基于立體視覺測(cè)量技術(shù)的架空輸電線路交叉跨越距離檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司機(jī)巡管理中心 劉云根 陳 赟 豐江波

隨著我國(guó)社會(huì)的快速發(fā)展，即使在偏遠(yuǎn)的山區(qū)，也開始逐漸鋪設(shè)輸電線路。國(guó)家電網(wǎng)在建設(shè)輸電線路上遇到了很多麻煩，需要積極提高輸電能力，降低輸電成本，同時(shí)充分利用輸電資源，完善輸電線路的輸送過程[1]。但由于建筑物、道路等設(shè)施的復(fù)雜化，使輸電線路交叉問題變得更加嚴(yán)重，急需采取相應(yīng)的辦法來解決。

輸電線路受懸垂線夾的滑線影響，會(huì)使線路過度下垂，產(chǎn)生線間距膨脹熱，導(dǎo)致線路變形，引起相間閃絡(luò)、嚴(yán)重的電磁耦合和電容耦合等事故，甚至?xí)淖儗?dǎo)線的感雷特性和防雷特性，導(dǎo)致電力系統(tǒng)異常，影響電力設(shè)備的安全，因此，有必要加強(qiáng)對(duì)交叉架空輸電線路的測(cè)量、監(jiān)測(cè)、分析和處理[2-3]。影響輸電線路安全運(yùn)行的參數(shù)包括結(jié)冰、雷電屏蔽特性、風(fēng)偏、偏轉(zhuǎn)度等參數(shù)，收集這些參數(shù)并利用以太網(wǎng)技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)信息，可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)的輸電線路監(jiān)測(cè)，立體視覺測(cè)量技術(shù)可以構(gòu)建輸電線路3D模型，便于測(cè)量線間距[4]。因此，本文基于立體視覺測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)了交叉跨越距離檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量輸電線路距離，確保了輸電線路的安全。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 儲(chǔ)存器

在進(jìn)行輸電線路交叉跨越距離檢測(cè)時(shí)，需要實(shí)時(shí)儲(chǔ)存采集到的測(cè)量數(shù)據(jù)，為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存效果，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了cache儲(chǔ)存器，該儲(chǔ)存器可以將設(shè)置了用戶需求的應(yīng)用程序添加到儲(chǔ)存處理中心，根據(jù)采集的頻率及總線寬度實(shí)現(xiàn)跨越距離的實(shí)時(shí)儲(chǔ)存[5]。該儲(chǔ)存器儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的速度快，具有實(shí)時(shí)性，主要因?yàn)樵搩?chǔ)存器內(nèi)部的空間有限，而外部?jī)?chǔ)存空間巨大，且該儲(chǔ)存器還添加了輔助儲(chǔ)存器來滿足大數(shù)據(jù)儲(chǔ)存需求，增加儲(chǔ)存空間，也改善了儲(chǔ)存效率。該儲(chǔ)存器使用通用的I/O接口實(shí)現(xiàn)與外部交叉跨越距離檢測(cè)裝置的連接[6]。還添加了A/D或D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換接口，方便測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換。

1.2 ARM處理器

為了保證系統(tǒng)對(duì)輸電線路相關(guān)數(shù)據(jù)信息的處理效率，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了ARM處理器，該處理器作為嵌入設(shè)備添加到系統(tǒng)的中心控制模塊，其具有AMBA接口，保證其可以實(shí)現(xiàn)MMU、MPU功能，該線路的總線接口數(shù)量較多，形成了Thumb ARM指令控制集合，利用該控制集合進(jìn)行處理，可以增加系統(tǒng)的兼容性，保證其在數(shù)據(jù)量劇增的情況下仍能實(shí)現(xiàn)快速處理。ARM處理器具有幾個(gè)不同的處理核心模塊，包括cache、Wince等，保證了系統(tǒng)的高速處理功能。

1.3 S3C2440處理器

為了補(bǔ)充系統(tǒng)的MMU處理功能，設(shè)計(jì)的交叉距離檢測(cè)系統(tǒng)添加了S3C2440處理器，S3C2440處理器內(nèi)含ARM9核，可以在內(nèi)置的ARM-Linux平臺(tái)中進(jìn)行MMU處理，該處理器中包含幾個(gè)模塊，即配置模塊、Make file模塊和工具選擇模塊，在處理時(shí)，首先需要獲取處理源碼，其次解壓內(nèi)核中的數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行移植處理，修改時(shí)鐘頻率，實(shí)現(xiàn)S3C2440開發(fā)配置處理。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 驅(qū)動(dòng)交叉測(cè)量檢測(cè)程序

進(jìn)行線路交叉跨越距離檢測(cè)首先需要驅(qū)動(dòng)交叉跨越檢測(cè)程序，交叉測(cè)量檢測(cè)程序分成幾個(gè)模塊，第一個(gè)模塊是Linux驅(qū)動(dòng)，使用USB互聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)的示意圖如圖1所示。

圖1 Linux驅(qū)動(dòng)示意圖

由圖1可知，為了保證驅(qū)動(dòng)的效率，需要在數(shù)據(jù)通訊時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，確保設(shè)備發(fā)送的請(qǐng)求能在數(shù)據(jù)接收接口成功接收[7]。將驅(qū)動(dòng)總線導(dǎo)入到drivers/USB/storage/目錄中，利用usb_bus_type總線，導(dǎo)出源代碼，實(shí)現(xiàn)Linux驅(qū)動(dòng)。

