CN111805508B - 一种基于视觉理解的现场安全性许可方法 - Google Patents

Abstract

一种基于视觉理解的现场安全性许可方法，属安全领域。在变电站两排相向设置的开关柜的通道上方，构建一个有轨平台；在有轨平台上设置具有“视觉理解”功能和“图像投影”功能的机器人；机器人在变电站内实现全自动定位和导航，实现站内开关柜设备状态的自动识别判断、巡检作业、数据作业、工作票匹配，利用自身搭载的投影装置，实现指定安全标示电子图像的投影、显示功能。其基于“视觉理解”系统和“图像投影”装置，实现安全许可工作中的人机交互引导，保证现场安全措施的正确性、完善性以及持续性，能将操作人员与现场运行设备安全、稳定、有效地隔离开，实现机器人替代许可人布置安全措施的目的。可广泛用于变电站安全许可现场的智能化领域。

Description

一种基于视觉理解的现场安全性许可方法

技术领域

本发明属于保护装置领域，尤其涉及一种用于变电站检修过程中的现场安全性许可方法或装置。

背景技术

随着社会经济的高速发展，电网规模不断壮大，需要维护和管理的设备数量逐渐增多且种类繁杂，因此导致检修试验工作量不断加大。为保障大量的修试工作能正常完成的同时实现零事故率，许可工作中许可人安全措施的布置显得尤为重要。

在《电力系统安全作业规程》中规定，工作许可人的安全责任包括：

1、负责审查工作票所列安全措施是否正确完备，是否符合现场条件；

2、工作现场布置的安全措施是否完善；

3、负责检查停电设备有无突然来电的危险；

4、负责检查工作票所载的安全措施是否正确完备，和值班员所做的安全措施是否符合现场实际条件；

5、工作前对工作班成员专进行危险点告知，交待安全措施和技术措施，并确认每一个工作班成员都已知晓。

在实际工作中，许可人在布置操作或检修现场的安全措施时，若出现当天工作任务审票不清或对现场设备状态勘查不到位等情况，容易出现标示牌的漏挂甚至是挂错仓位(仓位是指待操作高压开关所在的开关柜)的情况。同时，在工作过程中由于作业人员的操作或走动很容易出现标示牌被刮碰脱落或移动。一旦上述情况发生，将对人身设备安全形成威胁。

此外，在工作票的操作过程中，需要对被操作开关柜的工作状态(包括操作前开关柜中开关的“开”、“闭”状态核实，操作后开关柜中开关的“开”、“闭”状态核实等核对步骤)进行检查，仅仅依靠许可人或操作监护人的人工核对，容易产生人为失误，造成误操作。

为了防止上述隐患的发生，需要对现有的操作安全措施和现场安全标示的布置进行改进，实现许可现场安全措施的智能化操作和管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于视觉理解的现场安全性许可方法。采用基于“视觉理解”功能的机器人，通过识别工作票内容，自动定位现场设备间隔，并根据不同仓位电力设备的运行状态，代替许可人布置不同的许可安全措施，最终达到在变电站设备检修过程中，替代安全许可时人工布置现场安全措施，进而实现安全许可现场的智能化。

本发明的技术方案是：提供一种基于视觉理解的现场安全性许可方法，包括核查变电站待检修开关柜的位置及工作状态，在待检修开关柜、相邻开关柜以及待检修开关柜对面的开关柜处，设置各种规定的对应安全标示牌，其特征是：

1)在两排相向设置的开关柜的通道上方，设置一移动轨道，构建一个有轨平台；

2)在移动轨道上设置至少一个机器人，所述的机器人搭载有传感设备、投影装置，具有“视觉理解”功能和“图像投影”功能，并可与上位机进行数据传输或数据交换；

3)基于有轨平台，机器人能够在变电站内实现全自动定位和导航，并利用自身搭载的传感设备，实现站内开关柜设备状态的自动识别判断、巡检作业、数据作业、工作票匹配，利用自身搭载的投影装置，实现指定安全标示电子图像的投影、显示功能；

