基于部分线段图像识别的悬链线弧垂实测方法

池小兵　黄阳　黄景标　莫枝阅

摘 要：输电导线弧垂是导线运行的重要参数，影响电网的安全稳定运行。由于输电线路跨越范围广，线路走廊状况复杂，传统的运行输电线弧垂测量方法操作复杂，误差较大，为此，该文提出一种基于部分线段图像识别的弧垂计算方法，该方法只需用高清相机拍摄部分线段并测定导线的档距等简单数据，然后采用中值滤波和Canny边缘检测算子进行图像预处理；再以悬链线模型为基础提取部分段曲线的独立状态参数，最后还原完整的悬链曲线并计算其弧垂。通过两端等高悬链线及两端不等高悬链线的实测试验，结果表明，该方法既能克服运行线路弧垂测量条件的困难，又能满足工程的精度要求。

关键词：悬链线模型；弧垂测量；图像识别；Matlab仿真

引言

输电线路弧垂是线路设计和运行维护的主要指标之一，弧垂过小，架空线的拉应力就大，杆塔荷载增大，安全系数减小，严重时可能发生断线、倒塔和掉串等事故；弧垂过大，架空线对地及交叉跨越物的安全距离不足，风摆、舞动和跳跃会造成线路停电事故的风险就随之增加[1]。因此，运行线路的日常巡检中需要对弧垂进行实时监测，将弧垂控制在规程要求的范围内以保证线路和被跨越设备的安全。

传统的导线弧垂实测计算方法主要有角度法、驰度板观测法和中点高度法[2-4]等，这些方法均存在测量难度大、实时性差，或者误差较大的问题。随着现代测量技术的不断发展和各类先进工程测量仪器的开发，基于先进的测量仪器和计算平台（包括计算机算法[5]、图像识别技术[6-7]、光纤光栅应变传感器[8]、LabVIEW平台[9]、J2ME技术[10]以及电场逆运算原理[11]等）的弧垂测量新方法应运而生。利用图像处理技术进行弧垂计算有全景拼接数码照片[12]和计算机视觉原理标定线路坐标值[13]等方式。其中，全景拼接技术在实际操作中，容易出现拼接失真而带来较大的计算误差；利用计算机视觉原理计算弧垂时需要标定线路坐标值，在地形环境复杂的地区难以进行准确标定坐标值，甚至是无法完成的。此外，其他仿真类方法需要用到复杂的计算公式和考虑影响弧垂的众多因素如导线温度、张力、传输容量等，在实际工程应用中给现场人员带来不便，因此很难得到应用推广。为此，文章提出一种基于部分线段图像识别的弧垂计算方法。

1 部分段图像识别

由于拍摄图像的复杂性，为了使特征的提取精度更高，需要对图像进行预处理，包括滤波[14]和边缘检测[15]等。

1.1 图像滤波

5 结束语

以悬链线模型为基础，通过部分线段图像识别分析，提取部分段曲线的独立状态参数，还原完整悬链线并计算其弧垂值。

（1）采用中值滤波和Canny边缘检测算子进行部分段图像处理，能够得到较清晰的曲线和较准确的图像像素点坐标。

（2）利用Matlab 进行仿真试验，结果表明，对于两端等高或不等高的柔索，该方法都能够较好地提取曲线的状态参数，恢复完整的柔索曲线并较为精确地计算出弧垂值。

（3）从导线的固有形态（悬链线状态）提取计算弧垂的参数，避开导线应力、温度、传输容量等影响，能对弧垂进行准确、直观的测量。

参考文献

[1]黄俊杰，王身丽，陈早明，等.架空输电线路弧垂计算的计算机实现[J].湖北电力，2003，3：1-3.

[2]时瀑森，王占林.弧垂观测及大档距弧垂观测新方法[J].湖北电力，2012，36（5）：61-63.

[3]赵新卫.线路弧垂的观测方法[J].大众用电，2009（6）：29-29.

[4]窦小晶，瑚跃进，陈贵锋，等.大档距架空线弧垂测量及其误差分析[J].供用电，2009，26（4）：15-17.

[5]奉斌，罗辉.配电架空线路应力弧垂计算机算法[J].广西电业，2006（9）：90-92.

[6]陈斯雅，王滨海，盛戈 ，等.采用图像摄影的输电线路弧垂测量方法[J].高电压技术，2011（04）：904-908.

[7]黄新波，张晓霞，李立 ，等.采用图像处理技术的输电线路导线弧垂测量[J].高电压技术，2011（08）：1961-1965.

