CN107393270B - 一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检设备及方法，设备包括监控中心和移动装置，移动装置分为视觉信息采集单元，信息处理及控制单元，无线网络通信单元，定位装置和动力装置，移动装置通过预先铺设的滑轨进行移动，当移动到某电气设备时，通过视觉信息采集单元采集仪表或者开关状态信息，并将信息送至信息处理及控制单元进行信息处理，无线网络通信单元将处理完的信息送至监控中心进行信息监管，从而实现对大规模电气仪表群进行巡检和对故障进行快速、准确定位的目标。本发明省去了大量繁琐的仪器故障监测工作，提高了工作效率，实现了大规模电气仪表群故障监测自动化。

Description

一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检设备及方法

技术领域

本发明涉及一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检设备及方法，属于仪表检测技术领域。

背景技术

在大规模电气仪表群的监测数据采集过程中，存在大量指针式仪表和无接口数显式仪表等直显式仪表，由于其数据无法直接被计算机采集，传统读数方式多采用人工读数。然而人工读数具有强度大、成本高、时效性不强、监测周期长等缺点，影响监测工作的进行。将图像处理技术应用于各类仪表的数据读取和状态识别工作中，实现仪表检测自动化，不仅提高了校验的准确度，而且提高了工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检设备及方法，可对大规模电气仪表群进行巡检和对故障进行快速、准确定位。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检设备，包括移动装置和监控中心；所述监控中心以服务器为平台，用于进行数据存储并提供人机交互界面；所述移动装置包括信息处理及控制单元、定位装置、无线网络通信单元、动力装置和视觉信息采集单元；

所述视觉信息采集单元的输出端接入信息处理及控制单元的输入端，所述定位装置与动力装置均与信息处理及控制单元相连，所述监控中心通过无线网络通信单元与信息处理及控制单元相互通信；

所述移动装置的各单元与装置均搭载在一个沿滑轨运动的移动平台上；

所述动力装置为移动平台提供动力支持；

所述定位装置用于获取移动装置与滑轨的相对位置；

所述视觉信息采集单元用于对巡检范围内的仪表进行视觉信息采集；

所述信息处理及控制单元从视觉信息采集单元获取视觉传感信息后对其进行处理，识别视野内有无仪表以及识别仪表读数或指示状态，并将识别信息通过无线网络通信单元上传至监控中心，同时接收监控中心发出的指令，通过动力装置控制移动装置的移动。

前述的滑轨采取双轴心导轨，预先铺设于所检测的场区之内。

前述的动力装置包括直流伺服电机、电机驱动电路和减速器，所述电机驱动电路接收信息处理及控制单元的控制信号，控制伺服电机的转动速度，所述伺服电机输出至减速器，减速器的输出作为动力装置的动力输出。

前述的定位装置采用绝对式编码器；所述绝对式编码器啮合于动力装置的减速器输出，将输出转速以脉冲流的形式进行编制，绝对式减速器每转动一个角度，编码器会输出一个电平脉冲，信息处理及控制中心对脉冲个数进行计数，判断移动装置行驶的路程。

前述的视觉信息采集单元采用单个图形传感器，并配以光线投射器。

前述的信息处理及控制单元包括高速处理芯片以及DDR、时钟电路、硬件复位电路。

用于电气仪表检测的移动式视觉巡检设备的巡检方法，包括以下步骤：

（1）监控中心通过无线网络通信单元定时向移动装置发送指令开始巡检，或者通过人为操作发送开始巡检指令；

（2）移动装置中的信息处理及控制单元接收到开始巡检指令后，将视觉信息采集单元、动力装置和定位装置由低功耗休眠模式唤醒，开始巡检；

（3）信息处理及控制单元通过动力装置控制沿预先铺设的滑轨移动，同时视觉信息采集单元采集信息；

（4）当识别出行进路线中检测范围内的仪表时，移动装置运动停止，视觉信息采集单元采集仪表静态图像并发送至信息处理及控制单元进行处理，识别仪表读数或指示状态；

（5）信息处理及控制单元将仪表静态图像和自动识别的仪表读数或指示状态发送至监控中心，监控中心将信息存储至数据库中；

（6）移动装置继续运动并重复步骤（3）至步骤（5）；移动装置移动的同时，信息处理及控制单元通过定位装置实时获取与滑轨的相对位置；

（7）移动装置移动至出发原点，停止运动，向监控中心发送巡检完成信息，同时信息处理及控制单元控制定位装置、视觉信息采集单元和动力装置进入休眠模式。

前述的巡检设备可实现对电气开关类、电气指示灯、指针式仪表和数显式仪表的识别，具体识别过程如下：

电气开关类的识别依据开关各种状态的位置，信息处理及控制单元对视觉信息采集单元获取的图像进行图像预处理、形态学检测定位及边缘检测，将电气开关柜的开关自动检测出来，并运用Hough变换，判断开关的角度，从而识别出开关的状态是打开还是闭合，并将该状态发送至监控中心，监控中心将其状态与预设状态进行对比，从而判断是否故障，输出故障信息；

