輸電線路巡線機(jī)器人視覺系統(tǒng)圖像處理及模式識(shí)別研究

前言

電力公司面臨不斷增加的電力需求、更高供電可靠性要求和激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，以可靠性為中心的精確維護(hù)策略，因能保證電力設(shè)施工作壽命最大化，已成為共識(shí)。對(duì)電力設(shè)施早期潛在故障的準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)和正確評(píng)估，是成功實(shí)現(xiàn)上述策略的關(guān)鍵。巡線機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，具有廣闊的應(yīng)用前景。本書結(jié)合國(guó)家863計(jì)劃?rùn)C(jī)器人技術(shù)主題“110kV輸電線路自動(dòng)巡線機(jī)器人”和“220kV沿相線巡線機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)”等研究課題，對(duì)架空輸電線路巡線機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)開發(fā)、視覺導(dǎo)航中的障礙識(shí)別與定位、越障視覺伺服控制、輸電線路構(gòu)件缺陷的視覺檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。全書的結(jié)構(gòu)安排如下：第1章緒論。介紹了架空輸電線路巡線機(jī)器人及機(jī)器人視覺的國(guó)內(nèi)外研究狀況，對(duì)一些典型的巡線機(jī)器人樣機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能與控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并針對(duì)研制巡線機(jī)器人中存在的諸多難點(diǎn)和問(wèn)題，提出了巡線機(jī)器人的主要關(guān)鍵技術(shù)。第2章巡線機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)。詳細(xì)介紹了現(xiàn)有1lOkV巡線機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和220kV巡線機(jī)器人相關(guān)系統(tǒng)的組成。第3章巡線機(jī)器人的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了巡線機(jī)器人的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)導(dǎo)航算法的實(shí)現(xiàn)。第4章巡線機(jī)器人的線上物體識(shí)別。視覺導(dǎo)航系統(tǒng)是巡線機(jī)器人重要的組成部分，主要用于對(duì)線上障礙物及線路環(huán)境的識(shí)別，是巡線機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的重要前提。本章首先簡(jiǎn)介了圖像處理的基本概念，特別對(duì)巡線機(jī)器人視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所需要著重考慮的圖像增強(qiáng)技術(shù)、圖像高光檢測(cè)技術(shù)以及圖像分割技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)描述。其次，針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有220kV架空輸電線路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用改進(jìn)的幾何圖形檢測(cè)方法和分層決策機(jī)制，設(shè)計(jì)了基于結(jié)構(gòu)約束的障礙識(shí)別算法。

內(nèi)容概要

輸電線路巡線機(jī)器人是為實(shí)現(xiàn)輸電線路自動(dòng)巡檢功能而設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化設(shè)備，其目的是為了提高巡檢質(zhì)量和效率，減少巡檢死角，改善工人勞動(dòng)強(qiáng)度。對(duì)保證輸電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行具有重要意義?；谳喪叫凶邫C(jī)構(gòu)的巡線機(jī)器人在線上運(yùn)行時(shí)需要在復(fù)雜背景和環(huán)境下識(shí)別架空輸電線路相線和地線上安裝的防震錘、間隔棒、絕緣子、懸垂線夾、耐張線夾等線路附件。因此，巡線機(jī)器人必須借助傳感器探測(cè)并識(shí)別這些障礙，然后根據(jù)障礙類型規(guī)劃越障行為，跨越桿塔，才能沿輸電線路大范圍自主行走。本書圍繞作者所在實(shí)驗(yàn)室自主研制的新型雙臂巡線機(jī)器人的視覺導(dǎo)航、輸電線路障礙物識(shí)別、圖像復(fù)原等任務(wù)，針對(duì)線上障礙物目標(biāo)的檢測(cè)、識(shí)別、分類和圖像復(fù)原等問(wèn)題進(jìn)行了研究和探討?！　”緯勺鳛闄C(jī)電一體化、自動(dòng)化控制、模式識(shí)別等專業(yè)高年級(jí)學(xué)生、研究生的參考讀物，也可供相關(guān)研究機(jī)構(gòu)研究人員參考閱讀。

