CN113138024A - 一种红外智检系统及其智检方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外智检系统及其智检方法，所述红外智检系统包含UI界面、开发板、红外相机和远程服务器；所述开发板与UI界面通过局域网无线连接，与红外相机通过有线连接，同时还与远程服务器通过无线连接。所述开发板通过对红外相机拍摄的可见光图片和红外图片信息进行算法逻辑判断，自动识别设备、判断设备故障及故障类型、生成检测信息等并通过UI界面向用户显示，同时，所述开发板还将生成的检测信息以及相应图片信息传送到远程服务器，由远程服务器储存。本发明提供的一种红外智检系统及其智检方法提高了电力设备巡检的智能化程度，为未来机器人巡检奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及变电站电力设备巡检领域，具体涉及一种红外智检系统及其智检方法。
背景技术
红外热成像技术是一项前景广阔的高新技术。自然界中一切物体都可以辐射红外线，物体表面温度越高，热辐射的能量越大。利用探测器测量目标本身与背景之间的红外线差可以得到不同的热红外图像。物体的热红外图像与物体的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是物体表面温度分布图像。红外热成像技术使人眼不能直接看到的表面温度分布，变成可以看到的代表物体表面温度分布的热图像。
由于红外热成像技术具有无损、非接触、简便等特点，使其在军事、工业、农业、医疗、消防、考古、交通、地质、公安侦察等多个领域得到广泛应用。在电力设备巡检领域，利用红外热成像技术检测电力设备温度判断设备运行状况，已成为电力设备的核心检测手段。传统电力设备红外检测智能化程度低，拍摄的热红外图需要专业人员逐一查看、分析判断故障情况，巡检结束后还需要人工拷贝图像、命名存档等，流程繁琐、效率低、对工作人员专业技能要求高。
发明内容
为了提高电力设备红外检测的智能化程度和设备巡检的工作效率，本发明提供了一种红外智检系统及其智检方法。
本发明提供的红外智检系统适用于电力设备巡检，包含UI界面、开发板、红外相机和远程服务器；所述开发板与UI界面通过局域网无线连接，与红外相机通过有线连接，同时还与远程服务器通过无线连接；
所述红外相机内设双通道，红外通道和可见光通道，分别用来拍摄目标设备的红外图片和可见光图片，所述红外相机对可见光图片和红外图片做像素级对齐；
所述开发板读取红外图片和可见光图片信息进行算法逻辑判断并生成相应的检测信息，再通过UI界面向用户显示检测结果及相应的图片；
所述开发板还将生成的检测信息以及相应的图片信息传送到远程服务器，由远程服务器储存。
优选地，所述红外相机与开发板通过USB线连接，开发板通过其内设的红外相机控制程序对红外相机发送拍照指令、红外相机通道切换指令。
优选地，所述开发板通过读取可见光图片信息识别目标设备、背景，并获取识别框；通过读取红外图片信息获取每个像素温度值，根据温度值的运算比较，判断生成所识别的目标设备及背景的相关检测信息。
优选地，所述UI界面与开发板通过投屏软件无线连接，用户通过UI界面向开发板发送指令；同时用户能够通过UI界面查看到从开发板接收的图片文件及对应的相关检测信息。
优选地，所述UI界面显示有红外、可见和叠加三种模式：红外模式显示红外图片及相关检测信息，可见模式显示可见光图片及相关检测信息，叠加模式显示红外和可见光的叠加图片及相关检测信息。
优选地，所述开发板通过程序将生成的检测信息以及红外相机拍摄的图片信息传送到远程服务器储存。
本发明的另一个技术方案为一种基于上述红外智检系统的智检方法，包含以下过程：
步骤1启动UI界面、开发板和远程服务器，开发板中的红外相机控制程序自动启动红外相机；
步骤2点击UI界面，开发板中的红外相机控制程序从红外相机中获取红外相机取景视频，用户根据UI界面显示的视屏调整红外相机镜头方向，确保目标设备在红外相机视野内；
步骤3点击UI界面拍照键，开发板中红外相机控制程序收到拍照指令控制红外相机拍摄红外图片和可见光图片，所述红外相机对可见光图片和相应红外图片做像素级对齐；
步骤4开发板的红外相机控制程序进一步对红外相机发送图片文件提取指令，将像素级对齐的可见光图片和红外图片信息发送给开发板；
