基于立体视觉测量技术的架空输电线路交叉跨越距离检测系统设计

广东电网有限责任公司机巡管理中心 刘云根 陈 赟 丰江波

随着我国社会的快速发展，即使在偏远的山区，也开始逐渐铺设输电线路。国家电网在建设输电线路上遇到了很多麻烦，需要积极提高输电能力，降低输电成本，同时充分利用输电资源，完善输电线路的输送过程[1]。但由于建筑物、道路等设施的复杂化，使输电线路交叉问题变得更加严重，急需采取相应的办法来解决。

输电线路受悬垂线夹的滑线影响，会使线路过度下垂，产生线间距膨胀热，导致线路变形，引起相间闪络、严重的电磁耦合和电容耦合等事故，甚至会改变导线的感雷特性和防雷特性，导致电力系统异常，影响电力设备的安全，因此，有必要加强对交叉架空输电线路的测量、监测、分析和处理[2-3]。影响输电线路安全运行的参数包括结冰、雷电屏蔽特性、风偏、偏转度等参数，收集这些参数并利用以太网技术传输数据信息，可以实现常规的输电线路监测，立体视觉测量技术可以构建输电线路3D模型，便于测量线间距[4]。因此，本文基于立体视觉测量技术设计了交叉跨越距离检测系统，测量输电线路距离，确保了输电线路的安全。

1 硬件设计

1.1 储存器

在进行输电线路交叉跨越距离检测时，需要实时储存采集到的测量数据，为了保证测量数据的储存效果，本文设计的系统采用了cache储存器，该储存器可以将设置了用户需求的应用程序添加到储存处理中心，根据采集的频率及总线宽度实现跨越距离的实时储存[5]。该储存器储存数据的速度快，具有实时性，主要因为该储存器内部的空间有限，而外部储存空间巨大，且该储存器还添加了辅助储存器来满足大数据储存需求，增加储存空间，也改善了储存效率。该储存器使用通用的I/O接口实现与外部交叉跨越距离检测装置的连接[6]。还添加了A/D或D/A模数转换接口，方便测量数据的实时转换。

1.2 ARM处理器

为了保证系统对输电线路相关数据信息的处理效率，本文设计的系统采用了ARM处理器，该处理器作为嵌入设备添加到系统的中心控制模块，其具有AMBA接口，保证其可以实现MMU、MPU功能，该线路的总线接口数量较多，形成了Thumb ARM指令控制集合，利用该控制集合进行处理，可以增加系统的兼容性，保证其在数据量剧增的情况下仍能实现快速处理。ARM处理器具有几个不同的处理核心模块，包括cache、Wince等，保证了系统的高速处理功能。

1.3 S3C2440处理器

为了补充系统的MMU处理功能，设计的交叉距离检测系统添加了S3C2440处理器，S3C2440处理器内含ARM9核，可以在内置的ARM-Linux平台中进行MMU处理，该处理器中包含几个模块，即配置模块、Make file模块和工具选择模块，在处理时，首先需要获取处理源码，其次解压内核中的数据文件，进行移植处理，修改时钟频率，实现S3C2440开发配置处理。

2 软件设计

2.1 驱动交叉测量检测程序

进行线路交叉跨越距离检测首先需要驱动交叉跨越检测程序，交叉测量检测程序分成几个模块，第一个模块是Linux驱动，使用USB互联来实现，驱动的示意图如图1所示。

图1 Linux驱动示意图

由图1可知，为了保证驱动的效率，需要在数据通讯时进行实时控制，确保设备发送的请求能在数据接收接口成功接收[7]。将驱动总线导入到drivers/USB/storage/目录中，利用usb_bus_type总线，导出源代码，实现Linux驱动。

其次进行设备列表驱动，在usb_device_id结构体的基础上进行二次开发，确保usb_driver包含程序驱动的全部信息，在初始化函数中，添加usb_storage_driver定 义，根 据retval=usb_register（&usb_storage_driver）原则，实现设备列表驱动。

2.2 基于立体视觉测量技术采集线路交叉跨越测量数值

立体视觉测量技术可以构建三维立体模型，实现线路交叉跨越测量的精准采集，为了保证立体视觉采集测量数据的准确性，需要进行相机标定与图像校正，首先确定采集的图像的边缘曲率，将其定义为角点，该点具有稳定性，可以保留图像的信息特征，实现精确的测量数值采集，因此，根据角点的特殊性原则，本文使用了张正友标定方法进行相机标定，消除了测量畸变误差，实现了图像的校正。

为了避免标定中产生的误差，本文还添加了相机标定坐标，该坐标是根据测量所选相机建立的，与实际的坐标相拟合，可以将该坐标划分为几个区域，即标定中心区、二维标定区、物理标定区、离散像素转化区，各个区域都需要进行精准标定，保证采集测量数据的精确度。

2.3 实现输电线路交叉跨越距离检测

实现输电线路的交叉跨越距离检测还需要设计相应的处理算法，为了保证测量图像的标准性，本文改进了链码算法，对图像进行了去雾处理，选取特定的边界点，确定线路取向，进行特征值匹配，此时可以进行线路合并，假设线路分别为1阶、2阶，绘制抛物线模型，选取拟合系数，此时设计的检测函数y（x）如式（1）所示。

函数（1）中，p1、p2、p3代表抛物线模型的系数，xi代表图像检测像素值，使用该函数，可以确定此时检测图像的拟合数值，实现精确的输电线交叉跨越距离检测。

3 系统测试

为了检测本文设计的基于立体视觉测量技术的交叉跨越距离检测系统的性能，搭建了符合需求的检测平台，进行系统测试如下。

3.1 测试准备

选取JHSM36F、MUC36M、D90这三种不同型号的采集相机，进行系统测试，此时相机的参数如下表1所示。

表1 相机参数

根据表1的相机参数，搭建系统测试装置，保证此时的位置处于固定的状态，除此之外，还需要校正此时搭建平台的像素坐标误差，从而减小测量误差。

采用图2测量装置，检测仿真交叉跨越线路的跨越距离，连续几次的检测结果如下表2所示。

表2 装置检测结果

由表2可知，连续几次检测的误差数值都较小，证明设计的测量装置能有效进行系统测试。

3.2 测试结果与讨论

应用上文设计的监测装置，分别使用本文设计的检测系统及传统的检测系统检测某两条输电线路在交叉跨越过程中的距离变化，线路示意图如图2所示。

图2 输电线路示意图

由图2可知，此时的输电线路呈不规则的交叉变化，使用不同的系统检测连续十个不同点的距离，并将其与标准的检测距离进行对比，测试结果如下表3所示。

表3 测试结果

由表3可知，本文设计的交叉跨越距离检测系统检测到的线路距离较准确，证明设计方法测量的跨越距离更准确、误差更小，具有精确性，因此设计的检测系统性能良好。

4 结语

综上所述，及时对架空的输电线路进行交叉跨越距离检测对保障输电线路安全，减少输电线路故障产生有重要意义，因此，本文基于立体视觉测量技术设计了架空输电线路交叉检测系统，进行系统测试证明设计的交叉检测系统测量的跨越距离更准确、误差更小，具有精确性，证明设计系统的性能良好，有一定的应用价值。