长间隙放电先导发展速度计算方法、设备及可读介质

摘要

本发明公开了一种长间隙放电先导发展速度计算方法，并公开了具有长间隙放电先导发展速度计算方法的系统、终端及存储介质，其中长间隙放电先导发展速度计算方法基于高速相机拍摄得到的试验照片，编写Matlab程序遍历图像，自动识别先导头部像素点坐标，结合相机拍摄速度和实际间隙距离实现先导纵向发展速度的自动计算。

说明书

技术领域

本发明涉及高电压与绝缘技术领域，特别涉及一种长间隙放电先导发展速度计算方法、设备及可读介质。

背景技术

我国能源分布和经济发展极不平衡的现状导致我国需要发展超特高压输电工程，将西部蕴藏的电力资源输送到经济发达的东部地区。超特高压输电工程具有输电容量大、输电线路长、电压等级高等特点，这为超特高压输电工程的绝缘配置带来重大挑战。在超特高压输电线路中，长空气间隙是十分常见的外绝缘形式，而目前长空气间隙放电理论体系尚不成熟，亟需对长空气间隙放电过程进行更深入的观测和分析。

流注与先导作为长空气间隙(下文简述为长间隙)放电的两个基本过程，其相关概念与理论已被广泛接受，流注和先导特征是研究长空气间隙放电过程的关键。先导的发展速度作为可观测的先导重要特征之一，一直是高压研究者们关注的焦点。目前长间隙放电的先导发展速度大多通过每张放电照片的时间间隔和先导头部像素点坐标计算得到，而先导头部像素点坐标往往需要手动数放电路径最前端亮度较大位置的坐标。然而，手动得到先导头部像素点坐标的方法存在以下不足：1.像素点的选取较主观，最前端亮度较大的像素点很可能不止一个，在没有一个较为确切的标准情况下人为选取的像素点具有较大随机性；2.过程繁琐，一组试验的放电照片往往有数十张，当需要处理的试验组较多的时候，手动数像素点坐标效率较低，耗费人力。因此有必要提出一种能够自动遍历一组试验放电照片并计算出先导纵向发展速度的方法，提高长间隙放电照片的处理效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种长间隙先导放电发展速度计算方法，能够提供一种简单且易于推广的长空气间隙放电先导纵向发展速度的计算方法。

本发明还提出一种具有上述长间隙放电先导发展速度计算方法的设备、终端和存储介质。

根据本发明的第一方面实施例的长间隙放电先导发展速度计算方法，包括以下步骤：

获取长间隙放电照片集；

获取所述长间隙放电照片集中图片之间的时间间隔；

识别所述长间隙放电照片集中的每张图片的先导头部点，并获取每张图片的先导头部点的图像坐标；

依据所述长间隙放电照片集中第一图片与第二图片之间的所述时间间隔，和所述第一图片、第二图片的先导头部点的图像坐标，计算所述第一图片对应的先导纵向发展速度。

根据本发明的一些实施例，所述方法还包括旋转图片使得图片中放电方向朝下。

根据本发明的一些实施例，所述方法还包括：

将所述长间隙放电照片集中的每张图片转化为灰度图。

根据本发明的一些实施例，上述的识别所述长间隙放电照片集中的每张图片的先导头部点的步骤具体包括：

获取所述长间隙放电照片集中每张图片中最大的灰度值g

选取每张图片中具有最大灰度值g

确定每张图片对应的点集中的特定点，每个点集中的特定点作为对应图片的先导头部点，获取先导头部点的纵坐标。

根据本发明的一些实施例，所述方法还包括：

如果所述点集中只有一个点，该点为所述点集对应图片的先导头部点。

根据本发明的一些实施例，所述依据所述长间隙放电照片集中第一图片与第二图片之间的所述时间间隔，和所述第一图片、第二图片的先导头部点的图像坐标，计算所述第一图片对应的先导纵向发展速度的步骤，具体包括：

