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一种配网架空导线线径及高度智能测量装置的研制

2024-08-07 23 上传者：管理员

摘要：现场勘察是配网不停电作业的起点和重要环节，勘察人员只有通过周密的现场勘察，才能确认是否具备作业条件，进而制订作业方案及配备施工所需材料等。有效的现场勘察将大大提高施工作业的效率及施工质量，而目前在导线线径大小及导线对地距离高度勘察方面，主要采用人工经验判断或测量杆测量方式，准确性较低，对施工效率及质量产生了较大的影响。为了提高现场勘察准确度，进而提高带电作业的效率及质量，研制了一种配网架空导线线径及高度智能测量装置。通过图像处理与激光测量技术相结合，实现单人操作、远距离快速准确测量，极大提高了勘察测量效率及安全性。

关键词：
图像处理
带电立杆
激光测距
线径及高度测量
配网架空导线
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在配网不停电作业中，对配网架空导线的线径和高度进行测量是带电立杆及引接作业至关重要的前期勘察内容[1]。在线径测量方面，通常采用人工经验判断或绝缘杆测量方式，准确性较低，对施工效率及质量产生了较大的影响；而在导线对地高度测量方面，通常采用绝缘线径测量杆进行接触式测量，但这需要2名工作人员协同操作，并且由于架空导线的高度较高，所需绝缘杆的长度也较长，工作人员劳动强度较大。同时，该方法使用接触式测量，一旦绝缘杆潮湿或附着低电阻异物，就存在触电风险。

智能化测量技术可以显著提高工作效率，测量过程更加高效，不再需要2名工作人员协同操作，而只需1名工作人员即可完成任务，减少人力投入。该测量技术能够降低操作难度，即使在较高架空导线测量中，也无需长绝缘杆，从而减轻了操作人员的劳动强度。智能测量技术采用非接触式测量方法，有效避免了传统接触式测量可能导致的触电风险，提高了安全性。使用该技术不受恶劣天气和工作环境限制，能够在雨天或潮湿天气情况下使用，并保持稳定可靠的测量性能。智能化技术在测量方面的运用还具有附属功能，例如通过存储记忆功能记录历史测量数据，为后续的设备台账更新提供数据支撑，有助于电力系统台账的维护和管理。

1、设计思路

1.1装置结构及工作原理

本智能测量装置由主体、支架、显示屏、摄像头、距离传感器、数据处理器等组件构成。主体通过导向架、横移电机、横移螺纹杆、调平伸缩缸和转动电机的巧妙组合，实现对配网架空导线线径及高度的智能化测量。装置主体滑动嵌入导向架内，导向架上配备横移电机，横移电机连接横移螺纹杆，横移螺纹杆贯穿装置主体。导向架上安装球头，球头连接球碗，而调平伸缩缸的伸缩端与球碗接触，球碗下端与支架可转动连接。支架上设有转动电机，与球碗相连。

这一设计使装置在测量过程中能够灵活调整位置和角度。数据处理器作为核心部件，与各传感器和执行器电性连接，实现对采集数据的处理和测量装置的全面控制。

这套结构巧妙地整合了机械和电子元素，通过先进的控制算法，实现对配网架空导线线径及高度的高效测量，不仅简化了传统测量过程，还提升了测量的准确性和安全性。

智能测量装置工作原理如图1所示。

图1智能测量装置工作原理图

1.2导线定位与调平

在智能测量装置的操作过程中，导线的定位和调平是关键步骤，可通过以下步骤实现自动化和精准测量：①将装置放置于架空导线下方，通过调平伸缩缸的动作，导向架和球头被带动转动，而水平传感器的感应使整个装置实现了自动调平。这一步骤省去了传统测量中人工调平的烦琐过程，提高了测量的效率和准确性。②利用摄像头采集图像，采集到的图像要经过去噪、灰度化和二值化等一系列预处理[2]，以提高后续算法处理图像的准确性。这一预处理步骤对于确保采集到的图像质量起到了关键作用。③在图像预处理完成后，通过Canny边缘检测算法[3]找到导线的边缘。通过这一步骤，确定导线在图像中的位置，这一信息将被用于后续的数据处理和测量计算中，为智能测量提供了准确的导线位置。整个导线定位与调平过程通过自动化和智能化的方式，减轻了操作人员的负担，同时提高了测量的准确性和稳定性。

1.3导线角度调整

在智能测量装置的操作中，确保导线与横移螺纹杆之间的角度准确至关重要。通过角度测量，判断导线相对横移螺纹杆的角度，摄像头采集的图像数据经过图像处理算法，计算出导线与横移螺纹杆之间的夹角，角度信息将被用于后续的调整步骤。为了确保导线与横移螺纹杆呈90°角，装置通过转动电机带动球头旋转，球头旋转使横移螺纹杆与导线保持垂直关系，确保测量的准确性。通过智能控制，使整个测量装置能够灵活适应导线的不同角度，提高测量稳定性。整个导线角度调整过程通过实时角度测量和智能角度调整，确保装置与导线准确对齐。角度自动化调整不仅减少了操作人员的手动干预，同时提高了测量的一致性和精度。该智能调整方式为电力工作提供了更加可靠和高效的测量解决方案。

1.4导线宽度及高度测量

在智能测量装置的运行中，导线宽度及高度的测量是核心环节，可通过以下步骤实现自动化和精准测量：①在导线不在装置上方的情况下，通过图像判断导线的位置。通过摄像头采集的图像，算法可以精确定位导线，并在显示屏上显示导线的方位及距离，这一步骤确保了装置能够准确感知导线的位置信息。②为了对导线进行测量，装置主体在导向架内通过横移电机的驱动实现横移，横移运动使装置主体在导向架上往复移动，能够覆盖整个导线的宽度范围，通过判断感应信号的时间，装置可以计算出导线的宽度。同时，结合宽度、高度及角度信息，通过数据处理器处理获取导线距离地面的高度。

