本實(shí)用新型涉及電力設(shè)備維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于智能高壓線巡檢機(jī)器人要在導(dǎo)線和桿塔上行走，而導(dǎo)線和桿塔上又存在著很多的附件，這些附件對(duì)于移動(dòng)的機(jī)器人來(lái)說(shuō)就是一種障礙，會(huì)阻止機(jī)器人的進(jìn)一步向前運(yùn)動(dòng)，所以智能巡檢機(jī)器人的一個(gè)必要的功能就是要能夠翻越多種障礙物，這樣才能夠完成從一個(gè)桿塔到另一個(gè)桿塔的線路巡檢工作。但是，針對(duì)前方的可能障礙物具體執(zhí)行什么樣的越障操作，一個(gè)非常重要的前提就是需要知道障礙物的具體類型，比如前方是防震錘，還是間隔器，或者其他的東西，也就是說(shuō)在執(zhí)行越障操作之前，對(duì)目標(biāo)障礙物的類型識(shí)別就顯得特別的重要了。

鑒于此，提供一種高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)，以對(duì)輸電線路上的障礙物的類型進(jìn)行識(shí)別，以執(zhí)行對(duì)應(yīng)的越障操作。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)，包括：

圖像采集裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、運(yùn)動(dòng)控制裝置以及控制終端；

其中，所述圖像采集裝置用于實(shí)時(shí)采集機(jī)器人所在的輸電線路的視頻圖像；

所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置用于提供動(dòng)力來(lái)源；

所述數(shù)據(jù)傳輸裝置用于將采集到的視頻圖像傳輸至所述控制終端，并接收所述控制終端返回的執(zhí)行指令；

所述控制終端用于對(duì)所述視頻圖像進(jìn)行處理，對(duì)線路上的障礙物進(jìn)行識(shí)別，并向所述運(yùn)動(dòng)控制裝置發(fā)送對(duì)應(yīng)的執(zhí)行指令，以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體執(zhí)行避障操作。

可選地，所述圖像采集裝置包括攝像機(jī)和/或紅外成像設(shè)備；

所述攝像機(jī)用于對(duì)輸電線路的視頻圖像進(jìn)行采集，所述紅外成像設(shè)備用于對(duì)所述攝像機(jī)采集圖像的位置進(jìn)行掃描，采集實(shí)時(shí)熱感圖像。

可選地，所述攝像機(jī)采用弧形滑槽結(jié)構(gòu)安裝，高度控制采用垂直滑軌結(jié)構(gòu)。

可選地，所述數(shù)據(jù)傳輸裝置采用WIFI局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

可選地，所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置采用蓄電池和/或太陽(yáng)能進(jìn)行供電。

可選地，所述控制終端包括：

特征提取模塊，用于從采集到的視頻圖像中提取預(yù)設(shè)的圖像特征；

處理模塊，用于采用預(yù)建立的分類器，根據(jù)所述圖像特征確定輸電線路上障礙物的類型。

可選地，還包括：

對(duì)機(jī)器人的參數(shù)信息進(jìn)行獲取的傳感器設(shè)備，所述參數(shù)信息包括以下任意一種或者任意組合：機(jī)器人本體姿態(tài)信息、障礙物信息、機(jī)器人與障礙物距離信息、溫度信息、速度信息。

可選地，所述控制終端還包括：

對(duì)所述參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的顯示設(shè)備。

可選地，所述控制終端還包括：接收用戶的操作指令，對(duì)機(jī)器人的本體姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)操控的操作部件。

