CN115663665A - 一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置及方法，属于变电站空开状态核验技术领域；解决了现有巡检机器人存在巡检死角无法对空开状态进行直接检测的问题；包括电源模块、装置位移组件、多角度云台组件、双目巡检摄像头组件和控制模块，装置位移组件包括滑轨、滑轨电机、连接杆、滑轮，滑轨安装在保护屏柜背后，滑轨上滑动连接有滑轮，滑轨电机两端的输出轴分别通过连接杆与位于滑轨下方的转轴两端相连接，转轴上固定有第一齿轮，滑轨上间隔开设置有齿，齿与第一齿轮相啮合；转轴上安装有支架，第一齿轮固定在支架中间，支架下方固定有多角度云台组件，云台组件上固定连接有双目巡检摄像头组件和控制模块；本发明应用于变电站。

Description

一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置及方法

技术领域

本发明提供了一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置及方法，属于变电站空开状态核验技术领域。

背景技术

随着电网发展和电力科技进步，电力系统变电站的自动化、信息化水平不断提高，无人值守变电站的要求凸显。保护屏柜巡检是变电站巡检的主要任务之一，目前已有部分变电站实现了智能巡检机器人的部署和应用。

变电站保护屏柜后上方设置的空气开关，主要用于照明、保护装置电源、测控电压等控制，各个开关都有自己独特的作用，任意开关状态错误都将导致保护屏柜内设备运行异常。但是由于空开部署位置相对较高，巡检机器人要采集其状态需要增加摄像头的行程，而随之产生的材料费、稳定性设计费等都将大幅度增加，因此现有巡检机器人大部分不能直接巡检空开状态，而是根据其他设备状态判断是否为空开故障。

随着变电站无人值守进程的不断推进，急需准确获知任意设备状态，以便更精准快速的选择运维方案和派遣运维人员，然而设备状态的异常可能由多个因素造成，仅通过保护屏侧设备状态判定空开状态可能出现误判，不利于快速精准运维。因此直接对空开状态巡检是获取准确巡检结果的最直接方法，然后不论是对现有巡检机器人改造还是新型机器人投运，都面临着较大的改造和设计费投入。

为了解决上述问题，本发明通过在保护屏柜顶部部署空开状态核验装置，采用机器视觉技术识别空开状态辅助运维，为加快变电站无人值守进程提供技术支持。

发明内容

本发明为了解决现有巡检机器人存在巡检死角无法对空开状态进行直接检测的问题，提出了一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，包括电源模块、装置位移组件、多角度云台组件、双目巡检摄像头组件和控制模块，所述电源模块给核验装置供电，所述装置位移组件包括滑轨、滑轨电机、连接杆、滑轮，所述滑轨安装在保护屏柜背后，所述滑轨上滑动连接有滑轮，所述滑轮上放置有滑轨电机、电源模块，承载整个装置的重量，并约束装置始终在滑轨上移动；

所述滑轨电机两端的输出轴分别通过连接杆与位于滑轨下方的转轴两端相连接，其中滑轨电机一端的输出轴上固定有第二齿轮，与固定在转轴上的第三齿轮啮合，所述转轴上固定有第一齿轮，所述滑轨上间隔开设置有齿，所述齿与转轴上的第一齿轮相啮合；

所述转轴上安装有支架，第一齿轮固定在支架中间，所述支架下方固定有多角度云台组件，所述云台组件上固定连接有双目巡检摄像头组件和控制模块。

所述多角度云台组件包括稳定器和俯仰控制电机，所述俯仰控制电机固定在支架下，所述稳定器固定在俯仰控制电机与双目巡检摄像头组件之间，其中稳定器固定在支架下固定的连接板上。

