一种10kV及以下输电线路瓷瓶裂缝检测装置和方法与流程

本发明涉及自动化检测技术领域，尤其涉及一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测装置和方法。

背景技术：

10kv及以下输电线路上的绝缘瓷瓶一般由单个完成绝缘隔离，其一般垂直地面部署，在实际作业中发现，瓷瓶早期裂缝一般出现在顶部的伞裙上，地面很难发现，一般都是出绝缘瓷瓶断裂、缺失等故障时才会被发现，往往会造成停电故障；由于10kv及以下输电线路多在人口较多的地方，周围线路交叉较多，还有建筑、树木等阻碍，采用无人机巡检的方案不适用，造成该类故障前期发现难，由于绝缘瓷瓶故障引起的停电事故时有发生。目前对于该类绝缘瓷瓶的检测一般是由巡检员携带望远镜等设备沿线巡视，由于观测角度不佳造成裂缝难以发现，且主要依靠巡检员经验判断是否有裂缝存在。

技术实现要素：

本发明为了解决10kv及以下输电线路瓷瓶难以进行检测的问题，提出一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测装置，其特征在于，所述瓷瓶裂缝检测装置包括支撑杆、设置在所述支撑杆底部的脚架、设置在所述支撑杆中部的主控导轨、设置在所述支撑杆顶部的信息采集模块，在所述主控导轨中滑动的主控模块；

所述支撑杆为多节套筒结构的圆柱状伸缩支撑杆，能够调节高度及锁紧伸缩高度；

所述主控导轨包括固定部和导轨部，所述固定部是截面为圆弧结构的安装板，所述圆弧半径与所述支撑杆半径相同，所述固定部能够紧密贴合在所述支撑杆表面，并通过螺栓与所述支撑杆固定连接；

所述信息采集模块采用封装形式，其包括摄像头单元、采集无线单元和三维旋转云台；

所述摄像头单元还包括并排设置的第一摄像头和第二摄像头，所述第一摄像头和第二摄像头在所述三维旋转云台上同步转动，所述两个摄像头的镜头光轴平行；

所述第一摄像头是长焦黑白镜头，用于获取清晰的瓷瓶图像，进行裂缝检测；

所述第二摄像头是广角彩色镜头，用于利用宽视野对瓷瓶进行识别和定位；

所述采集无线单元通过无线网络与所述主控模块连接，将所述摄像头单元采集到的图像数据发送给所述主控模块，同时将所述主控模块发送的控制命令传输至所述摄像头单元和三维旋转云台；

所述主控模块包括主控外壳、显示单元、主控无线单元和移动端人工智能模组；

所述显示单元用于展示所述摄像头单元采集的画面；

所述移动端人工智能模组对所述信息采集模块的第二摄像头采集的图像中的瓷瓶进行识别，将第一摄像头对准瓷瓶后，对第一摄像头拍摄的图像进行裂缝识别；

所述的主控无线单元用于通过无线网络与采集无线单元连接。

更进一步地，所述显示单元是触摸屏显示器，用于显示所述摄像头单元采集的画面以及进行人机交互。

更进一步地，所述主控外壳还包括导轨连接部，所述导轨连接部还包括滑块和万向节，所述滑块尺寸与所述主控导轨相匹配，能够在其中滑动；所述万向节用于连接所述滑块和所述主控外壳。

还提供了一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测方法，其特征在于，采用一种用于10kv及以下的瓷瓶裂缝检测装置进行裂缝检测，该方法包括以下步骤：

s1，在待检测的瓷瓶附近选择合适的观测位置，在观测点设置瓷瓶裂缝检测装置；

s2，调节支撑杆高度使信息采集模块达到适合观测瓷瓶的高度，并调节三维旋转云台方向使所述待检测瓷瓶进入摄像头单元的图像采集画面中；

s3，第二摄像头实时采集包含有瓷瓶的图像，移动端人工智能模组对图像中瓷瓶进行识别和定位，控制三维旋转云台使第一摄像头图像中心移至瓷瓶中心；

s4，移动端人工智能模组对处理后的图像进行裂缝识别，并将检测结果展示在显示单元上。

更进一步地，在步骤s3中，所述第二摄像头和第一摄像头同步转动，所述两个摄像头的镜头光轴平行，所述的控制所述三维旋转云台使所述第一摄像头图像中心移至瓷瓶中心包括以下步骤：

s31，在采集图像上建立坐标系，第二摄像头图像中心坐标为(0,0)，初始时瓷瓶中心坐标(x0,y0)，水平方向移动单位角度θ后坐标为(x1,y1)，垂直方向旋转单位角度θ后坐标为(x2,y2)，计算三维旋转云台转动单位角度θ与图像位移的关系粗标定，水平转动单位角度θ后水平位移wx＝x1-x0，垂直位移wy＝y1-y0；竖直转动单位角度θ后水平位移hx＝x2-x1，垂直位移hy＝y2-y1；

