基于部分線段圖像識別的懸鏈線弧垂實測方法

池小兵　黃陽　黃景標　莫枝閱

摘 要：輸電導線弧垂是導線運行的重要參數(shù)，影響電網的安全穩(wěn)定運行。由于輸電線路跨越范圍廣，線路走廊狀況復雜，傳統(tǒng)的運行輸電線弧垂測量方法操作復雜，誤差較大，為此，該文提出一種基于部分線段圖像識別的弧垂計算方法，該方法只需用高清相機拍攝部分線段并測定導線的檔距等簡單數(shù)據(jù)，然后采用中值濾波和Canny邊緣檢測算子進行圖像預處理；再以懸鏈線模型為基礎提取部分段曲線的獨立狀態(tài)參數(shù)，最后還原完整的懸鏈曲線并計算其弧垂。通過兩端等高懸鏈線及兩端不等高懸鏈線的實測試驗，結果表明，該方法既能克服運行線路弧垂測量條件的困難，又能滿足工程的精度要求。

關鍵詞：懸鏈線模型；弧垂測量；圖像識別；Matlab仿真

引言

輸電線路弧垂是線路設計和運行維護的主要指標之一，弧垂過小，架空線的拉應力就大，桿塔荷載增大，安全系數(shù)減小，嚴重時可能發(fā)生斷線、倒塔和掉串等事故；弧垂過大，架空線對地及交叉跨越物的安全距離不足，風擺、舞動和跳躍會造成線路停電事故的風險就隨之增加[1]。因此，運行線路的日常巡檢中需要對弧垂進行實時監(jiān)測，將弧垂控制在規(guī)程要求的范圍內以保證線路和被跨越設備的安全。

傳統(tǒng)的導線弧垂實測計算方法主要有角度法、馳度板觀測法和中點高度法[2-4]等，這些方法均存在測量難度大、實時性差，或者誤差較大的問題。隨著現(xiàn)代測量技術的不斷發(fā)展和各類先進工程測量儀器的開發(fā)，基于先進的測量儀器和計算平臺（包括計算機算法[5]、圖像識別技術[6-7]、光纖光柵應變傳感器[8]、LabVIEW平臺[9]、J2ME技術[10]以及電場逆運算原理[11]等）的弧垂測量新方法應運而生。利用圖像處理技術進行弧垂計算有全景拼接數(shù)碼照片[12]和計算機視覺原理標定線路坐標值[13]等方式。其中，全景拼接技術在實際操作中，容易出現(xiàn)拼接失真而帶來較大的計算誤差；利用計算機視覺原理計算弧垂時需要標定線路坐標值，在地形環(huán)境復雜的地區(qū)難以進行準確標定坐標值，甚至是無法完成的。此外，其他仿真類方法需要用到復雜的計算公式和考慮影響弧垂的眾多因素如導線溫度、張力、傳輸容量等，在實際工程應用中給現(xiàn)場人員帶來不便，因此很難得到應用推廣。為此，文章提出一種基于部分線段圖像識別的弧垂計算方法。

1 部分段圖像識別

由于拍攝圖像的復雜性，為了使特征的提取精度更高，需要對圖像進行預處理，包括濾波[14]和邊緣檢測[15]等。

1.1 圖像濾波

5 結束語

以懸鏈線模型為基礎，通過部分線段圖像識別分析，提取部分段曲線的獨立狀態(tài)參數(shù)，還原完整懸鏈線并計算其弧垂值。

（1）采用中值濾波和Canny邊緣檢測算子進行部分段圖像處理，能夠得到較清晰的曲線和較準確的圖像像素點坐標。

（2）利用Matlab 進行仿真試驗，結果表明，對于兩端等高或不等高的柔索，該方法都能夠較好地提取曲線的狀態(tài)參數(shù)，恢復完整的柔索曲線并較為精確地計算出弧垂值。

（3）從導線的固有形態(tài)（懸鏈線狀態(tài)）提取計算弧垂的參數(shù)，避開導線應力、溫度、傳輸容量等影響，能對弧垂進行準確、直觀的測量。

參考文獻

[1]黃俊杰，王身麗，陳早明，等.架空輸電線路弧垂計算的計算機實現(xiàn)[J].湖北電力，2003，3：1-3.

