基于圖像識別技術(shù)的輸電線路智能監(jiān)控系統(tǒng)

郭蔚波

摘要：目前在輸電線路上的實(shí)際應(yīng)用不足，在已經(jīng)應(yīng)用的相關(guān)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，輸電線路的在線監(jiān)控中，對接用戶較多且需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)參數(shù)較多，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)在多用戶多數(shù)據(jù)條件中，系統(tǒng)響應(yīng)緩慢，且容易出現(xiàn)崩潰。為此設(shè)計(jì)基于圖像識別技術(shù)的輸電線路智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效改善系統(tǒng)多用戶多監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)下的運(yùn)行性能。

關(guān)鍵詞：圖像識別技術(shù);輸電線路

1 基于圖像識別技術(shù)的輸電線路智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 DM385 IP攝像機(jī)

本文系統(tǒng)中使用的IP攝像機(jī)型號為DM385，運(yùn)用TI公司的TMS320DM385芯片。而DM385攝像機(jī)可以自主實(shí)現(xiàn)視頻穩(wěn)定、自動(dòng)對焦、邊緣增強(qiáng)等功能，同時(shí)可以在攝像機(jī)上外接視頻輸入模塊、串口以及網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊[5-6]。

DM385 IP攝像機(jī)具有圖像質(zhì)量高，實(shí)時(shí)性好以及性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。對攝像機(jī)所拍攝的視頻的處理采用DM385視頻處理器，該處理器具有高集成性和低功耗的特點(diǎn)，攝像機(jī)可以兼容安置[7]。同時(shí)圖像輸出主碼流為1080P/960P/720P等。DM385 IP攝像機(jī)在夜晚同樣可以進(jìn)行圖像視頻采集，呈現(xiàn)出清晰的影像，滿足系統(tǒng)需求[8]。

1.2 系統(tǒng)太陽能供電管理電路設(shè)計(jì)

本文系統(tǒng)中放置在線路基點(diǎn)的攝像機(jī)供電采用太陽能光伏板來進(jìn)行供電，在供電管理中采用鋰電池進(jìn)行供電管理，通過兩組鋰電池的交替充放電，來對DM385 IP攝像機(jī)進(jìn)行不間斷供電，同時(shí)通過繼電器來控制兩路鋰電池的供電輸出，供電原理圖如圖1所示。

通過邏輯組將圖1中的電池組成或門結(jié)構(gòu)，同時(shí)經(jīng)過LDO來讓電源電壓降壓，并供電給MCU，同時(shí)電池組的輸出經(jīng)過濾波后，在MCU的轉(zhuǎn)換中，MCU對電壓進(jìn)行采樣，并作為繼電器動(dòng)作的判別依據(jù)。再經(jīng)過MCU進(jìn)行電池電壓比較，并控制繼電器R1和R2的動(dòng)作流程，讓太陽能光伏板對電池組B1和B2進(jìn)行充電[9]。而當(dāng)MCU控制繼電器R3和R4進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，可以將供電模式切換為鋰電池組進(jìn)行供電[10]。而當(dāng)設(shè)備斷電后，重新啟動(dòng)工作時(shí)，需要讓鋰電池組充電并恢復(fù)正常工作，此時(shí)，需要設(shè)定閾值電壓，當(dāng)電壓低于閾值電壓時(shí)，電壓需要切斷供電電池的輸出，當(dāng)高于閾值電壓時(shí)則恢復(fù)供電。

2 基于圖像識別技術(shù)的輸電線路智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 嵌入式系統(tǒng)環(huán)境搭建

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主程序?qū)z像機(jī)模擬視頻信號的采集，以及格式轉(zhuǎn)換并呈現(xiàn)給用戶[11]，考慮到在監(jiān)控系統(tǒng)中用戶往往較多，且并行事務(wù)較多，本文系統(tǒng)環(huán)境采用嵌入式結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭建[12]。嵌入式環(huán)境中，包括Linux操作系統(tǒng)下的PC宿主機(jī)，以及DVS357的開發(fā)板，PC宿主機(jī)的系統(tǒng)為Windows 7，開發(fā)板和宿主機(jī)間連接一個(gè)交換機(jī)，并在同一網(wǎng)絡(luò)下。系統(tǒng)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)如圖2所示。

