CN109034097B - 一种基于图像的开关设备巡检定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像的开关设备巡检定位方法，通过识别开关设备的眉头和文字对开关设备定位，不需要配置其他传感器即可实现设备定位，从而为通过图像识别技术提取开关设备的状态和参数奠定基础。本发明的基于图像的开关设备巡检定位方法，用于电力开关设备的巡检作业过程，以机器人携带的摄像机为基础，通过识别开关设备的眉头和文字对开关设备定位，不需要配置其他传感器即可实现设备定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于图像的开关设备巡检定位方法。
背景技术
电力系统巡检作业是电力系统运行维护的主要工作之一，在我国庞大的电网中，专门从事巡检作业的人员超过30万。人工巡检作业具有一系列显著的弱点，主要包括：1)非连续性，不能持续跟踪设备的状态，状态检查的周期间隔1天或数天，在前后相继的检查作业期间设备出现故障并快速恶化则不能进行及时处理；2)主观因素干扰大，在人工巡检过程中，由于人的直接参与导致作业具有一定的主观性，往往会把个人经验结合的巡检作业过程中，导致人故意漏检或忽略一些有意义的现场信息，导致事故产生和恶化。3)缺乏完整规范和系统的作业记录，作业记录对于分析故障现象背后的原因和发展历程时非常重要的。在人工作业方式下，个人观察到的少数的信息通过填表方式写在纸上，不便于数据的后续分析和存储利用，数据不完整。
鉴于电力系统人工巡检作业的种种弊端，发展和利用机器人移动平台进行变电站自动化巡检越来越得到各级电力部门的重视；为此，国内外研制了一系列可移动的机器人平台，运动方式多种多样，有轮式的、履带式的、悬挂轨道式的或绳式的。为了实现移动巡检作业，研究和发展适合特定环境的各种运动平台非常重要，但是设计配套的软件和硬件系统完整环境参数的采集、记录、分析具有更加重要的作用。只有在功能全面的软件硬件支持下，机器人移动平台才能发挥出比人工巡检作业更加优异的性能，实现机器人代替人完成巡检作业的任务。
针对变电站图像巡检作业机器人系统，如何区分和识别不同的电力设备，并处于正确的摄像位置，对于开展准确的巡检作业是非常重要的问题之一。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于图像的开关设备巡检定位方法，用于电力开关设备的巡检作业过程，以机器人携带的摄像机为基础，通过识别开关设备的眉头和文字对开关设备定位，不需要配置其他传感器即可实现设备定位。
实现上述目的的技术方案是：一种基于图像的开关设备巡检定位方法，包括以下步骤：
S1，开始并读取巡检配置参数步骤：在开始巡检作业前，获取机器人需要巡检的开关设备的基础信息，并预先存储在设备信息数据库，所述基础信息包括各开关设备的眉头文字、眉头底色、眉头文字颜色和定位精度要求；
S2，抓取视频图像步骤：通过函数接口从机器人的摄像机连续摄像的视频流中截取一个完整的视频帧；
S3，根据摄像方位和图像特征初步确定眉头步骤：在机器人快速行进过程中，结合机器人的云台方位和步骤S2抓取的视频图像中的眉头底色快速确定在机器人的摄像机的摄像范围内是否存在开关设备眉头；
S4，提取眉头的边界步骤：若机器人的摄像机的摄像范围内存在开关设备眉头，通过图像处理方法确定眉头的左右边界；
S5，计算机器人相对于开关设备的位置偏差步骤，根据步骤S4获取的眉头的边界确定眉头是否位于摄像区域的水平方向中间位置，并计算眉头水平方向的中线和摄像区域的水平方向的中线的偏离误差；
S6，误差判断步骤，根据步骤S5计算得到的偏离误差确定处理策略：当偏离误差大于或等于设定值时，进行步骤S7；当偏离误差小于设定值时，进行步骤S8；
S7，发送运动控制指令控制机器人运动步骤：向机器人运动控制系统发出控制指令调节机器人相对于当前开关设备的位置，并且返回步骤S2重新抓取视频图像；
S8，提取眉头信息步骤：根据获取的眉头区域的图像，依次通过图像缩放、去除背景、文字分割和文字识别步骤提取眉头上的文字信息；
S9，设备信息分析步骤，根据步骤S8获得的眉头文字信息，在步骤S1预先存储的设备信息数据库中检索机器人需要巡检的开关设备的基础信息，确定当前开关设备是否在机器人巡检任务中，如果当前开关设备在机器人巡检任务中则进行步骤S10，如果当前开关设备不在机器人巡检任务中则进行步骤S7；
S10，设备巡检步骤：开展对当前开关设备的巡检，机器人的摄像机分区摄像并提取当前开关设备的状态信息和运行参数。
上述的一种基于图像的开关设备巡检定位方法，步骤S1中，在开始巡检作业前，通过数据库方式获取机器人需要巡检的开关设备的基础信息。