所述电源模块包括外接电源模块和电池模块，所述外接电源模块固定在滑轨电机的外壳上，所述外接电源模块包括火线接线柱、调试端口和零线接线柱，从保护屏柜上取电；

所述电池模块固定在滑轨电机一侧的两个滑轮的连接轴上，所述电池模块包括电池模组、金属散热板和启动电容，所述启动电容串接在滑轨电机的电源进线端。

所述装置位移组件上还设置有两个机械锁紧装置，其中一个机械锁紧装置放置在第一齿轮位于支架一侧开设的孔内，另一个机械锁紧装置位于支架下方的俯仰控制电机处开设的孔内。

所述机械锁紧装置由一根轴向运动的金属杆制成，用于手动锁定第一齿轮、俯仰控制电机运动。

所述双目巡检摄像头组件包括双目摄像头、照明灯、视觉计算终端，所述照明灯固定在双目摄像头的下方，所述视觉计算终端固定在双目摄像头的壳体内部，所述视觉计算终端内部集成有图像识别算法，实时对空开图片进行处理并判断空开状态。

所述双目摄像头的一侧还固定有无线传输模块，所述无线传输模块将采集的空开图片及状态通过无线信号传输至路由模块，再传输至上位机。

所述控制模块通过导线分别与滑轨电机、俯仰控制电机、双目摄像头、照明灯、无线传输模块、电源模块、视觉计算终端相连，接收上位机发布的装置位移旋转控制信号，执行启停电机的控制命令，电池电量告警时，控制装置转移至外接电源进行充电。

一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验方法，采用基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，包括如下步骤：

S1：通过在滑轨两端固定的安装板将核验装置安装在保护屏柜背后，并使滑轨与保护屏柜高度一致；

S2：核验装置上电启动，控制模块接收上位机发布的空开核验指令；

S3：控制模块判断需要核验的保护屏柜编号或位置，控制滑轨电机正反转，从而带动第一齿轮转动，第一齿轮与滑轨上开设的齿啮合，从而带动核验装置整体移动至待检测保护屏柜处，然后通过控制俯仰控制电机微调双目摄像头的上下位置，根据环境判断照明灯是否开启及照明等级，然后启动双目摄像头采集空开的图片；

S4：视觉计算终端通过图像识别算法实时对双目摄像头采集的空开图片进行处理，并分析判断空开当前状态，将采集的空开图片及空开状态通过无线传输模块上传至上位机。

所述图像识别算法的步骤包括：

图像预处理：包括坐标系转换、畸变校正；

立体匹配：采用约束条件对预处理后的两幅图片进行立体匹配，其中约束条件采用极线约束、相似相约束、唯一性约束或左右一致性约束的其中一种或几种；

视差图获取：使用OpenCV中的BM算法或者SGBM算法计算视差图；

深度图获取：通过视差图计算每个像素对应的深度，从而获得深度图；

深度图获取后将其作为已经训练好的卷积神经网络的输入，卷积神经网络将当前的深度图中空开的形态与已知的空开状态进行匹配，将匹配结果输出，得出当前采集的空开状态是否异常，当判断空开状态异常时，控制模块发出告警信息。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提出的核验装置可以弥补常规巡检机器人遗漏的巡检死角，以较低成本通过采用滑轨运动机构加双目视觉校核装置实现空开状态核验装置的移动和图像采集校验。

可利用双目摄像头组件，实现空开状态的精确观测，通过双目视差原理保证图像焦点清晰可用。

可利用稳定云台组件，提高摄像头拍摄的稳定性、可控度，实现对屏柜空开的多角度观察的微调。

可利用电源模块，实现巡检装置的可靠供电，外接电源取自屏顶母线，布线便捷，当电池电量达到告警值时，电机自动横移至外接电源进行充电。确保了系统供电可靠性。电池模块中启动电容的设置，保证电机的稳定可靠启动。散热板保证电池快速散热，保证供电稳定性。

可利用信号的无线传输模块实现采集数据的传输，传输距离远、稳定性强，方便快捷，利于设备的实时监测。

可利用装置位移组件中的承重滑轮，承载整个装置的重量，并约束装置始终在滑轨上移动，光滑的表面减少了装置移动的摩擦力，更加节能，增加装置使用寿命。

可便捷实现设备的实时监测、运维巡检等要求，节约人力投入，提高运检效率，具有实用性和可推广性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明装置立体结构示意图一；