本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)，采用圖像采集裝置實(shí)時(shí)采集機(jī)器人所在的輸電線路的視頻圖像；數(shù)據(jù)傳輸裝置將采集到的視頻圖像傳輸至控制終端，并接收控制終端返回的執(zhí)行指令；控制終端對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理，對(duì)線路上的障礙物進(jìn)行識(shí)別，并向運(yùn)動(dòng)控制裝置發(fā)送對(duì)應(yīng)的執(zhí)行指令，以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體執(zhí)行避障操作。本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)，能夠根據(jù)圖像采集、識(shí)別的技術(shù)對(duì)線路上障礙物的具體類型進(jìn)行識(shí)別，從而針對(duì)該具體障礙物確定執(zhí)行對(duì)應(yīng)的越障操作，提高了識(shí)別的效率以及準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚的說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為控制終端進(jìn)行圖像識(shí)別的流程示意圖；

圖3為本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)的另一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)的另一種具體實(shí)施方式中對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，該系統(tǒng)包括：

圖像采集裝置1、數(shù)據(jù)傳輸裝置2、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置3、運(yùn)動(dòng)控制裝置4以及控制終端5；

其中，所述圖像采集裝置1用于實(shí)時(shí)采集機(jī)器人所在的輸電線路的視頻圖像；

所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置3用于提供動(dòng)力來(lái)源；

所述數(shù)據(jù)傳輸裝置2用于將采集到的視頻圖像傳輸至所述控制終端5，并接收所述控制終端5返回的執(zhí)行指令；

所述控制終端5用于對(duì)所述視頻圖像進(jìn)行處理，對(duì)線路上的障礙物進(jìn)行識(shí)別，并向所述運(yùn)動(dòng)控制裝置4發(fā)送對(duì)應(yīng)的執(zhí)行指令，以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體執(zhí)行避障操作。

本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)，采用圖像采集裝置實(shí)時(shí)采集機(jī)器人所在的輸電線路的視頻圖像；數(shù)據(jù)傳輸裝置將采集到的視頻圖像傳輸至控制終端，并接收控制終端返回的執(zhí)行指令；控制終端對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理，對(duì)線路上的障礙物進(jìn)行識(shí)別，并向運(yùn)動(dòng)控制裝置發(fā)送對(duì)應(yīng)的執(zhí)行指令，以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體執(zhí)行避障操作。本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)，能夠根據(jù)圖像采集、識(shí)別的技術(shù)對(duì)線路上障礙物的具體類型進(jìn)行識(shí)別，從而針對(duì)該具體障礙物確定執(zhí)行對(duì)應(yīng)的越障操作，提高了識(shí)別的效率以及準(zhǔn)確性。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)中，圖像采集裝置包括攝像機(jī)和/或紅外成像設(shè)備；

其中，攝像機(jī)用于對(duì)輸電線路的視頻圖像進(jìn)行采集，紅外成像設(shè)備用于對(duì)所述攝像機(jī)采集圖像的位置進(jìn)行掃描，采集實(shí)時(shí)熱感圖像。采用紅外成像設(shè)備獲取的熱感圖像能夠?qū)σ曨l圖像進(jìn)行進(jìn)一步校正，以提高識(shí)別的準(zhǔn)確率。

本申請(qǐng)實(shí)施例中攝像機(jī)可以采用弧形滑槽結(jié)構(gòu)安裝，高度控制采用垂直滑軌結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型實(shí)施例中攝像機(jī)固定處采用弧形滑槽結(jié)構(gòu)，通過(guò)這樣的設(shè)置可以任意調(diào)整拍攝視角，例如在0～90°范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，相對(duì)于傳統(tǒng)的孔結(jié)構(gòu)就有更大的調(diào)節(jié)范圍。進(jìn)一步地，攝像機(jī)高度控制采用垂直滑軌結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的在相應(yīng)位置上打孔的方法相比，本實(shí)用新型實(shí)施例避免了采集圖像的高度調(diào)節(jié)受到限制的缺點(diǎn)，實(shí)用性更強(qiáng)。

作為一種具體實(shí)施方式，本實(shí)用新型實(shí)施例中數(shù)據(jù)傳輸裝置可以采用WIFI局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

作為一種具體實(shí)施方式，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置可以采用蓄電池和/或太陽(yáng)能進(jìn)行供電。在機(jī)器人本體上設(shè)置蓄電池供電模塊以及太陽(yáng)能供電模塊，二者可以隨意進(jìn)行切換，這均不影響本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)。