根据所述第一图片、第二图片的先导头部点的图像坐标，确定所述第一图片与第二图片的先导头部点之间的像素距离；

根据所述像素距离确定所述第一图片与第二图片的先导头部点对应的实际距离；

根据所述先导头部点对应的实际距离、所述第一图片与第二图片之间的时间间隔，确定所述第一图片对应的先导纵向发展速度。

根据本申请的一些实施例，所述根据所述像素距离确定所述第一图片与第二图片的先导头部点对应的实际距离具体包括：

从所述长间隙放电照片集中各个图片的先导头部点中查找长间隙放电的起始先导头部点和击穿先导头部点；

获取实际间隙距离；

根据所述实际间隙距离、所述起始先导头部点和击穿先导头部点的图像坐标，确定放电方向上相邻像素点对应的实际距离；

根据所述相邻像素点对应的实际距离、所述第一图片和第二图片的先导头部点的图像坐标，确定所述先导头部点对应的实际距离。

根据本发明的第二方面实施例的长间隙放电先导发展速度计算设备，包括：

拍摄模块，能够获取长间隙放电照片集；

预输入模块，能够获取所述长间隙放电照片集图片之间的时间间隔；

识别模块，能够识别所述长间隙放电照片集中的每张图片的先导头部点，并获取每张图片的先导头部点的图像坐标；

计算模块，能够依据所述长间隙放电照片集中第一图片与第二图片之间的所述时间间隔，和所述第一图片、第二图片的先导头部点的图像坐标，计算所述第一图片对应的先导纵向发展速度。

根据本发明的一些实施例，所述设备还包括：

图片预处理模块，能够旋转图片使得图片中放电方向朝下，然后将所述长间隙放电照片集中的每张图片转化为灰度图。

根据本发明第三方面实施例的终端，包括：存储器、处理器及存储在该存储器上并可在该处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述长间隙放电先导发展速度计算方法。

根据本发明第四方面实施例的可读介质，其特征在于，所述可读介质内部存储有计算机软件，所述计算机软件在运行的时候，能够实上述的长间隙放电先导发展速度计算方法。

根据本发明实施例的长间隙放电先导发展速度计算方法，至少具有如下有益效果：利用计算机软件实现了对长间隙先导放电速度发展计算方法，能够解决传统的人工识别过程中，主观因素造成的误差，同时还能利用计算机运算速度快本身的优势，提高处理效率，解放劳动力。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例一的长间隙放电先导发展速度计算方法的步骤示意图；

图2为本发明实施例二的长间隙放电先导发展速度计算方法的步骤示意图；

图3为图2中长间隙放电先导发展速度计算方法的步骤示意图的详细步骤图；

图4为本发明实施例图片的像素坐标轴设置的示意图；

图5为本发明实施例图片放电起始位置和击穿位置示意图；

图6为本发明实施例50％放电电压下6m棒-板间隙操作冲击放电试验照片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

由于长间隙放电理论体系尚不成熟，目前还处于试验阶段。而在分析实验数据中，人工计算的方式不仅速度慢，而且误差较大。所以需要一种能够自动根据图片计算出长间隙先导放电速度的方法。

实施例一、

参照图1，本申请的实施例提供了一种长间隙放电先导发展速度计算方法。该方法利用计算机程序实现，至少包括：

步骤A100、获取长间隙放电照片集。

步骤A200、获取长间隙放电照片集中图片之间的时间间隔。

步骤A300、识别长间隙放电照片集中每张图片的先导头部点，并获取每张图片的先导头部点的图像坐标。

步骤A400、依据所述长间隙放电照片集中第一图片与第二图片之间的所述时间间隔，和所述第一图片、第二图片的先导头部点的图像坐标，计算所述第一图片对应的先导纵向发展速度。

实施例二、

为了适应实验室环境下条件下的长间隙先导放电发展速度计算方法，在实施例一的基础上做出改进，参照图2。

方法的具体步骤包括：

步骤S100、获取长间隙放电照片集。

在进行长间隙放电实验的时候，利用高速摄像机拍摄放电的图片。

需要注意的是，在实验过程中，放电的方向一般都是固定的，从上往下放电。与之对应的，摄像头在设置的时候，一般竖过来放置，以求能够尽可能清晰的捕捉到放电时候的画面。将所有的照片整合在一起，作为长间隙放电照片集。

可以理解到的是，如果相机没有竖过来放置，也可以在获得长间隙放电照片集之后，将照片集中的每个图片进行旋转，使得所有图片中长间隙放电的方向朝下。这样同样能够达到相同的效果。