图2为本发明装置立体结构示意图二；

图3为本发明装置立体结构示意图三；

图4为采用本发明的装置进行核验的流程图；

图中：1为电池模块，2为金属散热板，3为启动电容，4为火线接线柱，5为调试端口，6为零线接线柱，7为滑轨，8为滑轨电机，9为第一齿轮，10为连接杆，11为机械锁紧装置，12为滑轮，13为稳定器，14为俯仰控制电机，15为稳定器开关，16为视觉计算终端，17为双目摄像头，18为照明灯，19为无线传输模块、20为转轴、21为第二齿轮、22为第三齿轮，23为齿。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明提出了一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，包括电源模块、装置位移组件、多角度云台组件、双目巡检摄像头组件和控制模块，所述电源模块给核验装置供电，所述装置位移组件包括滑轨7、滑轨电机8、连接杆10、滑轮12，所述滑轨7安装在保护屏柜背后，所述滑轨7上滑动连接有滑轮12，所述滑轮12上放置有滑轨电机8、电源模块，承载整个装置的重量，并约束装置始终在滑轨7上移动；

所述滑轨电机8两端的输出轴分别通过连接杆10与位于滑轨7下方的转轴20两端相连接，其中滑轨电机8一端的输出轴上固定有第二齿轮21，与固定在转轴20上的第三齿轮22啮合，所述转轴20上固定有第一齿轮9，所述滑轨7上间隔开设置有齿23，所述齿23与转轴20上的第一齿轮9相啮合；

所述转轴20上安装有支架，第一齿轮9固定在支架中间，所述支架下方固定有多角度云台组件，所述云台组件上固定连接有双目巡检摄像头组件和控制模块。

所述多角度云台组件包括稳定器13和俯仰控制电机14，所述俯仰控制电机14固定在支架下，所述稳定器13固定在俯仰控制电机14与双目巡检摄像头组件之间，其中稳定器13固定在支架下固定的连接板上。

所述电源模块包括外接电源模块和电池模块1，所述外接电源模块固定在滑轨电机8的外壳上，所述外接电源模块包括火线接线柱4、调试端口5和零线接线柱6，从保护屏柜上取电；

所述电池模块1固定在滑轨电机8一侧的两个滑轮12的连接轴上，所述电池模块1包括电池模组、金属散热板2和启动电容3，所述启动电容3串接在滑轨电机8的电源进线端。

所述装置位移组件上还设置有两个机械锁紧装置11，其中一个机械锁紧装置11放置在第一齿轮9位于支架一侧开设的孔内，另一个机械锁紧装置11位于支架下方的俯仰控制电机14处开设的孔内。

所述机械锁紧装置11由一根轴向运动的金属杆制成，用于手动锁定第一齿轮9、俯仰控制电机14运动。

所述双目巡检摄像头组件包括双目摄像头17、照明灯18、视觉计算终端16，所述照明灯18固定在双目摄像头17的下方，所述视觉计算终端16固定在双目摄像头17的壳体内部，所述视觉计算终端16内部集成有图像识别算法，实时对空开图片进行处理并判断空开状态。

所述双目摄像头17的一侧还固定有无线传输模块19，所述无线传输模块19将采集的空开图片及状态通过无线信号传输至路由模块，再传输至上位机。

所述控制模块通过导线分别与滑轨电机8、俯仰控制电机14、双目摄像头17、照明灯18、无线传输模块19、电源模块、视觉计算终端16相连，接收上位机发布的装置位移旋转控制信号，执行启停电机的控制命令，电池电量告警时，控制装置转移至外接电源进行充电。

一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验方法，采用基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，包括如下步骤：

S1：通过在滑轨7两端固定的安装板将核验装置安装在保护屏柜背后，并使滑轨7与保护屏柜高度一致；

S2：核验装置上电启动，控制模块接收上位机发布的空开核验指令；

S3：控制模块判断需要核验的保护屏柜编号或位置，控制滑轨电机8正反转，从而带动第一齿轮9转动，第一齿轮9与滑轨7上开设的齿23啮合，从而带动核验装置整体移动至待检测保护屏柜处，然后通过控制俯仰控制电机14微调双目摄像头17的上下位置，根据环境判断照明灯18是否开启及照明等级，然后启动双目摄像头17采集空开的图片；

S4：视觉计算终端16通过图像识别算法实时对双目摄像头17采集的空开图片进行处理，并分析判断空开当前状态，将采集的空开图片及空开状态通过无线传输模块19上传至上位机。

