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前言：
高压输电线路巡检机器人可以应用在多种类型的障碍物上，机器人通过障碍物进行相应的巡检测试，能够识别障碍物的类型，测量障碍物和自身之间的准确距离，机器人可以自己选择最佳路线，越过障碍。机器人视觉识别和测距技术成为了如今高压输电线路巡检障碍识别和分析的主要发展方向，完成障碍物识别及定位过程。
1、高压输电线路巡检主要的障碍物类型
高压输电线路巡检机器人在沿着输电线路地线行走时，地线上的一些金具障碍物会阻碍机器人的运动过程，例如防震锤、悬垂线夹、耐张杆塔等。为了方便机器人自身的巡检工作，其必须装置一些红外热成像仪与可见光摄像机等传感器识别设备，在确保其使用功能的基础上，对于金具进行有必要的选择。防震锤选择具有一定质量的重锤，尽量减少表面的凸起，避免形状过于复杂，方便机器的传感器能够更好的检测处理。悬垂线夹尽可能的选择"C型"，方便机器人进行检测识别。输电线路的耐张杆塔并非连续的，会影响到机器人正常的行走路线，为了满足机器人进行自主巡检的要求，需要添加耐张杆塔过桥以便于能通过此处。以上几种是较为常见的障碍物类型，耐张线夹是耐张杆塔本身自带的金具，不需要列入障碍物中，因此障碍物类型只有上述三种，通过传感器数目的逻辑组合，建立相应的逻辑关系，完成传感器的数据融合。
2.巡检机器人的工作环境及组成分析
2.1巡检机器人的工作环境
机器人沿着高压输电线路导线进行行走时，可以根据不同的高塔特点进行相应的线路选择，防震锤、悬垂线夹、耐张杆塔几种常见的金具就是机器人在巡检过程中面临的主要障碍物。高压输电线路周边有感应磁场，同一个线路的感应磁场分布规律相同，而有障碍的路段电磁场的分布规律却有所差异，这就导致了障碍物周围的线路磁场分布较强，可以借助电磁传感器对于障碍物的类型进行识别，根据电磁场强度的不同来确定是否有障碍物。
2.2巡检机器人的组成特点
机器人在组成上包括机械结构、视觉传感结构和控制结构，以及一些基础的导航和巡检通讯系统，机器人本身的功耗和各个能耗都需要由蓄电池供给，蓄电池可以充电，通过电源电量监测和剩余电量的估算完成电源管理。摄像机和红外热像仪可以辅助巡检以及故障检测，借助一些数据通讯技术可以实现通讯功能，进行巡检图片信息的下载，在局域网络的覆盖之下，完成基站和机器人程序的实时同步，可以实时监测机器人的运行路径，也能够分析其行走时遇到的障碍物，进行巡检结果的处理。机器人的机械结构可以保证其正常的行走和抓线，也能够跨越障碍物，将相关的系统封装在控制箱体内，外部覆盖障碍物检测设备。根据机器人在高压输电线路巡检时的功能不同，可以将其控制系统分为多个层面，满足不同的功能需求。
3.高压输电线路巡检障碍物识别措施
3.1障碍物识别要求
之前的障碍物识别一般是利用传感器来完成，尽管能够测出障碍物的距离，但是很难判断障碍物的类型，而且由于机器人在运动时自身的晃动，传感器很难准确的识别障碍物，导致出现较大的偏差，因此，可以选择视觉识别测距的方式。巡检机器人需要借助摄像机来识别这一障碍物，根据障碍物的特点和类型确定具体的距离，完成越过障碍物的准备工作。在靠近障碍物时，确定障碍物的类型和具体距离，让机器人执行相应的跨越动作，才能够完成自主巡检过程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆巡检工作定位的主要任务就是识别定位不同的障碍物类型，为障碍物的距离测量和定位做好准备，测量障碍物与机器人之间的距离，机器人在遇到障碍物之前，降低速度，然后根据障碍物的类型和关键点进行路线规划，越过障碍物。
3.2视觉识别措施
对于障碍物进行识别感知，需要对于障碍物进行检测，然后辨别其类型对其参数进行测量，确定障碍物的属性参数。摄像机在机器人的前后两端处于同一平面，降低背景的复杂程度，同时根据不同障碍物类型的差异，可以对于特定的几何形状以及位置关系进行障碍物描述识别。机器人对于一些很难区分的障碍物类型可以对其外观、形状、结构等参数进行多方面的分析，然后完成障碍物的判断过程。摄像机可以采集图像，通过图像的处理和分析来确定障碍物的类型。
4.高压输电线路巡检障碍物定位措施
4.1障碍物定位的理论基础
在高压输电线路障碍物定位中需要进行视觉测距，根据摄像机本身的数量不同，分为单目视觉系统和双目视觉系统,两个测距系统有不同的特点。单目视觉系统选择一个摄像机进行测距，摄像机很难移动，而通过两个摄像机进行同时测距，能够更好的计算距离。结合计算机的视觉特点，摄像机成像模型解决了在三维场景中的坐标值，与摄像机得到的图像坐标充分结合，完成小孔成像过程。
4.2障碍物定位测距方法
结合高压输电线路的障碍物特点，提出了针对不同障碍物类型的测量距离方法，根据小孔成像的原理，按照投影比例关系确定不同的几何关系模型，确定具体的焦距来得出像素点弧度。结合不同焦距下的像素点代表的障碍物垂直距离代入公式中，可以得出摄像机与障碍物之间的距离。将高压输电线路地线做为平面上的一条线，做一个向下的平面，将这一平面穿过地球的中心，称作地线引力平面，高压输电线路的地线经过这一平面。障碍物和机器人都是在高压输电线路的地线上悬挂，因此障碍物左右对称可以通过这一平面来穿过障碍物的中心选择中心点作为测距点，再加上机器人的重新经过，这一平面可以调节摄像机的位置，让摄像机光柱线经过这一平面，确保摄像机始终垂直，简化成为一个平面几何模型进行计算。受到机器人在行走过程中自身的摇晃以及线路本身的原因会存在一定的误差，这一误差可以通过倾角传感器进行动态修正。结合供电传感器的检测长度要求以及一些坡度变化确定误差范围，判断机器人通过的障碍物类型以及距离，完成精准定位。
4.3应用效果分析
结合具体的实验分析机器人正常行走过程中遇到障碍物时的表现，在模拟高压输电线路上运行机器人完成验证过程，测量机器人行走数据，分类整理数据得出平均值。通过实验数据可以看出，机器人能够有效识别障碍物的类型，识别准确率达到100%，满足预期的设计要求，在遇到障碍物时可以视觉进行识别，测量距离，做好减速操作，越过障碍物。机器人对于不同障碍物的区分情况良好，根据障碍物信号变化的特点进行明确的定位，确保了精准定位的要求，为机器人越过障碍提供必要的数据保证。
5.结语
综上所述，针对高压输电线路的巡检工作而言，需要利用机器人完成障碍物的识别和定位过程，这样才能保证机器人正常行走，在靠近障碍物时减速，通过精准定位越过障碍物。本文提出的障碍物识别和定位措施通过具体的实验得出，故障检测的误差较小，效果符合预期目标，在实际应用中还会收到多种因素的影响，需要进一步的优化处理。
参考文献：
[1]任志斌，阮毅.输电线路巡检机器人越障方法的研究与实现[J].中北大学学报（自然科学版），2011（3）.
[2]徐东亮.架空输电线路巡检机器人[J].中国新通信，2017（5）.
论文作者:李新建
论文发表刊物:《科技尚品》2018年第12期
论文发表时间:2019/7/18
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