[8]李路明，孟小波，张治国，等.基于光纤光栅应变传感器的架空输电线弧垂实时监测[J].电力建设，2011，32（7）：51-54.

[9]桂菲菲，王振刚，庞百胜，等.基于LabVIEW的架空输电线最大弧垂计算方法[J].电力建设，2013，34（7）：108-113.

[10]刘万夫，刘涛.J2ME技术在架空线路弧垂观测角计算中的应用[J].电力建设，2013，33（11）：101-103.

[11]陈楠，文习山，蓝磊，等.基于电场逆运算的输电导线弧垂计算方法[J].中国电机工程学报，2011，31（16）：121-127.

[12]杨靖超.基于弧垂在线检测的输电线路动态增容技术[D].北京：华北电力大学，2006.

[13]李俊芳.基于计算机视觉的输电线弧垂测量[D].北京：华北电力大学，2008.

[14]赵高长，张磊，武风波.改进的中值滤波算法在图像去噪中的应用[J].应用光学，2011（04）：678-682.

[15]谭艳，王宇俊，李飞龙，等.几种典型的图像边缘检测算法的分析比较[J].电脑知识与技术，2012（07）：1604-1607.

[16]张震陆，陈本贤.柔索分析的“悬链段”方法研究[J].工程力学，1990（4）：41-47.

作者简介：池小兵（1988-），男，本科，工程师，主要从事生产设备管理部输电管理工作。

黄阳 （1971-），男，本科，工程师，主要从事工程管理等技术工作。

黄景标（1966-），男，本科，工程师，主要从事输电管理工作。

莫枝阅（1989-），男，硕士研究生，主要研究方向为电力系统规划与可靠性。endprint

摘 要：输电导线弧垂是导线运行的重要参数，影响电网的安全稳定运行。由于输电线路跨越范围广，线路走廊状况复杂，传统的运行输电线弧垂测量方法操作复杂，误差较大，为此，该文提出一种基于部分线段图像识别的弧垂计算方法，该方法只需用高清相机拍摄部分线段并测定导线的档距等简单数据，然后采用中值滤波和Canny边缘检测算子进行图像预处理；再以悬链线模型为基础提取部分段曲线的独立状态参数，最后还原完整的悬链曲线并计算其弧垂。通过两端等高悬链线及两端不等高悬链线的实测试验，结果表明，该方法既能克服运行线路弧垂测量条件的困难，又能满足工程的精度要求。

关键词：悬链线模型；弧垂测量；图像识别；Matlab仿真

引言

输电线路弧垂是线路设计和运行维护的主要指标之一，弧垂过小，架空线的拉应力就大，杆塔荷载增大，安全系数减小，严重时可能发生断线、倒塔和掉串等事故；弧垂过大，架空线对地及交叉跨越物的安全距离不足，风摆、舞动和跳跃会造成线路停电事故的风险就随之增加[1]。因此，运行线路的日常巡检中需要对弧垂进行实时监测，将弧垂控制在规程要求的范围内以保证线路和被跨越设备的安全。

传统的导线弧垂实测计算方法主要有角度法、驰度板观测法和中点高度法[2-4]等，这些方法均存在测量难度大、实时性差，或者误差较大的问题。随着现代测量技术的不断发展和各类先进工程测量仪器的开发，基于先进的测量仪器和计算平台（包括计算机算法[5]、图像识别技术[6-7]、光纤光栅应变传感器[8]、LabVIEW平台[9]、J2ME技术[10]以及电场逆运算原理[11]等）的弧垂测量新方法应运而生。利用图像处理技术进行弧垂计算有全景拼接数码照片[12]和计算机视觉原理标定线路坐标值[13]等方式。其中，全景拼接技术在实际操作中，容易出现拼接失真而带来较大的计算误差；利用计算机视觉原理计算弧垂时需要标定线路坐标值，在地形环境复杂的地区难以进行准确标定坐标值，甚至是无法完成的。此外，其他仿真类方法需要用到复杂的计算公式和考虑影响弧垂的众多因素如导线温度、张力、传输容量等，在实际工程应用中给现场人员带来不便，因此很难得到应用推广。为此，文章提出一种基于部分线段图像识别的弧垂计算方法。

1 部分段图像识别

由于拍摄图像的复杂性，为了使特征的提取精度更高，需要对图像进行预处理，包括滤波[14]和边缘检测[15]等。

1.1 图像滤波

5 结束语

以悬链线模型为基础，通过部分线段图像识别分析，提取部分段曲线的独立状态参数，还原完整悬链线并计算其弧垂值。

（1）采用中值滤波和Canny边缘检测算子进行部分段图像处理，能够得到较清晰的曲线和较准确的图像像素点坐标。

（2）利用Matlab 进行仿真试验，结果表明，对于两端等高或不等高的柔索，该方法都能够较好地提取曲线的状态参数，恢复完整的柔索曲线并较为精确地计算出弧垂值。

（3）从导线的固有形态（悬链线状态）提取计算弧垂的参数，避开导线应力、温度、传输容量等影响，能对弧垂进行准确、直观的测量。

参考文献

[1]黄俊杰，王身丽，陈早明，等.架空输电线路弧垂计算的计算机实现[J].湖北电力，2003，3：1-3.