[2]時瀑森，王占林.弧垂觀測及大檔距弧垂觀測新方法[J].湖北電力，2012，36（5）：61-63.

[3]趙新衛(wèi).線路弧垂的觀測方法[J].大眾用電，2009（6）：29-29.

[4]竇小晶，瑚躍進，陳貴鋒，等.大檔距架空線弧垂測量及其誤差分析[J].供用電，2009，26（4）：15-17.

[5]奉斌，羅輝.配電架空線路應力弧垂計算機算法[J].廣西電業(yè)，2006（9）：90-92.

[6]陳斯雅，王濱海，盛戈 ，等.采用圖像攝影的輸電線路弧垂測量方法[J].高電壓技術，2011（04）：904-908.

[7]黃新波，張曉霞，李立 ，等.采用圖像處理技術的輸電線路導線弧垂測量[J].高電壓技術，2011（08）：1961-1965.

[8]李路明，孟小波，張治國，等.基于光纖光柵應變傳感器的架空輸電線弧垂實時監(jiān)測[J].電力建設，2011，32（7）：51-54.

[9]桂菲菲，王振剛，龐百勝，等.基于LabVIEW的架空輸電線最大弧垂計算方法[J].電力建設，2013，34（7）：108-113.

[10]劉萬夫，劉濤.J2ME技術在架空線路弧垂觀測角計算中的應用[J].電力建設，2013，33（11）：101-103.

[11]陳楠，文習山，藍磊，等.基于電場逆運算的輸電導線弧垂計算方法[J].中國電機工程學報，2011，31（16）：121-127.

[12]楊靖超.基于弧垂在線檢測的輸電線路動態(tài)增容技術[D].北京：華北電力大學，2006.

[13]李俊芳.基于計算機視覺的輸電線弧垂測量[D].北京：華北電力大學，2008.

[14]趙高長，張磊，武風波.改進的中值濾波算法在圖像去噪中的應用[J].應用光學，2011（04）：678-682.

[15]譚艷，王宇俊，李飛龍，等.幾種典型的圖像邊緣檢測算法的分析比較[J].電腦知識與技術，2012（07）：1604-1607.

[16]張震陸，陳本賢.柔索分析的“懸鏈段”方法研究[J].工程力學，1990（4）：41-47.

作者簡介：池小兵（1988-），男，本科，工程師，主要從事生產設備管理部輸電管理工作。

黃陽 （1971-），男，本科，工程師，主要從事工程管理等技術工作。

黃景標（1966-），男，本科，工程師，主要從事輸電管理工作。

莫枝閱（1989-），男，碩士研究生，主要研究方向為電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性。endprint

摘 要：輸電導線弧垂是導線運行的重要參數(shù)，影響電網的安全穩(wěn)定運行。由于輸電線路跨越范圍廣，線路走廊狀況復雜，傳統(tǒng)的運行輸電線弧垂測量方法操作復雜，誤差較大，為此，該文提出一種基于部分線段圖像識別的弧垂計算方法，該方法只需用高清相機拍攝部分線段并測定導線的檔距等簡單數(shù)據(jù)，然后采用中值濾波和Canny邊緣檢測算子進行圖像預處理；再以懸鏈線模型為基礎提取部分段曲線的獨立狀態(tài)參數(shù)，最后還原完整的懸鏈曲線并計算其弧垂。通過兩端等高懸鏈線及兩端不等高懸鏈線的實測試驗，結果表明，該方法既能克服運行線路弧垂測量條件的困難，又能滿足工程的精度要求。

關鍵詞：懸鏈線模型；弧垂測量；圖像識別；Matlab仿真

引言

輸電線路弧垂是線路設計和運行維護的主要指標之一，弧垂過小，架空線的拉應力就大，桿塔荷載增大，安全系數(shù)減小，嚴重時可能發(fā)生斷線、倒塔和掉串等事故；弧垂過大，架空線對地及交叉跨越物的安全距離不足，風擺、舞動和跳躍會造成線路停電事故的風險就隨之增加[1]。因此，運行線路的日常巡檢中需要對弧垂進行實時監(jiān)測，將弧垂控制在規(guī)程要求的范圍內以保證線路和被跨越設備的安全。

