本发明专利技术涉及电力线路巡检的技术领域，公开了一种面向高压输电线路巡检的单目SLAM系统，架空输电线路巡线机器人使用可见光和红外双光融合吊舱，可以同时获得同一场景的可见光图像和红外图像，并且可见光图像和红外图像的像素点是一一对应的，巡检人员或者故障自动识别算法根据图像看金具表面是否有锈蚀、破裂和脱落等故障，高压输电线上是否有异物，杆塔上是否有鸟巢等影响输电安全的情况；通过红外图像判断输电线路是否有温度异常，进而确定输电线路是否存在异常；通过视觉SLAM技术对输电线路通道进行三维重建；通过三维地图能够知道是否有影响输电安全的情况。
【技术实现步骤摘要】
一种面向高压输电线路巡检的单目SLAM系统
本专利技术涉及输电线路巡检的
，特别是涉及一种面向高压输电线路巡检的单目SLAM系统。
技术介绍
由于高压输电线路分布很广，又长期处于露天之下运行，所以经常会受到自然环境和人类活动的影响，对输电线路的正常运行产生隐患，因此，需要对输电线路的各部件进行观察、检查和测量，以掌握线路的运行状况、及时发现设备缺陷和威胁线路安全的问题。同时，由于高压输电线路分布在各种地形条件下，且设备种类多而复杂，人工巡检工作强度大，危险性高。为了解决人工巡检面临的问题，电力巡检部门开始使用架空输电线路巡线机器人对输电线路进行巡检，现有的巡线机器人只是对输电线路和通道进行成像，通过图像判断线路是否有故障，通道中是否存在不安全因素等。此种方式虽然相对于传统的人工巡检方式有了较大的进步，但还无法对故障进行自动定位，不知道线路和通道中各个物体之间相对位置关系，也无法通过与以前输电线路和通道信息的比对发现一些新情况和新变化。例如，单纯地通过图像无法看出通道中的树木与高压线之间的距离，无法知道杆塔的倾斜以及电力金具的移位等。因此，需要以架空输电线路巡线机器人为平台，构建SLAM系统，对输电线路和通道进行三维重建，绘制输电线路和通道的三维地图。通过三维地图就能够发现和定位输电线路和通道异常，例如，金具是否锈蚀和破裂，是否有树木或者建筑物离高压输电线路太近，影响输电安全等故障。并能通过新旧地图的比对发现输电线路和通道的新变化，例如杆塔是否发生了倾斜、山体是否有塌方的迹象、高压输电线路的弧垂是否发生变化等，利于及时采取措施，避免事故的发生。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于架空输电线路巡线机器人的单目SLAM系统，以解决现有的巡线机器人只能获得输电线路和通道的二维平面图像信息，无法获得三维结构和位置信息的问题，使架空输电线路巡检系统具有更加强大和全面的巡检能力，以更好地满足电力部门的巡检需求。为了解决上述问题，本专利技术提供一种面向高压输电线路巡检的单目SLAM系统，包括：巡线机器人，所述巡线机器人包括搭载的可见光和红外光双光融合吊舱、北斗RTK和IMU集成位姿测量系统以及用于数据传输的5G和无线电台通讯系统；所述可见光和红外光双光融合吊舱的相机用于同时获取同一场景的可见光图像和红外图像，且可见光图像与红外图像的像素点一一对应，其中，可见光图像中的像素点的彩色信息用RGB三原色表示，红外图像中对应像素点用温度信息表示，即得到像素点的四维信息；所述北斗RTK高精度定位系统用于对巡线机器人和双光融合吊舱的相机进行绝对定位，所述IMU单元用于对相机的视线角进行测量，从而为单目SLAM计算提供所需的相机位姿信息；地面站，用于与所述巡线机器人进行实时通讯，对巡线机器人进行操控；边缘计算系统，部署于所述地面站，用于对巡线机器人传回的视频信息进行实时处理，并完成SLAM计算工作；巡检服务中心，用于部署AI服务器及显示模块，所述AI服务器用于对所述巡线机器人传回的图像信息、位置信息以及位姿信息进行智能处理，识别线路故障和其它异常情况，实现对架空输电线路的自主巡检，所述显示模块用于显示所述巡线机器人传回的图像信息、位置信息以及位姿信息。进一步的，还包括多个地标点，各所述地标点沿架空输电线路以一定的间距设置，地标点用于对IMU单元测量误差进行校准并消除累积误差。一种基于完全仿射不变特征的宽基线图像匹配算法，用于边缘计算系统中SLAM计算，包括如下步骤：S1：对获取的图像用MSER算法检测特征区域，并按下式计算特征区域的协方差矩阵；其中，式中：Σ为协方差矩阵；Ω为特征区域，χ为像素点的坐标,μ为区域的形心，T为矩阵转置；S2:计算协方差矩阵的特征值和特征向量，以特征区域的形心为中心，取一矩形图像区域。矩形的长和宽分别与椭圆的长轴和短轴平行，其长度分别是长轴和短轴长度的2倍。如果矩形区域超出图像范围，其长和宽等于椭圆的长轴和短轴的长度；S3：利用特征值和特征向量对矩形区域进行旋转压缩，使矩形区域所包含的椭圆变为圆，矩形区域被变换为正方形区域；S4：在提取的正方形区域上使用SIFT算法提取特征点，并将特征点坐标变回原图像坐标；S5：匹配特征点并用RANSAC算法滤除误匹配的点。