CN110274160B - 一种基于红外可见光融合图像的管道巡检系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于红外可见光融合图像的管道巡检系统，其特征在于：其包括数据采集装置和地面接收站；所述数据采集装置包括无人机以及搭载在所述无人机上用于对管道进行检测的机载巡检装置，所述机载巡检装置将所述无人机的GPS信息、GIS信息和飞行数据以及检测得到的管道红外图像、可见光图像或者红外可见光融合图像视频数据发送到所述地面接收站；所述地面接收站根据接收到的无人机的GPS信息、GIS信息和飞行数据通过通信装置对所述无人机进行远程操控，同时根据接收的管道采集数据确定管道天然气泄漏信息以及故障点位置信息。本发明可以广泛应用于管线巡检领域。
Description
技术领域
本发明属于自动检测与控制领域，特别涉及油气管道设备智能化安全检测与管理以及无人机消防巡检，具体为一种基于红外可见光融合图像的管道巡检系统。
背景技术
我国石油天然气正处于持续高速发展阶段，管道运输过程中的油气泄露会对人们的生存环境造成很大的威胁，因此管道定期巡检显得尤为重要。但是由于长输管道运输存在距离长、地段险要、压力大等问题，导致人工巡检工作量大、成本高、受限条件多；而光纤和大部分外设的电子感应装置普遍存在误差大、作用距离短、成本高等问题，且不能获取泄漏点的实时图像，为指挥中心提供决策，所以它不适合范围广、距离长的管道监测；有人机巡线同样存在风险大、成本高、作业流程繁琐、不易于实时监测等缺点。因此，以上几种管线巡检方式都有一定的局限性，难以完全利用现代方法对油气管线的运输安全进行有效控制和预防。
近年来，无人机技术日趋成熟，其具有性能优越，飞行平台安全稳定；多款云台可选，成像分辨率高、效果好；可实现远距离、高清实时图像回传；随时随地起飞、操作易上手等特点。这为将无人机技术应用于管道巡检提供了可能，采用无人机对管道裂纹、断裂、变形、孔洞、腐蚀等破损情况进行检测将会有重大意义。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于红外可见光融合图像的管道巡检系统，该系统能够有效提高无人机油气管道巡检过程中视频图像数据的处理效率和管道故障识别的准确度。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于红外可见光融合图像的管道巡检系统，其包括数据采集装置和地面接收站；所述数据采集装置包括无人机以及搭载在所述无人机上用于对管道进行检测的机载巡检装置，所述机载巡检装置将所述无人机的GPS信息、GIS信息和飞行数据以及检测得到的管道红外图像、可见光图像或者红外可见光融合图像视频数据发送到所述地面接收站；所述地面接收站根据接收到的无人机的GPS信息、GIS信息和飞行数据通过通信装置对所述无人机进行远程操控，同时根据接收的管道采集数据确定管道天然气泄漏信息以及故障点位置信息。
进一步的，所述机载巡检装置包括红外可见光双视摄像头及其云台、激光检测装置、机载计算机、GPS模块、机载数传电台和机载图传电台；所述红外可见光双视摄像头及其云台用于采集管道的红外图像、可见光图像或者红外可见光融合图像信息，并将采集的管道数据发送到所述机载图传电台；所述激光检测装置用于检测天然气泄漏信息，同时测量所述无人机与管道间的距离，并将检测到的管道天然气泄漏及其与管道间的距离信息发送到所述机载数传电台；所述机载计算机用于采集所述无人机的GIS信息和飞行数据信息，并发送到所述机载数传电台，并根据所述地面接收站返回的无人机控制信号对所述无人机的飞行状态进行调整；所述GPS模块用于将所述无人机的GPS信息发送到所述机载数传电台；所述机载数传电台和机载图传电台分别将接收的数据发送到所述地面接收站，并接收所述地面接收站返回的控制信号。
