بخشی از مقاله
چکیده -
پستهای فشار قوی مهم ترین و حساس ترین بخش را در سیستم انتقال انرژی الکتریکی به خود اختصاص میدهند و از همین رو حفاظت و امنیت این پست ها بسیار مورد توجه میباشد. وقوع شرایط خطا و شرایط غیرعادی در سیستم انتقال انرژی و پست فشارقوی اجتناب ناپذیر است. به منظور کاهش عواقب حاصل از این شرایط، مانند آسیب دیدن تجهیزات مهم و گرانقیمت لازم است اقداماتی صورت پذیرد؟ البته اگر این اقدامات قبل از به وقوع پیوستن خطا و شرایط غیرعادی صورت گیرد از اهمیت بیشتری برخوردار میگردد.
در این مقاله، روشی برای شناسایی پیشگیرانه اشیاء خارجی که به طرز ناخواسته وارد پست شده و ممکن است منجر به وقوع پیوستن خطا در پست شوند، پیشنهاد شده است. در این روش ابتدا با استفاده از دوربین های نصب شده در بخشهای مورد نظر، تصویربرداری صورت میگیرد و سپس تصویر به واحد پردازشگر ارسال میشود. در واحد پردازشگر بین تصویر دریافتی و تصویر مرجع مقایسه صورت میگیرد و در صورت وجود وجه تمایز، احتمال وقوع خطا را تشخیص میدهد. روش پیشنهادی در این مقاله در پست فشارقوی 63/20 کیلوولت کهندژ شهر اصفهان مورد آزمایش قرار گرفته است و برای پردازش تصاویر بدست آمده از محیط MATLAB استفاده شده است.
-1 مقدمه
بیش از پنجاه سال است که راههای متفاوتی برای تعمیر و نگهداری از بخشهای مختلف سیستمهای انرژی الکتریکی از جمله مانیتورینگ شبکه قدرت پیشنهاد گردیده است از قبیل: تعمیر پس از خطا، تعمیر و نگهداری پیشگیری کننده و تعمیرات با توجه به بازده. به هر حال جدا از روشهای اشاره شده، امروزه دیدگاه پیشگیری قبل از شکست مطرح شده است که مهمترین روش تعمیر و نگهداری یک سیستم محسوب میشود
امروزه پردازش تصویر بهترین ابزار برای استخراج ویژگیها و تحلیل موقعیت و در نهایت تصمیمگیری صحیح میباشد. از طرفی امروزه پردازش تصاویر دیجیتال و بینایی ماشین و کاربردهای مربوط به آنها امکانات بالقوهای که پردازش دیجیتال تصویر در اختیار قرار داده است و به شکل چشمگیری در شاخه های مختلف علوم رو به افزایش است .[4] از همین رو محقق شدن سیستمهایی مبتنی بر استفاده از پردازش دیجیتال تصاویر در مسئله مانیتورینگ در پستهای فشارقوی مفید و با اهمیّت میباشد.
از دیگر سو، تعمیر و نگهداری برای افزایش بهرهوری و کاهش زمان از کار افتادن تجهیزات که باعث کاهش در تولید میشود، یکی از موارد مهم و تأثیرگذار در بهرهوری و افزایش راندمان یک سیستم قدرت میباشد. یکی از روشهای متداول کنونی در صنعت برق بازدید بصری خطوط انتقال و شبکه توزیع میباشد. این روش علاوه بر هزینه و نیاز به نیروی انسانی با تجربه، از دقت پایینی برخوردار است. در سالهای اخیر استفاده از فناوری ترموویژن در صنایع، کاربردهای گوناگونی پیدا نموده است. در [5] استفاده از فناوری ترموویژن به منظور بهبود روشهای جاری تعمیر و نگهداری در صنعت برق، پیشنهاد گردیده است. در این روش با ترکیب تکنیکهای پردازش تصویر و یادگیری ماشین، یک سیستم عیبیاب پیشگیرانه طراحی شده است.
در [6] بر اساس یک مدل جدید برای تشخیص هوشمند خطا دو نوع از خطاهای مرتبط با فیوزها و دیگر تجهیزات در پست فشارقوی معرفی شده است . در این روش در مرحله ی اول محل خطا مشخص میشود، سپس در مرحله دوم از محل خطا، عکسهای فروسرخ گرفته شده و در مرحله سوم طبقهبندی عکس که اساس آن نشات گرفته از بردار ویژگی است صورت میگیرد. این روش مبتنی بر ماشین بردار پشتیبان - SVM - میباشد.
در [7] نیز جهت تشخیص و شناسایی خطاها در برقگیرها با استفاده از ابزار ترموویژن یک روش پیشنهاد شده است. این روش نیز مبتنی بر تکنیکهای هوش محاسباتی و پردازش تصویر دیجیتال میباشد.
