基于弧垂的输电线舞动计算

摘要：为了及时有效的对输电线的舞动值进行监控，以保证输电线路的安全运行。提出了一种基于视频分析技术的舞动检测方法。该方法首先对监控视频进行分析处理，计算出每帧图像的弧垂值，然后对每帧的弧垂值进行统计分析，由舞动的定义计算出被监控输电线的舞动角度和舞动值。本文对输电线的舞动做了仿真实验，实验结果表明，此方法较准确的计算出了输电线的舞动值。

关键词：舞动；弧垂；视频分析

中图分类号：TP391.19 文献标识码：A 文章编号：1007-9599　（2012）　19-0000-02

1 引言

输电线舞动是覆冰输电线在风的激励下产生的一种低频、大振幅自激振动。输电线的舞动已经对我国很多地区的输电线路造成了很大的危害。因此我们需要及时有效的对输电线舞动进行实时监控。随着视频分析及图像处理技术的快速发展，在输电线路上定位摄像机或者进行航拍取样，对输电线进行实时的视频监控，成为一种较为可行的输电线舞动监测方法。在视频分析中，应用数字图像处理技术对采集到数据进行分析计算，可以为防治输电线的舞动提供大量准确的数据支持。相关工作在国内外已经有了开展。

自20世纪30年代起，国外学者开始对导线舞动进行了大量的试验和理论研究！文献[1]介绍了我国近年来在输电线防舞动方面的研究成果，以及由此开发的专利产品双摆防舞器和整体式偏心重锤的应用情况。文献[2]给出了输电线舞动的有限元分析方法，在此基础上编写了计算导线舞动的有限元程序，计算实例模拟了舞动的全过程，探讨了风速、攻角等对舞动的影响。

在现代图像分析与计算机视觉技术日益完善的情况下，针对一些特定的舞动形态，图像检测手段将是一种很好的选择。采用图像分析与视觉计算方法，实现了对输电线路横向舞动的角度计算。首先采用固定于杆塔上的摄像头拍摄电缆图像，根据指定区域及预设数量检测出电缆，并进行曲线拟合得到相关参数，再采用简化的横向舞动模型，推算舞动角度与图像中电缆轨迹参数的关系，最后计算出输电线路的横向舞动角度，为舞动的动态监测与数据记录提供了一种新的思路[3]。

2 弧垂的定义及计算

一般情况下，弧垂特指一档距内的最大弧垂，通常用字母f表示，如图1所示。当导线悬挂点等高时，最大弧垂在档距中央处；当导线悬挂点不等高时，最大弧垂则近似在档距中央处。

3 舞动值的计算

3.1 线路舞动幅度与频率的测算

在完成了输电线的弧垂计算后，下面的任务就是如何计算出线路舞动幅度和频率。由于舞动过程中，摄像头的拍摄角度不变，因此其弧垂值的点就是固定不变的，我们可以将其弧垂值点作为每一帧的目标点。将所有的目标点数据统计出来。其数值的变换如下图2所示：

（1）幅度的计算。在每个周期内，弧垂值最大值点和最小值点的差值就是这个周期内的输电线舞动幅度。

（2）频率的计算。由于视频的拍摄时间和视频帧所占用的时间可以确定，我们首先要找到一个弧垂值最大值点或弧垂值最小值点，然后以此点为中心，依次向两边搜索，找到最近的弧垂值最小或最大值点。记录两点之间经历的点数即帧数。由于每帧的时间可以确定，我们就可以得到舞动的周期，继而得到其舞动的频率。

3.2 坐标转换

在视频分析中，只是对视频本身做了相应的数字图像处理，与实际大小有差距。因此这里对拍摄时的角度及距离等做了测量，应用摄像机标定原理对视频中的图像进行了世界坐标的转换。以便应用于工程实践和对测量结果正确性的判断。

3.3 仿真实验结果

我们在实验室对输电线的舞动进行了仿真。在实验室搭架了一根输电线的实验装置，如图3，跨度4.5m，高度差为0.1m，测定弧垂0.34m，摄像头角度约60°，与顶端距离约1.5m。应用本文算法，舞动的角度约为10.4°，舞动频率为5.76，基本符合目测结果。

4 总结

用此方法，不仅对输电线的弧垂和舞动同时做出了监测，而且减少了计算舞动值是不必要的目标点标注，提高了可实施性和准确性。

参考文献：

[1]尤传永.导线舞动稳定性机理及其在输电线路上的应用[J].电力设备，2004，5（6）：13-17.

[2]王丽新，杨文兵，杨新华，等.输电线路舞动的有限元分析[J].华中科技大学学报，2004，21（1）：76-80.

[3]毛玉星，张占龙，邓军，何为.架空输电线横向舞动角度仿真计算[J].　系统仿真学报，2008，20（53）：6553-6556.

[个人简介]范启跃（1986.04-），男，汉族，籍贯：河北省张家口，单位：华北电力大学，学历：研究生，研究方向：图像处理、智能视频监控。