上述的一种基于图像的开关设备巡检定位方法，步骤S3中，开关设备眉头位于开关设备的顶部，机器人和开关设备之间的水平距离为2～3米，一个变电站中所有开关设备的眉头底色和眉头文字颜色是统一的，通过机器人的云台的垂直角度以及步骤S2中抓取的视频图像中的眉头底色可以快速确定是否存在开关设备眉头。
上述的一种基于图像的开关设备巡检定位方法，步骤S4中，开关设备眉头和开关设备是等宽的，开关设备眉头的水平方向的中线即为开关设备的中线。
上述的一种基于图像的开关设备巡检定位方法，步骤S6中，所述设定值为5％。
上述的一种基于图像的开关设备巡检定位方法，步骤S9中，步骤S1预先存储的设备信息数据库中，如果检索到步骤S8获得的眉头文字信息，则判定当前开关设备在机器人巡检任务中；如果检索不到步骤S8获得的眉头文字信息，则判定当前开关设备不在机器人巡检任务中。
本发明的基于图像的开关设备巡检定位方法，以机器人携带的摄像机为基础，通过识别开关设备的眉头，通过向运动控制系统发出控制指令调节机器人相对于设备的位置，然后提取文字通过数据库检索设备信息，在确定设备为需要巡检的设备后即可开展巡检作业，对开关设备分区摄像并通过图像处理算法提取设备的状态信息和运行参数。相比现有的以位置传感器为基础的定位方法，本发明的基于图像的开关设备巡检定位方法不需要布置位置传感器，在设备布局调整后，不要调整巡检系统硬件，实施成本低、适应能力强，可以适应于室内环境中对变电站设备，尤其是包含大量仪表和状态指示器件的开关设备的自动巡检定位。此外，本发明所提出的技术方案，在对图像处理算法进行必要调整后，也可以用于变电站的安防监测、其他电力设备的巡检定位。
附图说明
图1为本发明的基于图像的开关设备巡检定位方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
请参阅图1，本发明的最佳实施例，一种基于图像的开关设备巡检定位方法，包括以下步骤：
S1，开始并读取巡检配置参数步骤：在开始巡检作业前，通过数据库方式获取机器人需要巡检的开关设备的基础信息，并预先存储在设备信息数据库，基础信息包括各开关设备的眉头文字、眉头底色、眉头文字颜色和定位精度要求；
S2，抓取视频图像步骤：通过函数接口从机器人的摄像机连续摄像的视频流中截取一个完整的视频帧；
S3，根据摄像方位和图像特征初步确定眉头步骤：在机器人快速行进过程中，结合机器人的云台方位和步骤S2抓取的视频图像中的眉头底色快速确定在机器人的摄像机的摄像范围内是否存在开关设备眉头；电力开关设备的高度一般2米左右，开关设备眉头位于开关设备的顶部，机器人和开关设备之间的水平距离为2～3米，一个变电站中所有开关设备的眉头底色和眉头文字颜色是统一的，通过机器人的云台的垂直角度以及步骤S2中抓取的视频图像中的眉头底色可以快速确定是否存在开关设备眉头；
S4，提取眉头的边界步骤：若机器人的摄像机的摄像范围内存在开关设备眉头，通过图像处理方法确定眉头的左右边界；开关设备眉头和开关设备是等宽的，开关设备眉头的水平方向的中线即为开关设备的中线；
S5，计算机器人相对于开关设备的位置偏差步骤，根据步骤S4获取的眉头的边界确定眉头是否位于摄像区域的水平方向中间位置，并计算眉头水平方向的中线和摄像区域的水平方向的中线的偏离误差；
S6，误差判断步骤，根据步骤S5计算得到的偏离误差确定处理策略：当偏离误差大于或等于设定值时，进行步骤S7；当偏离误差小于设定值时，进行步骤S8；设定值一般为5％；
S7，发送运动控制指令控制机器人运动步骤：向机器人运动控制系统发出控制指令调节机器人相对于当前开关设备的位置，并且返回步骤S2重新抓取视频图像；
S8，提取眉头信息步骤：根据获取的眉头区域的图像，依次通过图像缩放、去除背景、文字分割和文字识别步骤提取眉头上的文字信息；
S9，设备信息分析步骤，根据步骤S8获得的眉头文字信息，在步骤S1预先存储的设备信息数据库中检索机器人需要巡检的开关设备的基础信息，确定当前开关设备是否在机器人巡检任务中，步骤S1预先存储的设备信息数据库中，如果检索到步骤S8获得的眉头文字信息，则判定当前开关设备在机器人巡检任务中；如果检索不到步骤S8获得的眉头文字信息，则判定当前开关设备不在机器人巡检任务中；如果当前开关设备在机器人巡检任务中则进行步骤S10，如果当前开关设备不在机器人巡检任务中则进行步骤S7；
S10，设备巡检步骤：开展对当前开关设备的巡检，机器人的摄像机分区摄像并提取当前开关设备的状态信息和运行参数。
当前开关设备的状态信息和运行参数提取完成后，机器人继续前行进行巡检，并返回步骤S2重新抓取视频图像。