傳統(tǒng)的導線弧垂實測計算方法主要有角度法、馳度板觀測法和中點高度法[2-4]等，這些方法均存在測量難度大、實時性差，或者誤差較大的問題。隨著現(xiàn)代測量技術的不斷發(fā)展和各類先進工程測量儀器的開發(fā)，基于先進的測量儀器和計算平臺（包括計算機算法[5]、圖像識別技術[6-7]、光纖光柵應變傳感器[8]、LabVIEW平臺[9]、J2ME技術[10]以及電場逆運算原理[11]等）的弧垂測量新方法應運而生。利用圖像處理技術進行弧垂計算有全景拼接數(shù)碼照片[12]和計算機視覺原理標定線路坐標值[13]等方式。其中，全景拼接技術在實際操作中，容易出現(xiàn)拼接失真而帶來較大的計算誤差；利用計算機視覺原理計算弧垂時需要標定線路坐標值，在地形環(huán)境復雜的地區(qū)難以進行準確標定坐標值，甚至是無法完成的。此外，其他仿真類方法需要用到復雜的計算公式和考慮影響弧垂的眾多因素如導線溫度、張力、傳輸容量等，在實際工程應用中給現(xiàn)場人員帶來不便，因此很難得到應用推廣。為此，文章提出一種基于部分線段圖像識別的弧垂計算方法。

1 部分段圖像識別

由于拍攝圖像的復雜性，為了使特征的提取精度更高，需要對圖像進行預處理，包括濾波[14]和邊緣檢測[15]等。

1.1 圖像濾波

5 結束語

以懸鏈線模型為基礎，通過部分線段圖像識別分析，提取部分段曲線的獨立狀態(tài)參數(shù)，還原完整懸鏈線并計算其弧垂值。

（1）采用中值濾波和Canny邊緣檢測算子進行部分段圖像處理，能夠得到較清晰的曲線和較準確的圖像像素點坐標。

（2）利用Matlab 進行仿真試驗，結果表明，對于兩端等高或不等高的柔索，該方法都能夠較好地提取曲線的狀態(tài)參數(shù)，恢復完整的柔索曲線并較為精確地計算出弧垂值。

（3）從導線的固有形態(tài)（懸鏈線狀態(tài)）提取計算弧垂的參數(shù)，避開導線應力、溫度、傳輸容量等影響，能對弧垂進行準確、直觀的測量。

參考文獻

[1]黃俊杰，王身麗，陳早明，等.架空輸電線路弧垂計算的計算機實現(xiàn)[J].湖北電力，2003，3：1-3.

[2]時瀑森，王占林.弧垂觀測及大檔距弧垂觀測新方法[J].湖北電力，2012，36（5）：61-63.

[3]趙新衛(wèi).線路弧垂的觀測方法[J].大眾用電，2009（6）：29-29.

[4]竇小晶，瑚躍進，陳貴鋒，等.大檔距架空線弧垂測量及其誤差分析[J].供用電，2009，26（4）：15-17.

[5]奉斌，羅輝.配電架空線路應力弧垂計算機算法[J].廣西電業(yè)，2006（9）：90-92.

[6]陳斯雅，王濱海，盛戈 ，等.采用圖像攝影的輸電線路弧垂測量方法[J].高電壓技術，2011（04）：904-908.

[7]黃新波，張曉霞，李立 ，等.采用圖像處理技術的輸電線路導線弧垂測量[J].高電壓技術，2011（08）：1961-1965.

[8]李路明，孟小波，張治國，等.基于光纖光柵應變傳感器的架空輸電線弧垂實時監(jiān)測[J].電力建設，2011，32（7）：51-54.

[9]桂菲菲，王振剛，龐百勝，等.基于LabVIEW的架空輸電線最大弧垂計算方法[J].電力建設，2013，34（7）：108-113.

