探究基于視覺導(dǎo)航的變電站智能巡檢機器人應(yīng)用

劉林虎　趙麗

摘 要：變電站作為電網(wǎng)樞紐必須進行定期巡視以確保其設(shè)備安全穩(wěn)定運行，所以目前人類逐漸發(fā)明了基于視覺導(dǎo)航技術(shù)的智能機器人巡檢技術(shù)，它取代了傳統(tǒng)的人工巡檢流程，為變電站日常運維節(jié)約了大量人力物力與財力。本文就將主要介紹這種智能巡檢機器人的整體功能設(shè)計結(jié)構(gòu)與視覺導(dǎo)航方案，證明其異于傳統(tǒng)巡檢技術(shù)的優(yōu)越特性。

關(guān)鍵詞：變電站；智能巡檢機器人；視覺導(dǎo)航；功能設(shè)計；結(jié)構(gòu)；方案

變電站智能巡檢機器人配備了可見光CCD、紅外熱像儀、拾音器等檢測型傳感技術(shù)設(shè)備。它能夠?qū)崿F(xiàn)遠程遙控自主運行模式，并滿足24小時電力設(shè)備無人巡檢條件，對電力設(shè)備中可能存在的異物懸掛、熱缺陷等異?，F(xiàn)象檢測較為擅長。在這其中，智能巡檢機器人作為導(dǎo)航工作核心，它的視覺導(dǎo)航技術(shù)對變電站發(fā)展具有現(xiàn)實意義。

1 智能巡檢機器人的視覺導(dǎo)航結(jié)構(gòu)功能組成及設(shè)計

（一）功能設(shè)計

智能巡檢機器人通過定期巡檢變電站設(shè)備來實現(xiàn)變電站正常運維，它的巡檢目標主要是通過機器自身視覺、無線通訊與人工智能功能來實現(xiàn)自主規(guī)律性巡檢，達到提高變電站巡檢工作自動化程度與工作效率的目的。所以基于此原則，對機器人的功能性設(shè)計應(yīng)該包括以下幾點。

第一，要具備圖像采集分析功能。由于搭載了多項檢測設(shè)備，例如它的可見光CCD就能采集可見光圖像，進而實現(xiàn)設(shè)備外觀檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異物懸掛、銹蝕等異?，F(xiàn)象。而紅外熱像儀也能記錄設(shè)備開關(guān)閘刀與斷路器的現(xiàn)場實際位置，包括油位計位置、表計讀數(shù)等等。另外，紅外熱像儀對人工檢測時設(shè)備的熱缺陷捕捉非常靈敏，能夠通過紅外測溫來明確設(shè)備溫度是否異常。

第二，要具備無線傳輸功能。智能巡檢機器人在采集視頻信號與音頻信號時必須首先進行智能預(yù)處理行為，并將采集信號傳輸給變電站監(jiān)控管理中心。另外，機器人也會接收到來自于監(jiān)控管理中心的各項控制命令，所以巡檢機器人本體與后臺監(jiān)控中心是時刻保持無線通訊及傳輸功能狀態(tài)的。

第三，要具備視覺導(dǎo)航定位功能。視覺導(dǎo)航定位也是本文探討的重點。巡檢機器人可以按照視覺導(dǎo)航預(yù)先規(guī)劃好的軌跡行進，這也包括直行、停止、拐彎等動作。當機器人到達指定位置需要進行車身調(diào)節(jié)時，它就會實施可見光CCD旋轉(zhuǎn)、紅外線角度調(diào)節(jié)、電氣仰俯角度調(diào)整等等動作，保持最佳設(shè)備拍攝位置[1]。

（二）結(jié)構(gòu)組成

按照目前變電站的生產(chǎn)需求，智能巡檢機器人在結(jié)構(gòu)組成方面也要滿足相應(yīng)要求，搭建一套具有視覺導(dǎo)航體功能維度的智能化系統(tǒng)，讓機器人能夠按照該系統(tǒng)路徑移動。在這套結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，主要包含了可攜帶紅外熱像儀、可見光攝像機、斷路器、拍攝主變等等一次設(shè)備。主要是對所采集到的圖像實時分析處理，并同時監(jiān)測異常狀況，最后報警上傳。具體來說，基于視覺導(dǎo)航的變電站巡檢機器人組成結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如圖1。