通過對使用Linux服務(wù)環(huán)境下的宿主機(jī)添加工具鏈，并使其建立起交叉的編譯程序。在Windows的工作臺上，將其與JTAG和DVS357開發(fā)平臺相互連接[13]。由于DVS357中，提供了多種源代碼，而在Linux服務(wù)下，需要進(jìn)入到/opt目錄中進(jìn)行解壓安裝操作，則可輸入命令：Host #tar zxvf DVS357_SDK.tar.gz 通過將需要的源代碼引入到服務(wù)中的/opt的根目錄下，并登錄root賬號，直接使用root權(quán)限來進(jìn)行操作。將root目錄中的.bash_profile文件，在指令程序段中PATH=PATH：HOME/bin 命令段下面添加：PATH=“/opt/mv_pro_5.0/montavista/pro/devkit/arm/v5t_le/bin：/opt/mv_pro_5.0/bin：PATH”，保留命令并退出即可完成。

2.2 識別圖像導(dǎo)線

通過使用DM385 IP攝像機(jī)收集到的線路圖像，本文通過Hough變換法來對導(dǎo)線進(jìn)行識別并定位導(dǎo)線的絕緣子位置[14]。Hough變換通過將圖像上直線的點(diǎn)，變換為過點(diǎn)直線的系數(shù)域，并利用共線與直線相角的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)直線的檢測和定位，而在圖像的坐標(biāo)系中，經(jīng)過（x，y）的直線可表示為：

2.3 線路絕緣子監(jiān)控

在完成圖像中導(dǎo)線的識別，即可根據(jù)圖像線路的輪廓特征對線路絕緣子進(jìn)行檢測。在識別后的導(dǎo)線輪廓中心點(diǎn)上擬合所得的直線斜率，并設(shè)為K，同時(shí)定義二維數(shù)組A[][]。在輪廓序列H中，取一個(gè)輪廓Ci。對輪廓Ci的傾角差值dif_θ=|θi-θ|，當(dāng)dif_θ≤θ時(shí)，繼續(xù)運(yùn)算，否則重新進(jìn)行輪廓Ci的選取。在輪廓序列H中，選取輪廓Cj，并計(jì)算Ci與Cj中心點(diǎn)的連線斜率Κi=yi-yjxi-xj以及斜率差值dif_Ki=|Ki-K|，使dif_Ki≤K，當(dāng)條件不滿足時(shí)，則需要重新對輪廓Cj進(jìn)行選取。當(dāng)上述完成后，計(jì)算：

同時(shí)得出二維數(shù)組，若A[i][0]=0，那么就在A[][]中保存線路位置間距以及Cj位置，并使其滿足A[i][0]=di，A[i][1]=j。系統(tǒng)依次對圖像中的數(shù)組A[][]中元素進(jìn)行考察，當(dāng)A[i][0]不在區(qū)間R中時(shí)，判斷輪廓中的Ci、Cj的絕緣子以及與其相鄰的絕緣子是否產(chǎn)生缺陷，并將數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)操作頁面中，通過圖像以及輸電線路中的絕緣子參數(shù)情況，實(shí)現(xiàn)對輸電線路的智能監(jiān)控。

結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的輸電線路智能監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)用圖像識別技術(shù)，并對系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，改善了系統(tǒng)多用戶多監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)下的運(yùn)行性能。但在研究中仍存在不足，未來將會(huì)進(jìn)一步研究系統(tǒng)中的太陽能供電電路，使用戶可以獲取到系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電池的電壓值信息。另外研究中缺乏實(shí)際條件下的實(shí)驗(yàn)支持，未來研究將會(huì)根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行更深入的研究。

參考文獻(xiàn)：

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