一种智能断切电缆的方法、装置、设备和介质与流程

1.本发明属于电力技术领域，具体涉及一种智能断切电缆的方法、装置、设备和介质。


背景技术：

2.电力电缆因其可靠性高、占地少、传输性能稳定、铺设于地下美观等优点，现在城市配电网中大量推广、使用。在其投入运行若干年后，需对其进行检查、更换，以保证安全可靠供电。现行常用的切割电缆方法是利用手摇绝缘切刀43进行切割，切割时通过与刀头相连的液压装置驱动刀刃完成对电缆的切割。在切断电缆过程中，作业人员需要进入电缆管道内部，找出待切割电缆并手扶切刀作业，存在有限空间内误断带电电缆的危险隐患，难以充分保障人员的人身安全。
3.通过断电缆安全辅助装置与绝缘切刀43配合使用，能够实现对电缆进行一定距离范围外的操作切割，切割后绝缘切刀43不掉落，切割断面垂直。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种智能断切电缆的方法、装置、设备和介质，以解决现有技术中容易人工下井作业带来的安全隐患。
5.第一方面，一种智能断切电缆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.通过视频采集系统获取切割模块周围的视频数据，并上传到中控服务器；
7.所述中控服务器通过视觉探测技术和bp神经网络算法处理视频数据，生成第一控制信号，将所述第一控制信号发送到视频采集系统，从而控制所述视频采集系统的视角转至预设位置；
8.所述中控服务器通过视频采集系统实时获取切割模块周围的视频数据，并根据所述实时获取的切割模块周围视频数据生成第二控制信号，将所述第二控制信号发送到切割模块，从而控制切割模块进行切割；
9.切割完成后，所述中控服务器生成第二控制信号并发送到切割模块，控制切割模块复位。
10.本发明的进一步改进在于：生成第一控制信号时，具体包括以下步骤：
11.通过视觉探测技术将所述视频数据转化为图像数据值，并将图像数据值矢量化生成矢量样本；并对视频数据中的切割模块4进行物品识别，甄选特征图像及点位，将其最大化，得到目标样本goal；
12.将矢量样本与目标样本goal进行像素点位对比，并采用bp神经网络算法处理点位偏差训练生成第一控制信号。
13.本发明的进一步改进在于：采用bp神经网络算法训练生成第一控制信号时，具体包括以下步骤：
14.网络初始化，将矢量样本设为输入层，设置m个节点；第一控制信号为隐含层，设置
n个节点；输出层设置一个节点，学习速率设为ε，激励函数为h(x，y)；
15.预设输入层到隐含层的方位偏置和隐含层到输出层的方位偏置；
16.执行bp网络算法，根据输入层到隐含层的方位偏置和隐含层到输出层的方位偏置执行bp网络算法，构造隐含层、输出层和误差的决策函数计算，并对方位偏置进行更新；
17.当输出层和目标样本相同或误差函数趋近于0时停止迭代输出此时的第一控制信号；若误差函数不趋近于0，则重复执行bp网络算法步骤。
18.本发明的进一步改进在于：更新输入层到隐含层的方位偏置和隐含层到输出层的方位偏置时采用梯度下降法。
19.本发明的进一步改进在于：预设输入层到隐含层的方位偏置为1，预设隐含层到输出层的方位偏置根据初始样本与目标样本的差值进行预赋。
20.本发明的进一步改进在于：所述中控服务器生成第二控制信号控制切割模块切割时，具体包括以下步骤：
21.当视频采集系统调整到预设角度后，中控服务器生成第二控制信号表示为m(x，y)，x表示进或退刀，y表示速度；
22.切断完成数据认定，视频监控系统在电缆断切过程中，持续工作获取实时视频数据，并上传到中控服务器，中控服务器根据对实时视频数据进行处理，当发现一次性大变动时，即表示电缆断切完成。
23.第二方面，一种智能断切电缆的装置，包括，视频采集系统、切割模块、中控服务器，所述中控服务器的信号输入端与视频采集系统的信号输入端相连，所述视频采集系统用于采集切割模块周围的视频数据，所述中控服务器用于生成第一控制信号和第二控制信号，所述中控服务器生成的第一控制信号传输到视频采集系统控制视频采集系统的拍摄角度，所述中控服务器生成的第二控制信号传输到切割模块进行切割和复位。
24.本发明的进一步改进在于：所述中控服务器生成的第二控制信号依次通过第一无线信号放大器和第二无线信号放大器传输到切割模块。
25.第三方面，一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现上述的一种智能断切电缆方法。
26.第四方面，一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的一种智能断切电缆方法。
27.与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
