隨著無人值守變電站數(shù)量的迅速增長,依賴于巡視人員人工監(jiān)視的傳統(tǒng)遙視方式,很難做到全面準(zhǔn)確巡檢,給設(shè)備安全運行帶來各種隱患。目前基于機器視覺的遙視系統(tǒng)、智能巡檢機器人、無人機等巡檢系統(tǒng)在電網(wǎng)、鐵路等領(lǐng)域進(jìn)入快速發(fā)展階段,但當(dāng)前應(yīng)用的系統(tǒng)還存在許多共性問題,例如視覺監(jiān)控系統(tǒng)分析方法單一并且自動化與智能化水平不足,不能滿足電氣設(shè)備智能化監(jiān)測的要求。本文根據(jù)上述問題,在傳統(tǒng)紅外診斷分析方法的基礎(chǔ)上,分別以紅外、可見光下的圖像分析為主線,針對當(dāng)前機器視覺平臺立體巡檢系統(tǒng)中:復(fù)雜背景下電氣設(shè)備紅外圖像的精確分割與溫度場統(tǒng)計分析問題、紅外圖像下電氣設(shè)備類型及其故障狀態(tài)識別與分類問題、現(xiàn)場指針儀表定位與精確識別問題,進(jìn)行深入的算法優(yōu)化與改進(jìn)研究。主要內(nèi)容如下:(1)針對復(fù)雜背景下電氣設(shè)備紅外圖像的精確分割與溫度場統(tǒng)計分析問題,提出了一種結(jié)合模糊集理論和k-means算法的改進(jìn)方法。首先,根據(jù)灰度級直方圖估計k值,利用直方圖均衡化和模糊集理論進(jìn)行圖像增強。然后通過k-means算法結(jié)合數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的運算再進(jìn)行圖像分割。最后對分割后的圖像進(jìn)行溫度場的統(tǒng)計分析。實驗結(jié)果表明:該方法使文中圖像分割的四種評價指標(biāo)都有較大提升,并且提高了分割精度,增強了設(shè)備溫度場的細(xì)節(jié)表現(xiàn)能力。實驗滿足了紅外圖像精確分割與溫度場的深入統(tǒng)計分析的要求,增強了目標(biāo)圖像分割效果。(2)針對紅外圖像下電氣設(shè)備類型及其故障狀態(tài)識別問題,設(shè)計了一種FastPCA、PHOG特征加權(quán)融合的紅外圖像下電氣設(shè)備類型及故障識別系統(tǒng)。首先,討論了PCA、HOG特征提取方法、SVM及其改進(jìn)方法,提出了基于FastPCA、PHOG特征的加權(quán)融合混合描述子,設(shè)計了一種FastPCA與PHOG兩種特征加權(quán)融合的紅外圖像下電氣設(shè)備類型及故障識別系統(tǒng),然后應(yīng)用參數(shù)優(yōu)化工具進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,最后搭建了識別與分類軟件平臺。實驗結(jié)果表明:該算法識別準(zhǔn)確率得到大幅提升,并且具有較高的魯棒性。實現(xiàn)了紅外圖像下電氣設(shè)備類型及其故障狀態(tài)的準(zhǔn)確識別,提高了識別系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。(3)除紅外診斷方法外,為提高可見光下指針儀表的自動匹配和讀數(shù)識別水平,針對變電所儀表匹配的精度與速度問題,提出了基于SURF+FLANN交叉驗證算法的儀表檢測改進(jìn)算法;在儀表指針識別方面,利用LOG變換對圖像增強,結(jié)合累計概率霍夫變換對指針進(jìn)行檢測,搭建了儀表定位與讀數(shù)識別系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明,算法改進(jìn)后儀表指針角度識別檢測誤差范圍小于3%,并且提高了圖像特征檢測匹配的魯棒性;提高了儀表定位與讀數(shù)識別系統(tǒng)的精度與魯棒性。本文針對機器視覺巡檢平臺中的三個突出問題,分別提出了改進(jìn)算法,并通過Matlab和C++語言進(jìn)行實驗驗證和系統(tǒng)搭建。實驗結(jié)果表明,改進(jìn)算法在精度、速度、魯棒性等方面達(dá)到了實驗預(yù)期效果。
【學(xué)位單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM63;TP391.41
【部分圖文】：