电气指示灯的识别依据灯的颜色以及闪烁状态，信息处理及控制单元对视觉信息采集单元获取的图像进行图像预处理，然后对预处理图像进行霍夫变换进行圆检测，从而确定指示灯的区域，并对该区域的像素值进行检测确定指示灯的颜色，通过对比不同图像帧指示灯的颜色变化确定指示灯的闪烁状态，不变为不闪烁，时变为快闪烁，最后控制单元将识别出的状态传输至监控中心，监控中心将其与预设状态进行对比，判断设备是否出现故障，输出故障信息；

指针式仪表识别主要是自动判读仪表指针示指，信息处理及控制单元对视觉信息采集单元获取的图像进行处理，将圆形、扇形表盘通过坐标平移、翻转转化为矩形，再利用矩形表盘图像进行由上至下的直线扫描获得刻度线及指针的位置信息，通过位置信息的比较确定仪表读数，最后将仪表读数送至监控中心，监控中心通过与预设状态的对比判断设备是否出现故障，输出故障信息；

数显式仪表识别通过数字字符识别来读取数值，并将数值送至监控中心，监控中心通过与预设状态的对比判断设备是否出现故障，输出故障信息。

本发明具有如下优点：

（1）本发明利用移动装置，对需要进行大规模电气仪表巡检的场合以视觉图像的方式进行自动检测和识别，借助无线网络实现视觉信息和仪表识别信息的传输，可实现对故障仪表和设备的快速、准确的识别和定位；

（2）本发明使用滑轨的形式达到设备按规定路径进行巡检的目的，适用于多种电气仪表群的场合，有较强的场合通用性。

附图说明

图1是本发明用于电气仪表检测的移动式视觉巡检设备框图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的用于电气仪表检测的移动式视觉巡检设备包括移动装置和监控中心。

监控中心以服务器为平台，监控中心软件实现数据库管理、人机交互界面的作用。

移动装置，包括信息处理及控制单元、定位装置、无线网络通信单元、动力装置、视觉信息采集单元，

视觉信息采集单元的输出端接入信息处理及控制单元的输入端，定位装置与动力装置均与信息处理及控制单元相连，监控中心通过无线网络通信单元与信息处理及控制单元相互通信。

移动装置的各单元与装置均搭载在一个沿滑轨运动的移动平台上，滑轨采取双轴心导轨，预先铺设于所检测的场区之内，导引设备移动方向。

动力装置为移动平台提供动力支持，动力装置包括直流伺服电机、电机驱动电路和减速器，其中，电机驱动电路接收信息处理及控制单元的控制信号，控制伺服电机的转动速度，伺服电机输出至减速器，减速器的输出作为动力装置的动力输出，输出方式例如但不限于轮式和履带式。

采用绝对式编码器作为定位装置，编码器啮合于动力装置的减速器输出，将输出转速以脉冲流的形式进行编制。减速器每转动一个角度，编码器会输出一个电平脉冲。信息处理及控制中心对脉冲个数进行计数，可判断移动装置行驶的路程，以此获取移动装置与滑轨的相对位置，实现定位功能。

采用单个图形传感器作为视觉信息采集单元，对巡检范围内的仪表进行视觉信息采集，并配以光线投射器辅助视觉传感功能。图形传感器例如但不限于面阵CCD、数字摄像机。

信息处理及控制单元为移动装置的处理中心，从视觉信息采集单元获取视觉传感信息后对其进行处理，通过视觉传感信息识别视野内有无仪表以及识别仪表读数或指示状态，并将识别信息通过无线网络通信单元上传至监控中心，同时接收监控中心发出的指令，通过动力装置控制移动装置的移动。

信息处理及控制单元包括一具有高速处理功能的芯片以满足视觉传感信息处理需求，以及DDR、时钟电路、硬件复位电路。高速处理芯片例如但不限于FPGA芯片、嵌入式微处理器和数字信号处理器。