步骤5开发板通过读取可见光图片信息识别目标设备、背景，并获取目标设备识别框；通过读取红外图片信息获取每个像素温度值；
步骤6开发板根据识别的目标设备，选择所识别目标设备的故障判断规则对其温度值进行运算比较，判断生成目标设备相关检测信息；
步骤7用户根据需要选择UI界面模式，显示可见光图片或红外图片或红外与可见光的叠加图片、相关检测信息、识别框，正常目标设备的识别框与故障目标设备的识别框采用不同颜色区别显示；
步骤8用户点击故障目标设备识别框即可查看相关检测信息；所述开发板自动将生成的检测信息以及相应图片信息传送到远程服务器储存。
优选地，所述步骤3中，开发板收到UI界面拍照指令后，所述红外相机控制程序发送调用可见光通道指令给红外相机，控制红外相机在可见光通道拍摄可见光图片，开发板红外相机控制程序再对红外相机发送通道切换指令，迅速控制红外相机切换到红外通道拍摄与可见光图片相对应的红外图片。
优选地，所述步骤5中，每种类型的目标设备都有各自特定的故障判断规则。
优选地，所述步骤7中，相关检测信息包括设备名称、拍摄时间、温度值、故障位置、故障判断规则。
相较于现有电力设备巡检，本发明提出的红外智检系统具有以下优点：
1)现有技术中需要检测人员手持红外相机靠近电力设备按键拍摄，本发明中检测人员点击UI界面远距离控制红外相机拍摄，可对一些在人员不宜靠近的环境中的设备进行检查；
2)现有技术中通过红外相机拍的图像需要检测人员根据专业知识判断设备及故障类别，本发明通过专业人士提前标注海量电力设备数据，在该数据上训练深度学习模型，智能判别设备及故障类型，提高了电力设备巡检智能化程度，提高巡检工作工作效率和正确率，减少检测人员工作量、降低对专业技能要求。
附图说明
图1为红外智检系统的示意图；
图2为UI界面显示检测信息的示意图；
图3为UI界面显示点击故障设备识别框的检测信息示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体实施例对本发明作详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种红外智检系统包含UI界面1、开发板2、红外相机3和远程服务器4，所述开发板2与UI界面1通过局域网无线连接，与红外相机3通过有线连接，同时还与远程服务器4通过无线连接。
在本发明优选地实施例中，所述开发板2与UI界面1通过投屏软件无线连接，与红外相机3通过USB线连接，与远程服务器通过控制程序控制连接。在巡检过程中检测人员手持UI界面1观察拍摄目标设备，同时红外相机3由检测人员手持对准目标设备，也可通过相机脚架或其他适用装置固定放置于目标设备前对其进行拍摄。
所述红外相机3内设双通道，分别为红外通道和可见光通道，通过可见光通道为目标设备拍摄可见光图片，通过红外通道为目标设备拍摄与可见光图片相对应的红外图片，所述红外相机3对拍摄的可见光图片和相应的红外图片做像素级对齐。
用户通过UI界面1向开发板2发送拍照指令，所述开发板2内设红外相机控制程序，通过红外相机控制程序对红外相机发送拍照指令、红外相机通道切换指令等。
所述红外智检系统通过开发板2对红外相机3拍摄的可见光图片和红外图片信息进行检测和分割算法逻辑判断，智能识别目标设备数量、位置、类型以和背景环境以及判断设备故障类型、生成相应的检测信息等。本发明中优选Fasterrcnn框架算法和maskrcnn框架算法作为开发板2的检测和分割算法。首先由电力专家对电力设备图像进行专业知识的分析(红外图片和可见光图片对照)，人工在可见光图像上标注出电力设备识别框和像素点的分割结果(mask)，形成专业的训练数据集。然后使用pytorch在标准的maskrcnn框架和Fasterrcnn框架下进行适用训练集的修改，例如调整网络结构和调参，训练网络，得到最优的网络参数并将其适应性部署在开发板2上。当开发板2接收到判断识别指令时，对获取的图片信息进行检测算法和分割算法。检测算法采用Fasterrcnn框架算法，检测判断可见光图像中电力设备数量、设备类型，并用标识框标记各设备位置；分割算法采用maskrcnn框架算法，识别判断标识框中设备像素点和背景像素点。红外相机自带SDK或者通用相机控制程序控制相机拍照，获取可见光图像和红外图像，并根据红外图像获取每个像素点的温度值，红外相机对不同通道的图像进行像素点级别的自动对齐后，开发板获得可见光图上每个像素点对应的温度。对照不同电力设备类型的故障判断规则，通过缺陷判断程序判断电力设备是否存在故障、故障类型，并生成对应相关检测信息等。