所述图像识别算法的步骤包括：

图像预处理：包括坐标系转换、畸变校正；

立体匹配：采用约束条件对预处理后的两幅图片进行立体匹配，其中约束条件采用极线约束、相似相约束、唯一性约束或左右一致性约束的其中一种或几种；

视差图获取：使用OpenCV中的BM算法或者SGBM算法计算视差图；

深度图获取：通过视差图计算每个像素对应的深度，从而获得深度图；

深度图获取后将其作为已经训练好的卷积神经网络的输入，卷积神经网络将当前的深度图中空开的形态与已知的空开状态进行匹配，将匹配结果输出，得出当前采集的空开状态是否异常，当判断空开状态异常时，控制模块发出告警信息。

本发明提供了一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置包括电源模块、装置位移组件、多角度云台组件、控制模块、双目巡检摄像头组件、无线传输模块。

其中电源模块包括外接电源模块和电池模块1，外接电源模块包括火线接线柱4、调试端口5、零线接线柱6，为巡检系统供电。所述外接电源可从保护屏柜屏顶小母线取电。所述的电池模块1包括电池模组、金属散热板2和启动电容3。启动电容3可以保证滑轨电机8稳定启动。金属散热板2可以为电池在工作中快速散热。装置日常巡视时处于充电电池供电模式，当电量低于告警值时，装置将在电机控制下横移至外接电源处自动充电，恢复电量后继续巡检任务。

其中装置位移组件包括滑轨7、滑轨电机8、第一齿轮9、连接杆10、机械锁紧装置11、滑轮12、转轴20。所述滑轨7采用卡扣式结构，在屏柜背后安装，高度与屏柜一样，巡检装置可以在滑轨上进行横移。滑轨7上开设有齿23，齿23与齿23中间设计中空凹槽，减轻重量和节约材料成本，对环境友好。第一齿轮9与滑轨7上的齿23相啮合。所述滑轨电机8在接收到控制模块发出的移动遥控信号后，提供第一齿轮9转动所需的驱动力。所述连接杆10实现巡检装置上下两部分机械结构稳定连接。所述机械锁紧装置11由一根轴向运动的金属杆制成，用于手动锁定装置运动。所述的承重滑轮12负责承载整个装置的重量，并约束装置始终在滑轨上移动。

其中多角度云台组件包括稳定器13、俯仰控制电机14。所述稳定器13用于摄像头的稳定，减少装置在移动过程中的震动对双目摄像头17成像造成影响，可通过稳定器开关15开启和停用。且稳定器13独立运行，不依赖控制电路，可以独立完成对摄像头的稳定成像工作，降低图像运动模糊概率。所述的俯仰控制电机14用于微调摄像头俯仰视角，提高辨识成功率。

其中双目巡检摄像头组件包括双目摄像头17、视觉计算终端16和照明灯18，所述双目摄像头17用于空开状态的精确观测，利用双目视差原理可以有效提升定焦能力，保证图像清晰可用。所述的视觉计算终端16可以实时计算空开图片判断空开状态，所述照明灯18照明灯用于巡检装置的辅助照明，在环境光亮度不足时进行照明，并且可以调节其亮度。

控制模块内部集成有控制电路，控制模块给位移装置和俯仰控制电机发出控制信号，从而提供运转所需的驱动力。接收装置位移旋转控制信号，执行启停电机的控制命令；电池电量告警时，控制装置转移至外接电源进行充电。

无线传输模块19将采集到的信息，通过无线信号的形式传输至路由模块，最终传输至上位机，实现数据的实时监测分析。

所述核验装置为超微型，体积小，在保护屏柜中所占空间小，便于操作控制。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，其特征在于：包括电源模块、装置位移组件、多角度云台组件、双目巡检摄像头组件和控制模块，所述电源模块给核验装置供电，所述装置位移组件包括滑轨、滑轨电机、连接杆、滑轮，所述滑轨安装在保护屏柜背后，所述滑轨上滑动连接有滑轮，所述滑轮上放置有滑轨电机、电源模块，承载整个装置的重量，并约束装置始终在滑轨上移动；

所述滑轨电机两端的输出轴分别通过连接杆与位于滑轨下方的转轴两端相连接，其中滑轨电机一端的输出轴上固定有第二齿轮，与固定在转轴上的第三齿轮啮合，所述转轴上固定有第一齿轮，所述滑轨上间隔开设置有齿，所述齿与转轴上的第一齿轮相啮合；

