智能机器视觉在变电站中的应用探索.doc 7页 VIP

智能机器视觉在变电站应用的探索 摘要：为了应对变电站智能化的趋势，利用机器视觉检测技术对现有变电站进行智能化改造和升级。 采用数字无线摄像机、机器人移动平台、WIFI数据链网络、高性能工业计算机和手持个人终端组成变电站智能监控系统。 系统可实现防错间隔、接地线统一管理、巡检机器人引导等功能。 关键词：变电站； 智力; 机器视觉； 巡检机器人； 指导。 中文分类号：TM64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）27-6570-03 智能机器视觉在变电站应用的探索 戴中兴（广东电网公司韶关供电局，韶关 512026）摘要：为了应对变电站智能化的趋势，将机器视觉检测技术应用于现有变电站进行智能化改造和升级。 采用数字无线摄像机、机器人移动平台、WIFI数据链网络、高性能工业计算机和手持个人终端，构成了变电站智能监控系统。 该系统可实现防错区间、地线统一管理、巡更机器人引导等功能。 关键词：变电站； 聪明的; 机器视觉； 巡检机器人； 导航。 经过多年的研究和发展，机器视觉已经得到了广泛的应用。 如今，工业生产过程中大约80%的工作都需要机器视觉。

随着智能电网概念的引入，根据智能变电站的建设需求，传统的监测方法已经不能满足智能变电站的设计要求[1]。 将成熟的机器视觉技术应用于智能变电站是一个不错的选择。 将机器视觉引入变电站智能监控系统，可以有效防止变电站内恶性电气误操作，并对巡检机器人进行引导。 该系统包括：现场图像采集、无线数据传输、计算机图像处理、机器人视觉引导功能。 在不改变原有变电站设备的情况下，可实现变电站运行的智能化升级。 1 系统总体设计 系统总体框架如图1所示。系统前端由固定式可见光相机和移动式红外热像仪组成。 固定式可见光摄像机安装在变电站生产区域，红外热像仪安装在移动机器人平台上。 两者获得的图像数据通过WIFI数据链传输至监控计算机。 计算中安装有：图像处理模块、逻辑判断模块、移动引导模块和报警控制模块。 经过一系列模块的处理后，给出判断结果并传输到变电站操作人员携带的PDA上。 监控计算机还可以通过局域网将热成像图像发送给相关负责人员，方便组织后续工作。 2、防错区间功能 在开关操作过程中，由于错区间造成的误操作在变电站运行事故中占有很大比例。 因此，如果能够从根本上解决错区间问题，将大大降低变电站运行事故发生的概率[2]。

行走距离错误的根本原因是变电站操作人员出现在错误的位置。 目前，各种防止步行距离错误的措施都需要人类的参与。 在布线复杂、标志不清晰的场地，可能会看错号码或设备名称，对场地不熟悉也可能走错距离。 误输入区间后没有错误提示。 如果操作人员继续操作，就会造成变电站运行事故。 2.1 摄像机设置和监控范围界定。 该系统利用机器视觉检测变电站操作人员的准确位置，并在操作人员误入区间时进行提示，可有效防止因误入区间而造成的误操作事故。 摄像机的设置和监控范围的圈定如图2所示： 图2 摄像机和监控范围如图2所示。数字摄像机安装在变电站生产现场的高处，并根据间隔的大小进行配置以及需要监控的范围。 通过不同焦距的镜头，一台摄像机可以同时监控多个区间。 例如，摄像机1监控区间1、2、3，摄像机2监控区间4、5、6。摄像机采集的视频图像通过WIFI无线链路传输到监控计算机。 计算机中的图像处理模块首先进行图像分割，提取各个区间的图像，然后对各个区间的图像进行处理。 2.2 图像检测方法及功能实现 为了确定操作者在场地中的位置，可以采用目标匹配算法来检测操作者在图像中的位置[3]。 还可以使用动态检测算法或基于操作员相对于现场和设备的动态图像的头盔颜色检测来确定操作员的位置。

如果在分割图像中检测到操作者的存在，则可以认为操作者已进入与图像对应的区域。 此时，逻辑判断模块根据预设的正确区间与实际检测到的区间的比较来做出判断。 如果操作员输入正确的间隔，监控计算机将通过无线链路向图1中的手持PDA发送信号，提示操作员输入正确的间隔。 当达到错误间隔时，监控计算机将向PDA发出报警信号，提示错误间隔。 同时，主控室值班人员还可以获知操作人员在监控计算中是否采取了错误的区间。 3 地线储存管理功能 地线管理功能可以检测地线储存柜内是否储存有地线，并可以识别柜内储存的地线数量。 图3 地线管理 通过图像对比可以识别机柜内的地线。 设置如图3所示的摄像头，采集空柜的原始图像并保存在监控计算机中。 当柜内有地线时，采集图像，根据每个储物格的大小将图像划分为相应的子图像。 与同一位置的原始子图像进行比较，如果两个子图像不同，则确定存储有地线。 若相同则判断为无地线存储。 不同子图像的数量等于存储的导线数量。 在监控计算机中，可以将未使用的存储位置设置为不参与检测。 恢复供电前，如果地线未正确存放，监控计算机将向操作员的PDA发送报警信号。 4 机器人视觉引导功能巡检机器人是智能变电站的核心之一。 目前巡检机器人的导引技术主要基于GPS导引和巡线巡检导引[4]。

GPS定位精度不高，无法准确定位。 其500KV以上电压等级的变电站因军事管理要求，GPS信号已被扰频，无法使用。 采用巡线方式，定位标记需要定期维护，移动范围也受到限制。 基于机器视觉的引导技术适用于智能变电站。 它需要在检测机器人的顶部设置颜色标记。 生产现场数码相机采集的图像传输至监控计算机中的移动引导模块。 通过搜索图像中颜色标记的像素位置，即可得到机器人在图像中的相对坐标。 根据预先建立的实际地理位置坐标与各摄像机中相对坐标的映射关系，如图4所示，找到机器人的实际地理位置。 根据这种方法，机器人可以在摄像机监控范围内的任何地方移动。 5 结论 基于机器视觉的变电站智能监控技术可以对现有变电站进行智能化改造。 它集成了基于机器视觉的快速目标识别技术和视觉引导检测机器人技术。 可以实现变电站操作人员间隔错误的预防、接地线的统一管理、巡检机器人在任意地理位置的移动引导。 在保留现有变电站设备的前提下，对变电站进行智能化改造，提高经济效益，降低建设成本。 参考文献：[1]曹楠，李刚，王冬青。 智能变电站关键技术及建设方法探讨[J]. 电力系统保护与控制，2011, 39(5): 63-68。 [2] 韩俊学. 电气误操作事故的原因及预防措施[J]. 电力安全技术，2010，12(11)：11-13,44。 [3]戴中兴，黄文凯。 基于视觉的小型垂直起降无人机着陆制导技术[J]. 广州大学学报:自然科学版, 2010, 9(1): 30-32. [4] 魏鹏，张志强，张春熙，等。 变电站无人巡检机器人导航系统研究[J]. 自动化与仪表，2009，24（12）：5-8，25。