4)在进行现场安全性许可时，机器人通过“视觉理解”功能，通过匹配工作票内容，自动定位到待许可仓位，识别设备铭牌，识别电力设备的运行状态；

5)在许可人进入现场布置安全措施时，机器人根据工作票工作内容筛选出需布置安全措施的仓位，并引导许可人至对应的工作仓位前；

6)机器人通过读取开关柜面板上的柜顶铭牌、仪表读数、开关“分”、“合”指示灯、变电站动态模拟图状态，核对现场设备的运行状态无误后，在工作仓位处投射“在此工作！”字样的红色安全标示电子图像，并在邻仓和对仓处投射“止步，高压危险！”字样的红色安全标示电子图像；

所述的现场安全性许可方法，基于“视觉理解”系统和“图像投影”装置，实现安全许可工作中的人机交互引导，保证现场安全措施的正确性、完善性以及持续性，能有效地将操作人员与现场运行设备稳定有效地隔离开，实现机器人替代许可人布置安全措施的目的。

具体的，所述的传感设备至少包括红外传感器或可见光摄像头。

具体的，所述的数据传输或数据交换依托变电站内的无线局域网络进行。

具体的，所述机器人的硬件系统由移动模块、仪表巡检模块、遥操作模块和控制模块构成。

进一步的，所述的移动模块至少包括锂电池、驱动机构和机架底盘；所述的锂电池为机器人各模块提供电源；所述的驱动机构采用车轮式的移动结构，包括两个驱动轮，分别由两个驱动电机控制；所述的机架底盘用于承载、固定机器人的硬件设备及传感设备、投影装置。

进一步的，所述的仪表巡检模块利用可见光摄像头拍摄表设备的外观图像，并将数据回传控制模块，借助图像处理算法分析仪表设备工作状态，与工作票对比分析。

进一步的，所述的遥操作控制模块至少包括机械臂及其对应的驱动电路，当控制模块接收到远端的控制命令后，驱动电路根据控制命令要求相应的驱动机械臂的空间自由度，调整射灯的投影角度，实现准确可靠的将“止步高压危险”和“在此工作”安全标示电子图像投影到各自对应的开关仓面板上。

进一步的，所述的控制模块控制整个机器人的移动，投影灯的角度控制，协调整个机器人终端的运行，同时控制模块具备运行图像处理算法的功能。

具体的，所述机器人的软件系统至少包括人机交互界面模块、遥操作控制模块、图像检测模块与信息管理模块。

进一步的，所述的人机交互界面模块位于系统最上层，为运维人员提供清晰直观的系统入口，运维人员通过操作交互界面的各种按钮窗口即可调用系统的各种模块，进行巡检作业。

进一步的，所述的遥操作控制模块负责调用遥操作硬件模块各部件，对遥控操作控制器的位移信号进行检测、转换；根据许可内容按照不同仓位的位置和需要投影的类别，分别控制对应的机器臂投影灯进行安全标示电子图像的投影。

进一步的，所述的图像检测模块用于控制开启机器人的图像检测功能，接收、显示机器人摄影头传输的图像数据，并将机器人回传的数据结果保存建立文件，以备日后的查验。

进一步的，所述的信息管理模块负责对客户端登录用户个人信息进行管理检查，保证系统的安全性和可靠性；同时对系统各数据建立完善数据库，方便系统数据的查询比对。

更进一步的，所述的机器人还具有自我学习、自我完善的功能，在实际使用过程中，能够通过学习自主识别物体的组成、结构和空间位置，对不同设备、场景和现象进行区分，并对外观相似或接近的设备、场景和现象进行归类、总结，以实现自我发展和完善。