28.1、本发明通过视频采集系统和中控服务器代替人观察井下电缆情况再结合算法编程，根据对目标的识别、跟踪和测量，不断迭代训练，形成可靠准确的目标信号指令，具备运算速度快、安全性高等优点，有效解决电缆断切装置人为在有限空间内操作的潜在危险的问题，预防在检修工作中因误操作而造成人员伤亡事故。
29.2、本发明采用的bp神经网络算法，是一种性能较优异的多层前馈神经网络算法，分别对采集图像、控制指令进行训练，利用误差反馈的特点，提高了预测及控制的精度；
30.3、本发明通过视觉探测技术的可视化实现，通过视频采集系统获取切割后的画面，提高了安全可靠性。
附图说明
31.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
32.图1为本发明一种智能断切电缆的方法的流程图；
33.图2为本发明一种智能断切电缆的装置的结构示意图；
34.图3为本发明一种智能断切电缆的方法中bp神经网络算法示意图。
35.图中：1、中控服务器；2、显示屏；3、视频采集系统；4、切割模块；41、电磁阀；42、电动泵；43、绝缘切刀；5、第一无线信号放大器；6、第二无线信号放大器。
具体实施方式
36.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
38.实施例1
39.如图1所示，一种智能断切电缆的方法，包括以下步骤：
40.s1、通过视频采集系统3获取切割模块4周围的视频数据，并上传到中控服务器1；
41.s2、中控服务器1通过视觉探测技术和bp神经网络算法处理视频数据，生成第一控制信号，将第一控制信号发送到视频采集系统3，从而控制视频采集系统3的视角转至预设位置；
42.s3、中控服务器1通过视频采集系统3实时获取切割模块4周围的视频数据，并根据实时获取的切割模块4周围视频数据生成第二控制信号，将第二控制信号发送到切割模块4，从而控制切割模块4进行切割；
43.s4、切割完成后，中控服务器1生成第二控制信号并发送到切割模块4，控制切割模块4复位。
44.s2、s3和s4中的第一控制信号和第二控制信号通过无线和光纤传输结合的方式进行传输，保证数据传输通道畅通，实现实时控制。
45.视频采集系统3为设置在待切割电缆周围的摄像头，切割模块4包括电动泵42和绝缘切刀43，电动泵42内设有电磁阀41，电磁阀41受到第二控制信号控制，通过电磁阀41带动电动泵42工作，从而控制绝缘切刀43作业。
46.在s2中生成第一控制信号具体包括以下步骤：
47.s21、通过视觉探测技术将视频数据转化为像素点位分布、物体形状等信息，形成图像数据值d(x，y)，并将图像数据值d(x，y)矢量化生成矢量数据集；将图像数据值d(x，y)中各种信息因素做映射到矢量样本φ(x，y)，引入从图像数据值d(x，y)到矢量样本φ(x，y)的变换，即：d(x，y)
→
φ(x，y)，x、y：表示位置坐标，即完成数据特征提取。并对视频数据中的切割模块4进行物品识别，甄选特征图像及点位，将其最大化，作为目标数据特征(目标样本goal)；
48.s22、将矢量样本φ(x，y)与目标样本goal进行像素点位对比，并根据点位偏差采用bp神经网络算法训练生成第一控制信号v(x，y)，源于视频信号数据集video：包含(方向，距离)；被测数据特征点位在目标样本特征点位内部且在右上位置，则发送v(x，y)：x＞0，y＞0，表示向右上方向，x表示向右特征点位距离差，y表示向上特征点位距离差。以此类推，直至监控装置调节适当，画面清晰可见，具体流程如图3所示。
49.bp神经网络算法是近年来人工智能领域针对误差分析较优异的研究成果，其算法思想是通过多层的前馈神经网络进行训练，其信号是前向传播的，误差是反向传播的。具体包括两个阶段：第一阶段信号前向传播，从输入层经过隐含层到达输出层；第二阶段是误差的反向传播，从输出层到隐含层，再到输入层，依次调节隐含层的权重和偏置，不断优化之后，即误差趋于最小值，即得最优方案。
50.在s22中采用bp神经网络算法训练生成第一控制信号时，具体包括以下步骤：
51.s221、网络初始化，将矢量样本φ(x，y)作为输入层，设置m个节点；将第一控制信号v(x，y)作为隐含层，设置n个节点；输出层(伪目标样本)设置一个节点，学习速率为ε，激励函数为h(x，y)。
52.(a、b、c、d均为常数)；
53.s222、初始样本方位偏置和激励函数设置，输入层到隐含层的方位偏置设为ai、bi，隐含层到输出层的方位偏置设为aj、bj。初始赋值ai＝1；bi＝1；aj、bj根据初始样本与目标样本的差值进行预赋；
