基于红外光谱的输电线路覆冰在线监测方法、装置及终端设备与流程

本技术涉及电力安全，尤其涉及一种基于红外光谱的输电线路覆冰在线监测方法、装置及终端设备。

背景技术：

1、输电线路覆冰是威胁电网安全稳定运行的主要自然灾害之一，对输电线路覆冰状态进行及时、准确的在线监测，对于保障电网安全运行具有重要意义。

2、目前，输电线路覆冰监测技术主要存在以下几方面的不足：

3、（一）传统监测手段的局限性；早期主要依靠人工巡检方式对输电线路覆冰情况进行巡查，难以满足实际监测需求。近年来发展起来的自动化检测系统，有的依赖于拉力传感器、倾角传感器等硬件设备，通过监测导线拉力变化或悬垂串倾斜角度来间接推算覆冰厚度，但此类方法受传感器精度及数学模型制约较大，且安装维护成本高昂，难以大范围推广应用。

4、（二）单一光谱监测的精度不足；现有基于图像采集的覆冰监测技术多采用单一可见光摄像头，白天光照充足时可获取较为清晰的线路图像，但可见光图像受光照条件影响显著，在阴雨天气或夜间环境下成像质量急剧下降，难以实现全天候监测。虽然近年来出现了单一红外热成像的监测方案，利用红外图像中导线本体与覆冰层热辐射差异进行识别，但单一红外图像在覆冰边界细节呈现上分辨率不足，难以精确获取覆冰的几何边缘信息，导致厚度测量精度受限。现有技术中尚无将高分辨率可见光图像与红外光谱图像进行有效融合以协同识别覆冰厚度的成熟方案。

5、（三）双光监测装置的集成度与功耗问题；部分高端监测装置开始尝试将可见光摄像头与红外摄像头集成于一体，但现有方案中两个摄像头多为同步持续工作模式，即红外摄像头与可见光摄像头同时开启、同时采集图像。这种工作模式不仅导致系统功耗大幅增加，对于依赖太阳能供电的野外输电线路监测场景而言，供电压力极大；同时，两个摄像头同步工作产生的大量图像数据对处理器的运算能力和数据传输带宽也提出了较高要求，增加了系统复杂度和硬件成本。此外，现有双光装置在两个摄像头交替工作模式下的时序控制、图像空间配准以及双光谱数据融合算法等方面仍缺乏系统性的解决方案。

6、（四）图像采集受恶劣天气制约严重；在雨雪、冻雨天气条件下，监测装置摄像头镜片容易被雨雪覆盖甚至结冰，在浓雾天气下镜头表面容易起雾，均严重影响图像采集质量。现有技术中虽有部分装置设置了镜片加热组件，但多采用远程人工下发加热指令的方式或简单的定时加热方式，前者响应不及时、依赖人工操作，后者存在不必要的能耗浪费。缺乏一种能够根据环境温湿度参数自动判断加热需求的智能控制方案，无法实现在结冰起雾风险出现时主动除冰、风险解除后自动停热的闭环控制。

7、（五）环境参数与覆冰识别算法缺乏联动；现有覆冰监测装置中，温湿度传感器与图像识别算法之间多为相互独立的工作模式，环境参数仅用于气象辅助记录，未能作为有效特征输入融入覆冰厚度识别算法中，也未用于辅助校正因温湿度不同而导致的覆冰密度差异对厚度测量带来的偏差，导致覆冰厚度监测的准确性在不同气象条件下波动较大。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种基于红外光谱的输电线路覆冰在线监测方法及装置，用于解决现有技术中存在的至少一个技术问题。