s32，依据瓷瓶中心坐标的绝对值为预期位移距离dx、dy，其正负号为移动的方向，并设定允许误差值ε；单次移动量为其中k是大于1的正整数，计算单次移动量dx、dy。

s33，通过三维旋转云台转动单位角度θ与图像位移的关系粗标定计算当前水平移动量dx和当前垂直移动量dy对应水平方向转动的角度和竖直方向转动的角度有如下关系：

通过该公式求取当前水平移动量dx和当前垂直移动量dy对应水平方向转动的角度和竖直方向转动的角度并控制三维旋转云台进行转动；

s34，重复步骤s31-s33，直至预期位移距离dx、dy小于允许误差值ε时停止调节。

本发明的有益效果是：

1、10kv及以下输电线路难以用无人机巡检，而地面观察角度不佳，造成瓷瓶裂缝难以早期发现，本发明专利采用支撑杆和云台相机组合的方式，通过人工选择适宜的观测点，并调节支撑杆使云台相机达到合适的检测高度，进而获得更好的裂缝检测角度。解决了难以用无人机进行巡检且地面观察角度不佳的问题。

2、本发明实现了使用便于携带的移动端人工智能模组对目标瓷瓶进行识别和定位绝缘瓷瓶，再用逐步调整、无限逼近的调节思想控制三维旋转云台转动、对准瓷瓶。这种调节方法相比传统的精细化旋转控制方法开发难度小，调节速度快；无需进行畸变校正和标定，跳过了复杂的畸变校正和标定的过程；同时，采用自动调整云台的方法，解决了手动控制云台时，对长焦相机的微调难以精准实现的问题。

3、本发明通过采用黑白长焦相机和彩色广角相机组合的图像采集方案，实现快速搜索目标的同时，达到了类似光学对焦的效果，使得采集的信息质量较好，避免了传统单摄像头采集方式的不足；解决了传统光学对焦中图像采集单元重量大，云台难以精确调节的问题，降低了瓷瓶裂缝检测装置的重心，使得云台相机操作难度降低。

4、在本发明中，通过主控导轨将主控模块固定在支撑杆上，并且能在导轨中调节高度，且能够通过万向节调整显示装置的角度，使工作人员能够获得最优的高度及角度操纵主控模块，极大的提高了人机交互的效率。

5、在本发明中，主控导轨通过与支撑杆半径相同的圆弧截面的安装板将其固定在支撑杆上，使主控导轨贴合在支撑杆外沿，防止主控导轨在支撑杆上转动，保持主控导轨方向竖直垂直；同时，也便于主控导轨与支撑杆之间固定。

6、本发明采用了可折叠式脚架使该检测装置在非工作状态下体积较小，没有凸出部件，便于收纳和保存；并在支撑杆上设有背带，用于在进行检测时方便检测人员携带检测装置到达检测位置。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测装置的主控模块示意图；

图3是本发明实施例提供的一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测方法的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测方法中控制三维旋转云台使采集图像中心移至瓷瓶中心的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测方法中三维旋转云台转动角度预测的示意图；

图6是本发明实施例提供的一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测方法中三维旋转云台转动控制算法的示意图。

其中:101-支撑杆，102-脚架，103-主控导轨，104-背带，200-信息采集模块，210-摄像头单元，211-第一摄像头，212-第二摄像头，220-采集无线单元，230-三维旋转云台，310-主控外壳，311-导轨连接部，320-显示单元，330-主控无线单元，340-移动端人工智能模组。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图1-6，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如附图1所示，一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测装置，该瓷瓶裂缝检测装置包括支撑杆101，脚架102，主控导轨103，信息采集模块200和主控模块；其中，脚架102设置在支撑杆101底部，与支撑杆101固定连接，用于在检测中固定瓷瓶裂缝检测装置；信息采集模块200设置在支撑杆101顶部，信息采集模块200底部与支撑杆101固定连接，信息采集模块200能够进行水平及竖直方向的转动；主控导轨103竖直设置在支撑杆101中间部位，主控模块能够在该主控导轨103中滑动。