本发明的基于图像的开关设备巡检定位方法，主要用于电力开关设备的巡检作业过程，通过识别开关设备的眉头和文字对开关设备定位，不需要配置其他传感器即可实现设备定位，从而为通过图像识别技术提取开关设备的状态和参数奠定基础；通过巡检机器人摄像机获取视频图像，实时分析并提取开关设备眉头上的文字和边界，通过识别结果实时向机器人运动控制系统发出控制指令，通过反馈使巡检机器人处于巡检识别的最佳位置。
本发明的基于图像的开关设备巡检定位方法，通过图像处理识别开关设备眉头的信息，提取开关柜的左右边界和文字信息，以识别结果对机器人系统进行引导，使机器人视觉系统位于设备正中位置，为后续的巡检作业提供基准。
综上所述，本发明的基于图像的开关设备巡检定位方法，以机器人携带的摄像机为基础，通过识别开关设备的眉头和文字对开关设备定位，不需要配置其他传感器即可实现设备定位，可以实现机器人在巡检作业过程中的自动定位，同时简化定位系统的硬件，提高定位的灵活性和通用性。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (6)
1.一种基于图像的开关设备巡检定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，开始并读取巡检配置参数步骤：在开始巡检作业前，获取机器人需要巡检的开关设备的基础信息，并预先存储在设备信息数据库，所述基础信息包括各开关设备的眉头文字、眉头底色、眉头文字颜色和定位精度要求；
S2，抓取视频图像步骤：通过函数接口从机器人的摄像机连续摄像的视频流中截取一个完整的视频帧；
S3，根据摄像方位和图像特征初步确定眉头步骤：在机器人快速行进过程中，结合机器人的云台方位和步骤S2抓取的视频图像中的眉头底色快速确定在机器人的摄像机的摄像范围内是否存在开关设备眉头；
S4，提取眉头的边界步骤：若机器人的摄像机的摄像范围内存在开关设备眉头，通过图像处理方法确定眉头的左右边界；
S5，计算机器人相对于开关设备的位置偏差步骤，根据步骤S4获取的眉头的边界确定眉头是否位于摄像区域的水平方向中间位置，并计算眉头水平方向的中线和摄像区域的水平方向的中线的偏离误差；
S6，误差判断步骤，根据步骤S5计算得到的偏离误差确定处理策略：当偏离误差大于或等于设定值时，进行步骤S7；当偏离误差小于设定值时，进行步骤S8；
S7，发送运动控制指令控制机器人运动步骤：向机器人运动控制系统发出控制指令调节机器人相对于当前开关设备的位置，并且返回步骤S2重新抓取视频图像；
S8，提取眉头信息步骤：根据获取的眉头区域的图像，依次通过图像缩放、去除背景、文字分割和文字识别步骤提取眉头上的文字信息；
S9，设备信息分析步骤，根据步骤S8获得的眉头文字信息，在步骤S1预先存储的设备信息数据库中检索机器人需要巡检的开关设备的基础信息，确定当前开关设备是否在机器人巡检任务中，如果当前开关设备在机器人巡检任务中则进行步骤S10，如果当前开关设备不在机器人巡检任务中则进行步骤S7；
S10，设备巡检步骤：开展对当前开关设备的巡检，机器人的摄像机分区摄像并提取当前开关设备的状态信息和运行参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像的开关设备巡检定位方法，其特征在于，步骤S1中，在开始巡检作业前，通过数据库方式获取机器人需要巡检的开关设备的基础信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像的开关设备巡检定位方法，其特征在于，步骤S3中，开关设备眉头位于开关设备的顶部，机器人和开关设备之间的水平距离为2～3米，一个变电站中所有开关设备的眉头底色和眉头文字颜色是统一的，通过机器人的云台的垂直角度以及步骤S2中抓取的视频图像中的眉头底色可以快速确定是否存在开关设备眉头。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像的开关设备巡检定位方法，其特征在于，步骤S4中，开关设备眉头和开关设备是等宽的，开关设备眉头的水平方向的中线即为开关设备的中线。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像的开关设备巡检定位方法，其特征在于，步骤S6中，所述设定值为5％。
6.根据权利要求1所述的一种基于图像的开关设备巡检定位方法，其特征在于，步骤S9中，步骤S1预先存储的设备信息数据库中，如果检索到步骤S8获得的眉头文字信息，则判定当前开关设备在机器人巡检任务中；如果检索不到步骤S8获得的眉头文字信息，则判定当前开关设备不在机器人巡检任务中。
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