所述转轴上安装有支架，第一齿轮固定在支架中间，所述支架下方固定有多角度云台组件，所述云台组件上固定连接有双目巡检摄像头组件和控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，其特征在于：所述多角度云台组件包括稳定器和俯仰控制电机，所述俯仰控制电机固定在支架下，所述稳定器固定在俯仰控制电机与双目巡检摄像头组件之间，其中稳定器固定在支架下固定的连接板上。

3.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，其特征在于：所述电源模块包括外接电源模块和电池模块，所述外接电源模块固定在滑轨电机的外壳上，所述外接电源模块包括火线接线柱、调试端口和零线接线柱，从保护屏柜上取电；

所述电池模块固定在滑轨电机一侧的两个滑轮的连接轴上，所述电池模块包括电池模组、金属散热板和启动电容，所述启动电容串接在滑轨电机的电源进线端。

4.根据权利要求2所述的一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，其特征在于：所述装置位移组件上还设置有两个机械锁紧装置，其中一个机械锁紧装置放置在第一齿轮位于支架一侧开设的孔内，另一个机械锁紧装置位于支架下方的俯仰控制电机处开设的孔内。

5.根据权利要求4所述的一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，其特征在于：所述机械锁紧装置由一根轴向运动的金属杆制成，用于手动锁定第一齿轮、俯仰控制电机运动。

6.根据权利要求5所述的一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，其特征在于：所述双目巡检摄像头组件包括双目摄像头、照明灯、视觉计算终端，所述照明灯固定在双目摄像头的下方，所述视觉计算终端固定在双目摄像头的壳体内部，所述视觉计算终端内部集成有图像识别算法，实时对空开图片进行处理并判断空开状态。

7.根据权利要求6所述的一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，其特征在于：所述双目摄像头的一侧还固定有无线传输模块，所述无线传输模块将采集的空开图片及状态通过无线信号传输至路由模块，再传输至上位机。

8.根据权利要求7所述的一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，其特征在于：所述控制模块通过导线分别与滑轨电机、俯仰控制电机、双目摄像头、照明灯、无线传输模块、电源模块、视觉计算终端相连，接收上位机发布的装置位移旋转控制信号，执行启停电机的控制命令，电池电量告警时，控制装置转移至外接电源进行充电。

9.一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验方法，采用如权利要求1-8任一项所述的基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验装置，其特征在于：包括如下步骤：

S1：通过在滑轨两端固定的安装板将核验装置安装在保护屏柜背后，并使滑轨与保护屏柜高度一致；

S2：核验装置上电启动，控制模块接收上位机发布的空开核验指令；

S3：控制模块判断需要核验的保护屏柜编号或位置，控制滑轨电机正反转，从而带动第一齿轮转动，第一齿轮与滑轨上开设的齿啮合，从而带动核验装置整体移动至待检测保护屏柜处，然后通过控制俯仰控制电机微调双目摄像头的上下位置，根据环境判断照明灯是否开启及照明等级，然后启动双目摄像头采集空开的图片；

S4：视觉计算终端通过图像识别算法实时对双目摄像头采集的空开图片进行处理，并分析判断空开当前状态，将采集的空开图片及空开状态通过无线传输模块上传至上位机。

10.根据权利要求9所述的一种基于双目视觉的保护屏柜空开状态核验方法，其特征在于：所述图像识别算法的步骤包括：

图像预处理：包括坐标系转换、畸变校正；

立体匹配：采用约束条件对预处理后的两幅图片进行立体匹配，其中约束条件采用极线约束、相似相约束、唯一性约束或左右一致性约束的其中一种或几种；

视差图获取：使用OpenCV中的BM算法或者SGBM算法计算视差图；

深度图获取：通过视差图计算每个像素对应的深度，从而获得深度图；

深度图获取后将其作为已经训练好的卷积神经网络的输入，卷积神经网络将当前的深度图中空开的形态与已知的空开状态进行匹配，将匹配结果输出，得出当前采集的空开状态是否异常，当判断空开状态异常时，控制模块发出告警信息。

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