专利名称：图像式刀闸到位监测系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种刀闸到位监测系统及检测方法，具体地，是一种基于计算机视觉和逆反射技术的刀闸到位监测系统以及方法。
背景技术：
目前刀闸到位与否更多的是采用人工现场利用望远镜观测、主管判断的手段来完成。这种方式费时、费力、效率低，而且容易受到观测者的主观影响。现有的刀闸到位自动检测方法，按照检测部位的不同可以分为直接测量(测量部位在接触点位置)和间接测量(检测部位原理接触点位置)两类，按照检测参数的不同可以分为测温法(测量接触点温升)、测力法(测量接触点位置接触应力或者杆壁内压缩弹簧的压力)、测距法(测量动触头U型槽两臂的距离)等，按照测量原理的不同可以分为电磁法、光学法、测力法、图像法等。图像法是采用计算机视觉技术，能通过摄像机获取刀闸所在区域的图像，通过图像处理好模式识别方法自动识别出开关刀闸的开合状态以及异常状态，就可以对其异常状态(即刀闸不到位状态)进行报警。这种方法属于直接测力方法，工作稳定、可靠、直观，特别是对周围的强电磁场干扰具有良好的抵抗能力，而且系统安装不影响原有刀闸系统的工作，自动化和智能化程度高，是今后发展的必然趋势。例如，华北电力大学硕士学位论文“基于图像处理的电力设备状态检测”采用图像识别技术对变电站的刀闸断开、闭合的状态进行检测，对图像进行直方图增强、平滑去噪、图像锐化等预处理后，提取关键部位的灰度信息，利用象素值与象素点数的差分平方来判断刀闸的状态。但是目前的图像监测方法存在诸多缺陷和不足，例如对天气依赖性强，识别准确率不高，识别结果的可靠性较差。特别是，现有各种监测方法均只能识别刀闸是否到位，但不能识别是否接触可靠。

发明内容
本发明针对现有刀闸监测技术的现状，提出一种图像式刀闸到位监测系统及方法，采用主动照明和逆反射技术，实现刀闸到位及接触的非接触在线监测，从而可以满足各种形式刀闸的到位监测要求。本发明是通过以下技术方案实现的本发明所述的图像式刀闸到位监测系统由反射标志、光源、镜头、摄像机、防护机构、传输电缆和计算机组成。反射标志安装于刀闸的移动部位上，并随刀闸一起移动。光源、镜头、摄像机均安装在防护机构之内，并安置在刀闸附近。光源将反射标志照亮，并通过镜头将包含反射标志在内的刀闸成像到摄像机的像面上，所获得的图像通过电缆传输到计算机中，计算机对该图像进行处理，最终判断刀闸是否到位并可靠接触。所述的反射标志由反射带和基板组成。反射带为细长型形状，采用逆反射材料制作。基板为长方型形状，表面具有漫反射特性，可采用常规的铝合金等材料制作。反射带可直接粘贴于基板上，位于中心位置，整个反射标志固定于刀闸的动触头之上。所述的光源采用与摄像机同轴照明的光源，以保证最佳的逆反射效果。可采用LED或激光等常规环形光源。为了保证照明效果，光源应具有适宜的发散角，保证大部分的光束投在摄像机的视场范围内。所述的镜头应保证视场范围可包含反射标志在内的刀闸接触的区域，该区域还应满足刀闸开合过程中反射标志的位置变化范围。所述的摄像机为工业级数字摄像机，并且采用网络接口输出图像数据，抗干扰能力强。所述的传输电缆采用具有屏蔽功能的网线，以保证最大的抗干扰能力和远距离传输能力。本发明提供一种采用上述监测系统进行刀闸到位在线监测的方法，其步骤如下(I)首先接通监测系统的电源，包括摄像机电源和计算机电源，自动启动软件系统；( 2 )在刀闸开始合臂时，向计算机发出控制指令，开始进行连续自动检测；(3)在计算机的控制下，打开光源并照亮刀闸接触区域及反射标志。然后快速采样该区域的图像，实时传输到计算机中；(4)计算机得到采样图像之后，通过二值化处理获得两个反射标志的轮廓，并进行直线拟合，得到两条直线的夹角，即为刀闸动触头的分离角度；(5)将得到的分离角度与系统内置的临界值进行比较如果分离角度大于此临界值，则说明刀闸未到位，重复上述(3)- (5)步骤；如果分离角度等于或小于此临界值，则说明刀闸已到位，向上位机发出刀闸到位信号，监测过程结束。本发明上述监测系统和方法采用非接触的图像测量原理，不仅可以判断刀闸是否到位，而且可以判断是否接触可靠。同时，本发明监测系统抗干扰能力强，安装方便，防水防尘，可适用于任意规格和形式的刀闸，通用性强，可广泛应用与各种智能变电站的刀闸监测。


