高压输电线路中绝缘子图像检测技术研究-开题报告

中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院、电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化论 文 题 目： 高压输电线路中绝缘子图像检测技术研究指 导 教 师 : 2010 年 03 月 日毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述1 课题研究的背景和意义绝缘子(insulator)是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用，早年间绝缘子多用于电线杆，慢慢发展于高型高压电线连接塔的一端挂了很多盘装的绝缘体，它是为了增加爬电距离的，通常是由玻璃或陶瓷制成，就叫它绝缘子。绝缘子在架空线路中起着两个基本作用，即支撑导线和防止电流回地，这两个作用必须得到保证，它贯穿在电力系统始终，它在运行时损坏在所难免，主要是由长期发热和短时发热所造成，会使电力设备的绝缘性能降低，机械强度降低，导体的接触电阻增加，对电力系统的稳定运行产生着严重的威胁 1。随着电力生产可靠性要求的提高，电压等级的不断增高，机组容量增大，输电距离增长，对电力设备在运行中的故障隐患的准确诊断和及时维护，显得越来越重要。为了能够保证电力系统的稳定运行,使用数字图像处理技术进行电力设备的状态检测已成为未来的趋势 2。随着我国国民经济的快速增长，电力供应呈总体偏紧，部分地区电力短缺严重的现象，导致电力生产和电力传输中的一些部门满负荷或者超负荷运转，同时对运行中的电力设备带来了严重的考验。而且电力供应的不足直接制约了我国经济发展，制约生产力的发展，也在这种情况下，变电站的电力设备安全、可靠的运行显得尤为重要 3。为了提高电力系统运行的稳定性。国家正积极提高电力系统的自动化水平，电力系统正在大力建设无人值守变电站。许多变电站在遥测、遥信、遥控、遥调的基础上增加了“遥视”功能，实现了电力系统各种重要参数、设备和场所的监测 4。将视频图像引入电力设备运行状态的远程监视中带来了巨大的技术进步，但现有的视频监控系统只有视频监控功能和录像功能，不能对监控目标进行智能化的主动识别分析 5。因此对电力设备所出现的故障不能及时地处理，因此造成一系列的问题。首先，大量的图像传输到调度端，需要操作员时刻观察分析图像，无形中增加了操作员的工作负担 6；再次，人眼易疲劳的弱点和人工判断的主观性，严重影响了电力设备运行状态监测，不利于电力系统自动化程度的进一步提高；最后，人眼难以分辨细微图像的灰度变化，难以客观判断电力设备表面缺陷的程度 7。从以上的具体问题，可以得出电力设备的故障识别需要借助计算机模式识别，以便更及时、更准确地排除故障。图像检测技术可从根本上解决目前电力设备在线监测中存在的一些实际问题：很多高压设备的运行状态难以转换成电信号，在信号转换和传输过程中容易受强电磁场的影响 8；重要设备的运行参数需要实时监测，采用人工巡视难以满足实时性要求，而且巡视员的责任心、工作态度和精神状况严重影响了检测的结果；另外，人眼难以分辨细微图像的灰度变化，难以客观判断电力设备表面缺陷的程度 9。本课题的成果及其进一步的研究工作，可促进变电站监测系统的智能化、自动化，提高变电站工作人员的效率，取得更高的经济效益，将具有较大的实用价值和应用前景。2 国内外发展现状变电站图像的分析和电力设备运行故障的判别方法的研究还不成熟，本文借鉴了图像处理与识别技术在其它领域内成功应用的经验，将图像处理和模式识别的算法运用到电力设备的识别，从而判断出电力设备的运行状态，达到监测的目的。国外：视觉识别和检测技术在国外发展很快，早在 20 世纪 80 年代，美国就有 100多家公司跻身于视觉检测系统的经营市场，可见视觉测试系统确实很有前途。基于图像处理的检测系统已经在其他领域取得了一定成果，如文字识别、指纹识别、人物识别、产品检测、军事侦察等 10。视觉技术在电力系统识别和检测应用也在本世纪已陆续开展，在电力系统中，在近些年，基于图像处理技术在电力系统中的应用，已经进行了一些有益的探索，并且也取得了一些可喜的成就。现代电网自动化技术发展迅速，国外很多地方已经实现了变电站的无人值守。普及无人值守也成为目前和未来电网发展的必然趋势 11，在当前电力系统对自动化、智能化程度要求不断提高的背景下，将计算机视觉的相关新技术运用到电力系统中来，结合电力系统变电站的应用场合，为电力系统变电站中视频监控特别是视觉信息相关的监测系统提供一条崭新的技术手段。国内：20 世纪 90 年来中期以来，特别是我国城乡电网大规模改造以来，220KV 以下相继进行无人值班改造。其具体做法是在增加一次系统可靠性和实行微机保护，实现“四遥” 13，并增加“遥视”系统。 “遥视”系统应用多媒体实时图像监视技术，可以使运行人员远程直接观看变电站现场设备及环境图像。电力设备的检测包括可以对杆塔、导线及避雷器、绝缘子、线路金具、线路周围环境进行巡视。