所述的机器人根据采集的变电站现场开关柜的图片，将现场采集的图片根据指示灯、按键、旋钮、指针的类型进行相应的分类，针对不同分类的图片进行归类，进一步细化调整，提高现场开关柜的识别速度和准确率；通过收集、汇总各类操作工作票，按操作类型和操作对象进行分、类归总，建立工作票数据库，用于快速识别工作票和检查待实施工作票的正确与否；建立安全许可标识电子图库和对应的显示规则，将各种安全许可标识的电子图像与对应的安全许可措施建立关联关系，根据工作票的内容，调用相应的安全许可措施和安全许可标识电子图像；将对应的安全标识牌的电子图案准确投射到正确仓位的开关柜表面。

所述的各类安全标示电子图像，分别与电力安全规程中规定的各类安全标示牌的图像保持一致。

所述的现场安全性许可方法，将具有“视觉理解”功能和投影装置的机器人用于变电站的安全许可工作中，使用机器人识别工作票内容，自动定位现场设备间隔，并根据不同仓位电力设备的运行状态，代替许可人布置不同许可安全措施。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本发明的技术方案，采用基于“视觉理解”功能的机器人，能够实现工作任务及工作仓位的智能引导和准确定位。检查现场设备的运行状态与工作票所列内容是否一致，保证了许可工作的顺利开展；

2.通过对投影角度的计算，实现电子标示牌的准确投影，智能化辅助引导现场许可工作，保证现场安全措施的正确性、完善性以及持续性，能够有效地将操作人员与现场运行设备安全、稳定、有效地隔离开；

3.能够自动定位现场设备仓位并识别设备铭牌，同时能够识别电力设备的运行状态；实现了安全操作、检修工作中的“人机交互引导”；

4.在“互联网+”与能源生产的不断融合发展的大背景下，依托“大、云、物、移、智”等新型信息和通信技术，通过信息传感设备实现智能化识别，并利用人工智能实现图像的智能分析、识别和处理，实现许可现场的智能化。

附图说明

图1是本发明基于视觉理解的现场安全性许可方法流程示意图；

图2是本发明现场许可机器人的软件系统模块结构示意图；

图3是本发明现场许可机器人的硬件系统模块结构示意图；

图4是本发明现场许可机器人的系统工作模式示意图。

图中1为移动轨道，2为机器人，3a和3b为投影装置，3-1为安全标示电子图像投影路径，4为传感设备，5为工作仓所在的开关柜，6为工作仓对仓所在的开关柜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

结合图和图4中所示，本发明的技术方案，提供了一种基于视觉理解的现场安全性许可方法，包括核查变电站待检修开关柜的位置及工作状态，在待检修开关柜、相邻开关柜以及待检修开关柜对面的开关柜处，设置各种规定的对应安全标示牌，其发明点在于：

1)在两排相向设置的开关柜5和6的通道上方，设置一移动轨道1，构建一个有轨平台；

2)在移动轨道上设置至少一个机器人2，所述的机器人搭载有传感设备4、投影装置3a和3b，具有“视觉理解”功能和“图像投影”功能，并可与上位机(图中未示出)进行数据传输或数据交换；

3)基于有轨平台，机器人能够在变电站内实现全自动定位和导航，并利用自身搭载的传感设备，实现站内开关柜设备状态的自动识别判断、巡检作业、数据作业、工作票匹配，利用自身搭载的投影装置，实现指定安全标示电子图像的投影、显示功能；

4)在进行现场安全性许可时，机器人通过传感设备的“视觉理解”功能，通过匹配工作票内容，自动定位到待许可仓位，识别设备铭牌，识别电力设备的运行状态；

5)在许可人进入现场布置安全措施时，机器人根据工作票工作内容筛选出需布置安全措施的仓位，并引导许可人至对应的工作仓位前；

6)机器人通过读取开关柜面板上的柜顶铭牌、仪表读数、开关“分”、“合”指示灯、变电站动态模拟图状态，核对现场设备的运行状态无误后，在工作仓位处投射“在此工作！”字样的红色安全标示电子图像，并在邻仓和对仓处投射“止步，高压危险！”字样的红色安全标示电子图像；

