关键词：
覆冰监测
模拟导线
质量测量
双目视觉
不规则体积测量
覆冰密度
摘要：
架空输电线路在冬季严寒天气极易因严重覆冰从而诱发大面积倒塔、断线等电力安全事故,对此国内外开展了大量关于输电线路覆冰的研究。但是缺少覆冰密度在线监测相关技术研究,不同密度的结冰对输电线路造成的危害显然不同。同时,覆冰的相关计算中使用的覆冰密度大多采用估算值,给计算结果会带来无法避免的误差。本文通过研究称重传感器测量质量和双目相机测量体积的原理,设计一种能够在线监测模拟导线覆冰密度的测量系统,将其搭载在观冰机器人,观冰机器人挂在架空输电线路,模拟导线的覆冰与输电线路的覆冰状态接近,通过测量模拟导线的覆冰密度从而实现观测架空输电线路覆冰密度的目的,该系统具有较高的测量精度和有效性,主要研究成果如下:首先,设计了基于模拟导线的覆冰质量测量系统。以称重传感器为基础,设计基于模拟导线的称重结构以及基于Lab VIEW的传感器数据采集软件,该系统可以测量模拟导线的覆冰质量。为分析不规则圆周运动对系统的影响,以模拟导线的质量为研究对象,模拟导线的质量、倾角为变量,设计质量测量实验。基于采集的45组数据,分析质量、倾角对测量精度的影响,发现质量和倾角的增大都会引发测量误差的增加。最后,为提高系统测量精度,引入截尾均值算法处理传感器输出的质量数据,实验结果表明:截尾均值算法处理过的实验数据测量精度明显提高,该系统的质量测量误差小于2g。然后,设计了基于模拟导线的覆冰体积测量系统。以双目视觉为基础,建立模拟导线的覆冰体积测量模型,根据此模型建立体积测量系统,该系统可以测量模拟导线的覆冰体积。对双目相机标定,根据标定参数对得到的左右图像对作立体校正。基于SGM、AD＿Census、ZED三种算法实现全局点云的获取,为提高点云分割精度,引入判定依据,基于改进的阈值分割算法,实现点云的高精度分割。对基于点云的体积计算原理进行详细的阐述。最后,针对测量目标白色圆锥,设计模拟体积测量实验,通过ZED得到点云数据,计算圆锥的等效高度、等效底面积,最终实现圆锥体积的测量。实验结果表明:对于本文采用的测量目标白色圆锥,可以得到完整清晰的轮廓点云,体积测量误差为4.11%,基本符合工程测量的需要。其次,设计了基于模拟导线的覆冰密度测量系统。根据上述系统测量的质量和体积,该系统可以计算出模拟导线的覆冰密度。依托称重结构和双目相机等模块,设计系统整体硬件,搭载在观冰机器人机身。基于机器人的应用环境和信号的传输模式,设计无线通讯软件以及上位机界面,实现质量、体积、图片的无线传输,在上位机显示,介绍了模拟导线覆冰密度的计算流程。此外,基于设计的密度测量系统,设计实验,测量模拟导线的体积,最终计算得到导线体积为100056mm3。最后,设计密度测量实验,进一步验证系统的有效性,将其应用到实际环境中。首先依据设计的测量系统,在实验室铺设的架空导线环境下,针对模拟导线悬挂的注水白色圆锥,设计密度测量实验,通过实验测量注水圆锥的密度。实验结果表明:对于本文的两个白色圆锥,密度测量误差为10.9%。然后在贵阳防灾减灾重点实验室的实际环境,利用该系统测量标准砝码的质量和导线的覆冰厚度,用尺子测量真实的覆冰厚度,两者对比,结果表明:真实环境下,该系统仍具有较为准确的测量精度。系统验证后,在贵阳防灾减灾重点实验室的实验线路进行上线监测实验,在线测量模拟导线覆冰密度,结合覆冰图片判断覆冰类型,应用于实际的架空输电线路。
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