在本实施例中，支撑杆101是具有多节套筒结构的圆柱状伸缩支撑杆，采用玻璃纤维等高强度的绝缘材料作为骨架，环氧树脂等高绝缘性能的绝缘材料作为外部绝缘层，支撑杆101能够调节伸缩高度及锁紧；信息采集模块200底部通过螺栓固定在支撑杆101顶部；支撑杆101底部与脚架102通过螺栓固定连接，脚架102是采用可回收结构的三脚架，用于稳定支撑杆101及信息采集模块200；主控导轨103包括固定部和导轨部，其中固定部是截面为圆弧结构的安装板，该圆弧半径与其安装处的支撑杆101半径相同，能够使主控导轨103紧密贴合在支撑杆101外壁上，同时使导轨部保持竖直方向，避免转动，并通过螺栓与支撑杆101固定连接，保持导轨部固定，无法绕支撑杆101转动。支撑杆101上还设有背带104，该背带104两端分别固定在支撑杆101靠近顶部和底部的两点，便于工作人员携带本瓷瓶裂缝检测装置，提高瓷瓶裂缝检测装置的便捷性。

信息采集模块200包括摄像头单元210，采集无线单元220和三维旋转云台230，摄像头单元210和无线单元220设置在三维旋转云台230上；摄像头单元210用于采集瓷瓶的图像信息；三维旋转云台230用于承载摄像头单元210和无线单元220，并带动摄像头单元210进行水平及竖直方向的转动；采集无线单元220分别与摄像头单元210和三维旋转云台230连接，用于通过无线网络将摄像头单元210采集的图像信息发送给主控模块，同时接收主控模块发送的控制信息，并将这些控制信息传输给摄像头单元210和三维旋转云台230。

在本实施例中，信息采集模块200采用封装形式，将摄像头单元210，采集无线单元220和三维旋转云台230封装在一起。其中，摄像头单元210采用双摄像头的形式，两个摄像头并排设置，且两个摄像头的镜头光轴平行；第一摄像头211是长焦黑白镜头，用于获取较清晰的瓷瓶图像，最终对瓷瓶裂缝进行识别，由于裂缝的灰度值与瓷瓶的差异较大，而黑白图片能够获得更多的亮度信息，能够采集到更多的细节信息，有利于对裂缝特征的获取；第二摄像头212是广角彩色镜头，用于利用彩色广角镜头的宽视野对瓷瓶进行识别和定位；采用彩色广角镜头和长焦黑白镜头的部署，还能实现类似光学变焦的效果，在将瓷瓶放置在图像中间后，能通过融合变焦的方式，将瓷瓶的图像占比放到最大，且因变焦引起的图像质量下降很少，这样做能够有效的保证变焦效果的同时，图像采集单元体积小重量轻，尽量降低瓷瓶裂缝检测装置的重心，便于其升高后操作。三维旋转云台230采用电动控制，能够通过主控单元的控制信息进行水平及竖直方向的转动。

如附图2所示，主控模块包括主控外壳310，显示单元320，主控无线单元330和移动端人工智能模组340，主控外壳310用于容纳主控模块中其余单元以及将主控模块固定在主控导轨103上；显示单元320用于向工作人员展示信息采集模块200采集到的图像信息以及裂缝检测的结果；主控无线单元330与显示单元320和移动端人工智能模组340连接，通过无线网络接收采集无线单元220发送的图像信息，以及将对摄像头单元210和三维旋转云台230下达的控制信息发送给采集无线单元220；移动端人工智能模组340包括人工智能芯片和中央处理器芯片，人工智能芯片是gpu或npu芯片，用于运行基于深度学习的识别方法，包括改进型ssd模型和改进型yolov3模型对瓷瓶及裂缝进行识别和定位；人工智能芯片对瓷瓶和裂缝通过提取特征图并进行训练，并通过增加随机裁剪、变色、扭曲或其他角度的瓷瓶和裂缝样本扩展数据，提高识别性能，最终准确预测瓷瓶及裂缝的位置；中央处理器芯片用于进行逻辑分析及控制。

在本实施例中，主控外壳310还包括导轨连接部311，导轨连接部311包括滑块和万向节；滑块上还设有锁紧装置，滑块尺寸与主控导轨相匹配，能够沿主控导轨103在竖直方向上自由滑动及锁紧；万向节一端与主控外壳310主体固定连接，一端与滑块固定连接，用于使操做人员能够在使用主控模块时获得合适的高度及角度。显示单元320采用触摸屏显示器，用于显示信息采集模块200采集到的图像信息和裂缝检测结果的同时还能够使操做人员进行人机交互。

如附图3所示，本发明还提供了一种10kv及以下输电线路瓷瓶裂缝检测方法，该方法包括以下步骤：

s1，在待检测的瓷瓶附近选择合适的观测位置，在观测点设置瓷瓶裂缝检测装置；

s2，调节支撑杆高度使信息采集模块达到适合观测瓷瓶的高度，并调节三维旋转云台方向使所述待检测瓷瓶进入摄像头单元的图像采集画面中；

s3，第二摄像头实时采集包含有瓷瓶的图像，移动端人工智能模组340对图像中瓷瓶进行识别和定位，控制三维旋转云台使第一摄像头图像中心移至瓷瓶中心；

s4，移动端人工智能模组340对处理后的图像进行裂缝识别，并将检测结果展示在显示单元上。

具体的，在步骤s1中，在待检测的瓷瓶附近选择合适的观测位置，在观测位置展开脚架102和支撑杆101，同时将主控模块固定在支撑杆101上，并启动主控模块及信息采集模块200。