其次進(jìn)行設(shè)備列表驅(qū)動(dòng)，在usb_device_id結(jié)構(gòu)體的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，確保usb_driver包含程序驅(qū)動(dòng)的全部信息，在初始化函數(shù)中，添加usb_storage_driver定 義，根 據(jù)retval=usb_register（&usb_storage_driver）原則，實(shí)現(xiàn)設(shè)備列表驅(qū)動(dòng)。

2.2 基于立體視覺測(cè)量技術(shù)采集線路交叉跨越測(cè)量數(shù)值

立體視覺測(cè)量技術(shù)可以構(gòu)建三維立體模型，實(shí)現(xiàn)線路交叉跨越測(cè)量的精準(zhǔn)采集，為了保證立體視覺采集測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定與圖像校正，首先確定采集的圖像的邊緣曲率，將其定義為角點(diǎn)，該點(diǎn)具有穩(wěn)定性，可以保留圖像的信息特征，實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量數(shù)值采集，因此，根據(jù)角點(diǎn)的特殊性原則，本文使用了張正友標(biāo)定方法進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，消除了測(cè)量畸變誤差，實(shí)現(xiàn)了圖像的校正。

為了避免標(biāo)定中產(chǎn)生的誤差，本文還添加了相機(jī)標(biāo)定坐標(biāo)，該坐標(biāo)是根據(jù)測(cè)量所選相機(jī)建立的，與實(shí)際的坐標(biāo)相擬合，可以將該坐標(biāo)劃分為幾個(gè)區(qū)域，即標(biāo)定中心區(qū)、二維標(biāo)定區(qū)、物理標(biāo)定區(qū)、離散像素轉(zhuǎn)化區(qū)，各個(gè)區(qū)域都需要進(jìn)行精準(zhǔn)標(biāo)定，保證采集測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度。

2.3 實(shí)現(xiàn)輸電線路交叉跨越距離檢測(cè)

實(shí)現(xiàn)輸電線路的交叉跨越距離檢測(cè)還需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的處理算法，為了保證測(cè)量圖像的標(biāo)準(zhǔn)性，本文改進(jìn)了鏈碼算法，對(duì)圖像進(jìn)行了去霧處理，選取特定的邊界點(diǎn)，確定線路取向，進(jìn)行特征值匹配，此時(shí)可以進(jìn)行線路合并，假設(shè)線路分別為1階、2階，繪制拋物線模型，選取擬合系數(shù)，此時(shí)設(shè)計(jì)的檢測(cè)函數(shù)y（x）如式（1）所示。

函數(shù)（1）中，p1、p2、p3代表拋物線模型的系數(shù)，xi代表圖像檢測(cè)像素值，使用該函數(shù)，可以確定此時(shí)檢測(cè)圖像的擬合數(shù)值，實(shí)現(xiàn)精確的輸電線交叉跨越距離檢測(cè)。

3 系統(tǒng)測(cè)試

為了檢測(cè)本文設(shè)計(jì)的基于立體視覺測(cè)量技術(shù)的交叉跨越距離檢測(cè)系統(tǒng)的性能，搭建了符合需求的檢測(cè)平臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試如下。

3.1 測(cè)試準(zhǔn)備

選取JHSM36F、MUC36M、D90這三種不同型號(hào)的采集相機(jī)，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，此時(shí)相機(jī)的參數(shù)如下表1所示。

表1 相機(jī)參數(shù)

根據(jù)表1的相機(jī)參數(shù)，搭建系統(tǒng)測(cè)試裝置，保證此時(shí)的位置處于固定的狀態(tài)，除此之外，還需要校正此時(shí)搭建平臺(tái)的像素坐標(biāo)誤差，從而減小測(cè)量誤差。

采用圖2測(cè)量裝置，檢測(cè)仿真交叉跨越線路的跨越距離，連續(xù)幾次的檢測(cè)結(jié)果如下表2所示。

表2 裝置檢測(cè)結(jié)果

由表2可知，連續(xù)幾次檢測(cè)的誤差數(shù)值都較小，證明設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置能有效進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。

3.2 測(cè)試結(jié)果與討論

應(yīng)用上文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)裝置，分別使用本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)及傳統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)某兩條輸電線路在交叉跨越過程中的距離變化，線路示意圖如圖2所示。

圖2 輸電線路示意圖

由圖2可知，此時(shí)的輸電線路呈不規(guī)則的交叉變化，使用不同的系統(tǒng)檢測(cè)連續(xù)十個(gè)不同點(diǎn)的距離，并將其與標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)距離進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試結(jié)果如下表3所示。

表3 測(cè)試結(jié)果

由表3可知，本文設(shè)計(jì)的交叉跨越距離檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的線路距離較準(zhǔn)確，證明設(shè)計(jì)方法測(cè)量的跨越距離更準(zhǔn)確、誤差更小，具有精確性，因此設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)性能良好。

4 結(jié)語

綜上所述，及時(shí)對(duì)架空的輸電線路進(jìn)行交叉跨越距離檢測(cè)對(duì)保障輸電線路安全，減少輸電線路故障產(chǎn)生有重要意義，因此，本文基于立體視覺測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)了架空輸電線路交叉檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試證明設(shè)計(jì)的交叉檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的跨越距離更準(zhǔn)確、誤差更小，具有精確性，證明設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能良好，有一定的應(yīng)用價(jià)值。