如圖1，基于視覺導(dǎo)航的變電站智能巡檢機器人采用的是分層結(jié)構(gòu)，在它內(nèi)部包含了巡檢基層系統(tǒng)與監(jiān)控管理系統(tǒng)兩大部分。技術(shù)操作人員首先會通過下發(fā)巡檢任務(wù)來啟動巡檢機器人開始工作，由后臺監(jiān)控管理中心接收在巡檢過程中所采集到的一切數(shù)據(jù)，并進行顯示和處理。在這一點，后臺主要通過模式識別與圖像處理等技術(shù)來發(fā)現(xiàn)并修正設(shè)備缺陷，再次下發(fā)命令要求進行設(shè)備維護。另外就是巡檢基層系統(tǒng)，該系統(tǒng)所指的就是巡檢機器人本體，它通過無線通訊及監(jiān)控設(shè)備來實現(xiàn)相互通信、數(shù)據(jù)遠傳等功能。而機器人本體也包含了伺服控制、信息采集、視覺導(dǎo)航定位與自我檢測維護等等系統(tǒng)模塊。以自我檢測維護模塊為例，機器人會在發(fā)生故障時進行自我簡單處理，對局部部位或軟件性錯誤進行自行復(fù)位，自行復(fù)位連續(xù)三次仍未解決問題機器人就會向后臺中心報警，同時自動關(guān)機在原地等待技術(shù)人員前來維護支援[2]。

2 智能巡檢機器人的視覺導(dǎo)航方案設(shè)計

現(xiàn)在絕大多數(shù)變電站在采用智能巡檢機器人時都會基于循跡視覺導(dǎo)航方案來將巡檢路線設(shè)置為軌線引導(dǎo)、路面區(qū)域分割以及路邊線提取3個部分。首先說軌線引導(dǎo)，它是在預(yù)先規(guī)劃好巡檢機器人的情況下移動機器人，保持機器人按照視覺導(dǎo)航線路前行。而且軌線導(dǎo)航不需要任何參照物加入，可以讓機器人簡單快速的適應(yīng)現(xiàn)有路面環(huán)境。

路邊線提取，它所提取的是道路兩旁的雙邊緣線，并計算求出雙邊緣線的交點，這里雙邊緣線的角平分線就是巡檢機器人所要行進的路線。不過如果道路邊緣不夠明顯或路段弧度過大也會對視覺導(dǎo)航功能產(chǎn)生一定影響。

最后是路面區(qū)域分割，它要求路面具有較高亮度，且采集圖像應(yīng)該集中于中央下半部分道路。采用該方法的優(yōu)勢就在于利用到了鏈碼跟蹤法，它可以將所采集圖像分割成路與非路兩部分，確保機器人始終在路中央活動。但考慮到由于路面亮度的限制，道路與非道路區(qū)很難被區(qū)分開來，所以它可能會影響到區(qū)域分割效果及導(dǎo)航參數(shù)計算精確性，因此穩(wěn)定性不足也是該設(shè)計方案的一大缺陷。

依據(jù)上述設(shè)計方案可以見得，變電站路面所采用的是預(yù)設(shè)引導(dǎo)軌線，并通過視覺導(dǎo)航進行機器人循線運動控制的整體方案。在方案中，也包括了減速停車這樣的定點檢測設(shè)備，它能夠輔助機器人進行巡檢輔助標志加載，并通過收集巡檢信息來實現(xiàn)信息有效巡檢過程。再者，本方案為了配合跟蹤引導(dǎo)線、提取路徑信息并完成全部視覺導(dǎo)航工作，還為機器人配備了一套循跡攝像機，主要包括3臺攝像機，它們能夠?qū)崿F(xiàn)對待檢測設(shè)備圖像可見光的采集，也同時能實現(xiàn)巡檢功能和導(dǎo)航定位功能，確保機器人巡檢工作的穩(wěn)定高效性[3]。

3 總結(jié)

基于視覺導(dǎo)航方案的智能巡檢機器人應(yīng)用為變電站電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行提供了有力技術(shù)支撐，滿足了變電站對設(shè)備巡檢的日常需求。特別是通過視覺傳感設(shè)備來采集電氣設(shè)備及其周圍自然環(huán)境信息而實現(xiàn)視覺導(dǎo)航，也為接下來的巡檢機器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)指明了方向。

參考文獻

[1]趙坤.變電站智能巡檢機器人視覺導(dǎo)航方法研究[D].華北電力大學（保定），2014.5-9.

[2]肖鵬，王海鵬，曹雷等.變電站智能巡檢機器人云臺控制系統(tǒng)設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2012，34（1）：105-108.

[3]崔彥彬，劉歡.變電站智能巡檢機器人系統(tǒng)的設(shè)計[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2014（4）：1-3.