图I是本发明的图像式刀闸到位监测系统组成示意图；图2是本发明的反射标志结构组成示意图；图3是本发明的刀闸到位判断方法示意图；图中，I-反射标志，2-光源，3-镜头，4-摄像机，5-防护机构，6_传输电缆，7_计算机，8-动触头,9-静触头，10-反射带，11-基板。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图I所示，本发明所述的图像式刀闸到位监测系统由反射标志I、光源2、镜头3、摄像机4、防护机构5、传输电缆6和计算机7组成。反射标志I安装于刀闸的移动部位(动、触头8)上，并随刀闸一起移动。光源2、镜头3、摄像机4均安装在防护机构5之内，并安置在刀闸附近的合适位置。光源2将反射标志I照亮，并通过镜头3将包含反射标志I在内的刀闸成像到摄像机4的像面上，所获得的图像通过电缆6传输到计算机7中，通过处理，最终可以判断刀闸是否到位并可靠接触。如图2所示，所述的反射标志I由反射带10和基板11组成。反射带10为细长型形状，采用逆反射材料制作。基板11为长方型形状，表面具有漫反射特性，可采用常规的铝合金等材料制作，利用喷砂、阳极氧化等工艺方法实现表面的漫反射。反射带10可直接粘贴在基板11上，位于中心位置，整个反射标志I可通过螺钉固定于刀闸的动触头8之上。所述的光源2采用与摄像机4同轴照明的光源，以保证最佳的逆反射效果。可采用LED或激光等常规环形光源。为了保证照明效果，光源2应具有适宜的发散角，保证大部分的光束投在摄像机4的视场范围内。所述的镜头3应保证视场范围可包含包括反射标志I在内的刀闸接触的一定区域，该区域还应满足刀闸开合过程中反射标志I的位置变化范围。所述的摄像机4为工业级数字摄像机，并且采用网络接口输出图像数据，抗干扰能力强。摄像机4的像素数应该保证反射标志的成像的像素数尽可能多，以不少于IOpixel为佳。所述的传输电缆6采用具有屏蔽功能的网线，以保证最大的抗干扰能力和远距离传输能力。本实施例利用上述的监测系统进行刀闸到位监测，具体检测过程如下(I)首先接通监测系统的电源，包括摄像机4的电源和计算机7的电源，自动启动软件系统；(2)在刀闸开始合臂时，向计算机7发出控制指令，开始进行连续自动检测；(3)在计算机7的控制下，打开光源2并照亮刀闸接触区域及反射标志I。然后快速采样该区域的图像，实时传输到计算机7中；(4)计算机7得到采样图像之后，通过二值化处理获得两个反射标志I的轮廓，并进行直线拟合，得到两条直线的夹角，即为刀闸动触头的分离角度(如图3所示的CR)(5) 将得到的分离角度9与系统内置的临界值_进行比较如果分离角度Cp大于此临界值_，则说明刀闸未到位，重复上述(3)-(5)步骤；如果分离角度CP等于或小于此临界值物，则说明刀闸己到位，向上位机发出刀闸到位信号，监测过程结束。本发明的刀闸到位监测系统和方法采用非接触的图像测量原理，不仅可以判断刀闸是否到位，而且可以判断是否接触可靠。同时，本发明的检测系统抗干扰能力强，安装方便，防水防尘，可适用于任意规格和形式的刀闸，通用性强，可广泛应用与各种智能变电站的刀闸监测。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的 多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种图像式刀闸到位监测系统，其特征在于所述监测系统由反射标志、光源、镜头、摄像机、防护机构、传输电缆和计算机组成，反射标志安装于刀闸的移动部位上，并随刀闸一起移动；光源、镜头、摄像机均安装在防护机构之内，并安置在刀闸附近；光源将反射标志照亮，并通过镜头将包含反射标志在内的刀闸成像到摄像机的像面上，所获得的图像通过电缆传输到计算机中，计算机对该图像进行处理，最终判断刀闸是否到位并可靠接触。