1.1 課題的研究背景與意義截至 2016 年底，國家鐵路總公司高鐵運營里程超過 2.29 萬公里，電氣化鐵路總里程超過 8.031 萬公里，成就輝煌，但是隨著牽引變電所數(shù)量、巡檢里程的俱增，巡檢任務(wù)日益繁重。牽引供電系統(tǒng)的變電所作為電氣化鐵路供電系統(tǒng)中的心臟，要求它具有高度的可靠性，且必須保證不間斷地向機車供電。在變電所無人值守化的發(fā)展形勢下，隨著無人值守變電所的數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致巡檢工作量、巡檢壓力迅速增加。并且由于關(guān)鍵設(shè)備巡檢不到位（漏檢、誤檢）每年造成巨大的經(jīng)濟損失，并且在崎嶇山區(qū)、高壓、高輻射等危險性環(huán)境中人工巡檢風(fēng)險大、效率低。人工巡視已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代智能變電站的巡檢要求，利用結(jié)合機器視覺技術(shù)的巡檢方法可以輔助巡檢人員對于危險環(huán)境、多頻次重復(fù)性工作、突發(fā)狀況等情況作出及時巡檢；并且有利于促進(jìn)巡檢標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和多方法立體巡檢體系的形成。當(dāng)前變電所巡檢，工作人員根據(jù)巡檢經(jīng)驗和知識對現(xiàn)場采集的電氣設(shè)備紅外、可見光圖像進(jìn)行分析和判斷[1]，但大量圖像與視頻缺少后臺自動化分析功能。

.1 機器視覺在無人值守變電所巡檢中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀隨著電氣設(shè)備智能化監(jiān)測與預(yù)測性維護(hù)的快速發(fā)展，機器視覺作為人展的重要分支，在工業(yè)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用不斷升溫。機器視覺技術(shù)就是產(chǎn)品獲取（紅外、可見光等）圖像信號，經(jīng)過圖像處理平臺提取特征特征判斷與診斷的多學(xué)科綜合技術(shù)。下面從國家政策、國內(nèi)外企業(yè)研，分析機器視覺技術(shù)在無人值守變電所中的應(yīng)用概況�！笆濉币詠恚瑖译娋W(wǎng)大力推動“堅強智能電網(wǎng)”的建設(shè)。智能設(shè)也極大地推動了基于遙視系統(tǒng)的智能分析、智能巡檢機器人、無人如圖 1-3 所示）的技術(shù)進(jìn)步與市場需求。其中在變電站智能巡檢機器人長期來看，我國巡檢機器人潛在市場規(guī)模超過百億。例如，山東魯能有限公司自主研發(fā)設(shè)計的智能巡檢機器人已服務(wù)于全國 500 多個變電相關(guān)統(tǒng)計報告，2016 年前電力巡檢車市場，山東魯能智能占據(jù) 50%以額、浙江國自約 30%，其它公司如：新松、深圳朗馳欣創(chuàng)、大立等，開拓電力巡檢機器人市場。

如下圖 2-2 所示，處理后的變壓器紅外圖像直方圖的修正關(guān)系式為Trprrrkrs()()d0= = （0 ≤r ≤1）中，T(r)為變換函數(shù)，T(r)需滿足 1≥T(r)≥0，pr(r)為圖像概率密度函度級， nNk、 為像素數(shù)、總像素數(shù)，該式在數(shù)字圖像處理中離散形式s()()00jkirkiikkPrNnT r === ==（0 ≤ r≤1,k=0,1,2…L 1）j
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2865316