基于多传感器的全天时激光自动除冰方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多传感器的全天时激光自动除冰方法，视觉传感器模块采集当前图像信息；控制系统进行图像识别，得到覆冰位置信息，并对其进行解算，转化为角度坐标发送指令给转台，使其转动，跟踪覆冰与线缆接触位置；根据输入装置的信息，进入切割模式；激光部件发送激光，控制系统发送相对应的角度指令给转台，控制转台带动激光部件转动，设备开始沿路径进行切割，直至覆冰完全切除。本发明专利技术通过视觉传感器模块采集并显示目标位置，通过用户端控制激光除冰装置来进行目标跟踪和自动切割，提高了切割效率。

Multi sensor based automatic deicing method for all day laser

The invention discloses an all-day-time laser automatic deicing method based on multi-sensors, in which the visual sensor module collects the current image information, the control system recognizes the image, obtains the position information of the icing, calculates it, converts it into angle coordinates and sends instructions to the turntable to rotate, and tracks the icing and cable connection. According to the input device information, enter the cutting mode; Laser parts send laser, the control system sends the corresponding angle command to the turntable, the control turntable drives the laser parts to rotate, the equipment starts cutting along the path until the ice completely removed. The object position is collected and displayed by the visual sensor module, and the object tracking and automatic cutting are carried out by the laser deicing device controlled by the user end, thereby improving the cutting efficiency.

【技术实现步骤摘要】
基于多传感器的全天时激光自动除冰方法
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自动除冰方法。
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自动除冰方法，首先对覆冰进行目标识别和自动跟踪，然后进行自动切割以清除线缆覆冰，该方法具有自动化程度高、切割效率高的特点。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自动除冰方法，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；所述全天时激光自动除冰方法包括以下步骤：步骤1，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；步骤2，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；步骤3，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；步骤4，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；步骤5，根据输入装置的信息，进入切割模式；步骤6，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；步骤7，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，控制系统返回步骤3，转台将继续跟踪覆冰；如图像中没有覆冰，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)切割效率高，能够自动进行跟踪切割，减轻人力物力。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自动除冰方法流程图。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自动除冰方法，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。可见光指电磁波中人眼可以辨别的部分，在光线明亮的环境中，可见光摄像机能滤掉多余的杂光干扰，获得良好的图像效果。红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，是一种人眼看不到的光线，自然界的所有物体几乎都可以发出红外线。热像仪的核心是一种能够探测极微小温差的传感器，将温差转换成实时视频图像显示出来。任何有温度的物体都会发出红外线，热像仪就是接收物体发出的红外线，通过有颜色的图片来显示被测量物表面的温度分布，根据温度的微小差异来找出温度的异常点。当除冰装置工作在无可见光或微光的黑暗环境下时，可见光摄像机无法工作，此时可采用红外热成像仪获取线路图像信息进而得知覆冰情况。据此，本专利技术提出一种基于多传感器的激光除冰装置，白天通过可见光摄像机采集图像，晚上通过红外热成像仪采集图像，针对冰雪覆盖线缆的特征，能切实地提高激光除冰装置作业过程中对目标的识别率，在目标晃动时也能准确跟踪，使激光能够瞄准冰块，提高了激光作业效率。其中白天和晚上具体根据地点和季节设定。如图2所示，基于多传感器的全天时激光自动除冰方法具体步骤如下：步骤1，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；步骤2，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；步骤3，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；步骤4，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多传感器的全天时激光自动除冰方法，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)；所述全天时激光自动除冰方法包括以下步骤：步骤1，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；步骤2，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；步骤3，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；步骤4，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；步骤5，根据输入装置的信息，进入切割模式；步骤6，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；步骤7，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，控制系统返回步骤3，转台将继续跟踪覆冰；如图像中没有覆冰，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自动除冰方法，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)；所述全天时激光自动除冰方法包括以下步骤：步骤1，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；步骤2，当图像中存在覆冰时，将采集的图像进行放大；步骤3，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；步骤4，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；步骤5，根据输入装置的信息，进入切割模式；步骤6，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；步骤7，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，控制系统返回步骤3，转台将继续跟踪覆冰；如图像中没有覆冰，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自动除冰方法，其特征在于，步骤3中除冰目标识别方法包括以下步骤：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自动除冰方法，其特征在于，步骤4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)和结冰线缆y轴的角度坐标θy1；步骤44，根据激光点和覆冰线缆的y轴角度坐标作差得到Δθy，根据步骤四的D，工控机选择合适的Δθx来调整装置水平切割速度，得到转台应转动的角度Δθ＝(Δθx,Δθy)，，工控机发送命令给转台，使激光点和切割点重合。4.根据权利要求3所述的基于多传感器的全天时激光自动除冰方法，其特征在于，步骤42具体为：步骤421，根据光路与相机成像轴心绝对平行，可知激光点在相机轴心对应点的相对固定位置处，此相对位置已知；现实坐标系中，设相机轴心对应点的坐标为(ac,bc)，则激光点位置为(ac+dx,bc+dy)，dx和dy分别为相同距离下，激光点与相机轴心对应点在现实坐标系下的固定位置差；步骤422，相机成像轴心对应的点在成像过程中，不论离相机的距离是多少，其在相机平面中的坐标始终不变，为(xc,yc)；设激光点在相机平面中的坐标为(x0,y0)，(x0,y0)＝(xc+dx’,yc+dy’)，dx’和dy’为激光点与相机轴心对应点在相机平面坐标系下的坐标差；则：解得(x0,y0)；步骤423，根据摄像机的针孔模型，...

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