2.根据权利要求I所述的图像式刀闸到位监测系统，其特征在于所述反射标志由反射带和基板组成，反射带直接粘贴于基板中心位置，整个反射标志固定于刀闸的动触头之上。
3.根据权利要求2所述的图像式刀闸到位监测系统，其特征在于所述反射带为细长型形状，采用逆反射材料制作；所述基板为长方型形状，表面具有漫反射特性。
4.根据权利要求1-3任一项所述的图像式刀闸到位监测系统，其特征在于所述的光源采用与摄像机同轴照明的光源，光源设定的发散角保证大部分的光束投在摄像机的视场范围内。
5.根据权利要求4所述的图像式刀闸到位监测系统，其特征在于所述的光源采用环形光源。
6.根据权利要求1-3任一项所述的图像式刀闸到位监测系统，其特征在于所述镜头应保证视场范围包含反射标志在内的刀闸接触的区域，该区域还应满足刀闸开合过程中反射标志的位置变化范围。
7.根据权利要求1-3任一项所述的图像式刀闸到位监测系统，其特征在于所述摄像机为工业级数字摄像机，并且采用网络接口输出图像数据。
8.根据权利要求7所述的图像式刀闸到位监测系统，其特征在于所述摄像机的像素数应该保证反射标志的成像的像素数不少于IOpixeI。
9.根据权利要求1-3任一项所述的图像式刀闸到位监测系统，其特征在于所述传输电缆采用具有屏蔽功能的网线。
10.一种采用权利要求1-9所述图像式刀闸到位监测系统进行刀闸到位在线监测的方法，其特征在于所述监测步骤如下 (1)首先接通监测系统的电源，包括摄像机电源和计算机电源，自动启动软件系统； (2)在刀闸开始合臂时，向计算机发出控制指令，开始进行连续自动检测； (3)在计算机的控制下，打开光源并照亮刀闸接触区域及反射标志，然后快速采样该区域的图像，实时传输到计算机中； (4 )计算机得到采样图像之后，通过二值化处理获得两个反射标志的轮廓，并进行直线拟合，得到两条直线的夹角，即为刀闸动触头的分离角度； (5)将得到的分离角度与系统内置的临界值进行比较如果分离角度大于此临界值，则说明刀闸未到位，重复上述(3)- (5)步骤；如果分离角度等于或小于此临界值，则说明刀闸已到位，向上位机发出刀闸到位信号，监测过程结束。
全文摘要
本发明公开一种图像式刀闸到位监测系统及方法，所述系统由反射标志、光源、镜头、摄像机、防护机构、传输电缆和计算机组成。反射标志安装于刀闸的移动部位上，并随刀闸一起移动。光源、镜头、摄像机均安装在防护机构之内，并安置在刀闸附近。光源将反射标志照亮，并通过镜头将包含反射标志在内的刀闸成像到摄像机的像面上，所获得的图像通传输到计算机中，通过处理最终判断刀闸是否到位并可靠接触。本发明采用非接触的图像测量原理，不仅可以判断刀闸是否到位，而且可以判断是否接触可靠。同时，本发明抗干扰能力强，安装方便，防水防尘，可适用于任意规格和形式的刀闸，通用性强，可广泛应用与各种智能变电站的刀闸监测。
文档编号G01B11/26GK102679913SQ20121016814
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者周水斌, 安永帅, 尹叶子, 李刚, 李瑞生, 杨金峰, 范俊, 赵成功, 赵辉, 陶卫, 魏佳斯 申请人:上海交通大学, 许昌许继软件技术有限公司, 许继集团有限公司