基于立體視覺測量技術的架空輸電線路交叉跨越距離檢測系統(tǒng)設計

廣東電網(wǎng)有限責任公司機巡管理中心 劉云根 陳 赟 豐江波

隨著我國社會的快速發(fā)展，即使在偏遠的山區(qū)，也開始逐漸鋪設輸電線路。國家電網(wǎng)在建設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、道路等設施的復雜化，使輸電線路交叉問題變得更加嚴重，急需采取相應的辦法來解決。

輸電線路受懸垂線夾的滑線影響，會使線路過度下垂，產(chǎn)生線間距膨脹熱，導致線路變形，引起相間閃絡、嚴重的電磁耦合和電容耦合等事故，甚至會改變導線的感雷特性和防雷特性，導致電力系統(tǒng)異常，影響電力設備的安全，因此，有必要加強對交叉架空輸電線路的測量、監(jiān)測、分析和處理[2-3]。影響輸電線路安全運行的參數(shù)包括結冰、雷電屏蔽特性、風偏、偏轉度等參數(shù)，收集這些參數(shù)并利用以太網(wǎng)技術傳輸數(shù)據(jù)信息，可以實現(xiàn)常規(guī)的輸電線路監(jiān)測，立體視覺測量技術可以構建輸電線路3D模型，便于測量線間距[4]。因此，本文基于立體視覺測量技術設計了交叉跨越距離檢測系統(tǒng)，測量輸電線路距離，確保了輸電線路的安全。

1 硬件設計

1.1 儲存器

在進行輸電線路交叉跨越距離檢測時，需要實時儲存采集到的測量數(shù)據(jù)，為了保證測量數(shù)據(jù)的儲存效果，本文設計的系統(tǒng)采用了cache儲存器，該儲存器可以將設置了用戶需求的應用程序添加到儲存處理中心，根據(jù)采集的頻率及總線寬度實現(xiàn)跨越距離的實時儲存[5]。該儲存器儲存數(shù)據(jù)的速度快，具有實時性，主要因為該儲存器內部的空間有限，而外部儲存空間巨大，且該儲存器還添加了輔助儲存器來滿足大數(shù)據(jù)儲存需求，增加儲存空間，也改善了儲存效率。該儲存器使用通用的I/O接口實現(xiàn)與外部交叉跨越距離檢測裝置的連接[6]。還添加了A/D或D/A模數(shù)轉換接口，方便測量數(shù)據(jù)的實時轉換。

1.2 ARM處理器

為了保證系統(tǒng)對輸電線路相關數(shù)據(jù)信息的處理效率，本文設計的系統(tǒng)采用了ARM處理器，該處理器作為嵌入設備添加到系統(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現(xiàn)快速處理。ARM處理器具有幾個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

為了補充系統(tǒng)的MMU處理功能，設計的交叉距離檢測系統(tǒng)添加了S3C2440處理器，S3C2440處理器內含ARM9核，可以在內置的ARM-Linux平臺中進行MMU處理，該處理器中包含幾個模塊，即配置模塊、Make file模塊和工具選擇模塊，在處理時，首先需要獲取處理源碼，其次解壓內核中的數(shù)據(jù)文件，進行移植處理，修改時鐘頻率，實現(xiàn)S3C2440開發(fā)配置處理。

2 軟件設計

2.1 驅動交叉測量檢測程序

進行線路交叉跨越距離檢測首先需要驅動交叉跨越檢測程序，交叉測量檢測程序分成幾個模塊，第一個模塊是Linux驅動，使用USB互聯(lián)來實現(xiàn)，驅動的示意圖如圖1所示。

圖1 Linux驅動示意圖

由圖1可知，為了保證驅動的效率，需要在數(shù)據(jù)通訊時進行實時控制，確保設備發(fā)送的請求能在數(shù)據(jù)接收接口成功接收[7]。將驅動總線導入到drivers/USB/storage/目錄中，利用usb_bus_type總線，導出源代碼，實現(xiàn)Linux驅動。

其次進行設備列表驅動，在usb_device_id結構體的基礎上進行二次開發(fā)，確保usb_driver包含程序驅動的全部信息，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，實現(xiàn)設備列表驅動。

2.2 基于立體視覺測量技術采集線路交叉跨越測量數(shù)值

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

為了避免標定中產(chǎn)生的誤差，本文還添加了相機標定坐標，該坐標是根據(jù)測量所選相機建立的，與實際的坐標相擬合，可以將該坐標劃分為幾個區(qū)域，即標定中心區(qū)、二維標定區(qū)、物理標定區(qū)、離散像素轉化區(qū)，各個區(qū)域都需要進行精準標定，保證采集測量數(shù)據(jù)的精確度。

2.3 實現(xiàn)輸電線路交叉跨越距離檢測

實現(xiàn)輸電線路的交叉跨越距離檢測還需要設計相應的處理算法，為了保證測量圖像的標準性，本文改進了鏈碼算法，對圖像進行了去霧處理，選取特定的邊界點，確定線路取向，進行特征值匹配，此時可以進行線路合并，假設線路分別為1階、2階，繪制拋物線模型，選取擬合系數(shù)，此時設計的檢測函數(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代表圖像檢測像素值，使用該函數(shù)，可以確定此時檢測圖像的擬合數(shù)值，實現(xiàn)精確的輸電線交叉跨越距離檢測。

3 系統(tǒng)測試

為了檢測本文設計的基于立體視覺測量技術的交叉跨越距離檢測系統(tǒng)的性能，搭建了符合需求的檢測平臺，進行系統(tǒng)測試如下。

3.1 測試準備

選取JHSM36F、MUC36M、D90這三種不同型號的采集相機，進行系統(tǒng)測試，此時相機的參數(shù)如下表1所示。

表1 相機參數(shù)

根據(jù)表1的相機參數(shù)，搭建系統(tǒng)測試裝置，保證此時的位置處于固定的狀態(tài)，除此之外，還需要校正此時搭建平臺的像素坐標誤差，從而減小測量誤差。

采用圖2測量裝置，檢測仿真交叉跨越線路的跨越距離，連續(xù)幾次的檢測結果如下表2所示。

表2 裝置檢測結果

由表2可知，連續(xù)幾次檢測的誤差數(shù)值都較小，證明設計的測量裝置能有效進行系統(tǒng)測試。

3.2 測試結果與討論

應用上文設計的監(jiān)測裝置，分別使用本文設計的檢測系統(tǒng)及傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)檢測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)檢測連續(xù)十個不同點的距離，并將其與標準的檢測距離進行對比，測試結果如下表3所示。

表3 測試結果

由表3可知，本文設計的交叉跨越距離檢測系統(tǒng)檢測到的線路距離較準確，證明設計方法測量的跨越距離更準確、誤差更小，具有精確性，因此設計的檢測系統(tǒng)性能良好。

4 結語

綜上所述，及時對架空的輸電線路進行交叉跨越距離檢測對保障輸電線路安全，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量技術設計了架空輸電線路交叉檢測系統(tǒng)，進行系統(tǒng)測試證明設計的交叉檢測系統(tǒng)測量的跨越距離更準確、誤差更小，具有精確性，證明設計系統(tǒng)的性能良好，有一定的應用價值。