CN113542530A - 基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法，其技术方案是：包括采集模块，所述采集模块与控制终端无线通讯连接，所述采集模块被搭载在可移动设备上运动巡检，所述采集模块输入端分别设置有用于采集图像的广角摄像头和远景摄像头，所述广角摄像头固定在驱动模块上，所述远景摄像头随驱动模块调整运行，本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法，通过可移动设备搭载采集模块沿预设路径运行，能够沿途采集广角图像和电缆线的局部图像，在可移动设备受风力、路况、振动等不可抗拒力作用时，驱动模块以广角图像为参照带动远景摄像头实时调整电缆线的局部图像采集位置，使得采集点始终落在电缆线上。

Description

基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法

技术领域

本发明涉及电力工程领域，具体涉及基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法。

背景技术

在智能变电站的建设试点中，超高压户外敞开式变电站目前已经可以进行刀闸远程自动化操作，但是也需要工作人员进行现场确认断路器、隔离开关的位置到位与否，且变电站日常巡检也往往需要人工参与，这种方法对现场工作人员的自主判断、主观经验和掌握知识的全面性都有十分严格的要求，还容易造成失误并且严重影响到工作人员的人身安全，阻碍了变电站自动化、智能化改造的推行进度。

经过多年研究与发展，变电站巡检机器人已被广泛用于高压变电站的日常巡查，机器人通过携带高清相机，红外、紫外等传感器来检查设备的运行状态，当前变电巡检机器人还主要通过人工参与遥控的方式实现设备的定位和状态检查，大大限制了巡检机器人的自主工作，如果巡检机器人能够通过计算机视觉技术实现变电站内设备的识别与定位，从而导引其他传感器实现设备校准监视与状态获取，将极大提高巡检机器人的自主工作能力。

发明内容

为此，本发明提供基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法，以解决变电站日常巡检也往往需要人工参与，这种方法对现场工作人员的自主判断、主观经验和掌握知识的全面性都有十分严格的要求，还容易造成失误并且严重影响到工作人员的人身安全，阻碍了变电站自动化、智能化改造的推行进度，而当前变电巡检机器人还主要通过人工参与遥控的方式实现设备的定位和状态检查，大大限制了巡检机器人的自主工作的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法，包括采集模块，所述采集模块与控制终端无线通讯连接，所述采集模块被搭载在可移动设备上运动巡检，所述采集模块输入端分别设置有用于采集图像的广角摄像头和远景摄像头，所述广角摄像头固定在驱动模块上，所述远景摄像头随驱动模块调整运行，所述采集模块包括综合控制模块，所述综合控制模块协调控制广角摄像头、远景摄像头和驱动模块。

优选的，所述控制终端的连接端分别设置有显示模块、信号接收模块，所述信号接收模块信号连接信号发射模块，所述信号发射模块与综合控制模块的连接端连接。

优选的，所述显示模块连接有标记模块，所述标记模块标记电缆线物理破损点位置，并放大被标记位置的图像信息。

优选的，所述信号接收模块连接识别模块，所述识别模块连接标记模块。

优选的，所述标记模块连接有存储模块，所述存储模块记录标记模块一定时间阈值内的破损点位置图像信息。

优选的，所述驱动模块包括驱动部，所述驱动部连接有减速组件输入端，所述减速组件输出端在水平调节夹持部角度，所述夹持部连接有减速驱动部，所述减速驱动部带动夹持部调整垂直角度，其中，所述远景摄像头被设置在夹持部同步运动。

优选的，所述综合控制模块连接有参照模块，所述参照模块保存有待测电缆线图像信息。

优选的，所述远景摄像头连接有调焦模块，所述调焦模块控制远景摄像头图像调整至一恒定分辨率。

优选的，所述驱动模块底部被设置有减振模块，所述减振模块被设置为主动或被动地降低广角摄像头和远景摄像头抖动程度。

基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统的方法，包括如下步骤：

S1、采集：将所述采集模块搭载在可移动设备上随可移动设备沿电缆线敷设路径巡检，所述广角摄像头获取全景图像，所述远景摄像头根据参照模块捕捉采集最近位置的电缆线局部图像;

S2、调整：当所述可移动设备与电缆线间距改变时，所述综合控制模块控制驱动部调整远景摄像头水平角度，控制所述减速驱动部调整远景摄像头垂直角度，以使得所述远景摄像头恢复采集最近位置的电缆线局部图像;

S3、传输：配对所述信号接收模块与信号发射模块，所述信号发射模块实时接收全景图像、电缆线局部图像，将图像信号转化为电信号后，以电信号的形式发送至信号接收模块，所述信号接收模块将无线信号转化为电信号后，以图像信号的形式出现在显示模块;

S4、核对：所述识别模块截取显示模块中电缆线放大图像的异常位置，以框选形式标记并同步放大异常图像投映在广角图像上，以便肉眼观察核对实况信息。

本发明的有益效果是：

1、本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法，通过可移动设备搭载采集模块沿预设路径运行，能够沿途采集广角图像和电缆线的局部图像，在可移动设备受风力、路况、振动等不可抗拒力作用时，驱动模块以广角图像为参照带动远景摄像头实时调整电缆线的局部图像采集位置，使得采集点始终落在电缆线上，以规避人工参与遥控的方式所造成的巡察偏差，自动化程度更高；