开发板2根据所识别的电力设备类型选择对应的故障判断规则，巡检中常见的电力设备有变压器、电容器、套管、避雷器、电感、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器以及散热器等，但应当清楚本发明所能检查的电力设备不限于此。故障判断规则中，有以电力设备的平均温度作为故障判断指标，或以电力设备最高温与最低温的温差作为故障判断指标，或以电力设备平均温度与背景环境的平均温度的温差作为故障判断指标，或以电力设备的其他因素作为故障判断指标，每种类型的电力设备都有自己特定的故障判断规则。故障类型可根据实际要求优化分类，本实施例中仅以一般缺陷、严重缺陷、紧急缺陷简单分类，略作说明。例如，开发板2识别目标设备为电压互感器，读取其最高温度T1、平均温度T2，电压互感器类电力设备以最高温度与平均温度的温差T1-T2作故障判断指标。当T1-T2＜2，判断电压互感器设备正常；当T1-T2≥2，判断电压互感器有紧急缺陷。又如，开发板2识别目标设备为变压器，读取其最高温度T1、平均温度T2以及环境平均温度T0，变压器类电力设备以最高温度T1、最高温度与平均温度的温差T1-T2和温度比值
作故障判断指标。当T1-T2≤15或r＜0.35，判断变压器设备正常；当T1-T2＞15或r≥0.35，判断变压器有一般缺陷；当T1＞80或r≥0.8，判断变压器有严重缺陷；当T1＞100或r≥0.95判断变压器有紧急缺陷。
UI界面1从开发板2提取图片文件及对应的相关检测信息，UI界面1显示有红外、可见和叠加三种模式，用户根据需要任选一种显示模式，其中红外模式用于显示红外图片及相关检测信息，可见模式用于显示可见光图片及相关检测信息，叠加模式用于显示红外和可见光的叠加图片及相关检测信息。UI界面显示示意图如图2所示。正常目标设备的识别框与故障目标设备的识别框采用不同颜色显示，以示区别，本实施例中，UI界面1中正常设备用白色标识框标记，故障设备用红色标识框标记。点击红色标识框会显示故障设备详细的检测信息，如设备名称、拍摄时间、温度值、故障位置、故障判断规则等。
开发板2根据内设参数，例如设定检查信息生成5次后，开发板2通过控制程序自动将所生成的检测信息以及相应的图片信息传送到远程服务器4，由远程服务器4储存检测信息以及相应的图片信息，定期清理开发板2存储的信息以释放其硬盘空间。
在电力巡检过程中，开启UI界面1、开发板2和远程服务器4，开发板2中的红外相机控制程序会自动启动红外相机3。将红外相机3镜头朝向电力设备，检测人员通过手中的开启UI界面1查看电力设备是否在红外相机3视野内，通过调整红外相机3方向确保电力设备在红外相机3视野内完整显示，进而用户能够通过点击UI界面1对电力设备进行拍照。开发板2通过红外相机控制程序将接收到的拍照指令发送给红外相机3，红外相机控制程序先发送指令将红外相机调整为可见光通道并拍摄可见光图片，再发送指令将红外相机切换到红外通道并拍摄与可见光图片相对应的红外图片，红外相机3对可见光图片和相应红外图片做像素级对齐，并保存到开发板2图片文件夹中。开发板2通过红外相机控制程序控制红外相机3拍摄可见光图片和相应红外图片，通过读取可见光图片信息检查识别电力设备数量、设备类型，用标识框标记各设备位置，一个标识框对应标记一个设备，再分割识别标识框中的设备像素点和背景像素点；通过读取相应红外图片获取每个像素温度值，根据所识别设备类型的故障判断规则对温度值进行逻辑运算，判断电力设备是否存在故障以及故障类型，并生成对应相关检测信息。UI界面1从开发板2中提取可见光图片、红外图片及相关检测信息，检测人员在UI界面1中可选择红外模式显示红外图片及相关检测信息，选择可见模式显示可见光图片及相关检测信息，选择叠加模式显示红外和可见光的叠加图片及相关检测信息。点击红色标识框，UI界面1会向检测人员显示详细的故障设备检测信息，如设备名称、拍摄时间、温度值、故障位置、故障判断规则等，从而通过本发明所述红外智检系统完成电力设备的智能巡检。此外，所述开发板2能够通过控制程序将生成的检测信息以及相应的图片信息传送到远程服务器4，由远程服务器4储存检测信息以及相应的图片信息，定期删除开发板2存储的信息以释放其硬盘空间。
