变电站智能巡检机器人视觉导航系统设计
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摘 要：在电网领域中变电站属于重要的枢纽，定期对其进行巡视处理，有助于确保变电站相关电气设备的合理运行与正常使用，近几年，我国在电力技术发展的过程中，变电站巡检技术已经从传统的人工巡检转变成为机器人的巡检形式，在此过程中，应根据机器人巡检工作特点、需求等合理进行视觉导航系统的设计，通过正确的方式方法提升变电站的巡检工作效果，满足当前的时代发展需求，为后续工作的正确落实提供帮助。
关键词：变电站;智能巡检机器人;视觉导航系统设计
在变电站智能巡检机器人视觉导航系统实际设计的过程中，应遵循与时俱进的发展原则，利用合理的方式针对变电站进行合理的巡检处理，针对视觉导航系统进行合理的设计与改革，以此维护变电站各方面工作的合理落实，达到预期的工作目的。
1 视觉导航整体结构
1.1 功能要求
在科学技术快速发展的过程中，变电站的电力体制在逐渐改革，电力系统已经开始向着自动化的方向发展，在变电站部分的工作中，相关机械设备的电气信号，可以利用监控、数据采集等相关系统、绝缘监测方式等获取，实现了相关设备的远程监控目的，在一定程度上可以降低相关变电站的维护工作数量，并延长巡视与检修工作周期。在变电站智能巡检机器人相关视觉导航系统实际设计的工作中，应树立正确观念意识，遵循科学化、合理化的工作原则，采用正确方式方法提升整体设计工作效果，充分发挥出相关视觉导航系统的设计作用，使得系统的运行功能符合要求。当前在变电站的智能巡检工作中，已经提出了相对应的工作建议与要求，在设计视觉导航系统的过程中，应遵循科学化的工作原则，通过合理的方式提升设计工作效果。保证其有着信息实时化搜集处理功能、数据处理功能、运动响应功能与其他功能，满足当前的时代发展需求，全面增强各方面工作效果，为后续工作的良好发展夯实基础。
1.2 总体结构
对于相关机器人而言，在实际设计的工作中，为了更好的创建视觉导航系统，应遵循科学化的工作原则，全面提升整体设计工作效果。在实际设计工作中，应合理创建移动提运动控制子系统，将PC104主板结构以及PMAC2A-104运动控制卡以及相关电机设备的驱动器设备等合理融入其中，以便于在机器人实际巡检期间，针对运动以及行为进行严格的控制。在机器人实际应用的过程中，可以全面的搜集各種数据信息，合理使用超声技术方式、激光雷达技术方式、GPS技术方式等，以便于合理的开展路径规划工作、巡检相关工作等等。在此工程中，系统可以实时化的将局部数据、规划数据等搜集在一起，结合车体情况开展动力学建模活动，在接收相关速度指令数据之后，可以将其分解到相关的电机中，通过解算的方式，了解电机承受速度特点，以便于合理的进行电机管理控制，利用正确的方法全面提升整体设计工作效果以及质量，在一定程度上能够增强各方面工作效果与水平。
2 变电站智能巡检机器人视觉导航系统设计
2.1 路径导航设计
当前在视觉导航设计的过程中，可以将其划分成轨线类型、路边线类型与路面分割类型的视觉引导形式，应遵循与时俱进的工作原则，提升各方面工作质量。
①对于轨线引导而言，主要是预先针对机器人需要行走的路线进行设计，保证设备可以按照线路进行运动。使用此类方式在一定程度上可以营造较为良好的路面环境，无需参照其他的内容与标准。[1]
②在对路边线进行提取的过程中，应将道路两侧的边缘线提取出来，之后应当将边缘线的交点计算而来。在此过程中，还需按照相关机器人的实际行走路线，合理的设计两侧边缘角平分线。在利用此类方式的过程中，无需进行标记处理，有助于提升工作质量，但是，很容易出现边缘缺乏明显性的问题，也会导致导航效果受到一定影响。[2]