进一步的，所述地面接收站包括地面数传电台、地面图传电台、实时监控模块、GIS模块、飞行遥控模块以及视频图像数据存储和显示模块；所述地面数传电台用于接收所述机载巡检装置发送的无人机GPS信息、GIS信息和飞行数据以及所述红外可见光双视摄像头及其云台的姿态信息；所述地面图传电台用于接收机载巡检装置发送的所有图像视频数据；所述实时监控模块用于读取所述地面数传电台和地面图传电台的所有数据，显示无人机实时回传的视频图像，对图像数据进行实时处理，监测有无油气泄露，筛选出包含有缺陷设备的图像；所述GIS模块根据接收的无人机GPS信息、GIS信息和飞行数据以及所述红外可见光双视摄像头及其云台的姿态信息，获取无人机和管道的地理空间数据信息，并发送到所述飞行遥控模块；所述飞行遥控模块根据无人机和管道的地理空间数据信息向无人机发送控制指令，对所述红外可见光双视摄像头及其云台进行姿态调整和校正，同时调整所述无人机与管道间的距离以及所述无人机的飞行高度；所述视频图像数据存储和显示模块，用于存储和显示所述实时监控模块处理完成的视频和图像数据、激光检测天然气泄露信息、故障点位置信息以及所述地面数传电台和图传电台接收的所有数据。
进一步的，所述地面接收站还包括离线处理系统，所述离线处理系统用于在巡检结束后，对所述无人机巡检过程中存储的管道视频图像进行分析，查找误检或漏检的管道故障点。
进一步的，所述离线处理系统包括视频提取模块、视频处理模块和阈值警示模块；所述视频提取模块用于从所述实时监控模块处理后的管道视频图像数据中截取一帧未发生泄漏的管道图像作为待检测图像发送到所述视频处理模块；所述视频处理模块对待检测图像进行灰度化处理，得到待检测图像的二值化后的像素和；所述阈值警示模块用于将待检测图像的像素和与预设的警示阈值进行比较，当像素和大于警示阈值发送警示信号到实时监控模块，所述实时监控模块对泄露区域进行标注，并发送到视频图像数据存储和显示模块存储图像和位置信息。
进一步的，所述无人机采用六旋翼无人机M600Pro。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置的数据采集装置包括无人机和机载巡检装置，用于管道巡检，不受地形限制、安全性高、实时性好，支持高清图传，且传输距离远，便于携带，局限性小，性能优越，可以高效实现管线巡检任务并及时发现石油天然气泄露，降低风险。2、本发明设置的地面接收站对无人机上搭载的相机云台、飞行姿态和激光检测装置的实时调整和校正，提高管道视频图像的拍摄效果。3、本发明地面接收站中的实时监控模块通过对巡检图像的实时获取和处理，有效地实现管道缺陷的识别和故障点位置信息，减轻人工筛查的负担，具有广阔的应用前景。4、本发明还设置有离线处理系统，能够在巡检结束后根据存储的管道视频图像数据进行离线处理，避免了管道故障点的误检或漏检，进一步提高了管道巡检的准确性。因此，本发明可以广泛应用于管线巡检领域。
附图说明
图1是本发明无人机管道巡检系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种基于红外可见光融合图像的管道巡检系统，其包括数据采集装置、地面接收站以及负责采集装置和地面接收站之间数据传输的通信装置。其中，数据采集装置包括无人机本体以及搭载在无人机本体上用于对管道进行检测的机载巡检装置，无人机的GPS信息、GIS信息和飞行数据以及机载巡检装置采集到的管道红外图像、可见光图像或者红外可见光融合图像视频数据通过通信装置发送到地面接收站；地面接收站根据接收到的无人机的GPS信息、GIS信息和飞行数据通过通信装置对无人机进行远程操控，同时根据接收的管道采集数据确定管道天然气泄漏信息以及故障点位置信息。
机载巡检装置包括红外可见光双视摄像头及其云台(以下简称相机云台)、激光检测装置、小型计算机、GPS模块、机载数传电台和机载图传电台。其中，相机云台用于采集管道的红外图像、可见光图像或者红外可见光融合图像信息，并将采集的管道数据以及相机云台的姿态信息发送到机载图传电台；激光检测装置用于检测天然气泄漏信息，同时测量无人机与管道间的距离以确定故障点位置，并将检测到的管道天然气泄漏信息发送到机载数传电台；小型计算机用于采集无人机本体的GIS信息和飞行数据信息，并发送到机载数传电台，并根据地面接收站返回的无人机控制信号对无人机的飞行状态进行调整；GPS模块用于将无人机的GPS数据发送到机载数传电台；机载数传电台和机载图传电台分别将接收的数据发送到地面接收站，并接收地面接收站返回的控制信号。