本申請(qǐng)實(shí)施例采用太陽(yáng)能作為充電裝置，不僅起到環(huán)保的作用，還能夠避免因充電問(wèn)題從高壓輸電線路上頻繁裝取機(jī)器人。

本實(shí)用新型所提供的系統(tǒng)中，控制終端可以具體包括：

特征提取模塊，用于從采集到的視頻圖像中提取預(yù)設(shè)的圖像特征；

處理模塊，用于采用預(yù)建立的分類器，根據(jù)所述圖像特征確定輸電線路上障礙物的類型。

請(qǐng)參照?qǐng)D2控制終端進(jìn)行圖像識(shí)別的流程示意圖，下面對(duì)控制終端進(jìn)行圖像識(shí)別的具體實(shí)施過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)闡述。

首先對(duì)獲取的圖像進(jìn)行預(yù)處理，目的是盡量突出障礙物目標(biāo)的信息，同時(shí)抑制干擾信息的影響。比較常見(jiàn)的相關(guān)操作有灰度化、濾波、膨脹和腐蝕等。

灰度化的目的是將彩色圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像，因?yàn)楸旧暾?qǐng)研究的目標(biāo)障礙物在顏色上特征不明顯，在灰度圖像空間中更加有利于構(gòu)造目標(biāo)的特征。

本申請(qǐng)實(shí)施例選用的是中值濾波方法，其他的濾波方法還有高斯濾波、均值濾波。中值濾波是將目標(biāo)圖像的所有像素點(diǎn)按照一定的方法劃分成若干個(gè)小的區(qū)域，在每個(gè)小區(qū)域內(nèi)排列所有像素點(diǎn)的大小值，若像素點(diǎn)個(gè)數(shù)為奇數(shù)，直接取中間值作為該區(qū)域的值；若像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，取中間兩個(gè)數(shù)的平均值作為該區(qū)域的值，這樣做的好處是在保證圖像邊緣的前提下，平滑一些噪聲點(diǎn)。

在圖形形態(tài)學(xué)的處理中有兩種最基本的運(yùn)算就是膨脹和腐蝕，就是利用一個(gè)結(jié)構(gòu)體元素在圖片上進(jìn)行掃描，將結(jié)構(gòu)元素與圖像元素進(jìn)行交集或者并集的運(yùn)算。膨脹指的是取并集運(yùn)算，能夠?qū)⒁恍┬〉莫?dú)立的空洞補(bǔ)充完全；腐蝕指的是取交集運(yùn)算，能夠?qū)⑿〉莫?dú)立的點(diǎn)去掉。

整個(gè)算法包括訓(xùn)練過(guò)程和識(shí)別過(guò)程兩個(gè)方面。訓(xùn)練過(guò)程主要完成兩個(gè)方面的工作，一方面是從拍攝的視頻圖像中對(duì)障礙物目標(biāo)圖像提取預(yù)定的圖像特征，另一方面根據(jù)提取的特征，選擇合適的分類器，并將獲得的特征輸入到分類器進(jìn)行訓(xùn)練，得到對(duì)應(yīng)的檢測(cè)模型。識(shí)別過(guò)程的前面的步驟和訓(xùn)練過(guò)程類似，要進(jìn)行圖像的預(yù)處理和特征的提取，此處的特征和訓(xùn)練部分的特征是同一類型，在進(jìn)行判斷是否為目標(biāo)障礙物時(shí)，需要調(diào)用前面生成的檢測(cè)模型，進(jìn)行相似度對(duì)比，給出識(shí)別的結(jié)果。