[2]时瀑森，王占林.弧垂观测及大档距弧垂观测新方法[J].湖北电力，2012，36（5）：61-63.

[3]赵新卫.线路弧垂的观测方法[J].大众用电，2009（6）：29-29.

[4]窦小晶，瑚跃进，陈贵锋，等.大档距架空线弧垂测量及其误差分析[J].供用电，2009，26（4）：15-17.

[5]奉斌，罗辉.配电架空线路应力弧垂计算机算法[J].广西电业，2006（9）：90-92.

[6]陈斯雅，王滨海，盛戈 ，等.采用图像摄影的输电线路弧垂测量方法[J].高电压技术，2011（04）：904-908.

[7]黄新波，张晓霞，李立 ，等.采用图像处理技术的输电线路导线弧垂测量[J].高电压技术，2011（08）：1961-1965.

[8]李路明，孟小波，张治国，等.基于光纤光栅应变传感器的架空输电线弧垂实时监测[J].电力建设，2011，32（7）：51-54.

[9]桂菲菲，王振刚，庞百胜，等.基于LabVIEW的架空输电线最大弧垂计算方法[J].电力建设，2013，34（7）：108-113.

[10]刘万夫，刘涛.J2ME技术在架空线路弧垂观测角计算中的应用[J].电力建设，2013，33（11）：101-103.

[11]陈楠，文习山，蓝磊，等.基于电场逆运算的输电导线弧垂计算方法[J].中国电机工程学报，2011，31（16）：121-127.

[12]杨靖超.基于弧垂在线检测的输电线路动态增容技术[D].北京：华北电力大学，2006.

[13]李俊芳.基于计算机视觉的输电线弧垂测量[D].北京：华北电力大学，2008.

[14]赵高长，张磊，武风波.改进的中值滤波算法在图像去噪中的应用[J].应用光学，2011（04）：678-682.

[15]谭艳，王宇俊，李飞龙，等.几种典型的图像边缘检测算法的分析比较[J].电脑知识与技术，2012（07）：1604-1607.

[16]张震陆，陈本贤.柔索分析的“悬链段”方法研究[J].工程力学，1990（4）：41-47.

作者简介：池小兵（1988-），男，本科，工程师，主要从事生产设备管理部输电管理工作。

黄阳 （1971-），男，本科，工程师，主要从事工程管理等技术工作。

黄景标（1966-），男，本科，工程师，主要从事输电管理工作。

莫枝阅（1989-），男，硕士研究生，主要研究方向为电力系统规划与可靠性。endprint

摘 要：输电导线弧垂是导线运行的重要参数，影响电网的安全稳定运行。由于输电线路跨越范围广，线路走廊状况复杂，传统的运行输电线弧垂测量方法操作复杂，误差较大，为此，该文提出一种基于部分线段图像识别的弧垂计算方法，该方法只需用高清相机拍摄部分线段并测定导线的档距等简单数据，然后采用中值滤波和Canny边缘检测算子进行图像预处理；再以悬链线模型为基础提取部分段曲线的独立状态参数，最后还原完整的悬链曲线并计算其弧垂。通过两端等高悬链线及两端不等高悬链线的实测试验，结果表明，该方法既能克服运行线路弧垂测量条件的困难，又能满足工程的精度要求。

关键词：悬链线模型；弧垂测量；图像识别；Matlab仿真

引言

输电线路弧垂是线路设计和运行维护的主要指标之一，弧垂过小，架空线的拉应力就大，杆塔荷载增大，安全系数减小，严重时可能发生断线、倒塔和掉串等事故；弧垂过大，架空线对地及交叉跨越物的安全距离不足，风摆、舞动和跳跃会造成线路停电事故的风险就随之增加[1]。因此，运行线路的日常巡检中需要对弧垂进行实时监测，将弧垂控制在规程要求的范围内以保证线路和被跨越设备的安全。