با وجود روشهای اشاره شده که غالباً مبتنی بر ترموویژن می باشند، در این مقاله یک روش شناسایی پیشگیرانه جدید جهت تشخیص خطاهای ناشی از ورود ناخواسته اشیاء خارجی در پستهای فشارقوی سیستمهای قدرت بر مبنای پردازش تصویر معرفی شده است، که از تصاویر واقعی که از پست فشارقوی 63/20 کیلوولت کهندژ شهر اصفهان گرفته شده استفاده گردیده است.
پیکربندی ادامه مقاله بدین صورت است که: در بخش اول به شرح دانش پردازش تصویر دیجیتال پرداخته میشود و در بخش بعد، با مروری گذرا بر پست فشارقوی تحت مطالعه بخش الگوی پیشنهادی از نظر خواهد گذشت. در مرحله بعد از تجهیز یا قسمت مورد نظر در پست فشارقوی تصویربرداری صورت می-گیرد و در مرحله بعد با دریافت تصاویر در واحد پردازشگر بر روی آنها پردازش صورت میگیرد و در مرحله بعد یکی از وضعیت های سه گانه - سفید، زرد و قرمز - به تصویر تعلق خواهد گرفت. در بخش سوم نتایج شبیه سازی ارائه شده و در بخش پایانی مراجع آورده شده است.
-2 پردازش تصویر دیجیتال
پردازش تصویر دیجیتال دانش جدیدی است که سابقه آن به پس از اختراع رایانه های دیجیتال باز میگردد. با این حال این علم نوپا در چند دهه اخیر از هر دو جنبه نظری و عملی پیشرفت های چشمگیری داشته است. سرعت این پیشرفت به اندازهای بوده است که هم اکنون و پس از این مدت نسبتاً کوتاه، به راحتی میتوان رد پای پردازش تصویر دیجیتال را در بسیاری از علوم و صنایع مشاهده نمود .
امروزه پردازش تصویر بهترین ابزار برای استخراج ویژگی ها و تحلیل موقعیت و در نهایت تصمیم گیری صحیح می باشد . در مورد انسان نیز به همین صورت است، اطلاعات از طریق چشم به مغز ارسال میشوند و مغز با پردازش این اطلاعات تصمیم نهایی را گرفته و فرمان را صادر میکند. پس هدف از پردازش تصویر پیاده سازی عملکرد ذهن انسان در قبال داده ها و انجام پردازش های خاصی برای استخراج ویژگی مورد نیاز برای رسیدن به هدف از پیش تعیین شده میباشد
-1-2 شاخههای پردازش تصویر
پردازش تصاویر دارای دو شاخه عمده ی بهبود تصاویر و بینایی ماشین است. بهبود تصاویر یا بهبود اطلاعات تصویری به منظور تعبیر انسانی دربرگیرندهی روشهایی چون استفاده از فیلتر محوکننده و افزایش تضاد برای بهتر کردن کیفیت دیداری تصاویر و اطمینان از نمایش درست آنها در محیط مقصد - مانند چاپگر یا نمایشگر رایانه - است، در حالی که بینایی ماشین یا پردازش داده های صحنه برای ادراک ماشینی مستقل به روش هایی میپردازد که به کمک آنها میتوان معنی و محتوای تصاویر را درک کرد تا از آنها در کارهایی چون رباتیک استفاده شود. در معنای خاص آن پردازش تصویر عبارتست از هر نوع پردازش سیگنال که ورودی یک تصویر است و خروجی پردازشگر تصویر میتواند یک تصویر یا یک مجموعه از نشان های ویژه یا متغیرهای مربوط به تصویر باشد. اغلب تکنیکهای پردازش تصویر شامل برخورد با تصویر به عنوان یک سیگنال دو بعدی و به کار بستن تکنیکهای استاندارد پردازش سیگنال روی آنها میشود
-2-2 تصویر دیجیتال
تصاویر سنجش شده از تعداد زیادی پیکسل تشکیل شدهاند. هر پیکسل دارای یک شماره رقمی - Digital Number - میباشد که بیانگر مقدار روشنایی آن پیکسل است. به تصاویر، تصاویر رستری هم میگویند. تصاویر رستری دارای سطر و ستون میباشند.
-3-2مقادیر پیکسل ها
مقدار انرژی مغناطیسی که یک تصویر رقومی به هنگام تصویر برداری کسب میکند، رقمهای دوتایی - Digit Binary - یا بیت ها - Bits - را تشکیل می دهند که از قوه صفر تا 2 ارزش گذاری شده است. هر بیت، توان یک به قوه 1 - 2بیت - 21= میباشد. حداکثر تعداد روشنایی بستگی به تعداد بیتها دارد. بنابراین 8 بیت یعنی 256 شماره رقومی که دامنهای از 0 تا 255 دارد. به همین دلیل است که وقتی شما تصویر رستری از گیرنده خاصی وارد نرم افزار میکنید تغییرات میزان روشنایی را بین 0 تا 255 نشان میدهد
-4-2 دقت تصویر
دقت تصویر بستگی به شماره پیکسلها دارد. با یک تصویر 2 بیتی، حداکثر دامنه روشنایی 22 یعنی 4 می باشد که دامنه آن از 0 تا 3 تغییر می کند. در این حالت تصویر دقت - تفکیک پذیری لازم - را ندارد . تصویر 8 بیتی حداکثر دامنه 256 دارد و تغییرات آن بین 0 تا 255 است، که دقت بالاتری دارد.
