本文是一篇电气自动化论文，本文提出将传统索力测量频率法应用于拉线塔拉线张力测试的新思路，并把计算机视觉技术和频率法相结合。
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
近些年，我国经济保持稳定持续增长，随着工业发展和居民生活水平提高，对电量的需求不断增加。在双碳目标的大背景下，清洁电力能源得到迅速发展，然而我国电能分布极不均匀，清洁能源主要分布在西部地区，负荷中心主要集中在东南沿海，为此“西电东送”等远距离输电工程随之得到迅速发展[1-2]。
拉线塔具有安装成本低、建设速度快、占地面积广等特点，能利用拉线维持塔身平衡，与同等规格的自立式铁塔相比，可节约20%~40%钢材，属于受力合理、经济型铁塔[3-4]。就外形而言，拉线塔可分为导线呈三角形排列的“上”字型、猫头型以及导线呈水平排列的门型、拉线V型等，拉门塔和拉V塔如图1-1所示。从20世纪80年代开始，拉线塔在输电线路中广泛存在，随着“西电东送”等系统性工程进展，在输电走廊较充足的西北地区具有良好的应用前景，在西部地区大规模使用拉线塔能提高输电铁塔建造的经济性。随着输电线路中拉线塔的数量增加，我国相继开发了特高压单柱拉线塔、特高压双柱悬索拉线塔，其安全运行问题成为人们关注的重点[5-6]。
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第2章 拉线序列图像处理的原理与方法
2.1 引言
通过相机采集拉线振动视频后，需分解为一系列每帧图像。相机采集的序列图像中包括拉线的实时位置信息和拍摄现场环境信息，拉线图像处理是将拉线区域从图像中分割出来，如何提取序列图像中拉线的区域信息，是本章的主要研究内容。本章对预处理后的图像进行自适应阈值Canny边缘检测，提取包含拉线边缘信息二值图像，进而通过形态学处理消除无关区域干扰，分割出拉线位置区域，从而实现在每帧图像中搜索目标边缘在图像中的确定位置，图像处理步骤如图2-1所示。与传统方法相比，视觉方法具有非接触、操作简单等优势。
本章具体讨论的是基于视觉系统的拉线区域提取的理论背景及其详细步骤，旨在跟踪拉线区域边缘的位置变换，介绍各个步骤中所涉及的概念原理和计算过程
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2.2 数字图像处理
2.2.1 数字图像表示
当人眼前出现物体时，从物体表面反射光线进入人体视网膜，形成该物体的倒置影像，在经过大脑皮层的分析处理，得到物体的正立影像。相机也具有类似的投影系统，将物体信息通过投影设备采集下来，在计算机显示设备中显示图像。图像采样实际是图像数字化的过程，以栅格的形式存储图像信息，将一幅图像分为排列均匀的栅格，栅格中为数字阵列数值，栅格也称为像素，像素包含亮度、色彩等信息，并隐含其坐标位置，能清晰表现图像细节[51]。计算机内通常用二维矩阵表示数字图像的栅格矩阵。数字图像是连续图像f(x,y)近似表达，通常由采样点的值组成矩阵，每一个采样点对应一个像素点。若图像的像素大小为M×N，对于整幅图像而言，若其中f(x,y)表示坐标位置(x,y)处的像素值，M、N分别为数字图像横向、纵向像素点的数量。
2.2.2 视频采集与分解
视频本质是由一系列在一定时间内连续演示的图像组成，视频帧数也就是每秒视频中图像的数量。相机帧数越高，每秒视频中包含图像的数量越多，视频更加流畅平滑。分辨率也是视频质量的关键，分辨率越高，图像细节越清晰，更利于目标特征的提取。因此，尽可能采用分辨率、帧数较高的相机。如视频为30帧/s，分辨率为1920×1080，表明每秒视频含有30张图像，每张图像长度为1920个像素，宽度为1080个像素。但视频帧数越高、分辨率越高，视频文件所包含的数据量也越大，会占用更多的计算机内存和增加数据处理时间，在实际工程应用中，应根据自身需求选取合适的分辨率和视频帧数。
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第3章 基于频率法的张力测试方法 .................. 26
3.1 引言 ..................................... 26
3.2 传统张力测试方法分析.......................... 26
第4章 基于视觉系统的拉线塔拉线测试方法工程应用 .................... 43
4.1 工程概述 ...................................... 43
4.2 实验平台介绍 ............................... 44
第5章 结论与展望 ............................ 57
5.1 本文工作总结 .............................. 57
5.2 主要创新点 ................................. 57
第4章 基于视觉系统的拉线塔拉线测试方法工程应用
4.1 工程概述
本文方法的精度在试验中得到验证，为进一步验证该方法在工程环境中的可行性，将其应用在位于湖北省宜昌市夷陵区的±500 kV葛南线某单柱拉线塔的拉线张力测量中。拉线塔是由塔身立柱、导线横担、地线支架以及拉线组成，拉线一端通过金具与塔身立柱相连，另一端通过拉棒和地下基础相接。该拉线塔塔高36.5m，呼高33.0m，共设置8根拉线，每个拉棒通过2根拉线与塔身立柱相连。每根拉线是由19根钢丝绞合而成，拉线长度为37.5m，截面直径为14.5mm，单位长度质量为0.999kg/m，拉线塔现场环境如图4-1所示，结构简图如图4-2所示。
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第5章 结论与展望
5.1 本文工作总结
拉线是拉线塔承受水平荷载的主要构件，其张力是表征拉线塔运行状态最重要的参量。因此，拉线张力测试是保障拉线塔安全运行的关键。拉线塔的拉线具有以下特点，拉线截面直径较小，所占图像区域面积较小、特征不明显、边缘不规则，易受附近线路、树木等背景环境的干扰。本文根据拉线结构自身特征，提出基于视觉系统的拉线张力测试方法。主要工作和结论如下：
（1）本文提出采用摄像机拍摄拉线在人工激励或环境激励下的振动视频，经过图像预处理、边缘检测、形态学处理、边缘提取等算法处理，获取拉线的振动位移信号，然后通过频谱分析计算振动频率，最后由张力与频率关系公式推导拉线张力。
（2）基于Matlab平台，开发包含张力测试全流程的GUI操作软件，编写的GUI软件预留常用的视频和物理参数输入，能实时分析振动视频、输出频率和张力计算结果，具有较高的普适性和精确度。
（3）开展实验室拉线振动测试试验和工程应用，分别采用基于相机视频的张力测试方法和基于传感器的张力测试方法，进行张力测试试验，验证本文所提出方法的可行性和准确性。各种实验室试验及工程应用表明：两种方法最大测量误差不超过3%，且具有非接触的优点，在输电线路拉线塔结构安全评估中具有较好的应用前景。
参考文献（略）