传统的导线弧垂实测计算方法主要有角度法、驰度板观测法和中点高度法[2-4]等，这些方法均存在测量难度大、实时性差，或者误差较大的问题。随着现代测量技术的不断发展和各类先进工程测量仪器的开发，基于先进的测量仪器和计算平台（包括计算机算法[5]、图像识别技术[6-7]、光纤光栅应变传感器[8]、LabVIEW平台[9]、J2ME技术[10]以及电场逆运算原理[11]等）的弧垂测量新方法应运而生。利用图像处理技术进行弧垂计算有全景拼接数码照片[12]和计算机视觉原理标定线路坐标值[13]等方式。其中，全景拼接技术在实际操作中，容易出现拼接失真而带来较大的计算误差；利用计算机视觉原理计算弧垂时需要标定线路坐标值，在地形环境复杂的地区难以进行准确标定坐标值，甚至是无法完成的。此外，其他仿真类方法需要用到复杂的计算公式和考虑影响弧垂的众多因素如导线温度、张力、传输容量等，在实际工程应用中给现场人员带来不便，因此很难得到应用推广。为此，文章提出一种基于部分线段图像识别的弧垂计算方法。

1 部分段图像识别

由于拍摄图像的复杂性，为了使特征的提取精度更高，需要对图像进行预处理，包括滤波[14]和边缘检测[15]等。

1.1 图像滤波

5 结束语

以悬链线模型为基础，通过部分线段图像识别分析，提取部分段曲线的独立状态参数，还原完整悬链线并计算其弧垂值。

（1）采用中值滤波和Canny边缘检测算子进行部分段图像处理，能够得到较清晰的曲线和较准确的图像像素点坐标。

（2）利用Matlab 进行仿真试验，结果表明，对于两端等高或不等高的柔索，该方法都能够较好地提取曲线的状态参数，恢复完整的柔索曲线并较为精确地计算出弧垂值。

（3）从导线的固有形态（悬链线状态）提取计算弧垂的参数，避开导线应力、温度、传输容量等影响，能对弧垂进行准确、直观的测量。

参考文献

[1]黄俊杰，王身丽，陈早明，等.架空输电线路弧垂计算的计算机实现[J].湖北电力，2003，3：1-3.

[2]时瀑森，王占林.弧垂观测及大档距弧垂观测新方法[J].湖北电力，2012，36（5）：61-63.

[3]赵新卫.线路弧垂的观测方法[J].大众用电，2009（6）：29-29.

[4]窦小晶，瑚跃进，陈贵锋，等.大档距架空线弧垂测量及其误差分析[J].供用电，2009，26（4）：15-17.

[5]奉斌，罗辉.配电架空线路应力弧垂计算机算法[J].广西电业，2006（9）：90-92.

[6]陈斯雅，王滨海，盛戈 ，等.采用图像摄影的输电线路弧垂测量方法[J].高电压技术，2011（04）：904-908.

[7]黄新波，张晓霞，李立 ，等.采用图像处理技术的输电线路导线弧垂测量[J].高电压技术，2011（08）：1961-1965.

[8]李路明，孟小波，张治国，等.基于光纤光栅应变传感器的架空输电线弧垂实时监测[J].电力建设，2011，32（7）：51-54.

[9]桂菲菲，王振刚，庞百胜，等.基于LabVIEW的架空输电线最大弧垂计算方法[J].电力建设，2013，34（7）：108-113.

[10]刘万夫，刘涛.J2ME技术在架空线路弧垂观测角计算中的应用[J].电力建设，2013，33（11）：101-103.

[11]陈楠，文习山，蓝磊，等.基于电场逆运算的输电导线弧垂计算方法[J].中国电机工程学报，2011，31（16）：121-127.

[12]杨靖超.基于弧垂在线检测的输电线路动态增容技术[D].北京：华北电力大学，2006.

[13]李俊芳.基于计算机视觉的输电线弧垂测量[D].北京：华北电力大学，2008.

[14]赵高长，张磊，武风波.改进的中值滤波算法在图像去噪中的应用[J].应用光学，2011（04）：678-682.

[15]谭艳，王宇俊，李飞龙，等.几种典型的图像边缘检测算法的分析比较[J].电脑知识与技术，2012（07）：1604-1607.

[16]张震陆，陈本贤.柔索分析的“悬链段”方法研究[J].工程力学，1990（4）：41-47.

作者简介：池小兵（1988-），男，本科，工程师，主要从事生产设备管理部输电管理工作。

黄阳 （1971-），男，本科，工程师，主要从事工程管理等技术工作。

黄景标（1966-），男，本科，工程师，主要从事输电管理工作。

莫枝阅（1989-），男，硕士研究生，主要研究方向为电力系统规划与可靠性。endprint