基于多传感器的全天时激光除冰方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多传感器的全天时激光除冰方法，三种切割方式可选，分别为手动模式、半自动模式和自动模式。本发明专利技术通过视觉传感器模块采集图像信息，控制系统进行目标识别，在自动跟踪的基础上，通过用户端控制激光清除异物装置，提高了装置对复杂异物的适应能力，可根据实际情况，选取最佳切割方式，增加了切割的多样性和灵活性，提高了控制精度与切割效率。

【技术实现步骤摘要】
基于多传感器的全天时激光除冰方法
本专利技术涉及电力系统高压输电线除冰领域，具体涉及一种基于多传感器的全天时激光除冰方法。
技术介绍
在冬季严寒雨雪天气，输电线路、塔架容易覆冰覆雪，严重时可引起线缆断裂、塔架倒塌等，导致周围人畜伤亡、输电线路损坏，损失极大。架空输电线路具有点多面广、跨度大、线路长的特点，输电线路的除冰十分困难。现有的清除高压输电线路覆冰覆雪的手段主要有机械除冰、热力熔冰、自然除冰(也称被动除冰)、混合方式四类。机械除冰是一种接触式除冰操作，安全性能差，需要线路断电进行除冰，且易受地形限制等。自然脱冰无需附加能量，但适用性与可控性较差。热力熔冰以加热措施使覆冰熔化或脱落，使用最为广泛。激光除冰技术作为一种热力熔冰方式，通过激光加热使高压电缆的温度高于零度无法凝结成冰，或者直接熔冰，具有功率强、非接触操作、可移动等优点。但是当前的激光除冰技术装置需要全程人为操作控制，通过人来观察覆冰情况控制除冰操作，反馈实时性差，工作效率低，除冰效果差，并且还存在一定危险性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于多传感器的全天时激光除冰方法，在自动跟踪的基础上，通过用户端控制激光清除线缆覆冰，可根据实际情况，选取最佳切割方式，增加了切割的多样性和灵活性，提高了控制精度与切割效率。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于多传感器的全天时激光除冰方法，该方法基于激光除冰装置实现，所述激光除冰装置包括转台、激光部件、底座、电源系统、输入装置、显示屏、控制系统和视觉传感器模块；所述转台包括方位部件和俯仰部件，所述方位部件安装在所述底座上方，所述俯仰部件安装在方位部件上方，所述激光部件和视觉传感器模块安装俯仰部件的联接部件上；所述控制系统包括工控机和控制驱动部件，所述工控机与视觉传感器模块连接，用于控制视觉传感器模块调整参数，并对视觉传感器模块采集的图像进行识别，将识别结果传输给控制驱动部件；所述控制驱动部件和方位部件、俯仰部件相连，用于控制转台进行方位和俯仰两自由度的转动，进而带动激光部件和视觉传感器模块转动；所述视觉传感器模块包括可见光摄像机和红外热成像仪，所述视觉传感器模块与工控机连接，用于根据工控机的指令调整视觉传感器参数，根据时间切换可见光摄像机和红外热成像仪进行图像采集，并将采集的图像传输给工控机；所述除冰方法包括手动模式、半自动模式和自动模式，三种模式择一使用；手动模式的具体方法为：S11，视觉传感器模块采集当前图像信息，传送给控制系统，并在显示器上显示；S12，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；S13，控制系统接收到操作指令，对采集到的图像中框定区域进行图像识别，得到图像坐标，即覆冰与线缆的接触位置；S14，控制系统将覆冰接触位置的图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰与线缆接触位置；S15，根据输入装置的信息，进入切割模式；S16，控制系统根据接收的切割方向、切割速度指令，计算出相应的转台指令；S17，激光部件发送激光，控制系统将S16中计算得到的转台指令发送给转台，控制转台带动激光部件转动；S18，如果需要继续切除，重复S11～S17；半自动模式的具体方法为：S21，视觉传感器模块采集当前图像信息，传送给控制系统，并在显示器上显示；S22，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；S23，控制系统接收到操作指令，对采集到的图像中框定区域进行图像识别，得到图像坐标，即覆冰与线缆的接触位置；S24，控制系统将覆冰接触位置的图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰与线缆接触位置；S25，根据输入装置的信息，进入切割模式；S26，控制系统根据接收到的切割循环次数和切割速度指令，计算出第一转台指令，所述第一转台指令对应于转台转动的循环次数和转动速度；S27，在视频中点击切割路径的起点和终点，控