移动设装置和监控中心之间采用无线网路通信的方式作为传输介质，满足大流量图像传输需求。

采用本发明装置进行巡检的方法，其具体步骤如下：

（1）监控中心通过无线网络通信单元定时向移动装置发送指令开始巡检，也可通过人为操作发送开始巡检指令；

（2）移动装置中的信息处理及控制单元接收到开始巡检指令后，将视觉信息采集单元、动力装置和定位装置由低功耗休眠模式唤醒，开始巡检；

（3）信息处理及控制单元通过动力装置控制沿预先铺设的滑轨移动，同时视觉信息采集单元采集信息；

（4）当识别出行进路线中检测范围内的仪表时，移动装置运动停止，视觉信息采集单元采集仪表静态图像并发送至信息处理及控制单元进行处理，识别仪表读数或指示状态；

（5）信息处理及控制单元将仪表静态图像和自动识别的仪表读数或指示状态发送至监控中心，监控中心将信息存储至数据库中；

（6）移动装置继续运动并重复步骤（3）至步骤（5）；移动装置移动的同时，信息处理及控制单元通过定位装置实时获取与滑轨的相对位置；

（7）移动装置移动至出发原点，停止运动，向监控中心发送巡检完成信息，同时信息处理及控制单元控制定位装置、视觉信息采集单元和动力装置进入休眠模式，降低空闲功耗。

本发明装置可实现对各类仪表的检测，各类仪表的检测方法如下：

电气开关类的识别主要依据开关各种状态的位置，信息处理及控制单元对视觉信息采集单元获取的图像进行图像预处理、形态学检测定位及边缘检测，将电气开关柜的开关自动检测出来，并运用Hough变换，判断开关的角度，从而识别出开关的状态是打开还是闭合，并将该状态发送至监控中心，监控中心将其状态与预设状态进行对比，从而判断是否故障，输出故障信息。

电气指示灯的识别主要是依据灯的颜色以及闪烁状态，电气指示灯状态一般有亮，灭，慢闪烁，快闪烁，红，绿等。闪烁状态识别主要以不同图像帧之间灯的颜色差异为依据。指示灯的形状一般为圆形，信息处理及控制单元对视觉信息采集单元获取的图像进行图像预处理，增强、去噪、平滑，然后对预处理图像进行霍夫变换进行圆检测，从而确定指示灯的区域，并对该区域的像素值进行检测确定指示灯的颜色，通过对比不同图像帧指示灯的颜色变化确定指示灯的闪烁状态，不变为不闪烁，时变为快闪烁。最后控制单元将识别出的状态传输至监控中心，监控中心将其与预设状态进行对比，判断设备是否出现故障，输出故障信息。

指针式仪表识别主要是自动判读仪表指针示指。信息处理及控制单元对视觉信息采集单元获取的图像进行处理，将圆形、扇形表盘转化为矩形，再通过直线检测识别指针位置，从而计算出仪表指针示指。表盘的变换主要通过坐标平移、翻转实现。指针位置的识别主要利用矩形表盘图像进行由上至下的直线扫描获得刻度线及指针的位置信息，通过位置信息的比较确定仪表读数。最后将仪表读数送至监控中心，监控中心通过与预设状态的对比判断设备是否出现故障，输出故障信息。

数显式仪表识别主要是通过数字字符识别来读取数值，并将数值送至监控中心，监控中心通过与预设状态的对比判断设备是否出现故障，输出故障信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检方法，其特征在于，包括：

搭建用于电气仪表检测的移动式视觉巡检设备，包括移动装置和监控中心；所述监控中心以服务器为平台，用于进行数据存储并提供人机交互界面；所述移动装置包括信息处理及控制单元、定位装置、无线网络通信单元、动力装置和视觉信息采集单元；

所述视觉信息采集单元的输出端接入信息处理及控制单元的输入端，所述定位装置与动力装置均与信息处理及控制单元相连，所述监控中心通过无线网络通信单元与信息处理及控制单元相互通信；

所述移动装置的各单元与装置均搭载在一个沿滑轨运动的移动平台上；

所述动力装置为移动平台提供动力支持；

所述定位装置用于获取移动装置与滑轨的相对位置；

所述视觉信息采集单元用于对巡检范围内的仪表进行视觉信息采集；

所述信息处理及控制单元从视觉信息采集单元获取视觉传感信息后对其进行处理，识别视野内有无仪表以及识别仪表读数或指示状态，并将识别信息通过无线网络通信单元上传至监控中心，同时接收监控中心发出的指令，通过动力装置控制移动装置的移动；