2、结构分析

2.1外观及结构设计

装置整体采用一体化设计，将传感器、处理器、摄像头和显示屏紧密整合成一个整体，旨在简化操作流程、提高整体性能。这种设计理念使操作更为简便，同时有效减少外界因结构单一零件带来的干扰和影响。支架在整个结构中扮演着关键角色，不仅有效减少了设备在使用过程中的抖动，还为设备初始水平角度的准确校正提供了稳定的基础，从而保证了测量结果的准确性。智能测量装置外观结构图如图2所示。

图2智能测量装置外观结构图

摄像头、距离传感器和显示屏的布局经过精心设计，位于显示屏的上方，旨在减少操作人员的遮挡，提供更清晰、开阔的视野。该布局符合人机工程学原理，能够确保测量过程中操作的便捷性，使用户轻松地获取和分析测量数据。

2.2内部结构设计

装置内部结构设计如图3所示。

图3装置内部结构图

2.2.1数据处理器

设备内部的处理芯片充当着智能测量装置的大脑，负责对外围传感器采集的各类数据进行高效采集、精确计算和深入分析[4]。其强大的计算能力和高速的数据处理速度确保了测量过程的实时性和准确性。计算结果随后通过先进的显示技术展示在屏幕上，为用户提供直观、清晰的测量数据。这一数据处理过程不仅提高了测量的自动化水平，也为用户提供了便捷的操作体验，使数据解读变得更加直观和可靠。

2.2.2距离传感器

距离传感器是智能测量装置中至关重要的组成部分，其准确性直接影响到整体测量结果的精确性。通过将捕捉到的距离值转换成数字信号，距离传感器为数据处理器提供了关键的测量输入。对直线距离的精准测量是确保整体测量结果准确性的基础，距离传感器高度灵敏的测量能力和稳定的性能使智能测量装置在各种复杂环境下都能够取得可靠的距离数据，从而为后续的计算和分析提供了有力支持。

2.2.3摄像头

摄像头作为智能测量装置的眼睛，不仅提供了实时的现场影像，还为操作人员提供了直观的视觉辅助，其高清晰度和广角设计使得操作人员能够清晰、全面地观察测量场景。摄像头的设置优化了操作过程的实时监控，帮助用户更全面地了解测量环境，确保测量的准确性和安全性。通过视觉辅助，操作人员能够更好地理解测量数据背后的含义，提高工作效率。

2.2.4显示屏

显示屏作为智能测量装置的输出界面，主要功能是将采集的数据、计算的结果以及摄像头捕捉到的影像直观呈现给用户，其先进的显示技术和高分辨率确保了测量结果清晰可见。在整个操作过程中，显示屏通过良好的人机交互效果，使用户能够迅速理解测量数据，提高操作的可控性。通过直观的界面设计，显示屏在使用户更轻松地操作装置的同时，也为用户提供了更直观的数据解读方式，进一步提升了用户体验。

3、效果分析

3.1提升测量准确性

与传统绝缘线径测量杆相比，本装置采用先进的图像处理算法，结合边缘检测等技术手段，能够更准确地捕捉导线的位置和边缘，从而提高测量的准确性。通过远距离测量，避免了与带电导线的直接接触，消除了人为误差，将测量准确率从传统的70%提升至90%。这对于配电系统的设计和运维具有重要意义，能够提供更为可靠的线径和高度信息。

3.2提高作业效率

本装置的智能化设计使测量作业更为便捷高效。相对于传统测量方法，仅需1个操作人员便可完成整个测量过程，并将测量总时长从20 min降至5 min。这不仅减轻了工作人员的劳动强度，而且降低了作业的时间成本。在现场勘察中，高效的测量手段有助于提高工作效率。

3.3强化人员安全保障

传统测量方法往往需要操作人员通过绝缘线径测量杆直接接触导线，存在一定的安全隐患。而本智能测量装置采用远距离测量，避免了与带电导线的直接接触，极大地保障了勘察人员的安全。同时，装置内部的自动调平功能和智能化控制系统进一步降低了操作过程中的风险。这一技术手段不仅提高了作业效率，更保障了勘察人员的人身安全，为电力行业的工作者创造了更安全的工作环境。

4、结束语

本文研制的配网架空导线线径及高度智能测量装置采用图像处理与激光测量技术相融合的智能测量方法，兼顾了测量安全性和精准性原则，可以远距离测量获得准确性较高的导线线径及导线对地高度测量结果，有效避免了勘察人员与带电导线间接接触，极大保障了勘察人员的安全，同时可拓展应用于配网架空线路设备台账更新等业务。

参考文献:

[1]张仲骐,董烨.城市配电线路带电立杆危险点与解决方案[J].电力与能源,2023,44(4):411-413.

[2]陈海峰,丁丽丽.二值化图像的灰度处理算法研究[J].电脑与电信,2019(7):34-38.

[3]兰伟,何松柏.采用图像定位与轮廓检测的喷墨宽度测量算法[J].华侨大学学报,2017,38(3):402-407.

[4]唐伟,屈国普,赵越.用于特征X射线测厚仪的数据处理器电路设计[J].湖南科技学院学报,2010,31(8):22-23.

基金资助:国网福建省电力有限公司科技项目“一种配网架空导线线径及高度智能测量装置的研制”(编号:B31350230004);

文章来源:张伟斌,卢恩庆,黄蔡平,等.一种配网架空导线线径及高度智能测量装置的研制[J].科技与创新,2024,(15):43-45.