本发明提供的一种红外智检系统及其智检方法能够智能判断识别电力设备及设备故障，生成检测结果，简化操作、节省人力，提高了电力设备巡检效率和检测的准确率，且为未来机器人巡检奠定了基础。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种红外智检系统，适用于电力设备巡检，其特征在于，包含UI界面、开发板、红外相机和远程服务器；所述开发板与UI界面通过局域网无线连接，与红外相机通过有线连接，同时还与远程服务器通过无线连接；所述红外相机内设双通道，红外通道和可见光通道，分别用来拍摄目标设备的红外图片和可见光图片，所述红外相机对可见光图片和红外图片做像素级对齐；
所述开发板读取红外图片和可见光图片信息进行算法逻辑判断并生成相应的检测信息，再通过UI界面向用户显示检测结果及相应的图片；
所述开发板还将生成的检测信息以及相应的图片信息传送到远程服务器，由远程服务器储存。
2.如权利要求1所述红外智检系统，其特征在于，所述红外相机与开发板通过USB线连接，开发板通过其内设的红外相机控制程序对红外相机发送拍照指令、红外相机通道切换指令。
3.如权利要求1或2所述红外智检系统，其特征在于，所述开发板通过读取可见光图片信息识别目标设备、背景，并获取识别框；通过读取红外图片信息获取每个像素温度值，根据温度值的运算比较，判断生成所识别的目标设备及背景的相关检测信息。
4.如权利要求1所述红外智检系统，其特征在于，所述UI界面与开发板通过投屏软件无线连接，用户通过UI界面向开发板发送指令；同时用户能够通过UI界面查看到从开发板接收的图片文件及对应的相关检测信息。
5.如权利要求1或4所述红外智检系统，其特征在于，所述UI界面显示有红外、可见和叠加三种模式：红外模式显示红外图片及相关检测信息，可见模式显示可见光图片及相关检测信息，叠加模式显示红外和可见光的叠加图片及相关检测信息。
6.如权利要求1所述红外智检系统，其特征在于，所述开发板通过控制程序将生成的检测信息以及红外相机拍摄的图片信息传送到远程服务器储存。
7.一种基于权利要求1～6中任意一项所述红外智检系统的智检方法，其特征在于，包含以下过程：
步骤1启动UI界面、开发板和远程服务器，开发板中的红外相机控制程序自动启动红外相机；
步骤2点击UI界面，开发板中的红外相机控制程序从红外相机中获取红外相机取景视频，用户根据UI界面显示的视屏调整红外相机镜头方向，确保目标设备在红外相机视野内；
步骤3点击UI界面拍照键，开发板中红外相机控制程序收到拍照指令控制红外相机拍摄红外图片和可见光图片，所述红外相机对可见光图片和相应红外图片做像素级对齐；
步骤4开发板的红外相机控制程序进一步对红外相机发送图片文件提取指令，将像素级对齐的可见光图片和红外图片信息发送给开发板；
步骤5开发板通过读取可见光图片信息识别目标设备、背景，并获取目标设备识别框；通过读取红外图片信息获取每个像素温度值；
步骤6开发板根据识别的目标设备，选择所识别目标设备的故障判断规则对其温度值进行运算比较，判断生成目标设备相关检测信息；
步骤7用户根据需要选择UI界面模式，显示可见光图片或红外图片或红外与可见光的叠加图片、相关检测信息、识别框，正常目标设备的识别框与故障目标设备的识别框采用不同颜色区别显示；
步骤8用户点击故障目标设备识别框即可查看相关检测信息；所述开发板自动将生成的检测信息以及相应图片信息传送到远程服务器储存。
8.如权利要求7所述智检方法，其特征在于，所述步骤3中，开发板收到UI界面拍照指令后，所述红外相机控制程序发送调用可见光通道指令给红外相机，控制红外相机在可见光通道拍摄可见光图片，开发板红外相机控制程序再对红外相机发送通道切换指令，迅速控制红外相机切换到红外通道拍摄与可见光图片相对应的红外图片。
9.权利要求7所述智检方法，其特征在于，所述步骤5中，每种类型的目标设备都有各自特定的故障判断规则。
10.如权利要求7所述红外智检系统，其特征在于，所述步骤7中，相关检测信息包括设备名称、拍摄时间、温度值、故障位置、故障判断规则。
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