

如圖2所示，在本例中，針對絕緣子、塔桿、導線和其它附屬設備都設置了對應傳感器進行圖像采集，并針對每個傳感器也設置了對應VPU進行圖像處理，以便輸出監(jiān)測結果，監(jiān)測結果可以通過通信模塊上傳至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對數據進行存儲及分析，以便做出相應預測和決策。

基于上述系統(tǒng)，本發(fā)明實施例基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測方法包括以下實現步驟：

1)劃分興趣點并進行編號，并對各興趣點可能出現的狀態(tài)關聯對應狀態(tài)代碼；

興趣點的選取和劃分根據實際需求，作為一種優(yōu)化選擇方式，可以將桿塔本體、塔基、螺栓、絕緣子和桿塔四周作為興趣點，以便監(jiān)控桿塔是否傾斜、塔基是否塌陷、螺栓是否松動或脫落、絕緣子是否污染、爆裂、缺失、線下是否有燒荒現象出現等；

這些狀態(tài)即為興趣點可能出現的狀態(tài)，為了便于數據傳輸和識別，本發(fā)明針對各個興趣點的這些狀態(tài)進行代碼化，比如：將絕緣子設為興趣點1，編號為1，桿塔地基設為興趣點2，編號為2。

絕緣子可能出現的狀態(tài)有：0、正常1、污穢(a、輕度污染，b、中度污染，c、重度污染)2、爆裂3、缺失等。

桿塔可能的狀態(tài)代碼有：0、正常1、桿塔傾斜2、桿塔倒塌3等。

2)對桿塔的各興趣點的圖像信息進行采集和處理后輸出狀態(tài)監(jiān)測結果；

這里的狀態(tài)監(jiān)測結果包括興趣點編號、狀態(tài)標識、狀態(tài)代碼；其中興趣點編號用于區(qū)分不同興趣點，狀態(tài)標識用Yes或No對應表示該興趣點狀態(tài)正?；虍惓?，狀態(tài)代碼采用十進制數字或二進制數字或英文字母表示興趣點具體的狀態(tài)分類；

以上述采用十進制數字作為狀態(tài)代碼為例，針對絕緣子若檢測到狀態(tài)正常，則輸出“1Yes0“作為狀態(tài)監(jiān)測結果，其中“1”為絕緣子的興趣點編號，“Yes”表示興趣點狀態(tài)正常，“0”表示其狀態(tài)代碼。若檢測到絕緣子輕度污染，則輸出“1No1a”作為狀態(tài)監(jiān)測結果，同理，“1”為絕緣子的興趣點編號，“No”表示興趣點狀態(tài)異常，“1a”表示其狀態(tài)代碼，對應輕度污染。

3)根據狀態(tài)監(jiān)測結果判斷興趣點狀態(tài)是否存在異常，若不存在異常，則僅將狀態(tài)監(jiān)測結果上傳給監(jiān)控中心，所存在異常，則將所述狀態(tài)監(jiān)測結果和采集的問題畫面上傳給監(jiān)控中心；

在本步驟中，根據狀態(tài)監(jiān)測結果進行判斷，具體是根據狀態(tài)標識進行判斷，如果不存在異常，則為了節(jié)約網絡資源，直接上傳狀態(tài)監(jiān)測結果即可，如果存在異常，為了進一步對異常狀態(tài)進行分析，除了上傳狀態(tài)監(jiān)測結果以外，還要上傳問題圖像。

鑒于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)既能導航定位又能短報文通信以及輸電線路中桿塔地理位置偏僻、地形復雜等特點，本發(fā)明中，基于多相機的桿塔全系統(tǒng)監(jiān)測的通信網絡由北斗衛(wèi)星系統(tǒng)實現桿塔、變電站、監(jiān)控中心間的相互通信。圖3表示以桿塔—變電站的通信鏈路傳輸示例。具體步驟如下：

(1)首先，在桿塔、變電站分別安裝可以發(fā)送和接收短報文的北斗短報文模塊。

(2)桿塔將變電站的ID號和通訊內容申請信號加密通過衛(wèi)星轉入地面中心站。

(3)地面中心站接收到通訊申請信號后，經解密和再加密后加入持續(xù)廣播的出站廣播報

文中，經衛(wèi)星廣播給變電站。

(4)變電站接收出站信號，解調解密出站報文，完成一次通訊。

此后，變電站可以通過互聯網(有線或無線方式)將解密出來的數據再以數據流的形式發(fā)送給監(jiān)控中心，本發(fā)明還支持桿塔與監(jiān)控中心之間的直接通信。

4)、監(jiān)控中心接收狀態(tài)監(jiān)測結果，或者接收狀態(tài)監(jiān)測結果和問題畫面，并進行數據分析、對桿塔狀態(tài)進行預測及決策。

監(jiān)控中心包括手機、便攜電腦、巡檢車等移動終端以及固定監(jiān)測中心等，負責接收桿塔狀態(tài)監(jiān)測結果進行數據分析、桿塔狀態(tài)預測以及決策。

在本發(fā)明中，相機和VPU以及通信模塊所需的電力由供電系統(tǒng)提供，供電系統(tǒng)的供電方式可為風力發(fā)電、太陽能發(fā)電或者其他發(fā)電方式。