2、本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法，识别模块沿远景摄像头采集的图像分辨，降低了采集高清图像的工作量，使得图像甄别难度降低，干扰因素减少，以框选形式标记并同步放大异常图像投映在广角图像上的方式，使得终端能够肉眼观察核对实况信息，弥补了系统排查可能存在的疏漏，以便更精准地出动维修，节省了电力工程维修的时间。

附图说明

图1为本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法提供的模块图；

图2为本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法提供的采集模块的模块控制图；

图3为本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法提供的控制终端的模块控制图；

图4为本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法提供的驱动模块结构图；

图5为本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法提供的移动采集示意图；

图6为本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法提供的显示模块运行图；

图7为本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法提供的破损识别对比图。

图中：1、采集模块；11、广角摄像头；12、远景摄像头；13、驱动模块；131、驱动部；132、减速组件；133、夹持部；134、减速驱动部；135、减振模块；14、综合控制模块；15、参照模块；16、调焦模块；17、信号发射模块；2、控制终端；21、显示模块；22、信号接收模块；23、标记模块；24、存储模块；25、识别模块；3、可移动设备。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参照附图1-7，本发明提供的基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统及其方法，包括采集模块1，所述采集模块1与控制终端2无线通讯连接，所述采集模块1被搭载在可移动设备3上运动巡检，所述采集模块1输入端分别设置有用于采集图像的广角摄像头11和远景摄像头12，所述广角摄像头11固定在驱动模块13上，所述远景摄像头12随驱动模块13调整运行，所述采集模块1包括综合控制模块14，所述综合控制模块14协调控制广角摄像头11、远景摄像头12和驱动模块13，具体地，可移动设备3优选无人直升机、工程测量车、测量船、吊索轨道、磁导轨等，且并不限制于一种方式，也可以为多种设备的组合形式，以扩充检测面积；综合控制模块14控制远景摄像头12一致对准广角摄像头11内的电缆线，使得可移动设备3位置偏差时，远景摄像头12能够始终衔接上一检测位置，避免漏检的情况。

进一步地，所述控制终端2的连接端分别设置有显示模块21、信号接收模块22，所述信号接收模块22信号连接信号发射模块17，所述信号发射模块17与综合控制模块14的连接端连接，具体地，采集模块1与控制终端2在同一区域网内无线通讯，使得采集模块1的位置移动，不会影响控制终端2正常显示传输的画面。

进一步地，所述显示模块21连接有标记模块23，所述标记模块23标记电缆线物理破损点位置，并放大被标记位置的图像信息，具体地，标记模块23依据识别模块25的识别信息标记位置，在显示模块21中显示框状或圈状标红，并引出放大框，以便工作人员观察。

进一步地，所述信号接收模块22连接识别模块25，所述识别模块25连接标记模块23，具体地，识别模块25采用图像特征提取技术，利用Ratio算子和Hough变换的电力线提取算法，从复杂的自然背景中完整提取电力线，同时能有效避免漏检、误检等情况，Radon变换提取该电力线的线段也是一类常用方法，并用卡尔曼滤波器将其连接成整体的方法，自动从航拍图像提取出准确的电力线，对线对象进行分析，获取其位置、方向、宽度信息，能准确检测电力线以及发现电力线存在的可疑异物和断股缺陷，并成功应用于直升机巡检系统中。

进一步地，所述标记模块23连接有存储模块24，所述存储模块24记录标记模块23一定时间阈值内的破损点位置图像信息，具体地，存储模块24保存显示标红时段的显示模块21图像，以便工作人员后期查找。

进一步地，所述驱动模块13包括驱动部131，所述驱动部131连接有减速组件132输入端，所述减速组件132输出端在水平调节夹持部133角度，所述夹持部133连接有减速驱动部134，所述减速驱动部134带动夹持部133调整垂直角度，其中，所述远景摄像头12被设置在夹持部133同步运动，具体地，减速组件132为齿轮减速的形式，在后齿轮上设置有夹持部133，在夹持部133上设置垂直角度调节装置，实现无死角监测。

进一步地，所述综合控制模块14连接有参照模块15，所述参照模块15保存有待测电缆线图像信息，具体地，如图5所示，综合控制模块14提取参照模块15内保存的电缆线图像信息，远景摄像头12只匹配其中一种电缆线图像即可判定监测。

进一步地，所述远景摄像头12连接有调焦模块16，所述调焦模块16控制远景摄像头12图像调整至一恒定分辨率，具体地，调焦模块16内置有微储芯片，微储芯片保存上一时段图像，通过将现有时段图像与上一时段图像对比，若分辨不一致，则调焦模块16控制远景摄像头12调焦，减少比对误差。

