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专利号: 202410576924X
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-03-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种绝缘子表面污秽状态检测系统,包括无人机飞控和检测单元,检测单元设置于无人机底部,所述检测单元包括处理单元、存储器、图像传感器、景深传感器、储水箱和喷淋单元,所述处理单元用于执行计算机程序或指令,处理单元与无人机飞控进行数据交换,所述存储器中存储有计算机程序或指令、采集的图像信息和分析数据;所述图像传感器采集绝缘子表面图像信息,所述景深传感器采集绝缘子表面深度信息,图像信息和深度信息均传输至处理单元中分析;所述喷淋单元喷洒去离子水清洗绝缘子表面,所述储水箱内部存放去离子水,用于给喷淋单元喷洒;其特征在于:检测流程包括以下步骤:

步骤01:采集阶段,无人机飞控预设无人机飞行路线和飞行姿态,无人机以绝缘子轴心为中心围绕串接的绝缘子旋转飞行三周,所述图像传感器获取图像信息并传输至处理单元中,所述景深传感器获取景深信息并传输至处理单元中,所述图像传感器和景深传感器持续采集直至无人机飞完所有绝缘子周围路线;

步骤02:预处理阶段,所述处理单元分别控制图像传感器和景深传感器启动,将获取的图像信息和景深信息进行网格重建,网格重建后获得绝缘子表面的立体图像信息和立体点云信息,生成数字模型,对绝缘子表面存在的污垢面积进行分级,利用景深信息去除绝缘子表面坑洼干扰项,对绝缘子表面存在的污垢高度进行分级,根据污垢面积和污垢高度对其进行初步判定分类;

步骤03:清洁阶段,处理单元随机选择需要清洁的绝缘子并发送对应位置信息至无人机飞控,无人机飞控控制无人机飞行到指定地点,喷淋单元保持指定方向,处理单元控制喷淋单元对绝缘子表面的污垢进行清理;

步骤04:二次采集阶段,无人机飞控根据清洁的污垢点信息控制无人机飞行路线和飞行姿态,所述图像传感器获取污垢点清洁后的图像信息,所述图像传感器将获取的图像信息传输至处理单元中;

步骤05:验证处理阶段,根据二次采集阶段接收的图像信息和预处理阶段的图像信息比对,对绝缘子表面的污垢残留程度进行评估,根据评估结果对预处理阶段的分类结果进行修正。

2.根据权利要求1所述的一种绝缘子表面污秽状态检测系统,其特征在于,采集阶段中,无人机飞行路线包括以下步骤:步骤011:所述无人机飞控锁定绝缘子的位置与高度,根据绝缘子位置与高度信息自动生成上下三条首尾相连的飞行路线,位于中间的飞行路线与绝缘子处于同一水平线且以绝缘子为中心做圆周运动;

步骤012:所述图像传感器获取绝缘子受光照的阴影图像信息并传回处理单元,同时无人机飞控将无人机的位置信息和高度信息传输至处理单元中,根据绝缘子受光照的阴影图像信息、无人机位置信息和高度信息计算得出光照的法线方向步骤013:无人机位于上方的飞行路线与绝缘子水平高度夹角为q且同样以绝缘子为中心做圆周运动,无人机位于下方的飞行路线与绝缘子水平高度夹角为p且同样以绝缘子为中心做圆周运动;

其中,三条飞行路线中无人机控制自身姿态使图像传感器和景深传感器朝向始终指向绝缘子,图像传感器和景深传感器分别采集图像信息和景深信息传输至处理单元中,夹角p和q的计算公式如下:

3.其中,d为无人机与绝缘子之间的水平距离,h为无人机与绝缘子所在水平面的高度间距,H为绝缘子所在水平面的高度,I为图像传感器获取图像信息中的光照强度,

4.根据权利要求1所述的一种绝缘子表面污秽状态检测系统,其特征在于,预处理阶段具体包括以下步骤:

步骤021:三条飞行路线中,无人机围绕绝缘子每飞行g个角度时,图像传感器获取对应角度绝缘子的图像信息并将其传输至处理单元中,景深传感器获取对应角度绝缘子的深度信息并传输至处理单元中,图像传感器和景深传感器持续获取图像信息和景深信息直至无人机完成一周飞行路线;

图像传感器和景深传感器获取信息间隔夹角g的计算公式如下:

5.计算公式中,

步骤022:处理单元根据接收的图像信息通过网格重建融合成单个立体图像信息,处理单元根据接收的景深信息通过网格重建生成立体点云信息,将立体图像信息和立体点云信息进行信息融合获得绝缘子的数字模型;

步骤023:处理单元根据数字模型统计绝缘子表面可见污点并分类,小于等于四个像素点的可见污点为小污点,大于四个像素点的可见污点为大污点,同时又根据立体点云信息统计绝缘子表面不规则曲面,将低于绝缘子表面的曲面标记为凹面并将其从可见污点中剔除,将高于绝缘子表面的曲面标记为凸面,低于等于一毫米的凸面为小凸面,高于一毫米的凸面为大凸面。

6.步骤024:根据绝缘子表面的可见污点数量进行评级,小污点和大污点数量均低于等于十个且小凸面和大凸面数量均低于等于两个为优,小污点和大污点数量均低于等于十五个且小凸面和大凸面数量均低于等于五个为良,其余绝缘子表面评级为差。

7.根据权利要求1所述的一种绝缘子表面污秽状态检测系统,其特征在于,清洁阶段具体步骤如下:

步骤031:从步骤02中评级的优、良和差的三类绝缘子表面中各随机选择一个标记为待清洁目标;

步骤032:处理单元将待清洁目标的位置信息传输至无人机飞控中,无人机飞行至指定位置并围绕待清洁目标做圆周运动,使喷淋单元喷射方向始终指向绝缘子表面;

步骤033:所述喷淋单元启动,喷淋单元从储水箱中吸取去离子水朝绝缘子表面可见污点进行喷洒,每次喷洒可见污点时,喷淋单元的喷水量和喷水时间均保持一致。

8.根据权利要求1所述的一种绝缘子表面污秽状态检测系统,其特征在于,验证处理阶段的具体步骤如下:

步骤051:所述处理单元将接收的图像信息和步骤02中获取的图像信息对比,计算机图像特征识别分别提取两个图像信息中绝缘子的像素区域并进行图像分割;

步骤052:处理单元比较图像分割后的两个像素区域的像素大小,将像素较大的像素区域重新压缩使两个像素区域像素大小重新一致,处理单元提取压缩后像素区域绝缘子的边缘特征并使用图像旋转和形变进行修正,确保修正后的像素区域与对比的像素区域绝缘子逐像素一一对应;

步骤053:处理单元提取两个像素区域中绝缘子表面的可见污点像素数量,并比较两个像素区域可见污点的灰度信息,计算像素数量差值和灰度信息差值并计算综合差值百分比k;

步骤054:当k值小于等于百分之五时,判定可见污点为顽固污渍,当k值大于百分之五且小于百分之十五时,判定可见污点为普通污渍,当k值大于等于百分之十五时,判定可见污点为易清洁污渍,将顽固污渍、普通污渍和易清洁污渍对应的污点面积和凸面高度进行记录,基于记录结果,将步骤02中相似的可见污点标记为同一污渍种类;

步骤055:评级为优的绝缘子数字模型中,若污点和凸面超过半数为普通污渍,则评级由优下降为良,若污点和凸面超过半数为顽固污渍,则评级由优下降为差,评级为良的绝缘子数字模型中,若污点和凸面超过半数为易清洁污渍,则评级由良上升为优,若污点和凸面普通污渍超过百分之二十五且顽固污渍同样超过百分之二十五,则评级由良下降为差,评级为差的绝缘子数字模型中,若污点和凸面超过半数为易清洁污渍,则评级由差上升为优,若污点和凸面超过半数为普通污渍,则评级由差上升为良。

9.根据权利要求1所述的一种绝缘子表面污秽状态检测系统,其特征在于,所述储水箱内部设置有两个水位开关,储水箱内部水位不足时,水位开关会触发开关并发送信息至处理单元,当两个水位开关同时发送相同信息时,处理单元才会确认储水箱内部缺水,处理单元将缺水推送至无人机控制终端,同时将缺水的信号传输至无人机飞控,无人机飞控自动控制无人机进行返航。

10.根据权利要求1所述的一种绝缘子表面污秽状态检测系统,其特征在于,所述处理单元生成的立体图像信息、立体点云信息和数字模型均保存在存储器中,绝缘子表面的可见污点数量进行评级结果以及判定的污渍种类均保存在存储器中。