地面接收站包括地面数传电台、地面图传电台、实时监控模块、GIS信息模块、飞行遥控模块以及视频图像数据存储和显示模块。其中，地面数传电台用于接收机载巡检装置发送的无人机GPS信息、GIS信息和飞行数据以及相机云台的姿态信息；地面图传电台用于接收机载巡检装置发送的所有图像视频数据；实时监控模块用于读取地面数传电台和地面图传电台的所有数据，显示无人机实时回传的视频图像，对图像数据进行实时处理，监测有无油气泄露，筛选出包含有缺陷设备的图像；GIS信息模块，通过C++可视化开发环境调用百度地图API接口，根据接收的无人机GPS信息、GIS信息和飞行数据以及相机云台的姿态信息，获取无人机和管道的地理空间数据信息，并发送到飞行遥控模块；飞行遥控模块根据无人机和管道的地理空间数据信息向无人机发送控制指令，对机载相机云台进行姿态调整和校正，同时调整无人机与油气管道间的距离以及无人机的飞行高度，以获取有用信息；视频图像数据存储和显示模块，用于存储和显示实时监控模块处理完成的视频和图像数据、激光检测天然气泄露信息、故障点位置信息以及地面数传电台和图传电台接收的所有数据。
进一步的，地面接收站还包括离线处理系统，该离线处理系统用于在巡检结束后，对无人机巡检过程中存储的管道视频图像进行深入分析，查找误检或漏检的管道故障点。
离线处理系统包括视频提取模块、视频处理模块和阈值警示模块，其中，视频提取模块用于对实时监控模块处理后的管道视频图像数据中截取一帧未发生泄漏的管道图像作为待检测图像发送到视频处理模块；视频处理模块对待检测图像进行灰度化处理，得到待检测图像的二值化后的像素和；阈值警示模块用于将待检测图像的二值化后的像素和与预设的警示阈值进行比较，当像素和大于警示阈值时发送警示信号到实时监控模块，由实时监控模块对泄露区域进行标注，并将图像和位置信息发送到视频图像数据存储和显示模块进行存储。
正式投入实际应用之前，搭建离线处理系统，对管道离线视频图像进行分析处理，筛选出适合的缺陷检测算法和运输介质泄露警示阈值设置方法，为地面接收站实时监控模块做好准备工作；投入实际巡检任务后，通过离线处理系统对无人机巡检过程中存储的视频图像数据进行处理，避免发生缺陷误检或漏检。
进一步的，无人机采用大疆创新自主研制的六旋翼无人机。
进一步的，红外可见光双视摄像头选用大疆与FLIR推出的禅思XT2双光热成像相机，可以分别显示可见光和热成像画面，也能将可见光画面和热成像相机拍摄画面融合显示，用于采集管道的视频图像数据，通过云台建立无人机与相机的连接。
本发明的基于红外可见光融合图像的无人机管道巡检系统的工作过程如下：
数据采集装置获取和处理红外和可见光摄像头、云台和无人机姿态以及GPS信息数据，存储在视频图像数据存储和显示模块中，经机载数传电台和机载图传电台发送至地面接收站；
地面接收站中的实时监控模块读取地面数传电台和地面图传电台的数据，对图像数据进行清晰度检查和可用性检查，筛选出包含有管道缺陷的图像，记录无人机的飞行数据，与GIS信息相关联，完成图像属性信息的匹配，并存储在数据存储和显示模块中；
飞行遥控模块根据实时监控模块的处理结果，向红外和可见光摄像头相机云台、无人机飞行姿态和激光检测装置发送相应的控制指令，对相机云台和无人机飞行姿态进行调整和校正，调整无人机与管道间的距离以及无人机的飞行高度，获取有用的管道视频图像数据。
通过管道图像处理获得石油泄露警示阈值并优化缺陷检测算法，结合激光检测装置及时发现天然气泄露现象，巡检结束后，对存储的视频图像进行离线处理，查找误检或漏检的管道故障点。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (2)
