探究基于視覺導航的變電站智能巡檢機器人應用

萬德勝+周寶岐

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)明了基于視覺導航技術的智能機器人巡檢技術，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計結構與視覺導航方案，證明其異于傳統(tǒng)巡檢技術的優(yōu)越特性。

關鍵詞：變電站；智能巡檢機器人；視覺導航；功能設計；結構；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設備。它能夠實現(xiàn)遠程遙控自主運行模式，并滿足24小時電力設備無人巡檢條件，對電力設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航工作核心，它的視覺導航技術對變電站發(fā)展具有現(xiàn)實意義。

1 智能巡檢機器人的視覺導航結構功能組成及設計

（一）功能設計

智能巡檢機器人通過定期巡檢變電站設備來實現(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計應該包括以下幾點。

第一，要具備圖像采集分析功能。由于搭載了多項檢測設備，例如它的可見光CCD就能采集可見光圖像，進而實現(xiàn)設備外觀檢查，發(fā)現(xiàn)設備的異物懸掛、銹蝕等異?，F(xiàn)象。而紅外熱像儀也能記錄設備開關閘刀與斷路器的現(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備的熱缺陷捕捉非常靈敏，能夠通過紅外測溫來明確設備溫度是否異常。

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，要具備視覺導航定位功能。視覺導航定位也是本文探討的重點。巡檢機器人可以按照視覺導航預先規(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、紅外線角度調(diào)節(jié)、電氣仰俯角度調(diào)整等等動作，保持最佳設備拍攝位置[1]。

（二）結構組成

按照目前變電站的生產(chǎn)需求，智能巡檢機器人在結構組成方面也要滿足相應要求，搭建一套具有視覺導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。在這套結構系統(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，基于視覺導航的變電站巡檢機器人組成結構設計圖如圖1。

如圖1，基于視覺導航的變電站智能巡檢機器人采用的是分層結構，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。技術操作人員首先會通過下發(fā)巡檢任務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來發(fā)現(xiàn)并修正設備缺陷，再次下發(fā)命令要求進行設備維護。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位，自行復位連續(xù)三次仍未解決問題機器人就會向后臺中心報警，同時自動關機在原地等待技術人員前來維護支援[2]。

2 智能巡檢機器人的視覺導航方案設計

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航方案來將巡檢路線設置為軌線引導、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，它是在預先規(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航線路前行。而且軌線導航不需要任何參照物加入，可以讓機器人簡單快速的適應現(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)域分割效果及導航參數(shù)計算精確性，因此穩(wěn)定性不足也是該設計方案的一大缺陷。

依據(jù)上述設計方案可以見得，變電站路面所采用的是預設引導軌線，并通過視覺導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線、提取路徑信息并完成全部視覺導航工作，還為機器人配備了一套循跡攝像機，主要包括3臺攝像機，它們能夠實現(xiàn)對待檢測設備圖像可見光的采集，也同時能實現(xiàn)巡檢功能和導航定位功能，確保機器人巡檢工作的穩(wěn)定高效性[3]。

3 總結

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

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)的設計[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2014（4）：1-3.