54.s223、执行bp网络算法，在图像数据集data中按时序顺序抽取的样本，进行矢量化、归一化处理，即将矢量样本φ(x，y)数据映射到更小区间，开始训练。构造隐含层video、输出层fgoal和误差δ的决策函数计算，同时进行方位偏置更新。
55.隐含层函数：vi(x，y)＝aix+biy(i＝1，2，...，n)；
56.输出层函数：fj(x，y)＝ajx+bjy(j＝1，2，...，l)；
57.误差函数：
58.利用梯度下降法，对隐含层和输出层的方位偏置调整为：
59.ai＝ai±
δ
ij
(x
l
＞xi,取“+”)；
60.aj＝aj±
δ
ij
(x
l
＞xj,取“+”)；
61.bi＝bi±
δ
ij
(y
l
＞yi,取“+”)；
62.bj＝bj±
δ
ij
(y
l
＞yj,取“+”)；
63.s224、算法终止判别，当输出层样本集fgoal与目标样本goal基本一致或δ
ij
→
0，算法即停止迭代，输出此时的第一控制信号v(goal)；否则，返回s223；
64.当s2中调整完视频采集系统3的角度后，切割模块4才能进行运动，切割模块4工作时，视频采集系统3持续对切割模块4周围进行视频数据采集。
65.在s3具体包括以下步骤：
66.s31、第二控制信号表示为m(x，y)，源于视频信号数据集move：包含(进/退刀，速度)，需要进刀时，中控服务器1发送m(up，slow)：表示缓慢进刀，断切电缆。需要退刀时，中
控服务器1发送m(down，fast)：表示快速退刀，使绝缘切刀43归位；
67.s32、切断完成数据认定。视频监控系统实时在电缆断切过程中，持续工作实时获取视频数据，不断监测收集到的图像视频等数据集，并上传到中控服务器1，中控服务器1根据从实时视频数据分析获取的像素点位分布、亮度、颜色等信息，发现一次性大变动，即表示电缆断切完成。
68.s4、切割完成后，中控服务器1生成第二控制信号并发送到切割模块4，此时的第二控制信号为m(down，fast)，控制切割模块4复位。
69.实施例2
70.一种智能断切电缆的装置，如图2所示，包括，视频采集系统3、切割模块4、中控服务器1，中控服务器1的信号输入端与视频采集系统3的信号输入端相连，视频采集系统3用于采集切割模块4周围的视频数据，中控服务器1与显示屏2相连，显示屏2用于对视频采集系统3采集的视频数据进行展示，使地面上的工作人员能了解地下工况。
71.中控服务器1用于生成第一控制信号和第二控制信号，中控服务器1通过光纤和无线传输组合的方式将第一控制信号传输到视频采集系统3，控制视频采集系统3到合适的拍摄角度。
72.中控服务器1生成的第二控制信号依次通过第一无线信号放大器5和第二无线信号放大器6传输到切割模块4中，从而控制切割模块4中的电磁阀41开关，通过控制电磁阀41使电动泵42工作带动绝缘切刀43切割地下电缆。
73.其中，中控服务器1、显示屏2和第一无线信号放大器5设置在地面上方，视频采集系统3、切割模块4和第二无线信号放大器6设置在地面下方。
74.切割模块4通过充电电池供电，避免沟道或现场无电源的问题，进一步减小安全隐患，绝缘切刀43包括绝缘油管和切刀，通过绝缘油管将绝缘油喷到切刀上，起到绝缘效果，电动泵42为液压电动泵。
75.视频采集系统3为摄像头，摄像头下方设有视频万能支架，实现摄像头多角度监控现场工作点，可随意固定在任何不影响工作环境的地方。
76.实施例3
77.本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例1中的一种智能断切电缆方法。
78.实施例4
79.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1中的一种智能断切电缆方法。
80.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
81.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
82.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序
产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
83.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
84.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
85.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
86.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。