制系统根据起点和终点的像素信息，将图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，计算出第二转台指令，所述第二转台指令对应于从切割路径起点到终点转台需要转过的角度；S28，激光部件发送激光，控制系统发送第一转台指令和第二转台指令给转台，控制转台带动激光部件转动；显示器同步显示出规划的路径，设备开始沿路径进行切割；S29，切割完成后，控制系统对当前采集到的图像进行图像识别，如果依然有覆冰，控制系统返回S23，转台继续跟踪覆冰，等待指令；若图像中没有覆冰，控制系统不发送指令给转台，等待结束；自动模式的具体方法为：S31，视觉传感器模块采集当前图像信息，传送给控制系统，并在显示屏上显示；S32，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；S33，控制系统接收到操作指令，对采集到的图像中框定区域进行图像识别，得到图像坐标，即覆冰与线缆的接触位置；S34，控制系统将覆冰接触位置的图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰与线缆接触位置；S35，根据输入装置的信息，进入切割模式；S36，激光部件发射激光，控制系统根据实时跟踪状况发送相对应的切割方向和切割速度指令给转台，控制转台带动激光部件转动；S37，控制系统对当前采集到的图像进行图像识别，如果依然有异物点，控制系统返回S33，转台将继续跟踪异物；如图像中没有异物，控制系统不发送指令给转台，切割结束。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术适用性强，在白天或者晚上都可以准确获取覆冰图像，有利于执行除冰操作；(2)灵活度高，设备轻便，能适应不同地形；(3)控制精度高，通过视觉伺服进行控制，提高了操作精度；(4)根据不同的实际情况选择不同的切割方式，手动模式更灵活，自动模式更智能，半自动模式为手动、自动模式优点的结合，本专利技术能够获得最佳的切割效果。附图说明图1是激光除冰装置的总装结构示意图。图2为本专利技术基于多传感器的全天时激光除冰方法流程图。图3是采集到的完整图像灰度化的结果图。图4是图像信息在相机平面的坐标系中分别进行x轴和y轴的投影示意图。图5(a)是图像平面坐标系关于Y轴投影∑Ai,j曲线图，图5(b)是图像平面坐标系关于X轴投影∑Ai,j曲线图。图6是针孔摄像机模型图。图7是本专利技术激光除冰装置的俯仰部件和方位部件结构示意图。图8是本专利技术激光除冰装置的方位部件剖面图和俯视图。图9是本专利技术激光除冰装置的俯仰部件俯视图。图10是本专利技术激光除冰装置的控制系统工作示意图。图11为本专利技术四种模式方法流程图。图12是激光除冰装置的应用示意图。附图标识：1为转台，2为激光部件，3为底座，4为视觉传感器模块，5为方位部件，6为俯仰部件，7为方位力矩电机，8为方位角度测量装置，9为轴承座一，10为轴承座二，11为俯仰力矩电机，12为俯仰角度测量装置，13为联接部件，14为方位限位锁零部件，15为方位底座，16为方位支架，17为激光发射头，18为俯仰限位锁零部件，19为激光蓄电池，20为直流电源，21激光控制箱，22为工控机，23为显示器，24为输入装置。具体实施方式一种基于多传感器的全天时激光除冰方法，该方法基于激光除冰装置实现，如图1所示，所述激光除冰装置包括转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多传感器的全天时激光除冰方法，其特征在于，该方法基于激光除冰装置实现，所述激光除冰装置包括转台(1)、激光部件(2)、底座(3)、电源系统、输入装置、显示屏、控制系统和视觉传感器模块(4)；所述转台(1)包括方位部件(5)和俯仰部件(6)，所述方位部件(5)安装在所述底座(3)上方，所述俯仰部件(6)安装在方位部件(5)上方，所述激光部件(2)和视觉传感器模块(4)安装在俯仰部件(6)的联接部件(13)上；所述控制系统包括工控机(22)和控制驱动部件，所述工控机(22)与视觉传感器模块(4)连接，用于控制视觉传感器模块(4)调整参数，并对视觉传感器模块(4)采集的图像进行识别，将识别结果传输给控制驱动部件；所述控制驱动部件和方位部件(5)、俯仰部件(6)相连，用于控制转台进行方位和俯仰两自由度的转动，进而带动激光部件(2)和视觉传感器模块(4)转动；所述视觉传感器模块(4)包括可见光摄像机和红外热成像仪，所述视觉传感器模块(4)与工控机(22)连接，用于根据工控机(22)的指令调整视觉传感器参数，根据时间切换可见光摄像机和红外热成像仪进行图像采集，并将采集的图像传输给工控机(22)；所述除冰方法包括手动模式、