CN105532633A - 智能化供电线路维护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能化供电线路维护系统，包括激光驱鸟设备、CCD视觉传感器、鸟体检测设备和机器人主体架构，CCD视觉传感器用于采集供电线路图像，鸟体检测设备与CCD视觉传感器连接，用于识别供电线路图像中的目标鸟体类型，机器人主体架构与激光驱鸟设备和鸟体检测设备分别连接，用于基于目标鸟体类型确定激光驱鸟设备发射的驱鸟激光的波长。通过本发明，能够实现对供电线路上的飞鸟的智能化自适应驱逐。

Description

智能化供电线路维护系统

技术领域

本发明涉及电网维护领域，尤其涉及一种智能化供电线路维护系统。

背景技术

当前，各个国家的供电管理部门针对鸟害故障的规律进行不同的鸟害故障处理，然而，这些处理都是等待故障出现后才进行，不如在故障出现之前即对鸟类进行驱逐来的效果更为直接。

但是，现有技术中对供电线路的鸟类驱逐仍停留在人工排除阶段，过于原始，效率不高且成本昂贵。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种智能化供电线路维护系统，一方面，替换人工操作，采用机械进行供电线路的全程维护，另一方面，采用现场电子化设备进行鸟体检测，并将驱鸟设备的操作与检测出的鸟的类型对应起来，从而有力地维护供电线路的安全。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种智能化供电线路维护系统，设计出一套能够使用各种供电线路复杂环境的巡视机器人平台，同时在巡视机器人平台上集成了基于高精度图像识别的鸟体检测设备，确定出供电线路附近飞鸟的类型，随后，集成了激光驱鸟设备用于根据不同的飞鸟类型发出不同波长的驱鸟激光，提高了激光的效率。

根据本发明的一方面，提供了一种智能化供电线路维护系统，所述系统包括激光驱鸟设备、CCD视觉传感器、鸟体检测设备和机器人主体架构，CCD视觉传感器用于采集供电线路图像，鸟体检测设备与CCD视觉传感器连接，用于识别供电线路图像中的目标鸟体类型，机器人主体架构与激光驱鸟设备和鸟体检测设备分别连接，用于基于目标鸟体类型确定激光驱鸟设备发射的驱鸟激光的波长。

