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架空输电线路 自动图像分析 技术的应用
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架空输电线路自动图像分析技术的应用

December 21, 2016 • Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

挪威 输 电 系 统 运 营 商 Statnett的电网包括一 万多公里架空线路, 运行在132kV至420kV的电压等级下。几年来, 该输电系统运营商(TOS)一直在位于挪威 首都奥斯陆附近的特殊WAP试验站进行研 究, 试验站安装了不同类型的绝缘子,一个气 象站以及特殊的监测设备, 包括网络摄像头 和覆冰监测仪。近年来, 该试验站也用于收 集各种不同绝缘子相对 ‘可见度’的信息, 因 为这已经成为挪威, 确切地说全欧洲架空线 路设计中越来越重要的参数。 本文由Statnett公司的Sonja Berlijn,STRI 公司的Igor Gutman以及哥德堡市查尔姆 斯理工大学的Irene Gu撰写, 介绍了自动分 析在高电压工程中的创新应用, 包括探测和 测量绝缘子覆雪/覆冰, 估计绝缘子摇摆角, 以及在绝缘子串的可见度随着特定的拍摄背 景而凸显差别的情况下计算出客观的数值。 2004年建立WAP试验站的主要目的 是验证实验室的试验结果并且获取 下述现场经验 • 在各种天气条件下三种不同类型和 外形的绝缘子覆雪和覆冰 • 三种绝缘子的摇摆角主要在降雨 或刮风条件下以及 • 预测由不同天气导致发生事件的次 数和严重程度 因此试验中不间断地监测环境条件包括温度降雨量覆冰和风速除此 之外还采用网络摄像机每隔10分钟 拍摄不同天气条件下绝缘子的图像根据以上数据使用新开发的自动图 像分析技术预测绝缘子的摇摆角覆冰遗迹可见度。此外 以高度互动和 易于理解的方式将所有测量图像 和结果上传到Statnett工程师可以 进入的网站。
WAP试验站的电源,传感器和通信布置 架空输电线路 架空输电线路自动图像分析技术的应用 Article 1 for may 13 enewsletter 1

WAP试验站的电源,传感器和通信布置

图1:WAP网站的用户界面实例 架空输电线路 架空输电线路自动图像分析技术的应用 Article 1 for may 13 enewsletter 2

图1:WAP网站的用户界面实例














最初选用了3种绝缘子配置进行 分析 1. 交替伞形复合绝缘子 2. 玻璃绝缘子串兼有标准型伞形 和空气动力学伞形 3. 防雾型玻璃绝缘子串
进行研究的3种绝缘子的图像 架空输电线路 架空输电线路自动图像分析技术的应用 Article 1 for may 13 enewsletter 3

(a) 进行研究的3种绝缘子的图像

截取ROI的实例 架空输电线路 架空输电线路自动图像分析技术的应用 Article 1 for may 13 enewsletter 4

(b) 截取ROI的实例











由于不同绝缘子图像的拍摄跨越了 超过8年的时间段海量的数据要求 自动化分析来确定绝缘子摇摆角以 及覆冰和覆雪的过程 自动化探测覆冰和覆雪 自动预测绝缘子覆冰和覆雪程度的 第一步是定位每幅图片中拍摄到的 绝缘子图像中包含绝缘子的那一小 部分被定义为‘兴趣区域’或ROI并 从每幅图片中截取出来 由于图像中绝缘子的位置以及不同 天气与光照条件下的背景均在变 截取ROI并非事易但研制了一种 方法详细内容2007年发表在IEEE 的一篇论文中该方法可以对采集 3个月的图像进行ROI截取成功率 为88.5%  一旦成功截取ROI后探测冰雪并分 析覆盖的程度绝缘子是刚性的其外形与尺寸是已知且固定的这意味 着覆冰或覆雪造成绝缘子外形的任 何变化将导致出现多余的边缘通常 在上表面从图像上确定雪或冰 的区域的方法有以下步骤
(a) 探测新增区域; 采用边缘探测仪检查每一幅ROI图 像使每个被边缘曲线包围的区域 形成封闭区供进一步评估
(b) 找到伞裙上的新增区域: 伞裙上的雪或冰以及其他诸如背景 的变化例如局部云层光照和反 射都可能形成新增区域使用现 有的和以前保存的标准伞盘位置以 及‘椭圆’伞盘形状区域的信息作为参照可以找到新增区域并对此进行进一步分析由 于雪和冰更有可能积覆在伞盘的上表面和/或边缘 所以仅考虑和分析这些位置的新增区域
(c) 基于外观与基于形状的分析:
一旦找到所有新增区域后应用基于外观与基于形 状的分析确定雪和冰的面积参见图4 确定新增区域后放置一根窄竖棒图5中平行于绝缘 子中轴线右侧的红色棒从左至右扫过绝缘子通过 这种方法可以确定覆雪区域的厚度以及逐渐增加的 程度估算出覆雪的百分比借助带有图解用户界面 的MATLAB执行自动化分析方法程序也被转换为一 个C程序使用远程拍摄的图像进行在线实时分析 该程序测试和验证超过3个月的累积数据数千张图 像分别预估高质量图像和低质量图像的结果例 如图像能见度差边缘模糊深颜色雪对于高质 量图像约90%可以预估而对于低质量图像预估 的成功率降到大约70%。  
图3:户外相机拍到的绝缘子的不同图像(仅显示了含绝缘子的区域),从左至右依次为: (1)晴朗天气下的理想图像;(2)太阳反光下的绝缘子;(3-5)多云天气下的绝缘子,云 层不均匀且背景变化迅速;(6-7)大雾条件下模糊不清的图像;(8-10)黑夜下的图像; (11)上表面覆雪;(12)实验室中的覆冰绝缘子 架空输电线路 架空输电线路自动图像分析技术的应用 Article 1 for may 13 enewsletter 5

图3:户外相机拍到的绝缘子的不同图像(仅显示了含绝缘子的区域),从左至右依次为: (1)晴朗天气下的理想图像;(2)太阳反光下的绝缘子;(3-5)多云天气下的绝缘子,云 层不均匀且背景变化迅速;(6-7)大雾条件下模糊不清的图像;(8-10)黑夜下的图像; (11)上表面覆雪;(12)实验室中的覆冰绝缘子

基于外观的分析 架空输电线路 架空输电线路自动图像分析技术的应用 Article 1 for may 13 enewsletter 7

图4:覆雪/覆冰分析(a) 基于外观的分析


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