更进一步地，根据大量实验得出结论：高速摄像机一般选择拍摄速度在100000fps以上的，这样能够较为清晰的捕捉到长间隙放电的照片。

步骤S200、获取所述长间隙放电照片集中图片之间的时间间隔。

将相机的拍摄速度v(fps)输入程序当中，由拍摄速度v(fps)可以计算得到照片之间的时间间隔Δt(s)：

Δt＝1/v

参照图3，为了更清楚的说明方法中所包含的步骤，方便理解，现采用较优的实施例进行说明。

步骤S300、对长间隙放电照片集中的图片进行预处理。

为了方便后续识别步骤的进行，需要对图片进行预处理，包括：

步骤S301、获取长间隙放电照片集中图片的分辨率。

参照图4，在读取图片的时候，将图片的分辨率表示为N×M。然后以图片的左上角作为坐标轴原点，向右为y轴正方向，向下为x轴正方向。显而易见的，图片最右下方的像素，坐标为(M，N)。读取图片时，通常只读取一个图片的分辨率，因为在本申请中，采样时的拍摄装置没有发生改变，故长间隙放电照片集中图片的分辨率都是相同的。如果分辨率不同，则需要对图像进行其他的处理过程，处理方法属于本领域技术人员能够理解的手段，所以此处不再讨论。

步骤S302、将长间隙放电照片集中的每张图片转化为灰度图。

在识别图片的先导头部点的时候，亮度是主要的依据，为了更简单的比较亮度的大小，则可以将彩色的图片转化为灰度图，这样灰度值越高的像素点，就越亮。方便后续的识别过程。

可以理解到的是，所述步骤S301和S302的先后顺序并没有严格的要求，只要在步骤S100之后就可以进行了改变顺序也是同样可以做到本申请描述的。

进一步地，步骤S300是为了将照片调整成容易识别的形态，如果在拍摄放电图片的时候，就采用黑白模式进行拍摄，且预先设置好了图片的分辨率，这样就能够避开预处理的过程，也就是可以直接跳过步骤S300。此处描述只是为了方便理解。

步骤S400、识别所述长间隙放电照片集中的每张图片的先导头部点，并获取每张图片的先导头部点的图像坐标。

在获得长间隙放电照片集之后，为了计算放电的速度，需要先识别出电弧的最前端，也称为先导头部点。

更具体的，包括以下步骤：

步骤S401、获取所述长间隙放电照片集中每张图片中最大的灰度值g

遍历图片中每个像素的灰度值，找出最大的灰度值g

步骤S402、依据步骤S401得到的最大灰度值，找到对应的点集。

选取所有具有最大灰度值g

将所有灰度值等于g

步骤S403、确定每张图片对应的点集中的特定点，每个点集中的特定点作为对应图片的先导头部点，获取先导头部点的纵坐标。

所述特定点的确定方式如下：

当最亮的点不只有一个的时候，选取其中一个点作为先导头部点。

优选的，可以将点集中所有的点的纵坐标取平均值(四舍五入)，这样得到的结果，更接近先导头部点的中心。

可以理解到的是，取平均是一种比较容易想到的近似方式，如果采用其他的近似方式，比如取最大，取最小等等常见的方式。只要全程统一，则误差都处于可控范围内。如果在计算先导头部点的时候，依然是使用上述点集做出的数学运算，都是不脱离本申请描述的宗旨的。

或者，取纵坐标最大的点的纵坐标，作为先导头部点的纵坐标。纵坐标最大的点，代表着放电传播过程中最亮部分的最前端。

同样的，取纵坐标最小的点的纵坐标，或者取纵坐标最大和纵坐标最小的平均值，都是可以的。这是因为本身点集当中包含的点数量不多，且纵坐标变化的范围不大，只要将所有图片选取先导头部点的纵坐标的方式统一，就不会产生较大的误差。

根据本申请一些较优的实施例，当点集中只有一个点的时候，则直接将这个点的纵坐标作为先导头部点的纵坐标。

步骤S500、依据所述长间隙放电照片集中第一图片与第二图片之间的所述时间间隔，和所述第一图片、第二图片的先导头部点的图像坐标，计算所述第一图片对应的先导纵向发展速度。可以分为以下两个步骤：