[10]劉萬夫，劉濤.J2ME技術在架空線路弧垂觀測角計算中的應用[J].電力建設，2013，33（11）：101-103.

[11]陳楠，文習山，藍磊，等.基于電場逆運算的輸電導線弧垂計算方法[J].中國電機工程學報，2011，31（16）：121-127.

[12]楊靖超.基于弧垂在線檢測的輸電線路動態(tài)增容技術[D].北京：華北電力大學，2006.

[13]李俊芳.基于計算機視覺的輸電線弧垂測量[D].北京：華北電力大學，2008.

[14]趙高長，張磊，武風波.改進的中值濾波算法在圖像去噪中的應用[J].應用光學，2011（04）：678-682.

[15]譚艷，王宇俊，李飛龍，等.幾種典型的圖像邊緣檢測算法的分析比較[J].電腦知識與技術，2012（07）：1604-1607.

[16]張震陸，陳本賢.柔索分析的“懸鏈段”方法研究[J].工程力學，1990（4）：41-47.

作者簡介：池小兵（1988-），男，本科，工程師，主要從事生產設備管理部輸電管理工作。

黃陽 （1971-），男，本科，工程師，主要從事工程管理等技術工作。

黃景標（1966-），男，本科，工程師，主要從事輸電管理工作。

莫枝閱（1989-），男，碩士研究生，主要研究方向為電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性。endprint

摘 要：輸電導線弧垂是導線運行的重要參數(shù)，影響電網的安全穩(wěn)定運行。由于輸電線路跨越范圍廣，線路走廊狀況復雜，傳統(tǒng)的運行輸電線弧垂測量方法操作復雜，誤差較大，為此，該文提出一種基于部分線段圖像識別的弧垂計算方法，該方法只需用高清相機拍攝部分線段并測定導線的檔距等簡單數(shù)據(jù)，然后采用中值濾波和Canny邊緣檢測算子進行圖像預處理；再以懸鏈線模型為基礎提取部分段曲線的獨立狀態(tài)參數(shù)，最后還原完整的懸鏈曲線并計算其弧垂。通過兩端等高懸鏈線及兩端不等高懸鏈線的實測試驗，結果表明，該方法既能克服運行線路弧垂測量條件的困難，又能滿足工程的精度要求。

關鍵詞：懸鏈線模型；弧垂測量；圖像識別；Matlab仿真

引言

輸電線路弧垂是線路設計和運行維護的主要指標之一，弧垂過小，架空線的拉應力就大，桿塔荷載增大，安全系數(shù)減小，嚴重時可能發(fā)生斷線、倒塔和掉串等事故；弧垂過大，架空線對地及交叉跨越物的安全距離不足，風擺、舞動和跳躍會造成線路停電事故的風險就隨之增加[1]。因此，運行線路的日常巡檢中需要對弧垂進行實時監(jiān)測，將弧垂控制在規(guī)程要求的范圍內以保證線路和被跨越設備的安全。

傳統(tǒng)的導線弧垂實測計算方法主要有角度法、馳度板觀測法和中點高度法[2-4]等，這些方法均存在測量難度大、實時性差，或者誤差較大的問題。隨著現(xiàn)代測量技術的不斷發(fā)展和各類先進工程測量儀器的開發(fā)，基于先進的測量儀器和計算平臺（包括計算機算法[5]、圖像識別技術[6-7]、光纖光柵應變傳感器[8]、LabVIEW平臺[9]、J2ME技術[10]以及電場逆運算原理[11]等）的弧垂測量新方法應運而生。利用圖像處理技術進行弧垂計算有全景拼接數(shù)碼照片[12]和計算機視覺原理標定線路坐標值[13]等方式。其中，全景拼接技術在實際操作中，容易出現(xiàn)拼接失真而帶來較大的計算誤差；利用計算機視覺原理計算弧垂時需要標定線路坐標值，在地形環(huán)境復雜的地區(qū)難以進行準確標定坐標值，甚至是無法完成的。此外，其他仿真類方法需要用到復雜的計算公式和考慮影響弧垂的眾多因素如導線溫度、張力、傳輸容量等，在實際工程應用中給現(xiàn)場人員帶來不便，因此很難得到應用推廣。為此，文章提出一種基于部分線段圖像識別的弧垂計算方法。

