[发明专利]一种基于视频分析的输电导线舞动实时监测与预测方法

权利要求书

1.一种基于视频分析的输电导线舞动实时监测与预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采集原始图像：利用安装在杆塔上的视频摄像头采集输电导线未发生舞动之前的原始图像；利用监控终端采集到当时的微气象数据；并通过传输通道将上述数据传送回监控中心存储，作为原始比对数据；

（2）在监控终端对原始图像进行包括平滑、灰度化、二维图像分割、轮廓提取、轮廓跟踪的图像处理，并对处理后分析得到的输电导线上的特征目标点进行自动识别，分别获得目标点的位置坐标；

（3）利用杆塔上安装的视频摄像头采集输电导线的数字视频数据，将其转化为连续的二维帧图像，在监控终端对这些图像进行与原始图像同样的图像预处理，实现对舞动导线上的特征目标点的自动识别； 

（4）对预处理后的图像进行分析，获得输电导线目标点的位置坐标，同时计算导线覆冰的厚度，对所有数据均打上时间戳；

（5）利用输电导线上特征目标点处安装的电子应变片测得该点处的实时扭转角数据，利用监控终端采集到实时微气象数据，所有数据打上时间戳；

（6）将带有时间戳的特征目标点的位置坐标、扭转角数据、微气象数据和导线覆冰厚度通过传输通道传送回监控中心，并存储起来；

（7）对存储的特征目标点的位置坐标进行扫描，获得特征目标点的垂直位置，找出垂直位置的最大值和最小值，根据这两个值之差运用比例法计算出输电导线舞动的实际振幅；

（8）根据连续图像文件目标点的垂直坐标，统计相邻极大值或极小值间连续图片的张数，再根据相邻两张图片的时间间隔，确定导线舞动的周期，计算得到导线的舞动频率；

（9）将带有时间戳的特征目标点的位置与原始特征点的位置进行一一比较，并利用比例法分别计算导线舞动时每个特征目标点在水平方向和垂直方向的实际位移，将其一一记录；

（10）根据覆冰厚度计算数据，结合微气象数据对覆冰厚度进行预测分析，得到预测数据，打上时间戳，并存储起来；

（11）根据上述步骤中获得的数据，对输电导线舞动三自由度数字仿真模型中的参数进行拟合与修订，得到新的数值仿真模型； 

（12）根据气象预报，结合在线监测系统采集数据，采用修订后的模型和参数，对输电导线未来的舞动情况进行仿真预测分析。

2.根据权利要求1所述的输电导线舞动实时监测与预测方法，其特征在于，步骤（11）中利用视频分析后计算得到的实测数据对输电导线舞动三自由度数值仿真模型中的参数进行修正和拟合，包括以下步骤：

（11.1）根据计算得到的导线覆冰厚度数据，计算单位长度覆冰质量                                               ；

（11.2）根据步骤（1）至步骤（10）中获得的数据，计算下列覆冰输电导线的三自由度数值仿真模型，计算得到，，； 

，

式中，，，为导线单元时刻在，，方向上的位移；上标，， 为时刻，为相邻两个时刻的时间间隔；为导线直径；为初始凝冰角；

，，为阻尼常数；，，分别为时刻作用于导线单元上的方向气动力，方向气动力和扭转方向的扭转力矩；为单位长度覆冰质量；为单位长度转动惯量；

（11.3）计算时刻导线单元的攻角；

，

，

其中，为时刻导线单元的扭转角，为导线单元在最初平衡位置的角度；

（11.4）求解以下数学模型，获得参数、及：

，

式中， 为气流密度；为导线直径；为导线单位长度；为风速；、及分别为方向，方向和扭转方向的气动系数；

（11.5）利用最小二乘法，结合步骤四中的计算结果，对参数、及进行拟合。

3.根据权利要求1所述的输电导线舞动实时监测与预测方法，其特征在于，对步骤（2）中原始图像的二维图像分割是采用整体阈值与局部阈值相结合的方法进行分割。

4.根据权利要求3所述的输电导线舞动实时监测与预测方法，其特征在于，对步骤（2）中原始图像的二维图像分割的主要步骤是：

（2.1）求解灰度图像含有的灰度等级，为0~255间的离散点，编号为a0，a1，a2，a3……；

（2.2）分别计算a0，a1，a2，a3……各灰度等级的个数，依次对应为c0，c1，c2，c3……；

（2.3）分别计算a0，a1，a2，a3……各灰度等级的概率，依次对应为p1，p2，p3……；

（2.4）以T=a0为分割阈值，将灰度图像像素点分割成两组：G0，G1，（像素点灰度值大于T为G1组，其余为G0组）；

（2.5）分别求解G0，G1两组的平均灰度值；

（2.6）计算G0，G1两组的方差，记为V0；

（2.7）T=a1，a2，a3……，循环步骤4，步骤5，步骤6，方差依次记为V1,V2,V3……；

（2.8）确定V0，V1，V2，V3,……中最大值Vmax，图像分割阈值T即为Vmax对应的灰度等级；

（2.9）将a0，a1，a2，a3……各灰度等级中大于T的置为255，其余置为0，得到分割后的二值化图像。