1.一种基于红外可见光融合图像的管道巡检系统，其特征在于：其包括数据采集装置和地面接收站；
所述数据采集装置包括无人机以及搭载在所述无人机上用于对管道进行检测的机载巡检装置，所述机载巡检装置将所述无人机的GPS信息、GIS信息和飞行数据以及检测得到的管道红外图像、可见光图像或者红外可见光融合图像视频数据发送到所述地面接收站；
所述机载巡检装置包括红外可见光双视摄像头及其云台、激光检测装置、机载计算机、GPS模块、机载数传电台和机载图传电台；
所述红外可见光双视摄像头及其云台用于采集管道的红外图像、可见光图像或者红外可见光融合图像信息，并将采集的管道数据发送到所述机载图传电台；
所述激光检测装置用于检测天然气泄漏信息，同时测量所述无人机与管道间的距离，并将检测到的管道天然气泄漏及其与管道间的距离信息发送到所述机载数传电台；
所述机载计算机用于采集所述无人机的GIS信息和飞行数据信息，并发送到所述机载数传电台，并根据所述地面接收站返回的无人机控制信号对所述无人机的飞行状态进行调整；
所述GPS模块用于将所述无人机的GPS信息发送到所述机载数传电台；
所述机载数传电台和机载图传电台分别将接收的数据发送到所述地面接收站，并接收所述地面接收站返回的控制信号；
所述红外可见光双视摄像头采用禅思XT2双光热成像相机，能够采集和显示可见光和热成像画面，并将可见光画面和热成像相机拍摄画面融合处理和显示，并通过云台建立所述无人机与所述禅思XT2双光热成像相机的连接；
所述地面接收站根据接收到的无人机的GPS信息、GIS信息和飞行数据通过通信装置对所述无人机进行远程操控，同时根据接收的管道采集数据确定管道天然气泄漏信息以及故障点位置信息；
所述地面接收站包括地面数传电台、地面图传电台、实时监控模块、GIS模块、飞行遥控模块以及视频图像数据存储和显示模块；
所述地面数传电台用于接收所述机载巡检装置发送的无人机GPS信息、GIS信息和飞行数据以及所述红外可见光双视摄像头及其云台的姿态信息；
所述地面图传电台用于接收机载巡检装置发送的所有图像视频数据；
所述实时监控模块用于读取所述地面数传电台和地面图传电台的所有数据，显示无人机实时回传的视频图像，对图像数据进行实时处理，监测有无油气泄露，筛选出包含有缺陷设备的图像；
所述GIS模块根据接收的无人机GPS信息、GIS信息和飞行数据以及所述红外可见光双视摄像头及其云台的姿态信息，获取无人机和管道的地理空间数据信息，并发送到所述飞行遥控模块；所述飞行遥控模块根据无人机和管道的地理空间数据信息向无人机发送控制指令，对所述红外可见光双视摄像头及其云台进行姿态调整和校正，同时调整所述无人机与管道间的距离以及所述无人机的飞行高度；
所述视频图像数据存储和显示模块，用于存储和显示所述实时监控模块处理完成的视频和图像数据、激光检测天然气泄露信息、故障点位置信息以及所述地面数传电台和图传电台接收的所有数据；
所述地面接收站还包括离线处理系统，所述离线处理系统用于在巡检结束后，对所述无人机巡检过程中存储的管道视频图像进行分析，查找误检或漏检的管道故障点；
所述离线处理系统包括视频提取模块、视频处理模块和阈值警示模块；
所述视频提取模块用于从所述实时监控模块处理后的管道视频图像数据中截取一帧未发生泄漏的管道图像作为待检测图像发送到所述视频处理模块；
所述视频处理模块对待检测图像进行灰度化处理，得到待检测图像的二值化后的像素和；
所述阈值警示模块用于将待检测图像的像素和与预设的警示阈值进行比较，当像素和大于警示阈值发送警示信号到实时监控模块，所述实时监控模块对泄露区域进行标注，并发送到视频图像数据存储和显示模块存储图像和位置信息。
2.如权利要求1所述的一种基于红外可见光融合图像的管道巡检系统，其特征在于：所述无人机采用六旋翼无人机M600 Pro。
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