基于图像处理的输电线路冰区发展趋势估计方法
李昊 王俊锞
摘 要： 输电线路的冰灾区域发展趋势的有效预测能提高线路的状态监测和故障排查能力，提出基于图像处理的输电线路冰区发展趋势估计方法。采用遥感图像采集技术进行输电线路遥感信息采集，对采集的输电线路遥感图像进行图像降噪处理，并对降噪输出的输电线遥感监测图像进行冰区域分块处理，结合图像分割方法进行冰区域预测和块估计，实现输电线路冰区发展趋势估计。实验结果表明，采用该方法进行输电线路冰区发展趋势估计判断准确性较高，监测的实时性较好。
关键词： 图像处理； 输电线路； 冰区； 故障排查； 状态监测
中图分类号： TN913.32?34； TP399 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）22?0098?03
Abstract： The effective prediction of the icing region development trend of the transmission line can improve the condition monitoring and fault checking capability of the transmission line. An image processing based estimation method for icing region development trend of transmission line is proposed. The remote sensing image acquisition technology is utilized to acquire the remote sensing information of the transmission line， then the acquired remote sensing image of the transmission line is denoised， and the icing region block processing is performed for the denoised remote sensing monitoring image of the transmission line. The image segmentation method is combined to carry out the icing region prediction and block estimation to realize the icing region development trend estimation. The experimental results show that the method used to estimate the icing region development trend of the transmission line has high accuracy and perfect real?time monitoring performance.
Keywords： image processing； transmission line； icing region； fault checking； state monitoring
0 引 言
随着遥感数字成像技术的成熟，采用遥感监测和数字成像处理技术进行远程监测，实现各种监测对象的运行状态远程管理，相关的监测方法和模式识别方法具有很好的发展前景[1]。输电线路分布在野外，由于线路长和分布地域广等特点，导致输电线路容易产生各种故障，特别是在遇到冰雪灾害的情况下，容易导致线路损坏，需要对输电线路的冰区发展趋势进行可靠性预测，实现对输电线路的远程实时监控，提高线路的状态监测和判断能力。传统方法主要采用的是人工寻线方法进行冰区发展趋势监测，效率不高、实时性不好。对此，本文提出基于图像处理的输电线路冰区发展趋势估计方法，结合遥感图像处理技术，实现输电线路的图像分析和冰区发展趋势预测，取得较好成果。
1 图像采集与预处理
1.1 输电线路遥感信息采集
为了实现基于图像处理的输电线路冰区发展趋势估计和信息判断，需要首先进行输电线路冰区的遥感图像采集，对采集的模糊遥感图像进行数字图像处理，主要的处理方法是图像降噪、图像信息融合和图像分块分割[2]。采用遥感探测和信息特征的三维重建方法，通过对高分辨率的测绘图像采集，进行输电线路冰区的纹理信息分割和边缘轮廓检测，输电线路遥感图像表达式为：
1.2 图像降噪处理
进一步对输电线路的遥感图像进行图像降噪处理，本文采用中值滤波降噪方法[3]。将图像的扫描模板划分成3×3的像素块，冰雪覆盖区域记为[Ω]，冰雪覆盖区域的图像采集颜色特征信息为[I（x，y）]。利用光线投射反射滤波方法，将遥感图像[C]划分为互不重叠的两个区域[R1]和[R2]，计算输电线路在受到冰雪覆盖和正常区域的差异性特征，进行图像重构，滤波函数记为：
3 仿真实验分析
为了测试本文方法在实现输电线路冰区发展趋势估计预测中的应用性能，在Matlab中进行仿真实验分析，采用遥感成像技术进行原始输电线路的信息采样。遥感成像灰度总级数为108，输电线路冰区覆盖区域的像素值为180×200，输电线路总长度为50 km，图像采集的干擾噪声强度为12 dB，冰区测量误差迭代次数为20次，收敛步长为12。根据上述仿真参量设定，得到原始采集的输电线路遥感成像如图1所示。
对降噪输出的输电线路遥感监测图像进行冰区域分块处理，结合图像分割方法进行冰区域预测和块估计，采用不同方法进行预测误差估计，得到统计结果见表1。分析统计结果得知，采用本文方法进行输电线路冰区发展预测，误差较传统方法更低，同时提高了对输电线路的自然灾害监测能力。
4 结 语
为了提高对输电线路的冰灾区域发展趋势预测和排查能力，本文提出基于图像处理的输电线路冰区发展趋势估计方法，并进行实验对比分析。研究得知，利用本文方法进行冰区发展趋势估计和预测的误差较低，图像处理性能较好，提高了对输电线路的防灾减灾能力。
参考文献
[1] 朱路，刘江锋，刘媛媛，等.基于稀疏采样与级联字典的微波辐射图像重构方法[J].微波学报，2014，30（6）：41?45.
[2] 丁勇，李楠.基于高维度特征分析的非局部图像质量评价方法[J].电子与信息学报，2016，38（9）：2365?2370.
[3] HU A， ZHANG R， YIN D， et al. Image quality assessment using a SVD?based structural projection [J]. Signal processing： image communication， 2014， 29（3）： 293?302.
[4] 索中英，程嗣怡，袁修久，等.优势决策信息系统规则获取方法及应用[J].兵工学报，2015，26（3）：539?544.
[5] 王永旭，温渤婴.高压直流输电交流滤波器与交流系统最大并联阻抗的分析与计算[J].中国电机工程学报，2015，35（11）：2703?2710.