所述的现场安全性许可方法，基于“视觉理解”系统和“图像投影”装置，实现安全许可工作中的人机交互引导，保证现场安全措施的正确性、完善性以及持续性，能有效地将操作人员与现场运行设备稳定有效地隔离开，实现机器人替代许可人布置安全措施的目的。

具体的，机器人通过传感设备(通常至少包括红外传感器或可见光摄像头)和上位机中安装的图像识别软件，来实现所述的“视觉理解”功能；通过上位机或就地控制模块中存储的安全许可标识电子图库的对应调用，采用电子图像的“图像投影”投影模式，来实现在“待检修开关柜、相邻开关柜以及待检修开关柜对面的开关柜处，设置各种规定的对应安全标示牌”的功能。

机器人与上位机(通常设置在各个变电站内，或者，设置在远程集中控制中心里)之间的数据传输或数据交换，依托变电站内的无线局域网络进行。

机器人能够自动定位现场设备仓位并识别设备铭牌，同时能够识别电力设备的运行状态。

在许可人进入现场布置安全措施时，机器人将根据工作内容筛选出需布置安全措施的仓位并引导许可人至工作仓位前。

机器人通过开关柜面板上的柜顶铭牌、仪表读数、开关分合指示灯、动态模拟图状态等核对现场设备的运行状态无误后，将在工作仓位处投射“在此工作！”字样的安全许可标识电子图像，并在邻仓和对仓处投射“止步，高压危险！”字样的安全许可标识电子图。

本发明技术方案中基于“视觉理解”系统的机器人实现了工作中人器交互引导，能够保证现场安全措施的正确性、完善性以及持续性，有效地将操作人员与现场运行设备稳定有效地隔离开。

A、本发明技术方案中机器人的软件系统模块构成如图2所示，从功能模块上可以分为人机交互界面模块、图像检测模块、遥操作控制模块与信息管理模块。

(1)机交互界面模块：人机交互界面位于系统最上层，是整个系统的核心模块。交互界面为运行人员提供清晰直观的系统入口，运维人员通过操作交互界面的各种按钮窗口即可调用系统的各种模块，进行巡检作业。

(2)遥控操作控制模块：主要负责调用遥操作硬件模块各部件，对遥控操作控制器的位移信号进行检测装换，相应的控制机器臂投影灯根据许可内容按照不同仓位的位置和需要投影的类别分别进行投影。

(3)图像检测模块：控制开启终端的图像检测功能，接收显示终端摄影头传输的图像数据，并将终端回传的数据结果保存建立文件，以备日后的查验。

(4)信息管理模块：对客户端登录用户个人信息进行管理检查，保证系统的安全性和可靠性。同时对系统各数据建立完善数据库，方便系统数据的查询比对。

B、本发明技术方案中机器人的硬件模块结构如图3所示，机器人采用DSP作为控制芯片，来构成控制系统。

其主要包括了移动模块、仪表巡检模块、遥操作模块、控制模块。

(1)移动模块：主要包括了锂电池、驱动机构、地盘等几部分组成，锂电池容量较大，为机器人各模块充电，可满足机器人的长时间使用。驱动机构采用了了车轮式的移动结构，包括两个驱动轮，分别由两个驱动电机控制。

(2)仪表巡模块：主要利用可见光摄像头拍摄表设备的外观图像，并将数据回传控制模块，借助图像处理算法分析仪表设备工作状态，与工作票对比分析。

(3)遥操作控制模块：主要包括了机械臂及其对应的驱动电路，当控制模块接收到远端的控制命令后，驱动电路根据控制命令要求相应的驱动机械臂的空间自由度，调整射灯的投影角度，达到准确可靠的将“止步高压危险”和“在此工作”投影到各自开关仓面板上。

(4)控制模块：控制模块是整个机器人终端的核心，控制整个机器人的移动，投影灯的角度控制等协调整个机器人终端的运行。同时控制模块要运行一定的图像处理算法。

本技术方案中的机器人可以替许可人布置不同许可安全措施，最终达到替代许可时人工布置现场安全措施，把人从复杂的分析和处理任务中解脱出来。“视觉理解”系统还可在实际应用中自我完善(自发育技术)，通过学习自主识别物体的组成、结构和空间位置，对不同设备、场景和现象进行区分，并对外观相似或接近的设备、场景和现象进行归类、总结。可支持无监督和有监督的学习，以实现自我发展和完善。

