一种红外测温传感器点位布置优化方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及电力系统设备温度监测领域，尤其是涉及一种红外测温传感器点位布置优化方法、装置及存储介质。

背景技术

换流站作为电力系统中的重要组成部分，其设备运行安全性和可靠性日益受到关注，温度异常往往是设备故障即将发生的先兆，对换流站内各设备进行实时、全面的温度监测是保障换流站设备安全运行的必要手段之一，传感器的布置是获取可靠温度数据的必要保证。换流站内设备监测方法主要依赖于人工巡检或使用固定位置的红外测温设备。然而，人工巡检需要耗费大量时间和人力资源，效率低下且易受人为误判影响。红外测温传感器的点位布置需考虑较多因素，包括覆盖范围，传感器精度，设备遮挡等问题，而换流站内设备繁多，布局复杂，因此红外测温传感器的有效布置是关键难题。

经检索，中国专利CN112378522A公开了一种换流变区域红外测温传感器布点方法，该方法通过绘制换流变区域重点监测部位分析计算图，根据监测部位的尺寸平面图以及红外测温传感器参数计算出红外传感器的布点位置和需要的最小红外传感器数量。该方法能够实现换流变区域的在线监测，降低了监测成本，但是，并未充分考虑到换流站内部环境和设备的复杂度，其红外测温传感器点位布置覆盖度不够高且监测的准确度不够，因此，如何进行换流站内红外测温传感器的点位布置，成为本领域需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种红外测温传感器点位布置优化方法、装置及存储介质，该方法充分考虑换流站内的设备分布情况、空间约束和遮挡因素，结合红外测温传感器的工作特点，借助计算机模拟、优化算法手段，能够有效提高红外测温传感器的点位布置效果和监测的准确性，确保全面监测设备温度异常并及时预警。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的第一方面，提供一种红外测温传感器点位布置优化方法，该方法包括以下步骤：

S1，基于空间约束、安全约束和感知势约束，获取候选点集，所述候选点集中各候选点相应的感知势大于感知势阈值，所述感知势阈值是预先设置的；

S2，基于所述感知势约束和模拟退火算法，从候选点集中筛选感知点集，优化红外传感器的点位布置；

其中，所述空间约束包括站内人员通行数据和设备运输数据，所述安全约束包括站内磁场数据、电场数据和机械振动数据，所述感知势约束与红外测温传感器的感知距离、感知角度和遮挡情况有关。

作为优选的技术方案，所述感知势约束的获取过程包括，基于红外测温传感器相对于目标检测面的感知距离、感知角度和遮挡情况，计算相应的感知势，得到相应的感知势约束。

作为优选的技术方案，所述感知势通过计算标幺值来衡量，当标幺值小于感知势阈值时，将对应的点位从候选点集中剔除。

作为优选的技术方案，所述模拟退火算法包括以下步骤：

S201，初始化温度、感知点集和候选点集；

S202，判断候选点集是否为空，若为是，则结束循环，若为否，则执行S203；

S203，确定候选点集中感知势标幺值最大点，并判断是否达到迭代次数，若为是，则降低温度并重置迭代次数，并执行S204，若为否，则将候选点集中感知势标幺值最大点选入感知点集中，并执行S204；

S204，将选入感知点集中的点和感知势为0的点从候选点集中剔除，并返回步骤S202。

作为优选的技术方案，所述目标检测面为包络等效模型的其中一面，所述包络等效模型由原始三维模型的包络矩形体及其联合体构建，所述原始三维模型通过扫描换流站及电力设备获取。

作为优选的技术方案，所述遮挡情况通过红外测温传感器与目标检测面的空间关系确定，所述空间关系包括目标检测面面对红外测温传感器的可视状态与不可视状态。

作为优选的技术方案，在所述不可视状态下，目标检测面的感知势为0。

作为优选的技术方案，所述不可视状态的判断过程包括，将目标检测面的各个角和面心作为标记点，并判断待求点与目标检测面上标记点的连线是否穿越所述包络等效模型的其他面。

根据本发明的第二方面，提供一种红外测温传感器点位布置优化装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。

根据本发明的第三方面，提供一种存储介质，其上存储有程序，所述程序被执行时实现所述的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在考虑红外测温传感器的感知距离、感知角度和遮挡情况的前提下，引入感知势约束，并结合模拟退火算法自主选取感知势高的传感器点位，能够优化红外测温传感器的点位布置，提高红外测温传感器的温度感知精度，进而提高温度异常监测的准确性；

2、本发明通过建立原始换流站及电力设备三维模型的包络等效模型，充分考虑了换流站内的设备分布情况，能够有效简化计算，提升感知势的求解速度，进而提高红外测温传感器的温度感知效率，确保温度监测和异常预警的实时性，为换流站的稳定运行提供可靠支撑。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1中方法的实施流程图；

图3为本发明实施例1中的包络等效模型示意图；

图4为本发明实施例1中的感知势示意图；

图5为本发明实施例1中的模拟退火算法流程示意图；

图6为本发明实施例1中包络等效模型的红外测温点位选取结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明定义的感知势类似于电势，表征红外测温传感器对电力设备的感知状态。假设被感知的目标设备在空间激发了一个感知场，离被感知目标设备越近，则感知势越高，当红外测温传感器近距离感知或拍摄时，目标在画面中可占据更大比例。与电势类似，感知势也具有可叠加的标量属性，离目标无限远处的感知势为零，目标周围感知势越高，则越适合传感器感知和检测。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种红外测温传感器点位布置优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，基于空间约束、安全约束和感知势约束，获取候选点集，候选点集中各候选点相应的感知势大于感知势阈值，感知势阈值是预先设置的；