更具体地，在所述智能化供电线路维护系统中，包括：激光驱鸟设备，设置在防倾斜结构上，包括信号接收通道、内置存储器和激光发射器；信号接收通道用于接收目标鸟类类型；激光发射器与内置存储器和信号接收通道分别连接，根据目标鸟类类型在内置存储器中查找对应鸟类类型所厌恶的激光波长，并发射以查找到的激光波长为发射波长的激光；MS存储卡，设置在控制箱内，预先存储了鸟体灰度范围，鸟体灰度范围用于将图像中的鸟体与背景分离，MS存储卡还预先存储了各个灰度化鸟体模版，每一个灰度化鸟体模版对应一种鸟类，每一个灰度化鸟体模版为通过对相应鸟类的基准鸟体进行拍摄所得到的图像执行灰度化处理而获得；CCD视觉传感器，设置在防倾斜结构上，对供电线路附近的景象进行拍摄以获得供电线路图像；鸟体检测设备，设置在控制箱内，包括自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备；自适应递归滤波子设备与CCD视觉传感器连接，用于对供电线路图像执行自适应递归滤波处理，以滤除供电线路图像中的高斯噪声，获得第一滤波图像；中值滤波子设备与自适应递归滤波子设备连接，用于对第一滤波图像执行基于5×5像素窗口的中值滤波处理，以滤除第一滤波图像中的散射成分，获得第二滤波图像；尺度变换增强子设备与中值滤波子设备连接，用于对第二滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；目标分割子设备与尺度变换增强子设备和MS存储卡分别连接，将增强图像中像素灰度值在鸟体灰度范围内的所有像素组成鸟体子图像，鸟体子图像从增强图像的背景处分离获得；目标识别子设备与目标分割子设备和MS存储卡分别连接，将鸟体子图像与各个灰度化鸟体模版匹配，将匹配度最高的灰度化鸟体模版所对应的鸟类类型作为目标鸟体类型输出；机器人主体架构，包括防倾斜结构、控制箱、无刷直流电机、吊装环、行走机构、锁紧机构和压紧机构，防倾斜结构位于前方供电线路上，控制箱和无刷直流电机都位于供电线路的下方，吊装环用于将机器人主体架构吊装到供电线路上，行走机构和锁紧机构都位于供电线路上，压紧机构位于供电线路的下方；防倾斜结构包括防倾斜轮、固定螺栓和连接板，连接板分别与防倾斜轮和固定螺栓连接，防止机器人主体架构向后倾斜；控制箱内设有主控板和电池，主控板上集成了凌阳SPCE061A芯片、无线通信设备和静态存储器，无线通信设备用于与远端的供电运营服务器建立双向无线通信链路；凌阳SPCE061A芯片与行走机构、鸟体检测设备和激光驱鸟设备分别连接，接收目标鸟声类型，判断目标鸟声类型所对应的飞鸟类型是否对供电线路有害，如果有害，则将目标鸟声类型作为目标鸟类类型发送给激光驱鸟设备的激光发射器，并向行走机构发送停止行走命令，如果无害，则向行走机构发送继续行走命令；无刷直流电机通过减速器与行走机构的驱动轮和压紧机构的压紧轮分别连接；行走机构包括同步带、同步带张紧机构、驱动轮和水平放置的三个V型轮，驱动轮为三个V型轮在供电线路上的行走提供动力，同步带依次经过驱动轮、同步带张紧机构和三个V型轮以保持三个V型轮的同步行走；锁紧机构包括顺序连接的活动扳手、中间支撑件、底部销件和U型螺栓，用于防止机器人主体架构从供电线路处坠落；压紧机构与无刷直流电机连接，包括压紧轮、棘轮、棘爪、复位弹簧和压紧弹簧，压紧轮为V型结构，用于在压紧弹簧的作用下压紧供电线路的架空地线，棘轮与棘爪用于锁住或放开压紧轮，复位弹簧用于在压紧轮被放开时将压紧轮复位；接触式开关传感器，位于防倾斜结构上，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于在接触到供电线路障碍时，发送接触障碍信号；红外传感器，位于防倾斜结构上，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于在距离前方供电线路障碍400毫米时，发出障碍预警信号；高清摄像设备，位于防倾斜结构上，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于采集除冰刀具前方供电线路的高清图像并通过凌阳SPCE061A芯片压缩编码，以将压缩后的图像通过无线通信设备发送给远端的供电运营服务器；超声波探测传感器，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于检测并输出前方供电线路处的障碍物距离。

更具体地，在所述智能化供电线路维护系统中：自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备分别采用不同的FPGA芯片来实现。

更具体地，在所述智能化供电线路维护系统中：自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备被集成在一块电路板上。

更具体地，在所述智能化供电线路维护系统中：自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备被集成在一块FPGA芯片中。

更具体地，在所述智能化供电线路维护系统中：超声波探测传感器位于防倾斜结构上。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的智能化供电线路维护系统的结构方框图。

附图标记：1激光驱鸟设备；2CCD视觉传感器；3鸟体检测设备；4机器人主体架构

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的智能化供电线路维护系统的实施方案进行详细说明。

为了有效地防范和减少线路因鸟类活动引起的故障次数，确保电网安全稳定运行，各国在对电网架空供电线路鸟害故障进行专题调查的基础上，在研究鸟害故障机理的同时，纷纷提出了鸟害故障的防治对策。

然而，现有技术中的各种鸟害故障的防治对策都是基于人工操作来进行，即安排专业人员定点定时进行鸟类排查和清除，机械化程度不高，无法进行自适应操作，即使存在一些机械化清除设备，也需要有人员现场进行操控，自动化水平低下，运营成本高。