进一步地，所述驱动模块13底部被设置有减振模块135，所述减振模块135被设置为主动或被动地降低广角摄像头11和远景摄像头12抖动程度，具体底，减振模块135为阻尼器，能够被动地减少驱动模块13晃动，避免图像抖动，作为优选，该减振模块135也可采用主动减振技术，通过生成与驱动模块13振动幅度相反振频，能够达到更好的防抖效果。

工作原理，本发明基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统的方法，包括如下步骤：

S1、采集：将所述采集模块1搭载在可移动设备3上随可移动设备3沿电缆线敷设路径巡检，所述广角摄像头11获取全景图像，所述远景摄像头12根据参照模块15捕捉采集最近位置的电缆线局部图像；

S2、调整：当所述可移动设备3与电缆线间距改变时，所述综合控制模块14控制驱动部131调整远景摄像头12水平角度，控制所述减速驱动部134调整远景摄像头12垂直角度，以使得所述远景摄像头12恢复采集最近位置的电缆线局部图像；

S3、传输：配对所述信号接收模块22与信号发射模块17，所述信号发射模块17实时接收全景图像、电缆线局部图像，将图像信号转化为电信号后，以电信号的形式发送至信号接收模块22，所述信号接收模块22将无线信号转化为电信号后，以图像信号的形式出现在显示模块21；

S4、核对：所述识别模块25截取显示模块21中电缆线放大图像的异常位置，以框选形式标记并同步放大异常图像投映在广角图像上，以便肉眼观察核对实况信息。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案对本发明加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统，包括采集模块（1），其特征在于，所述采集模块（1）与控制终端（2）无线通讯连接，所述采集模块（1）被搭载在可移动设备（3）上运动巡检，所述采集模块（1）输入端分别设置有用于采集图像的广角摄像头（11）和远景摄像头（12），所述广角摄像头（11）固定在驱动模块（13）上，所述远景摄像头（12）随驱动模块（13）调整运行，所述采集模块（1）包括综合控制模块（14），所述综合控制模块（14）协调控制广角摄像头（11）、远景摄像头（12）和驱动模块（13）。

2.根据权利要求1所述的基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统，其特征在于：所述控制终端（2）的连接端分别设置有显示模块（21）、信号接收模块（22），所述信号接收模块（22）信号连接信号发射模块（17），所述信号发射模块（17）与综合控制模块（14）的连接端连接。

3.根据权利要求2所述的基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统，其特征在于：所述显示模块（21）连接有标记模块（23），所述标记模块（23）标记电缆线物理破损点位置，并放大被标记位置的图像信息。

4.根据权利要求3所述的基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统，其特征在于：所述信号接收模块（22）连接识别模块（25），所述识别模块（25）连接标记模块（23）。

5.根据权利要求4所述的基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统，其特征在于：所述标记模块（23）连接有存储模块（24），所述存储模块（24）记录标记模块（23）一定时间阈值内的破损点位置图像信息。

6.根据权利要求5所述的基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统，其特征在于：所述驱动模块（13）包括驱动部（131），所述驱动部（131）连接有减速组件（132）输入端，所述减速组件（132）输出端在水平调节夹持部（133）角度，所述夹持部（133）连接有减速驱动部（134），所述减速驱动部（134）带动夹持部（133）调整垂直角度，其中，所述远景摄像头（12）被设置在夹持部（133）同步运动。

7.根据权利要求6所述的基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统，其特征在于：所述综合控制模块（14）连接有参照模块（15），所述参照模块（15）保存有待测电缆线图像信息。

8.根据权利要求7所述的基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统，其特征在于：所述远景摄像头（12）连接有调焦模块（16），所述调焦模块（16）控制远景摄像头（12）图像调整至一恒定分辨率。

9.根据权利要求8所述的基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统，其特征在于：所述驱动模块（13）底部被设置有减振模块（135），所述减振模块（135）被设置为主动或被动地降低广角摄像头（11）和远景摄像头（12）抖动程度。

10.根据权利要求9所述的基于无人巡检的电缆线物理破损点视觉识别系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采集：将所述采集模块（1）搭载在可移动设备（3）上随可移动设备（3）沿电缆线敷设路径巡检，所述广角摄像头（11）获取全景图像，所述远景摄像头（12）根据参照模块（15）捕捉采集最近位置的电缆线局部图像;

S2、调整：当所述可移动设备（3）与电缆线间距改变时，所述综合控制模块（14）控制驱动部（131）调整远景摄像头（12）水平角度，控制所述减速驱动部（134）调整远景摄像头（12）垂直角度，以使得所述远景摄像头（12）恢复采集最近位置的电缆线局部图像;

S3、传输：配对所述信号接收模块（22）与信号发射模块（17），所述信号发射模块（17）实时接收全景图像、电缆线局部图像，将图像信号转化为电信号后，以电信号的形式发送至信号接收模块（22），所述信号接收模块（22）将无线信号转化为电信号后，以图像信号的形式出现在显示模块（21）;

S4、核对：所述识别模块（25）截取显示模块（21）中电缆线放大图像的异常位置，以框选形式标记并同步放大异常图像投映在广角图像上，以便肉眼观察核对实况信息。

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