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的一种面向高压输电线路巡检的单目SLAM系统，能够对巡检信息进行智能处理，及时、准确地发现线路故障和其它异常情况，实现对架空输电线路的自主巡检，降低巡检人员的工作负担；并且创造性的提出了一种性能优越的宽基线图像匹配技术---基于完全仿射不变特征的宽基线图像匹配算法技术，该算法能够在基线较宽的条件下实现较多数量的图像特征匹配，提升了单目SLAM算法的鲁棒性和适应性。附图说明图1是本专利技术实施例中的单目视觉与RTK_IMU松耦合原理框图。图2是本专利技术实施例中巡线机器人的结构示意图。图3为本专利技术实施例中的架空输电线路巡检系统构成示意图。图4是本专利技术实施例中的MSER检测算法示意图。图5是本专利技术实施例中的MSER特征区域检测原理。图6是本专利技术实施例中的MSER特征检测效果示意图。图7是本专利技术实施例中的高斯核函数要与图像结构相匹配示意图。图8是本专利技术实施例中的MSER特征的协方差示意图。图9是本专利技术实施例中的区域的协方差矩阵与仿射变换的关系示意图。图10是本专利技术实施例中的变各向异性区域为各向同性区域的示意图。图11是本专利技术实施例中的选择变换区域的示意图。图12是本专利技术实施例中的旋转压缩变换区域的示意图。图中：2、巡线机器人；201、双光融合吊舱；202、北斗RTK和IMU集成位姿测量系统；203、5G和无线电台通讯系统；3、地面站；301、云服务器；302、移动设备；303、输电铁塔；304、输电线路；4、巡检服务中心；501、封闭曲线；502、曲线；503、白色不规则曲线；901、黑色不规则曲线围成的区域；1101、形状不规则的白线所围的区域；1102、白线椭圆；1103、白色矩形。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。结合图1～12所示，示意性地显示了本专利技术实施例的一种基于架空输电线路巡线机器人的单目SLAM系统，包括：本专利技术提供一种面向高压输电线路巡检的单目SLAM系统，包括：巡线机器人2，该巡线机器人2包括搭载的可见光和红外光双光融合吊舱201、北斗RTK和IMU集成位姿测量系统202以及用于数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向高压输电线路巡检的单目SLAM系统，其特征在于，包括：/n巡线机器人，所述巡线机器人包括搭载的可见光和红外光双光融合吊舱、北斗RTK和IMU集成位姿测量系统以及用于数据传输的5G和无线电台通讯系统；所述双光融合吊舱的相机用于同时获取同一场景的可见光图像和红外图像，且可见光图像与红外图像的像素点一一对应，其中，可见光图像中的像素点的彩色信息用RGB三原色表示，红外图像中对应像素点用温度信息表示，即得到像素点的四维信息；所述北斗RTK高精度定位系统用于对巡线机器人和双光融合吊舱的相机进行绝对定位，所述IMU单元用于对相机的视线角进行测量，从而为单目SLAM计算提供所需的相机位姿信息；/n地面站，用于与所述巡线机器人进行实时通讯，对巡线机器人进行操控；/n边缘计算系统，部署于所述地面站，用于对巡线机器人传回的视频信息进行实时处理，并完成SLAM计算工作；/n巡检服务中心，用于部署AI服务器及显示模块，所述AI服务器用于对所述巡线机器人传回的图像信息、位置信息以及位姿信息进行智能处理，识别线路故障和其它异常情况，实现对架空输电线路的自主巡检，所述显示模块用于显示所述巡线机器人传回的图像信息、位置信息以及位姿信息。/n...
【技术特征摘要】
1.一种面向高压输电线路巡检的单目SLAM系统，其特征在于，包括：
巡线机器人，所述巡线机器人包括搭载的可见光和红外光双光融合吊舱、北斗RTK和IMU集成位姿测量系统以及用于数据传输的5G和无线电台通讯系统；所述双光融合吊舱的相机用于同时获取同一场景的可见光图像和红外图像，且可见光图像与红外图像的像素点一一对应，其中，可见光图像中的像素点的彩色信息用RGB三原色表示，红外图像中对应像素点用温度信息表示，即得到像素点的四维信息；所述北斗RTK高精度定位系统用于对巡线机器人和双光融合吊舱的相机进行绝对定位，所述IMU单元用于对相机的视线角进行测量，从而为单目SLAM计算提供所需的相机位姿信息；
地面站，用于与所述巡线机器人进行实时通讯，对巡线机器人进行操控；
边缘计算系统，部署于所述地面站，用于对巡线机器人传回的视频信息进行实时处理，并完成SLAM计算工作；
巡检服务中心，用于部署AI服务器及显示模块，所述AI服务器用于对所述巡线机器人传回的图像信息、位置信息以及位姿信息进行智能处理，识别线路故障和其它异常情况，实现对架空输电线路的自主巡检，所述显示模块用于显示所述巡线机器人传回的图像信息、位置信息以及位姿信息。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王林，岳湘，李威，刘雨丹，陈亦来，陈定簪，吴雯丽，
申请(专利权)人：浙江港创智能机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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