本发明的技术方案，将机器人及其定位控制、图像识别以及电子图像的调用、投影等技术措施，用于变电站的许可工作，采用机器人识别工作票内容，自动定位现场设备间隔并根据不同仓位电力设备的运行状态，代替许可人布置不同许可安全措施。

具体的，关于在电力开关设备(俗称开关柜)上采用“视觉理解”的图像识别技术来识别仪表度数、开关的“开、闭”状态等技术、状态参数，亦可参见本申请人此前申请的关于机器视觉方面的专利文献，例如：申请号为201810851019.5，名称为“在电力监控中采用霍夫圆变换识别目标物体区域电气符号的方法”；申请号为201810851018.0，名称为“在电力监控中采用颜色阈值法识别目标物体区域电气符号的方法”；申请号为：201810851012.3，名称为“在电力监控中采用模板匹配法识别目标物体区域电气符号的方法”和申请号为：201810851000.0，名称为“一种“机器视觉理解”在电力远程监控中的应用”。在此不再叙述。

本发明的技术方案，采用基于“视觉理解”功能的机器人，通过识别工作票内容，自动定位现场设备间隔，并根据不同仓位电力设备的运行状态，代替许可人布置不同的许可安全措施，最终达到在变电站设备检修过程中，替代安全许可时人工布置现场安全措施，进而实现安全许可现场的智能化。

本发明可广泛用于变电站安全许可现场的智能化领域。

Claims (11)

1.一种基于视觉理解的现场安全性许可方法，包括核查变电站待检修开关柜的位置及工作状态，在待检修开关柜、相邻开关柜以及待检修开关柜对面的开关柜处，设置各种规定的对应安全标示牌，其特征是：

1)在两排相向设置的开关柜的通道上方，设置一移动轨道，构建一个有轨平台；

2)在移动轨道上设置至少一个机器人，所述的机器人搭载有传感设备、投影装置，具有“视觉理解”功能和“图像投影”功能，并可与上位机进行数据传输或数据交换；

3)基于有轨平台，机器人能够在变电站内实现全自动定位和导航，并利用自身搭载的传感设备，实现站内开关柜设备状态的自动识别判断、巡检作业、数据作业、工作票匹配，利用自身搭载的投影装置，实现指定安全标示电子图像的投影、显示功能；

4)在进行现场安全性许可时，机器人通过“视觉理解”功能，通过匹配工作票内容，自动定位到待许可仓位，识别设备铭牌，识别电力设备的运行状态；

5)在许可人进入现场布置安全措施时，机器人根据工作票工作内容筛选出需布置安全措施的仓位，并引导许可人至对应的工作仓位前；

6)机器人通过读取开关柜面板上的柜顶铭牌、仪表读数、开关“分”、“合”指示灯、变电站动态模拟图状态，核对现场设备的运行状态无误后，在工作仓位处投射“在此工作！”字样的红色安全标示电子图像，并在邻仓和对仓处投射“止步，高压危险！”字样的红色安全标示电子图像；

所述的现场安全性许可方法，基于“视觉理解”系统和“图像投影”装置，实现安全许可工作中的人机交互引导，保证现场安全措施的正确性、完善性以及持续性，能有效地将操作人员与现场运行设备稳定有效地隔离开，实现机器人替代许可人布置安全措施的目的。