書籍目錄

前言 第1章 緒論   1.1 概述   1.2 巡線機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 　　1.2.1 研究歷史及現(xiàn)狀 　　1.2.2 巡線機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù) 　　　1.3 機(jī)器人視覺的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 　　1.3.1 視覺導(dǎo)航 　　1.3.2 視覺伺服控制 　1.4 小結(jié) 第2章 巡線機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu) 　2.1 總體設(shè)計(jì)思路 　2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu) 　2.3 110kv巡線機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 　　2.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 　　2.3.2 仿真實(shí)驗(yàn) 　2.4 控制系統(tǒng) 　　2.4.1 層次結(jié)構(gòu) 　　2.4.2 硬件組成 　　2.4.3 軟件結(jié)構(gòu) 　　2.4.4 控制模式 　2.5 220kV巡線機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng) 　2.6 小結(jié) 第3章 110kv巡線機(jī)器人的視覺導(dǎo)航系統(tǒng) 　3.1 引言 　3.2 110kv巡線機(jī)器人的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　3.3 110kv巡線機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的算法實(shí)現(xiàn) 　　3.3.1 相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí) 　　3.3.2 單幀巡線圖像的障礙物識(shí)別算法 　　3.3.3 視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的障礙物識(shí)別算法 　3.4 實(shí)驗(yàn) 　3.5 小結(jié) 第4章 輸電線路線上障礙物識(shí)別 　4.1 引言 　　4.1.1 概述 　　4.1.2 典型線上障礙物 　4.2 物體識(shí)別的一般方法 　　4.2.1 物體模型 　　4.2.2 特征檢測(cè) 　　4.2.3 假設(shè)形成 　　4.2.4 假設(shè)驗(yàn)證 　4.3 典型幾何形狀檢測(cè) 　　4.3.1 Hough變換 　　4.3.2 Bums直線提取方法 　4.4 基于結(jié)構(gòu)約束的障礙識(shí)別方法 　　4.4.1 相線識(shí)別與定位 　　4.4.2 防振錘識(shí)別 　　4.4.3 懸垂線夾識(shí)別 　　4.4.4 耐張線夾識(shí)別 　　4.4.5 障礙跟蹤 　4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 　4.6 小結(jié) 第5章 障礙定位 　5.1 引言 　5.2 雙目立體視覺原理 　　5.2.1 攝像機(jī)建模 　　5.2.2 空間點(diǎn)三維重構(gòu) 　　5.2.3 立體匹配 　5.3 基于區(qū)域的立體匹配方法 　　5.3.1 相似性測(cè)度 　　5.3.2 匹配窗口及匹配搜索策略 　5.4 實(shí)驗(yàn)分析 　5.5 小結(jié) 第6章 基于部分特征匹配的無(wú)監(jiān)督物體分類 第7章 運(yùn)動(dòng)模糊圖像復(fù)原 第8章 架空輸電線路絕緣子缺陷的視覺檢查 第9章 巡線機(jī)器人越障視覺伺服控制 第10章 結(jié)論 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：架空輸電線路是遠(yuǎn)距離輸配電力的主要方式（圖1-1），絕大部分敷設(shè)在地形復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣的地方。架空輸電線路導(dǎo)線及桿塔附件長(zhǎng)期暴露在野外，因受到持續(xù)的機(jī)械張力、電氣閃絡(luò)、材料老化的影響而產(chǎn)生斷股、磨損、腐蝕等損傷，如不及時(shí)修復(fù)更換，原本微小的破損和缺陷就可能擴(kuò)大，最終導(dǎo)致大面積停電等嚴(yán)重事故和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。08年初我國(guó)南方雪災(zāi)，出現(xiàn)大面積電力變壓器的塔臺(tái)倒塌，電力設(shè)施遭受到毀滅性破壞，需要實(shí)施準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)手段。另外隨著國(guó)內(nèi)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提高以及社會(huì)電力市場(chǎng)需求的迅速增加，我國(guó)電力建設(shè)的規(guī)模也在逐步擴(kuò)大。當(dāng)前，我國(guó)已有超高壓線路約23萬(wàn)公里，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展還在進(jìn)一步增長(zhǎng)，保障電網(wǎng)輸電安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。尤其在特殊用電部門，供電措施更是重中之重。例如甘肅酒泉航天城的每次發(fā)射任務(wù)在發(fā)射前夕往往需要電業(yè)局特別組成專門的保障隊(duì)，對(duì)所有輸電線路進(jìn)行全面的檢測(cè)與維護(hù)，以全面保障神舟系列飛船和衛(wèi)星發(fā)射的用電供應(yīng)。然而目前高壓和超高壓輸電線路巡檢目前主要采用人工巡檢作業(yè)方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)用多且危險(xiǎn)性高。隨著工業(yè)發(fā)展，電網(wǎng)容量的增大和額定電壓等級(jí)提高，使電力系統(tǒng)輸電線路污閃事故日益突出，檢測(cè)高壓輸電線路的不良絕緣子以及相關(guān)線上電力器件已成為國(guó)內(nèi)外電力部門十分關(guān)注的問(wèn)題。因此對(duì)線路的維修和監(jiān)控的要求也不斷提高。電力公司要定期對(duì)線路設(shè)備巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期損傷和缺陷并加以評(píng)估，然后根據(jù)缺陷的輕重緩急，以合理的費(fèi)用和正確的優(yōu)先順序，安排必要的維護(hù)和修復(fù)，從而確保供電可靠性。

編輯推薦

《輸電線路巡線機(jī)器人視覺系統(tǒng)圖像處理及模式識(shí)別研究》由中國(guó)水利水電出版社出版。

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