然后执行以下步骤：

(1)监控中心通过无线网络通信单元定时向移动装置发送指令开始巡检，或者通过人为操作发送开始巡检指令；

(2)移动装置中的信息处理及控制单元接收到开始巡检指令后，将视觉信息采集单元、动力装置和定位装置由低功耗休眠模式唤醒，开始巡检；

(3)信息处理及控制单元通过动力装置控制沿预先铺设的滑轨移动，同时视觉信息采集单元采集信息；

(4)当识别出行进路线中检测范围内的仪表时，移动装置运动停止，视觉信息采集单元采集仪表静态图像并发送至信息处理及控制单元进行处理，识别仪表读数或指示状态；

(5)信息处理及控制单元将仪表静态图像和自动识别的仪表读数或指示状态发送至监控中心，监控中心将信息存储至数据库中；

(6)移动装置继续运动并重复步骤(3)至步骤(5)；移动装置移动的同时，信息处理及控制单元通过定位装置实时获取与滑轨的相对位置；

(7)移动装置移动至出发原点，停止运动，向监控中心发送巡检完成信息，同时信息处理及控制单元控制定位装置、视觉信息采集单元和动力装置进入休眠模式。

2.根据权利要求1所述的一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检方法，其特征在于，所述滑轨采取双轴心导轨，预先铺设于所检测的场区之内。

3.根据权利要求1所述的一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检方法，其特征在于，所述动力装置包括直流伺服电机、电机驱动电路和减速器，所述电机驱动电路接收信息处理及控制单元的控制信号，控制伺服电机的转动速度，所述伺服电机输出至减速器，减速器的输出作为动力装置的动力输出。

4.根据权利要求1所述的一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检方法，其特征在于，所述定位装置采用绝对式编码器；所述绝对式编码器啮合于动力装置的减速器输出，将输出转速以脉冲流的形式进行编制，绝对式减速器每转动一个角度，编码器会输出一个电平脉冲，信息处理及控制中心对脉冲个数进行计数，判断移动装置行驶的路程。

5.根据权利要求1所述的一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检方法，其特征在于，所述视觉信息采集单元采用单个图形传感器，并配以光线投射器。

6.根据权利要求1所述的一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检方法，其特征在于，所述信息处理及控制单元包括高速处理芯片以及DDR、时钟电路、硬件复位电路。

7.根据权利要求1所述的一种用于电气仪表检测的移动式视觉巡检方法，其特征在于，能够实现对电气开关类、电气指示灯、指针式仪表和数显式仪表的识别，具体识别过程如下：

电气开关类的识别依据开关各种状态的位置，信息处理及控制单元对视觉信息采集单元获取的图像进行图像预处理、形态学检测定位及边缘检测，将电气开关柜的开关自动检测出来，并运用Hough变换，判断开关的角度，从而识别出开关的状态是打开还是闭合，并将该状态发送至监控中心，监控中心将其状态与预设状态进行对比，从而判断是否故障，输出故障信息；

电气指示灯的识别依据灯的颜色以及闪烁状态，信息处理及控制单元对视觉信息采集单元获取的图像进行图像预处理，然后对预处理图像进行霍夫变换进行圆检测，从而确定指示灯的区域，并对该区域的像素值进行检测确定指示灯的颜色，通过对比不同图像帧指示灯的颜色变化确定指示灯的闪烁状态，不变为不闪烁，时变为快闪烁，最后控制单元将识别出的状态传输至监控中心，监控中心将其与预设状态进行对比，判断设备是否出现故障，输出故障信息；

指针式仪表识别主要是自动判读仪表指针示指，信息处理及控制单元对视觉信息采集单元获取的图像进行处理，将圆形、扇形表盘通过坐标平移、翻转转化为矩形，再利用矩形表盘图像进行由上至下的直线扫描获得刻度线及指针的位置信息，通过位置信息的比较确定仪表读数，最后将仪表读数送至监控中心，监控中心通过与预设状态的对比判断设备是否出现故障，输出故障信息；

数显式仪表识别通过数字字符识别来读取数值，并将数值送至监控中心，监控中心通过与预设状态的对比判断设备是否出现故障，输出故障信息。