1 部分段圖像識別

由于拍攝圖像的復雜性，為了使特征的提取精度更高，需要對圖像進行預處理，包括濾波[14]和邊緣檢測[15]等。

1.1 圖像濾波

5 結束語

以懸鏈線模型為基礎，通過部分線段圖像識別分析，提取部分段曲線的獨立狀態(tài)參數(shù)，還原完整懸鏈線并計算其弧垂值。

（1）采用中值濾波和Canny邊緣檢測算子進行部分段圖像處理，能夠得到較清晰的曲線和較準確的圖像像素點坐標。

（2）利用Matlab 進行仿真試驗，結果表明，對于兩端等高或不等高的柔索，該方法都能夠較好地提取曲線的狀態(tài)參數(shù)，恢復完整的柔索曲線并較為精確地計算出弧垂值。

（3）從導線的固有形態(tài)（懸鏈線狀態(tài)）提取計算弧垂的參數(shù)，避開導線應力、溫度、傳輸容量等影響，能對弧垂進行準確、直觀的測量。

參考文獻

[1]黃俊杰，王身麗，陳早明，等.架空輸電線路弧垂計算的計算機實現(xiàn)[J].湖北電力，2003，3：1-3.

[2]時瀑森，王占林.弧垂觀測及大檔距弧垂觀測新方法[J].湖北電力，2012，36（5）：61-63.

[3]趙新衛(wèi).線路弧垂的觀測方法[J].大眾用電，2009（6）：29-29.

[4]竇小晶，瑚躍進，陳貴鋒，等.大檔距架空線弧垂測量及其誤差分析[J].供用電，2009，26（4）：15-17.

[5]奉斌，羅輝.配電架空線路應力弧垂計算機算法[J].廣西電業(yè)，2006（9）：90-92.

[6]陳斯雅，王濱海，盛戈 ，等.采用圖像攝影的輸電線路弧垂測量方法[J].高電壓技術，2011（04）：904-908.

[7]黃新波，張曉霞，李立 ，等.采用圖像處理技術的輸電線路導線弧垂測量[J].高電壓技術，2011（08）：1961-1965.

[8]李路明，孟小波，張治國，等.基于光纖光柵應變傳感器的架空輸電線弧垂實時監(jiān)測[J].電力建設，2011，32（7）：51-54.

[9]桂菲菲，王振剛，龐百勝，等.基于LabVIEW的架空輸電線最大弧垂計算方法[J].電力建設，2013，34（7）：108-113.

[10]劉萬夫，劉濤.J2ME技術在架空線路弧垂觀測角計算中的應用[J].電力建設，2013，33（11）：101-103.

[11]陳楠，文習山，藍磊，等.基于電場逆運算的輸電導線弧垂計算方法[J].中國電機工程學報，2011，31（16）：121-127.

[12]楊靖超.基于弧垂在線檢測的輸電線路動態(tài)增容技術[D].北京：華北電力大學，2006.

[13]李俊芳.基于計算機視覺的輸電線弧垂測量[D].北京：華北電力大學，2008.

[14]趙高長，張磊，武風波.改進的中值濾波算法在圖像去噪中的應用[J].應用光學，2011（04）：678-682.

[15]譚艷，王宇俊，李飛龍，等.幾種典型的圖像邊緣檢測算法的分析比較[J].電腦知識與技術，2012（07）：1604-1607.

[16]張震陸，陳本賢.柔索分析的“懸鏈段”方法研究[J].工程力學，1990（4）：41-47.

作者簡介：池小兵（1988-），男，本科，工程師，主要從事生產設備管理部輸電管理工作。

黃陽 （1971-），男，本科，工程師，主要從事工程管理等技術工作。

黃景標（1966-），男，本科，工程師，主要從事輸電管理工作。

莫枝閱（1989-），男，碩士研究生，主要研究方向為電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性。endprint