在步骤s2中，通过观察显示单元320调节支撑杆101的高度，使支撑杆101顶部的三维旋转云台230到达观测角度适合的高度，并调节三维旋转云台230转动角度，使待检测瓷瓶进入摄像头单元210采集图像画面内。

如附图4所示，在步骤s3中，第二摄像头实时采集包含有瓷瓶的图像，移动端人工智能模组340对图像中瓷瓶进行识别和定位，控制三维旋转云台使第一摄像头图像中心移至瓷瓶中心，具体还包括以下步骤：

如附图5所示，步骤s31，在采集图像上建立坐标系，定义图像宽高分别是2m和2n，中心坐标为(0,0)，初始时瓷瓶中心坐标(x0,y0)，水平方向移动单位角度θ后坐标为(x1,y1)，因为广角摄像头有较严重的畸变，此时瓷瓶可能在水平和垂直方向上均移动，可计算水平方向旋转θ角度引起瓷瓶水平位移wx＝x1-x0(1)，垂直位移wy＝y1-y0(2)；同理再令三维旋转云台230垂直方向旋转单位角度θ至(x2,y2)，水平位移hx＝x2-x1(3)，垂直位移hy＝y2-y1(4)；公式(1)至(4)实现了三维旋转云台230转动单位角度与图像位移的关系粗标定，即水平转动单位角度θ后水平位移wx，垂直位移wy；竖直转动单位角度θ后水平位移hx，垂直位移hy。

步骤s32，由于广角摄像头具有较严重的畸变，随着绝缘瓷瓶向图像中心移动，前述公式计算结果误差较大，因此引入逐步调整、无限逼近的调节思想。瓷瓶中心坐标的绝对值为预期的位移量，其正负号为移动的方向，若预期移动位移分别为dx、dy，则设当前移动量为其中k是大于1的正整数；同时设允许误差为ε，表示当前位置离图像中心的距离，允许误差ε应大于三维旋转云台230在水平或竖直方向上转动单位角度θ所产生的最大位移量。

步骤s33，依据三维旋转云台230转动单位角度与图像位移的关系粗标定计算当前水平移动量dx和当前垂直移动量dy对应的三维旋转云台230水平方向转动的角度和竖直方向转动的角度当前水平移动量dx＝dwx+dhx(5)，当前垂直移动量dy＝dwy+dhy(6)，其中三维旋转云台230水平转动角度水平位移为dwx，垂直位移dwy，竖直转动角度使得水平位移为dhx，垂直位移dhy，则有根据公式(5)至(10)可得出：

可计算当前水平移动量dx和当前垂直移动量dy对应的三维旋转云台230水平方向转动的角度和竖直方向转动的角度

步骤s34，重复步骤s31至s33，直至预期位移dx、dy小于允许误差ε。

如附图6所示，具体的，根据瓷瓶中心当前坐标计算预期位移和方向，与允许误差ε比较，若预期位移小于允许误差ε则说明调节完成，否则进行三维旋转云台230调节；首先确定当前情况下三维旋转云台230转动单位角度θ与图像位移的关系粗标定，并选择k值计算本次移动的当前移动量依据转动单位角度θ与图像位移的关系粗标定计算当前移动量三维旋转云台230需要旋转的角度控制三维旋转云台230进行角度旋转后得到新的预期位移重复上述过程，一直到预期位移小于允许误差ε为止。

此处k值为大于1的正整数，k值越小，调整次数越少；相反k值越大，每次调节距离更小，调节次数更多，精度也更高。然而即使k取值为2依然能够保证多次调节后预期位移dx、dy小于允许误差ε。同时，k取值也应考虑当前移动量dx、dy应大于转动单位角度θ时图像位移量，如果前移动量dx、dy小于转动单位角度θ时图像位移量时，三维旋转云台230无法进行调节。

在步骤s4中，移动端人工智能模组340通过无线网络控制广角彩色镜头和长焦黑白镜头同时采集瓷瓶中心的图像，通过图像处理技术使两个镜头采集到的瓷瓶图像进行融合处理，获得完整、清晰，亮度、对比度等细节信息全面的瓷瓶图像。并对生成的融合图像进行缝隙识别检测，将检测结果及图像展示在显示单元上。

虽然本发明已经以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。