为了克服上述不足，本发明提出了一种智能化供电线路维护系统，能够在鸟害故障出现之前，对供电线路附近的鸟类进行驱逐，同时采用能够通行整条供电线路的机械设备作为平台以及采用高精度的自适应驱鸟设备，以完全替代人工操作，提高驱鸟的智能化水平。

图1为根据本发明实施方案示出的智能化供电线路维护系统的结构方框图，所述系统包括激光驱鸟设备、CCD视觉传感器、鸟体检测设备和机器人主体架构，CCD视觉传感器用于采集供电线路图像，鸟体检测设备与CCD视觉传感器连接，用于识别供电线路图像中的目标鸟体类型，机器人主体架构与激光驱鸟设备和鸟体检测设备分别连接，用于基于目标鸟体类型确定激光驱鸟设备发射的驱鸟激光的波长。

接着，继续对本发明的智能化供电线路维护系统的具体结构进行进一步的说明。

所述系统包括：激光驱鸟设备，设置在防倾斜结构上，包括信号接收通道、内置存储器和激光发射器；信号接收通道用于接收目标鸟类类型；激光发射器与内置存储器和信号接收通道分别连接，根据目标鸟类类型在内置存储器中查找对应鸟类类型所厌恶的激光波长，并发射以查找到的激光波长为发射波长的激光。

所述系统包括：MS存储卡，设置在控制箱内，预先存储了鸟体灰度范围，鸟体灰度范围用于将图像中的鸟体与背景分离，MS存储卡还预先存储了各个灰度化鸟体模版，每一个灰度化鸟体模版对应一种鸟类，每一个灰度化鸟体模版为通过对相应鸟类的基准鸟体进行拍摄所得到的图像执行灰度化处理而获得；CCD视觉传感器，设置在防倾斜结构上，对供电线路附近的景象进行拍摄以获得供电线路图像。

所述系统包括：鸟体检测设备，设置在控制箱内，包括自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备。

自适应递归滤波子设备与CCD视觉传感器连接，用于对供电线路图像执行自适应递归滤波处理，以滤除供电线路图像中的高斯噪声，获得第一滤波图像；中值滤波子设备与自适应递归滤波子设备连接，用于对第一滤波图像执行基于5×5像素窗口的中值滤波处理，以滤除第一滤波图像中的散射成分，获得第二滤波图像；尺度变换增强子设备与中值滤波子设备连接，用于对第二滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像。

目标分割子设备与尺度变换增强子设备和MS存储卡分别连接，将增强图像中像素灰度值在鸟体灰度范围内的所有像素组成鸟体子图像，鸟体子图像从增强图像的背景处分离获得；目标识别子设备与目标分割子设备和MS存储卡分别连接，将鸟体子图像与各个灰度化鸟体模版匹配，将匹配度最高的灰度化鸟体模版所对应的鸟类类型作为目标鸟体类型输出。

所述系统包括：机器人主体架构，包括防倾斜结构、控制箱、无刷直流电机、吊装环、行走机构、锁紧机构和压紧机构。

防倾斜结构位于前方供电线路上，控制箱和无刷直流电机都位于供电线路的下方，吊装环用于将机器人主体架构吊装到供电线路上，行走机构和锁紧机构都位于供电线路上，压紧机构位于供电线路的下方；防倾斜结构包括防倾斜轮、固定螺栓和连接板，连接板分别与防倾斜轮和固定螺栓连接，防止机器人主体架构向后倾斜。

控制箱内设有主控板和电池，主控板上集成了凌阳SPCE061A芯片、无线通信设备和静态存储器，无线通信设备用于与远端的供电运营服务器建立双向无线通信链路；凌阳SPCE061A芯片与行走机构、鸟体检测设备和激光驱鸟设备分别连接，接收目标鸟声类型，判断目标鸟声类型所对应的飞鸟类型是否对供电线路有害，如果有害，则将目标鸟声类型作为目标鸟类类型发送给激光驱鸟设备的激光发射器，并向行走机构发送停止行走命令，如果无害，则向行走机构发送继续行走命令。