Haar-Like特征和Adaboost結(jié)合的總體識(shí)別算法中有幾個(gè)關(guān)鍵的要素，總結(jié)以下幾點(diǎn)：

(1)訓(xùn)練分類器使用的特征必須是Haar-Like特征。

(2)在進(jìn)行Haar-Like特征提取時(shí)，為了提高速率，要使用積分圖方法進(jìn)行加速。

(3)在獲得弱分類器之后，借助Adaboost提升算法將其融合在一起，獲得識(shí)別效果更好的強(qiáng)分類器。

(4)根據(jù)獲得的多個(gè)強(qiáng)分類器，利用級(jí)聯(lián)的方法得到最終的檢測(cè)模型。

二級(jí)模型HOG+SVM需要需要注意的參數(shù)：

(1)SVM的核函數(shù)類型為徑向基核函數(shù)

(2)防震錘、間隔器和懸垂線夾三種障礙物徑向基核函數(shù)的參數(shù)γ和懲罰因子C的值分別為(C＝2.5，γ＝0.033750)、(C＝0.1，γ＝0.002250)和(C＝12.5，γ＝0.002250)，利用的方法是基于網(wǎng)格搜索和交叉驗(yàn)證的方法。

作為一種具體實(shí)施方式，本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)還可以進(jìn)一步包括：

對(duì)機(jī)器人的參數(shù)信息進(jìn)行獲取的傳感器設(shè)備，所述參數(shù)信息包括以下任意一種或者任意組合：機(jī)器人本體姿態(tài)信息、障礙物信息、機(jī)器人與障礙物距離信息、溫度信息、速度信息。

在此基礎(chǔ)上，所述控制終端還包括：

對(duì)所述參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的顯示設(shè)備。

所述控制終端還包括：接收用戶的操作指令，對(duì)機(jī)器人的本體姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)操控的操作部件。

下面對(duì)本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)的另一種具體實(shí)施方式進(jìn)行介紹，如圖3結(jié)構(gòu)示意圖所示，該系統(tǒng)具體分為：

圖像采集模塊負(fù)責(zé)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)時(shí)采集前方道路的圖像，包括攝像機(jī)，采集卡(SD卡)；

數(shù)據(jù)傳輸模塊一方面負(fù)責(zé)將拍攝的圖像及時(shí)的傳送到PC控制終端，另一方面負(fù)責(zé)將終端設(shè)置的參數(shù)傳遞到圖像采集模塊，數(shù)據(jù)傳輸采用的是路由器WiFi傳輸；

動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊為其他三個(gè)模塊提供動(dòng)力來(lái)源；

運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)模塊除了保證機(jī)器人在輸電線路上的正常行走，還為其他模塊提供支撐，包括鎖緊機(jī)構(gòu)，平衡機(jī)構(gòu)，滑輪機(jī)構(gòu)；控制模塊采用運(yùn)動(dòng)控制卡控制滑動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)和停止。

PC控制終端負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制，以及顯示和判斷。

對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)示意圖如圖4所示。運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)從控制終端接收到的命令，對(duì)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出相應(yīng)的操作指令控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中采用反饋調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)更新指令的具體內(nèi)容。

綜上，本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)，能夠根據(jù)圖像采集、識(shí)別的技術(shù)對(duì)線路上障礙物的具體類型進(jìn)行識(shí)別，從而針對(duì)該具體障礙物確定執(zhí)行對(duì)應(yīng)的越障操作。本申請(qǐng)可以代替檢測(cè)人員對(duì)線路進(jìn)行巡檢，能夠減輕巡檢作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低檢測(cè)成本，提高檢測(cè)質(zhì)量和效率，改善檢測(cè)作業(yè)的安全性，從而提高線路的管理質(zhì)量和降低維護(hù)成本。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同或相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)于實(shí)施例公開(kāi)的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開(kāi)的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法部分說(shuō)明即可。

專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開(kāi)的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說(shuō)明硬件和軟件的可互換性，在上述說(shuō)明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來(lái)執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來(lái)使用不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本實(shí)用新型的范圍。

結(jié)合本文中所公開(kāi)的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤(pán)、可移動(dòng)磁盤(pán)、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。

以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的高壓輸電線路障礙物識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。