摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，我国综合国力显著加强，传统的变电站巡检主要是人工巡检，工作量繁多且不能实时检测到系统的反常和障碍，使得巡检存在漏检和效率低的问题。因此提出智能电网巡检机器人终端视觉巡检方法，使用3×3邻域的边缘检测算法，提取引导线的边缘特征点，依据边缘特征点通过隔10行扫描获取指定行像素的中点，得到引导线中心线，采用优化的行列联合搜索算法获取循迹图片中心线，使用“区域均衡”判别算法对图像进行判别，得到最佳引导线。依据最佳引导线采用智能电网巡检机器人终端视觉巡检控制系统，实现智能电网巡检机器人终端视觉巡检。实验结果表明，利用所提方法进行巡检控制的成功率在93%以上，具有高效率、抗干扰的优势。
关键词：智能电网；巡检机器人；视觉巡检；引导线；中心线；行列联合搜索
引言:
视频监控很早已被引入电力设备运行状态的远程监视中。早期利用“遥视”和机器人实现的生产环境中图像监测，只实现了图像、声音信号的数字化以及远距离传送，为解决生产环境中远程多媒体监控系统提供了全面的技术支持。但是缺乏对信息进行处理的功能，不能对监控目标进行智能化的主动识别分析，需要操作员随时观察分析图像，无形中增加了调度人员的负担。另外，人工判断具有主观性，人眼容易疲劳，很难达到电力设备运行状态监测自动化的要求。并在一定程度上忽略了事后对事故发展的准确判断并降低了对事故处理的快速反应能力。延误了排除缺陷的时间，影响了售电量和服务承诺。
1智能电网巡检机器人终端视觉巡检技术研究
1.1中心线提取
中心线是机器人识别引导线的关键点所在。提取引导线的中心线需要先提取出引导线的边缘特征点，才可以正确无误地按照蓝色引导线行驶。为了防止在像素之间里插点上计算梯度，在此使用3×3邻域的边缘检测算法，提取引导线的边缘特征点。在边缘检测后的图像中获取的线条边缘是单像素，传统逐行搜索法是在相同区域边缘线周围搜索2个边缘点并采集该2点的坐标中心点，按照这个对全部图像区域进行检索，得出的全部中心点的集合就是中心线。由于该方法的搜索效率低，因此，本文基于引导线边缘特征点，通过隔10行扫描获取指定行像素的中点，提取引导线中心线，以此提高搜索效率。变电站巡检机器人拍到的蓝色引导线图像会以穿过图片上下边界直线的形式呈现。可以较为清楚地展现图像信息。但是在图片左右边界处，由于机器人拍到的引导线穿过图片左右边界会使其发生畸变，因此在获取该循迹图片中心线时，需要使用优化的行列联合搜索算法，实现引导线中心线准确定位识别。
1.2巡检机器人机构研究
移动机器人机构是巡线机器人系统中关键的核心技术。目前，巡检机器人多采用仿生机构，机构关节较多，结构复杂、体积大、笨重，适应能力较差，负载能力有限。由于机器人关节较多，机构运动学逆解的解耦控制难度较高，运动控制的精度有待进一步的提升。同时由于机器人动态特性较差，不符合输电线作业的要求，工业实用化水平较低。从应用角度来看，要求巡检机器人机构具有小巧紧凑、轻质的机械结构，且容易上下线作业和便于携带等，目前的巡检机器人机构还不能完全满足巡检任务的需求。
1.3软件设计
智能巡检系统中软件功能包括5部分：智能巡检机器人软件部分、图像识别应用服务器软件、趋势判断应用服务器软件、事故判断应用服务、信息管理系统服务器软件部分。智能巡检机器人除移动控制功能外，在主控室的控制端软件的指挥和配合下，可以完成巡检工作的自动读取仪表读数、显示巡检结果、操作员确认结果、趋势分析、各事故报警等功能。智能巡检机器人和主控室的控制端软件协同实现智能巡检功能。智能巡检机器人软件部分控制高清摄像头完成图像信息采集功能。软件对获取图像实时分析，寻找其中的二维码信息，当识别到有二维码出现在图像中，立刻截取当前包括仪表结构等的完整影像或电源背板热量分布等红外热成像影像。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆初步判断影像符合识别要求后，将二维码影像和设备影像通过网络上传至图像识别应用服务器。其中巡线方式是按照事先标记的线路移动，在特定位置停留并测量数据，并可以设置按时巡检。遥控方式是操作人员在主控室通过操作控制端软件，遥控机器人完成巡检任务。