无刷直流电机通过减速器与行走机构的驱动轮和压紧机构的压紧轮分别连接；行走机构包括同步带、同步带张紧机构、驱动轮和水平放置的三个V型轮，驱动轮为三个V型轮在供电线路上的行走提供动力，同步带依次经过驱动轮、同步带张紧机构和三个V型轮以保持三个V型轮的同步行走；锁紧机构包括顺序连接的活动扳手、中间支撑件、底部销件和U型螺栓，用于防止机器人主体架构从供电线路处坠落。

压紧机构与无刷直流电机连接，包括压紧轮、棘轮、棘爪、复位弹簧和压紧弹簧，压紧轮为V型结构，用于在压紧弹簧的作用下压紧供电线路的架空地线，棘轮与棘爪用于锁住或放开压紧轮，复位弹簧用于在压紧轮被放开时将压紧轮复位。

所述系统包括：接触式开关传感器，位于防倾斜结构上，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于在接触到供电线路障碍时，发送接触障碍信号。

所述系统包括：红外传感器，位于防倾斜结构上，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于在距离前方供电线路障碍400毫米时，发出障碍预警信号。

所述系统包括：高清摄像设备，位于防倾斜结构上，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于采集除冰刀具前方供电线路的高清图像并通过凌阳SPCE061A芯片压缩编码，以将压缩后的图像通过无线通信设备发送给远端的供电运营服务器。

所述系统包括：超声波探测传感器，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于检测并输出前方供电线路处的障碍物距离。

可选地，在所述智能化供电线路维护系统中：自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备分别采用不同的FPGA芯片来实现；自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备被集成在一块电路板上；自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备被集成在一块FPGA芯片中；以及可选地，超声波探测传感器位于防倾斜结构上。

另外，FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。

采用本发明的智能化供电线路维护系统，针对现有技术无法自适应地对供电线路线路飞鸟进行自适应驱逐的技术问题，先采用CCD视觉传感器、鸟体检测设备识别出拍摄的供电线路图像中的目标鸟体类型，再使用激光驱鸟设备进行基于目标鸟体类型的自适应驱鸟操作，最后把这些电子化现场设备集成在优化结构后的机器人主体架构上，从而解决了上述技术问题。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种智能化供电线路维护系统，所述系统包括激光驱鸟设备、CCD视觉传感器、鸟体检测设备和机器人主体架构，CCD视觉传感器用于采集供电线路图像，鸟体检测设备与CCD视觉传感器连接，用于识别供电线路图像中的目标鸟体类型，机器人主体架构与激光驱鸟设备和鸟体检测设备分别连接，用于基于目标鸟体类型确定激光驱鸟设备发射的驱鸟激光的波长。

2.如权利要求1所述的智能化供电线路维护系统，其特征在于，所述系统包括：

激光驱鸟设备，设置在防倾斜结构上，包括信号接收通道、内置存储器和激光发射器；

信号接收通道用于接收目标鸟类类型；

激光发射器与内置存储器和信号接收通道分别连接，根据目标鸟类类型在内置存储器中查找对应鸟类类型所厌恶的激光波长，并发射以查找到的激光波长为发射波长的激光；

MS存储卡，设置在控制箱内，预先存储了鸟体灰度范围，鸟体灰度范围用于将图像中的鸟体与背景分离，MS存储卡还预先存储了各个灰度化鸟体模版，每一个灰度化鸟体模版对应一种鸟类，每一个灰度化鸟体模版为通过对相应鸟类的基准鸟体进行拍摄所得到的图像执行灰度化处理而获得；