-5-2 مراحل اساسی پردازش تصویر
پردازش تصویر دیجیتال محدوده وسیعی از سخت افزار، نرم افراز و مبانی نظری را در بر می گیرد. در این قسمت مراحل اساسی مورد نیاز برای اجرای یک پردازش روی تصویر نام برده میشود. مرحله اول: تشکیل تصویر دیجیتال انجام دادن چنین کاری نیازمند یک حسگر تصویر بردار و قابلیت دیجیتال سازی سیگنال خروجی حسگر می باشد. در این مرحله تصویر از ورودی سیستم خوانده شده و وارد می شود.
تصویر ورودی می تواند بر روی ابزار ذخیره سازی سیستمی دیگر، یا توسط دوربین گرفته شود. به عنوان مثال در سیستم تشخیص اثر انگشت تصویر ورودی از طریق اسکنر اثر انگشت وارد سیستم می شود. در نهایت ما یک ماتریس عددی از وزن یا پیکسل های تصویر خام خواهیم داشت. مرحله دوم: پیش پردازش تصویر وظیفه اصلی پیش پردازش، بهبود تصویر به روش هایی است که امکان توفیق سایر پردازش ها را نیز افزایش دهد. پیش پردازش، به طور معمول به روش هایی برای ارتقاء تمایز، حذف نویز و جداسازی آن نواحی که زمینه شان نشان دهنده عددی است می پردازد. اهداف کلی این مرحله را می توان ارتقاء تصویر و حذف – احتمال وجود اطلاعات حرفی مولفه های غیر ضروری از تصویر دانست. به عنوان مثال خشکی پوست، جراحت و عدم تمیزی پوست مواردی هستند که قبل از پردازش تصویر انگشت باید با استفاده از تکنیک های پردازش تصویر به رفع آنها پرداخت.
مرحله سوم: پردازش مولفه های تصویر در این مرحله ما نیاز به آگاهی از ماهیت و محتوای تصویر داریم، تا بتوانیم الگوریتمی یک پارچه و موثر برای پردازش طراحی کنیم. در تعریف وسیع، بخش بندی فرآیندی است که تصویر ورودی را به قسمت ها یا اجزای تشکیل دهنده اش تقسیم می کند. به طور کلی بخش بندی یکی از مشکل ترین کارها در پردازش تصویر دیجیتال است. از طرفی یک شیوه قوی بخش بندی، تا حد زیادی فرایند را به حل موفق مساله نزدیک میکند. از طرف دیگر الگوریتم های ضعیف یا خطا دار بخش بندی، تقریباً همیشه باعث خرابی اتفاقی می شوند. خروجی مرحله بخش بندی معمولاً، داده های پیکسلی خام است که یا مرز یک ناحیه یا تمام نقاط درون آن ناحیه را تشکیل می دهند.
در هر دو حالت باید داده ها را به شکل مناسب برای پردازش رایانه ای تبدیل نمود. اولین تصمیمی که باید گرفته شود این است که آیا داده ها باید به صورت مرز یا به صورت یک ناحیه کامل نمایش داده شود. نمایش مرزی وقتی مفید است که مشخصات خارجی شکل نظیر گوشهها یا خمیدگیها مورد نظر باشد. نمایش ناحیه ای وقتی مفید است که خواص درونی بخش های تصویر نظیر بافت یا استخوان بندی شکل مورد توجه باشد. در هر حال در بعضی کاربرد ها هر دو نمایش به کار میرود.
انتخاب یک روش نمایش، تنها قسمتی از راه تبدیل داده های خام به شکل مناسب برای پردازش بعدی رایانهای است. انتخاب ویژگی شامل استخراج ویژگی هایی که مقداری از اطلاعات کمی مورد نظر را به ما می دهند یا برای تشخیص گروهی از اشیاء از گروه دیگر ، استفاده می شوند. در این قسمت سعی میشود از ویژگی های تصویر، برای کاربرد مورد نظر خود استفاده کرد.
شناسایی نقاط ویژه و انحناها از جمله ویژگی هایی هستند که در سیستم تشخیص اثر انگشت استخراج میشوند. مرحله چهارم: مدیریت اطلاعات پردازش شده مدیریت تصویر برگرفته از تمام روش های کارآمد در مراحل ذخیره سازی، انتقال، آرشیو کردن، بازیابی اطلاعات و فرآیند ارتباطی می شود. این نمودار نشان میدهد که ارتباط بین واحد های پردازش اغلب براساس دانش قبلی در مورد نتیجه پردازش است
