基于无人机的输电线路故障检测系统的设计与实现

摘要

输电线是电力传输的载体，对输电线走廊进行定期巡检和维护，是保证供电系统安全可靠运行的必要工作。然而，输电线分布范围广，地理位置比较复杂，传统的巡检方式，如人工巡检、直升机巡检，主要是依靠人工借助各种设备对输电线走廊进行观察，工作强度大且效率低，因此设计一个自主、实时、高效的巡检系统非常有必要。
　　为此，本文对输电线故障实时检测系统进行了研究，应用嵌入式系统、无线通信、视觉图像处理等技术，设计了基于无人机航拍图像的故障识别终端。该识别终端主要包括图像采集、视频编码、故障识别、信息通信等功能。首先，抗震能力强、性能稳定的CCD摄像头进行图像采集，采集到的图像经视频解码器数字化，转化为BT.656格式的视频流并发送到数字媒体处理器，处理器将视频流转换为YUV格式并对其进行编码，然后其内部的DSP处理器核运行故障检测算法，对编码后的图像数据进行故障检测。最后通过长距离、永远在线的GPRS网络实时反馈输电线检测结果。
　　本文首先基于对现有方案的分析，阐述了基于计算机视觉的输电线故障检测的图像处理算法，重点研究了针对无人机航拍图像的图像预处理技术、输电线提取方法以及基于链码的输电线断股故障的检测方法，并在MATLAB中进行了实验仿真;同时详细叙述了系统的硬件组成，阐述了输电线故障检测系统中各个模块的软件实现架构，主要包括基于DM8127多核处理器的控制模块、图像采集模块、视频编码模块、故障检测模块和GPRS通信模块的主要功能设计以及它们之间的交互。
　　该基于计算机视觉和无人机的故障检测系统，具有图像采集及处理能力和网络通信能力，不仅可用于电力巡线领域，也可用于其他监控巡检领域，是智能巡检的一个重要发展趋势。

目录

声明

致谢

摘要

图表目录

第1章 绪论

1．1 应用背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究内容及安排

1．3．1 研究内容

1．3．2 本文章节安排

1．4 本章小结

第2章 基于无人机的输电线故障检测系统的总体设计方案

2．1 系统总体设计方案分析

2．1．1 现有方案分析

2．1．2 本系统架构及可行性分析

2．2 故障检测终端模块化设计

2．2．1 故障检测终端总体设计

2．2．2 控制模块

2．2．3 图像采集及编码模块

2．2．4 故障处理模块

2．2．5 无线通信模块

2．3 本章小结

第3章 输电线故障检测系统的图像处理技术基础

3．1 基于图像处理的故障识别总体方案

3．2 图像预处理

3．2．1 基于非线性直方图均衡方法的光学矫正

3．2．2 基于小波变换和半软阈值的图像去噪方法

3．3 输电线提取

3．3．1 图像分割技术

3．3．2 基于改进Canny算子的边缘检测法

3．3．3 基于Hough变换的直线检测

3．3．4 本系统输电线定位流程

3．4 输电线故障检测

3．4．1 输电线异物悬挂检测

3．4．2 输电线断股检测

3．5 本章小结

第4章 系统开发环境和平台

4．1 硬件开发环境和平台

4．1．1 C674x DSP子系统

4．1．2 成像子系统

4．1．3 媒体控制子系统

4．1．4 第二代高清视频图像协处理器

4．1．5 高清视频处理子系统

4．1．6 动态内存管理

4．2 软件开发环境和平台

4．2．1 RDK开发套件

4．2．2 CCS集成开发环境

4．3 GPRS无线网络模块

4．3．1 GPRS的数据传输协议

4．3．2 GPRS的特点和优势

4．3．3 本系统采用的GPRS模块

4．4 本章小结

第5章 基于无人机的输电线故障检测系统软件设计

5．1 系统软件总体设计

5．1．1 系统的视频图像数据流

5．1．2 Link间的数据传递机制

5．1．3 核间通信

5．2 系统软件各模块的实现

5．2．1 图像采集模块

5．2．2 视频编码模块

5．2．3 故障检测模块

5．2．4 控制及通信模块

5．3 本章小结

第6章 总结展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果