③通常状况之下，路面亮度很高，采集图像的中间下部分属于道路部分，所以，应合理使用路面分割方式，通过链码跟踪方式进行处理，使得图像可以划分成为路面与非路面两种，之后使得机器人设备可以在道路中间运行。在采用这种方式的过程中，应保证道路部分与非道路部分之间的亮度差符合要求，如果两个部分的亮度差较低，将会使得分割效果受到影响，也不能确保导航参数设计的真实性与准确性，稳定性也会面临一些瓶颈问题。[3]
2.2 视觉处理设计
在视觉处理设计的过程中，应合理使用视频采集系统与技术，结合当地的实际状况与视觉导航系统的设计特点、要求等，正确的选择摄像头设备，将其设置在车体的前部位置。通常情况下，在机器人视觉导航系统设计工作中，应遵循科学化的原则，结合工作特点、需求等，合理的进行相互协调与管控，及时发现其中存在的问题，创建出科学化的工作模式与管理体系。在设计视觉处理系统的过程中，应使用各种模块对其进行组建处理，每个模块都应结合视觉导航系统的设计功能要求、目标要求等进行协调控制，通过正确的设计，全面提升整体设计工作效果与水平，将各方面设计优势充分发挥出来。[4]
2.3 图像处理处理设计
在图像处理设计的过程中，应总结丰富的设计经验，遵循科学化的设计原则，结合各方面工作特点、需求等，合理的完成相关设计任务。一方面，应重视彩色分割系统的设计，根据规律特点、导航系统设计需求等，将彩色分割设计方式合理应用其中，创建出科学化的工作模式，以此提升设计工作的质量水平。在此过程中，还需按照彩色分割设计内容与要求，正确的进行相互协调控制。如果在彩色图像处理的过程中，还使用传统的灰度图像处理方式，将会导致工作效果降低，所以，可以使用像素公式针对各种原始凸显进行灰度化处理，在对比各种结果的情况下，合理的设计。[5]
3 现场调试及测试
在该系统设计完成之后，在晴天环境、阴天环境、早晨环境与无法预知参考轨线的坐标位置上开展试验活动，机器人在运动过程中，最高速度是0.7米每秒，平均速度是0.5米每秒，与到航线之间的偏离误差最高为4厘米。在系统运行期间，所获得的图像像素为60帧每秒的二十四位彩位图，在导航参数获取到其他处理流程中，所消耗的时间为1秒钟，在一定程度上可以满足实时化的处理要求。在机器人实际运行期间，可以更好的拍摄出有代表优势的图像内容，结合各种图像的特点、规律等，正确的进行处理，有助于提升整体图像处理工作效果，将导航系统的设计优势、作用等全部发挥出来，以此提升各方面工作的可靠性与有效性，增强整体工作的力度。[6]
4 总结
在变电站智能巡检机器人视觉导航系统实际设计的过程中，应总结丰富的经验，遵循科学化与合理化的工作原则，统一标准全面提升整体智能变电站巡检工作效果与水平，将先进工作方式与设计方法的优势发挥出来，增强各方面系统的设计力度与工作水平，优化工作机制，提升机器人的视觉导航系统设计效果，满足当前的工作要求。
参考文献：
[1]陈园园，王涛，周虎成.智能变电站巡检服务机器人[J].周口师范学院学报，2018，35（5）：45-49.
[2]李元吉.变电站智能巡检机器人视觉导航方法研究[J].数字化用户，2017，23（43）：40-55.
[3]宋爱国，许春山，徐宝国，等.复杂环境下远程巡检机器人关键技术及应用[Z].东南大学，亿嘉和科技股份有限公司，扬州大学，南京天创电子技术有限公司，2018，12（33）144-199.
[4]姜道伟.变电站智能巡检机器人的定位和导航[D].新疆：新疆大学，2016，22（34）66-99.
[5]赵凯雅.用于移动机器人设备的视觉导航系统和方法：中国，CN201811027541.8[P].2018-12-04.
[6]东北大学.基于视觉示教的移动机器人定位与导航系统：中国，CN201810832511.8[P].2018-11-30.
作者简介：沈治国（1977-），男，湖南长沙人，软件工程硕士，副教授，主要研究方向：电子信息、嵌入式技术。
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