CCD视觉传感器，设置在防倾斜结构上，对供电线路附近的景象进行拍摄以获得供电线路图像；

鸟体检测设备，设置在控制箱内，包括自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备；自适应递归滤波子设备与CCD视觉传感器连接，用于对供电线路图像执行自适应递归滤波处理，以滤除供电线路图像中的高斯噪声，获得第一滤波图像；中值滤波子设备与自适应递归滤波子设备连接，用于对第一滤波图像执行基于5×5像素窗口的中值滤波处理，以滤除第一滤波图像中的散射成分，获得第二滤波图像；尺度变换增强子设备与中值滤波子设备连接，用于对第二滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；目标分割子设备与尺度变换增强子设备和MS存储卡分别连接，将增强图像中像素灰度值在鸟体灰度范围内的所有像素组成鸟体子图像，鸟体子图像从增强图像的背景处分离获得；目标识别子设备与目标分割子设备和MS存储卡分别连接，将鸟体子图像与各个灰度化鸟体模版匹配，将匹配度最高的灰度化鸟体模版所对应的鸟类类型作为目标鸟体类型输出；

机器人主体架构，包括防倾斜结构、控制箱、无刷直流电机、吊装环、行走机构、锁紧机构和压紧机构，防倾斜结构位于前方供电线路上，控制箱和无刷直流电机都位于供电线路的下方，吊装环用于将机器人主体架构吊装到供电线路上，行走机构和锁紧机构都位于供电线路上，压紧机构位于供电线路的下方；

防倾斜结构包括防倾斜轮、固定螺栓和连接板，连接板分别与防倾斜轮和固定螺栓连接，防止机器人主体架构向后倾斜；

控制箱内设有主控板和电池，主控板上集成了凌阳SPCE061A芯片、无线通信设备和静态存储器，无线通信设备用于与远端的供电运营服务器建立双向无线通信链路；凌阳SPCE061A芯片与行走机构、鸟体检测设备和激光驱鸟设备分别连接，接收目标鸟声类型，判断目标鸟声类型所对应的飞鸟类型是否对供电线路有害，如果有害，则将目标鸟声类型作为目标鸟类类型发送给激光驱鸟设备的激光发射器，并向行走机构发送停止行走命令，如果无害，则向行走机构发送继续行走命令；

无刷直流电机通过减速器与行走机构的驱动轮和压紧机构的压紧轮分别连接；

行走机构包括同步带、同步带张紧机构、驱动轮和水平放置的三个V型轮，驱动轮为三个V型轮在供电线路上的行走提供动力，同步带依次经过驱动轮、同步带张紧机构和三个V型轮以保持三个V型轮的同步行走；

锁紧机构包括顺序连接的活动扳手、中间支撑件、底部销件和U型螺栓，用于防止机器人主体架构从供电线路处坠落；

压紧机构与无刷直流电机连接，包括压紧轮、棘轮、棘爪、复位弹簧和压紧弹簧，压紧轮为V型结构，用于在压紧弹簧的作用下压紧供电线路的架空地线，棘轮与棘爪用于锁住或放开压紧轮，复位弹簧用于在压紧轮被放开时将压紧轮复位；

接触式开关传感器，位于防倾斜结构上，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于在接触到供电线路障碍时，发送接触障碍信号；

红外传感器，位于防倾斜结构上，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于在距离前方供电线路障碍400毫米时，发出障碍预警信号；

高清摄像设备，位于防倾斜结构上，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于采集除冰刀具前方供电线路的高清图像并通过凌阳SPCE061A芯片压缩编码，以将压缩后的图像通过无线通信设备发送给远端的供电运营服务器；

超声波探测传感器，与凌阳SPCE061A芯片电性连接，用于检测并输出前方供电线路处的障碍物距离。

3.如权利要求2所述的智能化供电线路维护系统，其特征在于：

自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备分别采用不同的FPGA芯片来实现。

4.如权利要求3所述的智能化供电线路维护系统，其特征在于：

自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备被集成在一块电路板上。

5.如权利要求2所述的智能化供电线路维护系统，其特征在于：

自适应递归滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备被集成在一块FPGA芯片中。

6.如权利要求2所述的智能化供电线路维护系统，其特征在于：

超声波探测传感器位于防倾斜结构上。