2、本技术实施例提供一种基于红外光谱的输电线路覆冰在线监测方法，包括：

3、根据预设交替拍照时序，分别获取同一监测视场下输电线路的红外图像和可见光图像；

4、将所述红外图像和所述可见光图像进行空间配准；

5、根据所述空间配准后的红外图像和可见光图像识别覆冰区域与导线本体区域；

6、根据预先建立的辐射传输模型对所述空间配准后的红外图像进行处理，确定所述覆冰区域的第一候选厚度；

7、根据配准后的像素-物理尺寸映射关系对所述空间配准后的可见光图像进行处理，确定所述覆冰区域的第二候选厚度；

8、对所述覆冰区域的第一候选厚度与所述第二候选厚度进行融合修正处理，得到所述覆冰区域的第一修正厚度；

9、根据当前环境参数对所述覆冰区域的第一修正厚度进行二次修正，得到所述覆冰区域的目标厚度；

10、根据所述覆冰区域的目标厚度及所述当前环境参数生成监控信息。

11、在一些实施例中，所述根据所述空间配准后的红外图像和可见光图像识别覆冰区域与导线本体区域，包括：

12、对所述空间配准处理后的所述红外图像进行第一分割处理，得到所述覆冰区域和导线本体区域的第一分割结果；

13、对所述空间配准处理后的所述可见光图像进行第二分割处理，得到所述覆冰区域和导线本体区域的第二分割结果；

14、根据所述第一分割结果和所述第二分割结果确定覆冰区域与导线本体区域。

15、在一些实施例中，所述根据预先建立的辐射传输模型对所述空间配准后的红外图像进行处理，确定所述覆冰区域的第一候选厚度，包括：

16、根据预先建立的辐射传输模型对所述空间配准后的红外图像中导线本体区域与覆冰区域之间的灰度差进行处理，得到所述覆冰区域的第一候选厚度。

17、在一些实施例中，所述根据配准后的像素-物理尺寸映射关系对所述空间配准后的可见光图像进行处理，确定所述覆冰区域的第二候选厚度，包括：

18、根据配准后的像素-物理尺寸映射关系对所述可见光图像进行测量，得到覆冰后导线的外径；

19、根据所述覆冰后导线的外径以及导线标称直径，确定所述覆冰区域的第二候选厚度。

20、在一些实施例中，所述对所述覆冰区域的第一候选厚度与所述第二候选候选进行融合修正处理，得到所述覆冰区域的第一修正厚度，包括：

21、对所述覆冰区域的第一候选厚度与所述第二候选厚度分别赋予对应的加权值进行融合处理，得到所述覆冰区域的第一修正厚度；其中，所述加权值根据当前环境参数动态分配。

22、在一些实施例中，所述当前环境参数包括当前环境中的温度和湿度参数，所述根据当前环境参数对所述覆冰区域的第一修正厚度进行二次修正，得到所述覆冰区域的目标厚度，包括：

23、获取所述当前环境中的温度和湿度参数作为修正参数，根据预存的修正系数表以及所述修正系数对所述覆冰区域的第一修正厚度进行二次修正，得到所述覆冰区域的目标厚度。

24、在一些实施例中，根据预设交替拍照时序，分别获取同一监测视场的红外图像和可见光图像，包括：

25、当光照强度高于预设阈值，可见光镜头作为主采集通道在每一监测周期前段采集红外图像，红外镜头作为辅助采集通道在每一监测周期后段采集可见光图像，所述监测周期前段与后段间隔不超过预设时间；当光照强度低于预设阈值，红外镜头持续采集红外图像，可见光镜头每隔多个监测周期采集一次可见光图像以获取环境参考信息。

26、在一些实施例中，当环境温度低于结冰阈值且环境湿度高于结露阈值时，判定存在结冰或起雾风险，对所述可见光镜头和所述红外镜头加热，使得所述可见光镜头和所述红外镜头温度维持在预设目标温度范围内。

27、本技术实施例还提供一种基于红外光谱的输电线路覆冰在线监测装置，用于执行上述任一项基于红外光谱的输电线路覆冰在线监测方法。

28、本技术实施例再提供一种终端设备，包括处理器以及存储器；

29、所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

30、所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如上述任一项所述的基于红外光谱的输电线路覆冰在线监测方法。

31、本发明提供的基于红外光谱的输电线路覆冰在线监测方法、装置及终端设备，根据预设交替拍照时序，分别获取同一监测视场下输电线路的红外图像和可见光图像；将所述红外图像和所述可见光图像进行空间配准；根据所述空间配准后的红外图像和可见光图像识别覆冰区域与导线本体区域；根据预先建立的辐射传输模型对所述空间配准后的红外图像进行处理，确定所述覆冰区域的第一候选厚度；根据配准后的像素-物理尺寸映射关系对所述空间配准后的可见光图像进行处理，确定所述覆冰区域的第二候选厚度；对所述覆冰区域的第一候选厚度与所述第二候选厚度进行融合修正处理，得到所述覆冰区域的第一修正厚度；根据当前环境参数对所述覆冰区域的第一修正厚度进行二次修正，得到所述覆冰区域的目标厚度；根据所述覆冰区域的目标厚度及所述环境参数生成监控信息。本发明以红外图像作为覆冰厚度定量分析的主要数据源，由于导线金属与覆冰层的热辐射特性存在本质差异，红外图像上导线本体区域与覆冰区域呈现明显的灰度梯度，根据红外图像中的灰度差异定量转换为冰层厚度值，使得覆冰厚度计算结果具有良好的可重复性和可控精度，避免了间接测量法中因传感器误差和数学模型偏差带来的不确定性，提高了覆冰监测的准确度，同时在红外图像定量估算的基础上，利用可见光图像的高分辨率几何信息进行融合校正；根据不同的环境参数条件下，覆冰的密度和形态存在显著差异，进一步修正覆冰监测结果，使覆冰监测结果在不同季节、不同天气条件下均保持较高的准确性，显著提高了覆冰监测的精度。