半自动模式和自动模式，三种模式择一使用；手动模式的具体方法为：S11，视觉传感器模块采集当前图像信息，传送给控制系统，并在显示器上显示；S12，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；S13，控制系统接收到操作指令，对采集到的图像中框定区域进行图像识别，得到图像坐标，即覆冰与线缆的接触位置；S14，控制系统将覆冰接触位置的图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰与线缆接触位置；S15，根据输入装置的信息，进入切割模式；S16，控制系统根据接收的切割方向、切割速度指令，计算出相应的转台指令；S17，激光部件发送激光，控制系统将S16中计算得到的转台指令发送给转台，控制转台带动激光部件转动；S18，如果需要继续切除，重复S11～S17；半自动模式的具体方法为：S21，视觉传感器模块采集当前图像信息，传送给控制系统，并在显示器上显示；S22，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；S23，控制系统接收到操作指令，对采集到的图像中框定区域进行图像识别，得到图像坐标，即覆冰与线缆的接触位置；S24，控制系统将覆冰接触位置的图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰与线缆接触位置；S25，根据输入装置的信息，进入切割模式；S26，控制系统根据接收到的切割循环次数和切割速度指令，计算出第一转台指令，所述第一转台指令对应于转台转动的循环次数和转动速度；S27，在视频中点击切割路径的起点和终点，控制系统根据起点和终点的像素信息，将图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，计算出第二转台指令，所述第二转台指令对应于从切割路径起点到终点转台需要转过的角度；S28，激光部件发送激光，控制系统发送第一转台指令和第二转台指令给转台，控制转台带动激光部件转动；显示器同步显示出规划的路径，设备开始沿路径进行切割；S29，切割完成后，控制系统对当前采集到的图像进行图像识别，如果依然有覆冰，控制系统返回S23，转台继续跟踪覆冰，等待指令；若图像中没有覆冰，控制系统不发送指令给转台，等待结束；自动模式的具体方法为：S31，视觉传感器模块采集当前图像信息，传送给控制系统，并在显示屏上显示；S32，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；S33，控制系统接收到操作指令，对采集到的图像中框定区域进行图像识别，得到图像坐标，即覆冰与线缆的接触位置；S34，控制系统将覆冰接触位置的图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰与线缆接触位置；S35，根据输入装置的信息，进入切割模式；S36，激光部件发射激光，控制系统根据实时跟踪状况发送相对应的切割方向和切割速度指令给转台，控制转台带动激光部件转动；S37，控制系统对当前采集到的图像进行图像识别，如果依然有异物点，控制系统返回S33，转台将继续跟踪异物；如图像中没有异物，控制系统不发送指令给转台，切割结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器的全天时激光除冰方法，其特征在于，该方法基于激光除冰装置实现，所述激光除冰装置包括转台(1)、激光部件(2)、底座(3)、电源系统、输入装置、显示屏、控制系统和视觉传感器模块(4)；所述转台(1)包括方位部件(5)和俯仰部件(6)，所述方位部件(5)安装在所述底座(3)上方，所述俯仰部件(6)安装在方位部件(5)上方，所述激光部件(2)和视觉传感器模块(4)安装在俯仰部件(6)的联接部件(13)上；所述控制系统包括工控机(22)和控制驱动部件，所述工控机(22)与视觉传感器模块(4)连接，用于控制视觉传感器模块(4)调整参数，并对视觉传感器模块(4)采集的图像进行识别，将识别结果传输给控制驱动部件；所述控制驱动部件和方位部件(5)、俯仰部件(6)相连，用于控制转台进行方位和俯仰两自由度的转动，进而带动激光部件(2)和视觉传感器模块(4)转动；所述视觉传感器模块(4)包括可见光摄像机和红外热成像仪，所述视觉传感器模块(4)与工控机(22)连接，用于根据工控机(22)的指令调整视觉传感器参数，根据时间切换可见光摄像机和红外热成像仪进行图像采集，并将采集的图像传输给工控机(22)；所述除冰方法包括手动模式、半自动模式和自动模式，三种模式择一使用；手动模式的具体方法为：S11，视觉传感器模块采集当前图像信息，传送给