1身份证号码：220181198801120418；2身份证号码：210881198603183078
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摘要：目前，我国的综合国力在不断的加强，随着我国电力供应需求日益增长，电力架线的施工任务也日益繁重，提高架线施工的自动化水平，降低施工成本势在必行。而引导线展放作为架线作业的关键环节，对架线过程的效率以及成本有重大影响，而现有架线施工过程中展放引导线的方式，存在施工组织困难、费工费时且具有一定危险性等问题。因此，电力施工中的引导线展放迫切需要实现自动化，以提高电力施工效率，促进我国电力事业的发展。
关键词：电力架线；机器视觉；多旋翼无人机；地面控制平台
引言
随着我国经济的持续发展，作为社会生产的基础，社会对电力供应的需求日益增加，与之配套的电网建设任务也日益繁重。同时，由于我国的能源供应地区分布与地区经济发展水平分布严重不匹配，这在很大程度上制约国民经济的发展。为此我国实施了“西电东送”等跨区域电力输送工程，这就更加促进了电网架设行业的发展。而在电网架设施工的过程中，输电线的架设又是其中举足轻重的部分，直接影响电网架设的施工进度以及工程的完成质量。
1系统总体工作原理设计
对于视觉检测系统，首先需要选择系统构型。针对本系统的实际工作场景分析，采用双目及多目构型，存在系统实现上的难题，双目以及多目的构型基本原理是利用同一特征在不同相机中的对应关系，结合不同相机之间的姿态对应关系，可以将物体上的点特征以及线特征进行三维重建进而求出物体的空间位姿。其中，相机之间的姿态对应关系的对应是双目及多目构型在本系统中应用的主要障碍，其实现方式主要包括由无人机携带相机在多个位置上拍摄图片，以及由无人机搭载多部相机，在同一位置上拍照两种方式。前者需要精确的知道不同位置之间无人机的空间姿态变化，现有的无人机机载传感器难以满足要求;而后者则容易导致硬件系统复杂，对图像采集和传输也提出了更高的要求。在本课题的应用场景之中，单目相机有利于减轻系统硬件结构复杂性，因此本课题的视觉检测系统采用单目相机的构型。在常用的单目视觉算法中。由于无法保证检测时目标与相机平面严格对正，因此无法利用几何相似的方法进行平面测量。为了控制系统的硬件复杂程度、系统成本以及操作难度，诸如结构光测量法以及需要利用变焦相机的几何光学法也不适用于本课题。综合考虑之下，由于物体部分结构尺寸己知，且存在便于提取的特征，可以实现三维空间点与图像点的对应，决定采用用于解决PNP问题的位姿估计方法进行物体的空间位姿求解。
2无人机在电力架线工程导引绳展放中的应用研究
2.1图像处理与目标特征提取方法
首先要解决的问题是目标的定位问题，即进行图像匹配。在该课题的环境下，每次检测时目标与相机之间的相对位置都会有极大的不同，因此目标在图像中的形状会因为距离和角度的变化而产生透视变形，一般利用灰度以及利用形状进行图像匹配的方法都难以应对。本课题采用基于轮廓的视角可变匹配方法，该方法在对图像进行搜索时考虑到了图像的透视变形，在指定了物体相对于模板图片在各个方向可能产生的的缩放比例范围S以及角度变化范围A后，在S和A的范围内按照一定的步长对模板轮廓不断进行仿射变换，随后利用每次仿射变换后的模板轮廓在目标图像中进行搜索，直到找到具有与模板轮廓有较高相似度的轮廓的区域。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除了能够应对目标发生透视变形的情况，利用目标自身轮廓进行匹配可以降低野外环境光照变换、物体表面颜色变化等问题对匹配造成的影响。但是该匹配算法计算量较大，特别是在图像像素较高时，因此对目标图片首先进行缩放，节省匹配时间，在获得匹配结果后，将匹配结果的图像坐标乘以相应的倍数，即可得到在原始图像中，目标区域所在的位置。
2.2线特征提取