步骤S2，基于感知势约束和模拟退火算法，从候选点集中筛选感知点集，优化红外传感器的点位布置。

如图2所示，上述方法的实施流程包括建立包络等效模型、建立感知势模型、计算空间点位对设备的可视状态以及利用约束和模拟退火算法实现红外测温传感器的感知点位筛选，具体过程如下：

在步骤S1中，红外测温传感器的感知点位布置受到的空间约束主要包括换流站内部的人员通行、设备运输等，传感器的布置既不能影响工作人员的行走、攀爬，也不能阻塞设备运输通道；安全约束主要考虑换流站内的强磁场、强电场和机械振动对传感器运行的影响，与现场的工作电压等级和绝缘布置有关。

为了获得感知势约束，要根据红外测温传感器相对于目标检测面的感知距离、感知角度和遮挡情况，计算相应的感知势。其中，遮挡情况通过红外测温传感器与目标检测面的空间关系确定，目标检测面为包络等效模型的其中一面。因此，需要通过构建包络等效模型得到目标检测面。

构建包络等效模型，即建立涉及换流站电力设备尺寸和布置的空间几何等效模型，其过程为：通过对换流站及电力设备扫描可以获取其精细化三维模型，换流站内电力设备数量庞大、种类繁多、形状各异，且设备间存在复杂的电气连接，直接对精确三维模型求解计算步骤繁琐，数据量繁多，本实施例采用包络原设备的矩形体及其联合体等效模型简化设备的原始精细化模型：对于类矩形体设备及其部件，直接采用包络矩形体来代替原设备，对于类圆柱体设备沿圆柱切面用包络矩形体等效；对于不规则的设备可以通过将各部分等效为矩形体后形成联合体。本实施例以换流阀为例，绘制的包络等效模型(矩形体及其联合体等效图)如图3所示。

构建感知势模型需要考虑感知距离、感知角度和遮挡情况对温度检测的影响，即拍摄电势模型需要考虑拍摄距离、拍摄角度和遮挡因素对有效像素数的影响，这是因为在不考虑图像失真的情况下，目标设备在红外测温传感器拍摄的图像中占据的有效像素越多，越利于设备温度的精确感知。因此，所构建的感知势模型可通过感知贡献因数来反映感知势的大小，对某一设备的面S对空间中一点P的感知贡献因数可表达为如下积分形式：

其中，Φ为面S对空间点P的感知贡献因数，σ

构建好包络等效模型后，可以获取多个目标检测面。红外测温传感器与目标检测面的空间关系，可以分为两种：目标检测面面对红外测温传感器可视或不可视。在可视状态下，相应目标检测面的感知势需要通过感知势模型进一步计算，并利用算法判断是否适合作为红外测温传感器的点位。不可视状态包括三种情况：

(1)目标检测面与智能装备间的距离超过红外测温传感器的最大感知距离或感知角度超过最大感知角度；

(2)目标检测面即使不被遮挡也不可视，体现为红外测温传感器位置与目标检测面法线角度大于90°；

(3)目标检测面被其他设备面遮挡。

对于情况(1)和(2)，可通过公式(2)进行条件限制：

其中，d

对于情况(3)，需要通过求解相应的感知势大小来判断是否处于不可视状态，若感知势为0，则处于不可视状态，若不为0，则需要通过感知势大小与算法进一步判断是否可以作为红外测温传感器的感知点位。为提升求解速度，通过将目标检测面(矩形)的四个角和面心作为标记点，并判断待求点与目标检测面上标记点的连线是否穿越包络等效模型的其他面(其他设备面)，来判断目标检测面的受遮挡情况。

对于感知势的计算，由于包络等效模型的矩形体形状，各个面的面积不同，直接使用感知势的绝对值进行表征不易设置统一阈值，因此在衡量感知势约束时采用标幺值计算：

其中,

经过上述流程的实施，利用空间约束、安全约束和感知势约束，对包络等效模型中的所有目标检测面进行可视状态和不可视状态的判断后，比较可视状态下的各目标检测面的感知势标幺值与感知势阈值，选取感知势标幺值更大的点位，可以实现对换流站内红外测温传感器感知点位的粗筛选，获得初始候选点集。

在步骤S2中，基于感知势约束和模拟退火算法，从候选点集中筛选感知点集，以实现红外传感器的点位布置的自主优化，如图5所示，模拟退火算法的基本流程包括以下步骤：

步骤S201，初始化温度、感知点集和候选点集；

步骤S202，判断候选点集是否为空，若为是，则结束循环，若为否，则执行S203；

步骤S203，确定候选点集中感知势标幺值最大点，并判断是否达到迭代次数，若为是，则降低温度并重置迭代次数，并执行S204，若为否，则将候选点集中感知势标幺值最大点选入感知点集中，并执行S204；

步骤S204，将选入感知点集中的点和感知势为0的点从候选点集中剔除，并返回步骤S202。

根据上述流程可进一步优化红外测温传感器的检测效果，选择出具有高质量的换流站全局红外温度感知点位集。根据图3中的包络等效模型，红外测温传感器的点位选取结果如图6所示。

实施例2

本实施例一种红外测温传感器点位布置优化装置，包括存储器、处理器，以及存储于该存储器中的程序，该处理器执行程序时实现实施例1中的方法。该装置处理器为中央处理单元(CPU)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(RAM)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。CPU、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。设备中的多个部件连接至I/O接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如前述实施例中的步骤S1～S2。例如，在一些实施例中，步骤S1～S2可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到RAM并由CPU执行时，可以执行上文描述的步骤S1～S2的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，CPU可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法S1～S2。以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等等。

进一步地，本实施例还提供一种存储介质，其上存储有程序，该程序被执行时实现实施例1中的方法。用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。在本发明的上下文中，计算机可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。