2.按照权利要求1所述的基于视觉理解的现场安全性许可方法，其特征是所述的传感设备至少包括红外传感器或可见光摄像头。

3.按照权利要求1所述的基于视觉理解的现场安全性许可方法，其特征是所述的数据传输或数据交换依托变电站内的无线局域网络进行。

4.按照权利要求1所述的基于视觉理解的现场安全性许可方法，其特征是所述机器人的硬件系统由移动模块、仪表巡检模块、遥操作模块和控制模块构成。

5.按照权利要求4所述的基于视觉理解的现场安全性许可方法，其特征是所述的移动模块至少包括锂电池、驱动机构和机架底盘；所述的锂电池为机器人各模块提供电源；所述的驱动机构采用车轮式的移动结构，包括两个驱动轮，分别由两个驱动电机控制；所述的机架底盘用于承载、固定机器人的硬件设备及传感设备、投影装置；

所述的仪表巡检模块利用可见光摄像头拍摄表设备的外观图像，并将数据回传控制模块，借助图像处理算法分析仪表设备工作状态，与工作票对比分析；

所述的遥操作模块至少包括机械臂及其对应的驱动电路，当控制模块接收到远端的控制命令后，驱动电路根据控制命令要求相应的驱动机械臂的空间自由度，调整射灯的投影角度，实现准确可靠的将“止步高压危险”和“在此工作”安全标示电子图像投影到各自对应的开关仓面板上；

所述的控制模块控制整个机器人的移动，投影灯的角度控制，协调整个机器人终端的运行，同时控制模块具备运行图像处理算法的功能。

6.按照权利要求1所述的基于视觉理解的现场安全性许可方法，其特征是所述机器人的软件系统至少包括人机交互界面模块、遥操作模块、图像检测模块与信息管理模块。

7.按照权利要求6所述的基于视觉理解的现场安全性许可方法，其特征是所述的人机交互界面模块位于系统最上层，为运维人员提供清晰直观的系统入口，运维人员通过操作交互界面的各种按钮窗口即可调用系统的各种模块，进行巡检作业；

所述的遥操作模块负责调用遥操作硬件模块各部件，对遥控操作控制器的位移信号进行检测、转换；根据许可内容按照不同仓位的位置和需要投影的类别，分别控制对应的机器臂投影灯进行安全标示电子图像的投影；

所述的图像检测模块用于控制开启机器人的图像检测功能，接收、显示机器人摄影头传输的图像数据，并将机器人回传的数据结果保存建立文件，以备日后的查验；

所述的信息管理模块负责对客户端登录用户个人信息进行管理检查，保证系统的安全性和可靠性；同时对系统各数据建立完善数据库，方便系统数据的查询比对。

8.按照权利要求1所述的基于视觉理解的现场安全性许可方法，其特征是所述的机器人还具有自我学习、自我完善的功能，在实际使用过程中，能够通过学习自主识别物体的组成、结构和空间位置，对不同设备、场景和现象进行区分，并对外观相似或接近的设备、场景和现象进行归类、总结，以实现自我发展和完善。

9.按照权利要求1所述的基于视觉理解的现场安全性许可方法，其特征是所述的机器人根据采集的变电站现场开关柜的图片，将现场采集的图片根据指示灯、按键、旋钮、指针的类型进行相应的分类，针对不同分类的图片进行归类，进一步细化调整，提高现场开关柜的识别速度和准确率；

通过收集、汇总各类操作工作票，按操作类型和操作对象进行分、类归总，建立工作票数据库，用于快速识别工作票和检查待实施工作票的正确与否；

建立安全许可标识电子图库和对应的显示规则，将各种安全许可标识的电子图像与对应的安全许可措施建立关联关系，根据工作票的内容，调用相应的安全许可措施和安全许可标识电子图像；将对应的安全标识牌的电子图案准确投射到正确仓位的开关柜表面。

10.按照权利要求1所述的基于视觉理解的现场安全性许可方法，其特征是各类所述的安全标示电子图像，分别与电力安全规程中规定的各类安全标示牌的图像保持一致。

11.按照权利要求1所述的基于视觉理解的现场安全性许可方法，其特征是所述的现场安全性许可方法，将具有“视觉理解”功能和投影装置的机器人用于变电站的安全许可工作中，使用机器人识别工作票内容，自动定位现场设备间隔，并根据不同仓位电力设备的运行状态，代替许可人布置不同许可安全措施。

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