[6] 史洪印，张诺.基于稀疏表示和道路辅助的单幅SAR图像运动目标检测方法[J].电子学报，2015，43（3）：431?439.
摘 要： 输电线路的冰灾区域发展趋势的有效预测能提高线路的状态监测和故障排查能力，提出基于图像处理的输电线路冰区发展趋势估计方法。采用遥感图像采集技术进行输电线路遥感信息采集，对采集的输电线路遥感图像进行图像降噪处理，并对降噪输出的输电线遥感监测图像进行冰区域分块处理，结合图像分割方法进行冰区域预测和块估计，实现输电线路冰区发展趋势估计。实验结果表明，采用该方法进行输电线路冰区发展趋势估计判断准确性较高，监测的实时性较好。
关键词： 图像处理； 输电线路； 冰区； 故障排查； 状态监测
中图分类号： TN913.32?34； TP399 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）22?0098?03
Abstract： The effective prediction of the icing region development trend of the transmission line can improve the condition monitoring and fault checking capability of the transmission line. An image processing based estimation method for icing region development trend of transmission line is proposed. The remote sensing image acquisition technology is utilized to acquire the remote sensing information of the transmission line， then the acquired remote sensing image of the transmission line is denoised， and the icing region block processing is performed for the denoised remote sensing monitoring image of the transmission line. The image segmentation method is combined to carry out the icing region prediction and block estimation to realize the icing region development trend estimation. The experimental results show that the method used to estimate the icing region development trend of the transmission line has high accuracy and perfect real?time monitoring performance.
Keywords： image processing； transmission line； icing region； fault checking； state monitoring
0 引 言
随着遥感数字成像技术的成熟，采用遥感监测和数字成像处理技术进行远程监测，实现各种监测对象的运行状态远程管理，相关的监测方法和模式识别方法具有很好的发展前景[1]。输电线路分布在野外，由于线路长和分布地域广等特点，导致输电线路容易产生各种故障，特别是在遇到冰雪灾害的情况下，容易导致线路损坏，需要对输电线路的冰区发展趋势进行可靠性预测，实现对输电线路的远程实时监控，提高线路的状态监测和判断能力。传统方法主要采用的是人工寻线方法进行冰区发展趋势监测，效率不高、实时性不好。对此，本文提出基于图像处理的输电线路冰区发展趋势估计方法，结合遥感图像处理技术，实现输电线路的图像分析和冰区发展趋势预测，取得较好成果。
1 图像采集与预处理
1.1 输电线路遥感信息采集
为了实现基于图像处理的输电线路冰区发展趋势估计和信息判断，需要首先进行输电线路冰区的遥感图像采集，对采集的模糊遥感图像进行数字图像处理，主要的处理方法是图像降噪、图像信息融合和图像分块分割[2]。采用遥感探测和信息特征的三维重建方法，通过对高分辨率的测绘图像采集，进行输电线路冰区的纹理信息分割和边缘轮廓检测，输电线路遥感图像表达式为：
1.2 图像降噪处理
进一步对输电线路的遥感图像进行图像降噪处理，本文采用中值滤波降噪方法[3]。将图像的扫描模板划分成3×3的像素块，冰雪覆盖区域记为[Ω]，冰雪覆盖区域的图像采集颜色特征信息为[I（x，y）]。利用光线投射反射滤波方法，将遥感图像[C]划分为互不重叠的两个区域[R1]和[R2]，计算输电线路在受到冰雪覆盖和正常区域的差异性特征，进行图像重构，滤波函数记为：
3 仿真实验分析
为了测试本文方法在实现输电线路冰区发展趋势估计预测中的应用性能，在Matlab中进行仿真实验分析，采用遥感成像技术进行原始输电线路的信息采样。遥感成像灰度总级数为108，输电线路冰区覆盖区域的像素值为180×200，输电线路总长度为50 km，图像采集的干擾噪声强度为12 dB，冰区测量误差迭代次数为20次，收敛步长为12。根据上述仿真参量设定，得到原始采集的输电线路遥感成像如图1所示。
对降噪输出的输电线路遥感监测图像进行冰区域分块处理，结合图像分割方法进行冰区域预测和块估计，采用不同方法进行预测误差估计，得到统计结果见表1。分析统计结果得知，采用本文方法进行输电线路冰区发展预测，误差较传统方法更低，同时提高了对输电线路的自然灾害监测能力。
4 结 语
为了提高对输电线路的冰灾区域发展趋势预测和排查能力，本文提出基于图像处理的输电线路冰区发展趋势估计方法，并进行实验对比分析。研究得知，利用本文方法进行冰区发展趋势估计和预测的误差较低，图像处理性能较好，提高了对输电线路的防灾减灾能力。
参考文献
[1] 朱路，刘江锋，刘媛媛，等.基于稀疏采样与级联字典的微波辐射图像重构方法[J].微波学报，2014，30（6）：41?45.
[2] 丁勇，李楠.基于高维度特征分析的非局部图像质量评价方法[J].电子与信息学报，2016，38（9）：2365?2370.
[3] HU A， ZHANG R， YIN D， et al. Image quality assessment using a SVD?based structural projection [J]. Signal processing： image communication， 2014， 29（3）： 293?302.
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[5] 王永旭，温渤婴.高压直流输电交流滤波器与交流系统最大并联阻抗的分析与计算[J].中国电机工程学报，2015，35（11）：2703?2710.
[6] 史洪印，张诺.基于稀疏表示和道路辅助的单幅SAR图像运动目标检测方法[J].电子学报，2015，43（3）：431?439.