控制系统，并在显示器上显示；S12，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；S13，控制系统接收到操作指令，对采集到的图像中框定区域进行图像识别，得到图像坐标，即覆冰与线缆的接触位置；S14，控制系统将覆冰接触位置的图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰与线缆接触位置；S15，根据输入装置的信息，进入切割模式；S16，控制系统根据接收的切割方向、切割速度指令，计算出相应的转台指令；S17，激光部件发送激光，控制系统将S16中计算得到的转台指令发送给转台，控制转台带动激光部件转动；S18，如果需要继续切除，重复S11～S17；半自动模式的具体方法为：S21，视觉传感器模块采集当前图像信息，传送给控制系统，并在显示器上显示；S22，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；S23，控制系统接收到操作指令，对采集到的图像中框定区域进行图像识别，得到图像坐标，即覆冰与线缆的接触位置；S24，控制系统将覆冰接触位置的图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰与线缆接触位置；S25，根据输入装置的信息，进入切割模式；S26，控制系统根据接收到的切割循环次数和切割速度指令，计算出第一转台指令，所述第一转台指令对应于转台转动的循环次数和转动速度；S27，在视频中点击切割路径的起点和终点，控制系统根据起点和终点的像素信息，将图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，计算出第二转台指令，所述第二转台指令对应于从切割路径起点到终点转台需要转过的角度；S28，激光部件发送激光，控制系统发送第一转台指令和第二转台指令给转台，控制转台带动激光部件转动；显示器同步显示出规划的路径，设备开始沿路径进行切割；S29，切割完成后，控制系统对当前采集到的图像进行图像识别，如果依然有覆冰，控制系统返回S23，转台继续跟踪覆冰，等待指令；若图像中没有覆冰，控制系统不发送指令给转台，等待结束；自动模式的具体方法为：S31，视觉传感器模块采集当前图像信息，传送给控制系统，并在显示屏上显示；S32，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；S33，控制系统接收到操作指令，对采集到的图像中框定区域进行图像识别，得到图像坐标，即覆冰与线缆的接触位置；S34，控制系统将覆冰接触位置的图像坐标进行解算，得到角度坐标，再根据坐标系的转换关系得到转台坐标，发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰与线缆接触位置；S35，根据输入装置的信息，进入切割模式；S36，激光部件发射激光，控制系统根据实时跟踪状况发送相对应的切割方向和切割速度指令给转台，控制转台带动激光部件转动；S37，控制系统对当前采集到的图像进行图像识别，如果依然有异物点，控制系统返回S33，转台将继续跟踪异物；如图像中没有异物，控制系统不发送指令给转台，切割结束。2.根据权利要求1所述的基于多传感器的全天时激光除冰方法，其特征在于，S13、S23、S33中图像识别的方法为：步骤31，控制系统将视觉传感器模块捕捉到的像素值为n*m的图像灰度化；步骤32，将图像转化成byte数组的形式，得到一个n*m的图像矩阵，其中每一个元素Aij对应该像素点的灰度值：步骤33，获取图像中指定区域的图像信息，转换为图像识别矩阵，进行投影处理，对于图像识别矩阵中每一行、每一列求∑Ai,j；步骤34，通过分析投影得到的曲线，得到y轴波谷值对应图像坐标，即线缆的y坐标y0～y1；步骤35，求出y轴上波谷的像素宽，得到覆冰线缆直径在相机平面中投影的宽度d。3.根据权利要求1所述的基于多传感器的全天时激光除冰方法，其特征在于，S14、S24、S34中的跟踪方法相同，具体为：步骤41，根据焦距f求出覆冰距离设备的真实距离步骤42，根据Zc解算出激光点在图像平面中的坐标作为目标坐标(x0,y0)和结冰线缆真实直径D；步骤43，图像平面坐标系到角度坐标系的坐标解算；控制系统根据距离Zc下相机平面坐标系中像素点和角度坐标系的对应关系得到激光点的角度坐标(θx0,θy0...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，王艳琴，樊卫华，李胜，韩宇，董晟，黄紫霄，文云，姜珊，郭烨，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32