步骤S501、根据所述第一图片、第二图片的先导头部点的图像坐标，确定所述第一图片与第二图片的先导头部点之间的像素距离。

步骤S502、根据所述像素距离确定所述第一图片与第二图片的先导头部点对应的实际距离。

参照图5，需要获取的距离数据，包括起始位置纵坐标y

起始位置纵坐标y

具体的：从所述长间隙放电照片集中各个图片的先导头部点中查找长间隙放电的起始先导头部点y

获取实际间隙距离d(m)。

根据所述实际间隙距离、所述起始先导头部点和击穿先导头部点的图像坐标，确定放电方向上相邻像素点对应的实际距离。

根据所述相邻像素点对应的实际距离、所述第一图片和第二图片的先导头部点的图像坐标，确定所述先导头部点对应的实际距离。

其中，如果放电方向是竖直方向，那么，起始先导头部点、击穿先导头部点的图像坐标为纵坐标，放电方向上相邻的像素点是指纵向相邻的像素点。

放点方向上相邻像素点对应的实际距离Δl(m)为：

Δl＝d/(y

步骤S503、根据所述先导头部点对应的实际距离、所述第一图片与第二图片之间的时间间隔，确定所述第一图片对应的先导纵向发展速度。

第i张图的纵坐标记为y

则第i张图先导纵向发展速度的计算公式如下：

v

实施例三、

在实施例二的基础上，带入具体的数据进行计算。

基于50％放电电压下6m棒-板间隙正极性操作冲击放电试验照片。

高速相机的拍摄速度为200000fps，则每张照片的时间间隔

读取实验中的照片，由于本实施例中使用的是黑白图片，所以不需要再转换成灰度图，图片像素为256×152。

参照图6，通过编写好的Matlab程序识别试验照片中的先导头部像素点坐标，程序运行结果如表1所示。从表1中可以看到，序号为1、2、3、5、6的五张没有放电的图也有一个相应的坐标，这是因为所有图片中都有一个及其微小的光点。第四张图片是首次流注，程序记录下了其坐标，从第7张图片开始放电起始，到第53张图片完成击穿。

表1 50％放电电压下6m棒-板间隙操作冲击放电先导头部像素点坐标

第7张图片得到的先导头部纵坐标为y

计算先导纵向发展速度，由于放电从第7张图片开始，所以将第7、第8张图片之间记为时间段1，则从第7张图片到第53张图片共有46个时间段，结果如表2所示。注意到时间段8的发展速度为0，这是因为此时先导开始分叉，最亮像素点没有纵向位移。

表2 50％放电电压下6m棒-板间隙操作冲击放电先导发展速度

实施例四、

根据本申请第二方面的实施例，提供了一种长间隙先导发展速度计算设备，包括：

拍摄模块，能够获取长间隙放电照片集；

预输入模块，能够获取所述长间隙放电照片集图片之间的时间间隔；

识别模块，能够识别所述长间隙放电照片集中的每张图片的先导头部点，并获取每张图片的先导头部点的图像坐标；

计算模块，能够依据所述长间隙放电照片集中第一图片与第二图片之间的所述时间间隔，和所述第一图片、第二图片的先导头部点的图像坐标，计算所述第一图片对应的先导纵向发展速度。

进一步地，所述装置还包括图片预处理模块，该模块能够旋转图片使得图片中放电方向朝下，然后将所述长间隙放电照片集中的每张图片转化为灰度图。

进一步地，所述计算模块中，还包括：

像素距离确定元件，能够根据所述第一图片、第二图片的先导头部点的图像坐标，确定所述第一图片与第二图片的先导头部点之间的像素距离；

实际距离确定元件，根据所述像素距离确定所述第一图片与第二图片的先导头部点对应的实际距离；

先导发展速度计算元件，能够根据所述先导头部点对应的实际距离、所述第一图片与第二图片之间的时间间隔，确定所述第一图片对应的先导纵向发展速度。

进一步地，上述实际距离确定元件，还包括：

放电起止点识别单元，能够从所述长间隙放电照片集中各个图片的先导头部点中查找长间隙放电的起始先导头部点和击穿先导头部点；

实际间隙距离获取单元，能够获取实际间隙距离；

像素点距离计算单元，根据所述实际间隙距离、所述起始先导头部点和击穿先导头部点的图像坐标，确定放电方向上相邻像素点对应的实际距离；

先导头部点确定单元，根据所述相邻像素点对应的实际距离、所述第一图片和第二图片的先导头部点的图像坐标，确定所述先导头部点对应的实际距离。

本申请实施例通过计算机软件，实现该长间隙先导发展速度计算方法，不仅能够准确的计算出长间隙先导发展速度，同时还能够减少人力劳动的成本，并且快速的得到计算结果。

本申请又一实施例提供了一种计算机可读介质，存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令用于执行上述图1所示的应用程序长间隙放电先导发展速度计算方法。

本申请又一实施例提供了一种终端，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时以实现上述长间隙放电先导发展速度计算方法。

具体地，处理器可以是CPU，通用处理器，DSP，ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

具体地，处理器通过总线与存储器连接，总线可包括一通路，以用于传送信息。总线可以是PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。

存储器可以是ROM或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

可选的，存储器用于存储执行本申请方案的计算机程序的代码，并由处理器来控制执行。处理器用于执行存储器中存储的应用程序代码，以实现图1所示实施例提供的计算长间隙放电先导发展速度的动作。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。