机器人配备的高分辨率 CCD 摄像机摄取目标图像，实时传输到地面基站，由基站操作人员根据图像中导线、绝缘子等设施的外观确定是否损坏 14。人工复查需对图像逐帧观察，效率低但较可靠。高压输电线路巡线机器人一般能发现架空线大部分表面故障。目前有些电厂和变电站安装了视频监控系统，可实现监视现场设备、控制远程摄像机运动、数字视频录像等功能 15。但这些视频监控系统只有视频监视功能没有视频图像识别功能。还要依靠值班人员直接去观察和分析采集到的图像 16，判断电力设备的运行状态，缺乏对变电站电力设备的自动识别与分析功能。而目前提出的检测系统模型实现的视频图像识别内容主要包括：1 对户外断路器、隔离开关以及接地刀闸等设备的断开、闭合状态进行检测；2 测量输电线垂弧 17。参考文献1 罗毅，涂光瑜，张锦辉等.变电站多媒体自动化系统.电力系统自动化J，2001，25(10)：24272 Tang Huiming,Zhang Jian.The Design of Substation Remote Image MonitoringSystem.Automation of Electric Power SystemsJ,2001,26(7):56583 龚超，罗毅，涂光瑜.计算机视觉技术及其在电力系统自动化中的应用.电力系统自动化J，2003，27（1）：76794 Yi Luo，Guangyu Tu，Qi Li.Video monitoring of safe operation of unattended substations.Process in Safety Science and Technology(Part A)M,v3.2002,32345 贾永红.计算机图像处理与分析M武汉：武汉大学出版社，20016 孙凤杰，崔维新，张晋保等.远程数字视频监控与图像识别技术在电力系统中的应用.电网技术J，2005，29(5):81847 许柯夫，数字图像处理技术在电厂锅炉燃烧检测中的应用.电力系统自动化J, 1995，4:23258 徐伟勇，数字图像处理技术在火焰检测上的应用.中国电力J，1994,10:41449 Shapiro, L. G. and Stockman, G. C. 2001. Computer Vision, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ10Dougherty, E. R. (ed.) 2000. Random Processes for Image and Signal ProcessingC, IEEE Press, NY11 王晓红矩技术及其在图像处理与识别中的研究D：西安：西北工业大学，200112 李汉舟，潘泉.基于数字图像处理的温度检测算法研究J.中国电机工程学报, 2003,23(6):19519913 戚飞虎.模式识别与图像处理M.上海：上海交通大学出版社，199014 周凤余，吴爱国，李贻斌等.高压架空输电线自动巡线机器人的研制.电力系统自动化J，2004，28（23）：899115 顾伟敏.图像处理及地理信息系统在电力系统中的应用J，能源工程,199816 朱秀昌，刘峰，胡栋数字图像处理与图像通信M北京：北京邮电大学出版社，200217 刘志康.变电站遥视系统的解决方案及应用J.电气传动自动化，2004，26(4)：4952 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题利用采集的实际输电线路的图像，利用数字图像处理相关技术对其进行处理和分析，对绝缘子裂纹图像进行相应的处理和特征提取，使用神经网络技术进行分类研究和分析，为后续的绝缘子故障判断提供了重要依据，具有一定的研究价值和重要意义。解决的问题:1、采集图像时，不可避免的要受到环境（天气、温度） 、探头像素的影响，为了能够得到更清晰的图像，获取电力设备运行状态的第一手资料，必须去除图像中的噪声和畸变。2、对电力设备图像进行识别的关键在于分析电力设备的各种特征，如颜色、形状等。选取能够区分电力设备类别的图像特征，作为识别电力设备时的输入量。3、图像识别技术是电力设备状态检测走向智能化所必不可少的一环，如何能快速地识别电力设备状态成为主要的问题。研 究 的 途 径 :1、 运 用 数 字 图 像 处 理 技 术 提 高 图 像 的 质 量 ， 对 采 集 到 的 电 力 设 备 图 像 进 行 必要 的 预 处 理 ： 图 像 去 噪 、 边 缘 增 强 、 边 缘 检 测 等 。2、 使用数字图像处理技术提取电力系统设备图像的特征，主要包括颜色、形状等。3、运用模式识别算法对图像中的电力设备状态进行识别，通过综合运用电力设备提取的特征和识别方法，有效的提高了识别的正确率和识别的速度。4、 然后利用 MATLAB 软件对处理后的实际电力设备图像进行仿真实验，并对结果进行分析，判断出电力设备的运行状态，达到了监测的目的。毕 业 论 文 开