手持式电力设备铭牌参数记录仪设计

梁飞锦

摘要：配电网设备管理是较为复杂的系统工程，对于大多数已投运设备，对其各种参数的采集由于涉及到大量数据，停电下来每个参数抄录并不现实，所以研发一台手持式数据采集参数记录仪显得对实际工作非常有帮助。

关键词：配网设备；设备铭牌;参数记录仪

基金项目：广东电网有限责任公司职工技术创新项目（032000KZ24010009）

1、前言

在实际建设过程中，我国对配电网设备的管理仍处于早期阶段，有些方面仍需人工完善。特别是，现场施工人员必须通过阅读铭牌标志进行手工登记。显然，这种模式有三个问题：（1）一些设备标签安装在比较高海的地方，现场人员在抄录时必须爬上去，这很容易受到触电和高处跌落等的影响。而铭牌参数的内容相对复杂，如某厂的配电变压器、标签参数包括3类共计16项。在现场记录这些材料所花费的时间和精力不仅增加了工作人员的工作量，还降低了施工和管理的效率。同时，设备管理采用人工登记。除了现场记录，还需要后续录入，这很容易出错。纸质记录也很容易随着时间的推移而丢失，这不利于建立有效的管理系统。人工记录标牌参数无法形成有效的数字化管理体系，当前的数字化建设受时间和实际建设需求的约束。

为了进一步解决这一问题，提高现场记录和检索的效率，本文提出了一种手持式电力设备铭牌记录仪的开发，并分析了其具体设计过程。

2、本文意义

项目重点研究了支持向量机（SVM）模型在图像识别中的应用，并通过将优化的图像处理算法移植到便携式嵌入式系统中，实时采集和识别图像信息。基于对字符识别过程的算法分析，在软件平台上采集文本；多功能融合优化矢量算法的支持提高了图像分类算法的性能。将合并后的多功能特征、单个特征和所有图像分量作为支持向量的输入向量进行分析表明，合并后的特征优于单个特征和全部分量；我们建立了一个图像识别信息采集系统，主要包括：用户密码登录界面、图像预处理和信息采集。收集这些信息表明，基于嵌入式系统的图像识别技术对电力设备的参数识别具有重要的现实意义。

3、识别过程

本章主要介绍运行过程中电力设备的采集。由于历史原因，在停电后收集图像是不切实际的。本文的目的是通过远方不停电图片识别收集信息。字符识别过程通常分为图像预处理、字符分离、特征提取和图像中的字符识别。所使用的算法在字符识别中非常重要，重要的是在特征提取链中使用整个图像数据作为标识符的输入向量，并具有抗干扰能力以提高识别速度。

3.1图像预处理

图像预处理消除了图像中的噪声，减少了冗余的无关信息，增强了相关的有用信息。这有助于从图像中提取有用的信息，并确保后续操作的可靠性。图像预处理通常包括图像滤波、二值化、边缘检测和形态学变换。

3.1.1图像滤波

图像通常具有更平滑的区域、丰富的边缘或细节，并且通常包含重要的视觉信息。图像滤波器不仅可以抑制噪声，而且可以最大限度地减少对图像边缘和细节特征的破坏。图像滤波效果影响后续的图像分析和识别。图像滤波通常通过图像折叠操作来实现，该操作将图像区域中每个像素的值乘以相应卷积核中每个元素的值，并将该区域的中心像素值更新为所有工作的总和。

3.1.2图像二值化

双值化是一种图像处理方法，通过基于灰度图像选择适当的阈值来继续反映图像的局部和一般特征。他的基本思想是选择一个合理的阈值，如果目标像素灰度值小于所选阈值，并且使用0（黑色）代替像素上的原始灰度值，这将这部分被称为目标；如果目标点上的灰度值大于所选阈值，则该点上的原始灰度值将替换为255（白色），即背景。阈值的选择是二值图像处理过程中的一个关键步骤，其基本原理是尽可能减少背景和噪声干扰，最大限度地保留图像信息。也就是说，双只化图像处理不仅可以准确地再现原始字符，而且不能显示损坏的笔划并基本上保留了原有的功能。根据阈值选择方法的不同，对偶方法主要可分为三类：动态阈值方法、全局阈值方法和局部阈值方法。本文使用最大类间方差法，这是一种全局阈值方法。变化被用作图像像素的灰度与平均值之间的偏差的度量。色散越大，图像中灰度分布的均匀性越好。从平均灰度的角度来看，根据目标和背景的CE特性，图像可以分为两部分：目标和背景。该算法简单，图像对比度和亮度对分割图像的阈值选择没有影响，是阈值选取的最佳算法。

3.2符号分隔

3.2.1符号分离算法的应用

由于电气设备中的字符数量很大，字符分离是将目标区域中的字符串图像切割成单个字符的过程。其主要思想是找到字符之间的间隙，并通过字符之间的缝隙分离目标区域中的字符块。最常用的符号分离算法是聚类分析、模板匹配和垂直投影。通过聚类分析和符号分离，具有相同符号像素的区域形成通信区域，并将图像区域中的符号与图像背景中符号本身的宽度、符号之间的距离以及符号宽度与符号之间距离的关系等先验知识相结合。聚类分析方法本质上是一种基于连通性的字符分离方法，可以更好地区分相邻字符之间的粘连和撕裂，可以获得更理想的分离结果；然而，由于使用递归算法来搜索相关连接区域的中心，这大大增加了算法本身的计算复杂度，导致程序运行时间更长，这种设计方法在一定程度上不能满足图像区域字符分离系统设计的实时性要求。模板对应于字符分离方法，该方法利用字符高度和字符串结构之间的关系来构建字符串模板。然后，字符串模板在字符串上向左和向右移动，并且基于落入模板中的数据点与数据点之间的最大差来确定字符串的确切位置。划分模板之间的间距，然后将一个字符分隔开。字符轮廓的垂直投影是主要方法，主要通过统计图像年中每行黑色像素的数量来获得直方图的垂直水平投影。在投影直方图中，峰值的位置范围对应于符号的区域，而谷的位置对应于符号之间的间隙。后者根据峰谷的特点分为符号。这种方法具有简单、易于实现和速度快的优点。

4 项目实现流程

5 应用效果分析及结论

为了进一步认证设计设备的有效性，本文利用手持设备对不同情况下的铭牌参数信息进行读取，后采用手动对比的方式确认其有效性。在有效性认证过程中采用了距离、角度两种维度的参照水平来进行，2米范围内，正向90度识别率达到100%。本项目对嵌入式系统和图像识别系统有效的结合应用进行了相关的理论分析，本论文的研宄还存在不足，有些方面有待进一步提高：

1、本文对嵌入式中字符的识别，没有充分考虑图片有污垢、非均匀光照等干扰，造成字符之间有断裂和噪声粘连区域的情况。

2、本文实现了在对电力设备铭牌的进行信息采集，所采集回来的信息，只存储于本地，后续可进一步增加远程传输的模块。

３、本文设计的算法，在一定程度上满足工作要求，但当针对大量不同厂家不同铭牌信息采集时，还有必要对算法进一步改进。

参考文献

[1]马丽娟.多通道电力参数记录仪设计[J].北京电力高等专科学校学报:自然科学版, 2011, 28:15-16.

[2]孙军英.基于C8051F020的电站运行参数记录仪设计[J].电子技术应用, 2012(11):153-156.DOI:10.3969/j.issn.0258-7998.2012.11.047.