对于框架平面板两侧斜线的提取，首先对分割出的区域提取边缘，随后在提取出的所有边缘中将所需要的边缘挑选出来。边缘的提取所采用的是canny算子，首先对图像进行高斯平滑，随后利用一阶偏导计算出图像梯度的幅度值，最后利用双1}7值的方法进行边缘的提取与连接，即分别设定两个幅度1}7值low和high，幅度值低于low的点被立即去除，幅度值高于high的点被选为边缘的主要部分，而幅度值介于low和high之间的点，根据其与幅度高于high的点是否连通来判断是否将其连接到边缘上。边缘提取所需要选取的参数主要包括高斯平滑的滤波器宽度以及low和high的值。滤波器宽度对边缘提取的主要影响是:滤波器宽度较大时噪声被抑制，同时图像边缘也变得模糊，提取出的轮廓相对完整但是与真实边缘的吻合度低，容易出现直线边缘的弯曲;而滤波器宽度较小时，噪音较大，同时受到目标制造精度的影响较大，会导致直线边缘断裂。而low与high之间范围大小的选择也面临着同样的问题。因此需要根据实际检测情况选择适当的滤波器宽度以及幅度1}7值范围，经过反复测试，滤波器宽度选为2,low和high分别选为5和40，直线边缘的提取可以取得较好的效果。
2.3无线通讯硬件的选择与测试
无线串口通讯由于稳定、可靠，广泛的应用于无人机地面站的开发中，本课题也采用无线串口数据进行控制指令的传输。需要完成的工作主要包括通讯频率与硬件的选型，硬件系统的初步搭建与功能验证。按照该系统的工作环境，无线串口应能至少达到三百米的通讯距离，同时具备全双工通讯功能。无人机系统在野外使用，在选择频段时必须考虑到由于波段选择的不同，电磁波的的衍射和绕射能力、设备的体积重量、以及距离较远时的的通讯损耗存在差异，针对短距离通讯系统常用的220MHz、336MHz,433MHz,915MHz。
2.4人机交互界面的设计
人机交互界面主要分为四部分，分别为图像显示及处理部分、无人机飞行状态部分、飞行控制指令部分、串口通讯部分。图形显示和处理部分，主要通过MFC与HALCON混合编程，将图像处理部分整合入人机交互界面。通过各个按钮控件分别操作图像处理和位姿检测的各个部分。控制指令部分主要负责显示位姿检测的结果，并在位姿成功检测以后依次通过各个按钮控件依次发送相应控制指令，使无人机完成相应飞行动作。无人机飞行状态部分主要负责将无人机返回的各项信息进行显示，以便对无人机飞行状态进行监控。串口通讯部分负责串口的开启与关闭，同时在串口数据对话框显示指令执行状态。显示指令执行成功或相关错误信息。无人机控制平台典型工作流程为:首先打开相机，利用地面遥控器将无人机引导至工作位置附近，随后发送获取控制权指令和解锁指令，获取无人机控制权，随后发送设置频率指令，设置所需的飞行状态信息以及其发送频率。随后进行抓取图片进行图像处理和位姿检测，在成功的得到目标位姿后，开启运动控制按钮，会根据此时返回的机体坐标系与地面坐标系之间的关系，解算出相对地面坐标系需要运动的距离与角度，发送飞行控制指令。
3结语
多旋翼无人机技术及视觉检测技术的不断进步，为实现电力架线工程中引导线展放的自动化提供了技术保障。针对目前引导线展放自动化程度低、费工费时且存在一定危险性的问题，分析了引导线展放的实际任务需求，研究了一种基于单目视觉方法的无人机自动架线方法，设计并实现了用于实现引导线自动展放的无人机地面站软件系统，并在模拟环境下验证了方法的正确性。该方法弥补了现行引导线展放施工方法的不足，对提高电力架线施工效率，降低施工成本具有重要意义。
参考文献
[1]张进.研究输电线路架设中的架线施工技术[J].电子制作，2013(20):159.
[2]乔媛媛.输电线路架线施工方案综合评价研究[[D].西安:西安建筑科技大学，2016:84.
论文作者:1贾文龙,2张天佑,3那兴生,4刘学,5国立强,6
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/4
标签：无人机论文; 图像论文; 边缘论文; 指令论文; 目标论文; 方法论文; 相机论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;