1.4激光导航
激光导航利用视觉传感器拍摄路面图像，通过图像识别技术，提取具有特征的点，作为路标，并计算各路标在全局坐标系下的坐标值，为激光导航提供依据。巡检机器人运行时，激光定位传感器通过检测路标信息（检测到的路标信息不能少于3点），利用三角测量法计算得到机器人的位置信息，从而调整运行路线。具体实现原理为：机器人的激光传感器每扫描一周就会得到被检测路标相对激光传感器的夹角，当检测到3个路标后，经过迭代计算就可以得到激光传感器在全局坐标系下的坐标值，结合设定的导航路线数据，计算得到机器人相对于设定路径的位置偏差和航向偏差，通过调整左右轮驱动器的速度进行路线调整，引导机器人沿设定路线运行。
1.5GPS导航
GPS导航原理是通过计算物体与GPS卫星的距离，通过三边测量法来计算定位物体的位置及速度信息，定位所需的GPS卫星不能少于3颗，该方法要求整个系统中存在一个高精度的时间基准以保证距离测量的准确度。GPS导航技术一般分为三种：高精度差分GPS导航技术、DGPS/DR组合导航技术以及GPS/惯性导航技术。高精度差分GPS导航技术原理是首先建立差分GPS基准台，基准台建立后其精准的三维坐标便确定了，然后通过计算被测点根据该基准点的修正坐标后发送给被测点，对被测点进行修正，以提高GPS定位精度。差分GPS定位分为三类：位置差分、伪距差分和相位差分。DGPS/DR组合导航技术是一种传统的跟踪导航算法技术，当物体突然失去GPS信号时，通过DR进行位置计算。具体原理是根据运动物体的当前位置坐标，通过惯性导航元件测量物体移动速度和航向角，进而推算物体在下一时刻的位置坐标。此种技术会随着时间的增加导致精度大幅下降，DR导航不能单独、长时间使用，常常作为一种短时辅助的定位手段。GPS/惯性导航技术以牛顿力学定律为基础，通过加速度计和陀螺仪测量物体在惯性参考系的加速度和转动角速度，通过时间积分，把它变换到导航坐标系中，从而得到物体在导航坐标系中的速度、偏航角和位置。
由于惯性导航技术不与外界发生光、电交换，不向外界辐射电磁信号，因此有很好的隐蔽性和抗干扰能力，但是由于导航信息是由于积分产生，定位误差会随着时间的增加而增大，导致其不能长时间独立工作，并需要初始化，其价格也相对比较昂贵。
2发展趋势
（1）基于多传感器融合的输电线巡检机器人随着自主巡检机器人技术的逐渐完善和线路故障探测方法的成熟，一个巡检机器人一定会集成多种传感器，运用多种传感器进行机器人行走越障的导航与定位，对线路故障的精确诊断，并完成故障的及时维护，真正实现机器人代替人员对架空输电线的巡检与维护工作。（2）基于组合作业模式的巡检机器人一个多任务的机器人必定体积大而且笨重，在电网中使用是不可能的。由于巡线任务的复杂性，可以将目前的几种作业方式，包括机器人巡检、直升机巡检和在线监控等进行合理的组合，构建一种全新的涵盖多种巡线作业模式的巡检平台，实现相互间的信息交互与共享。（3）基于智能电网的输电线巡检机器人智能电网系统的快速发展，新一代电网设备互联标准逐渐使用，巡检机器人应具备与智能电网信息网络互通的能力，发挥巡检机器人快速反应的优势，完成输电线的及时准确的维护工作。
3结束语
在智能电网建设中，由于人工不能实时检测到系统的反常和障碍，因此巡检机器人的应用成为当下研究的重要核心。本文提出智能电网巡检机器人终端视觉巡检方法，该方法的高效率以及抗干扰性通过实验测试得以证明。把其运用到智能电网巡检机器人终端视觉系统中后，智能电网巡检机器人通过终端视觉系统按照引导线可以在室外不同光照下准确有效地进行导航工作，说明本文方法具有较高的应用价值。
参考文献：
[1]肖鹏.变电站智能巡检机器人激光导航系统研究.天津:自动化与仪表,2015（5）.
[2]祖丽楠.变电站巡检机器人导航方法研究.北京:科学技术与工程,2014（9）.
论文作者:朱博
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
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