变电站巡检机器人的远程红外检测系统分析

变电站巡检机器人的远程红外检测系统分析

陈锦华潘继军

（国网上海市电力公司检修公司200063）

摘要：本文主要阐述了远程红外线运用系统在变电站的应用原理及使用领域。远程红外线监测系统是指利用远程红外线监测装置、电子通信装置和计算机网络装置组成的红外线监测系统，这个红外线监测系统广泛的运用于变电站，它是变电站检测的子系统。在这里，笔者主要是对变电站远程红外线的检测系统进行研究和分析。

关键词：变电站；红外线系统；计算机网络装置；检测；分析

一、引言

在对电力系统的检查与监控中，电力科学家侧重研究远程红外线检测技术在变电站的运用。红外线成像技术是运用现在变电站运用的高新技术，对变电站的检测起到了重要作用。红外线热像仪是在机器运转的情况下，在高压高负荷的情况下，对运转的设备进行表面温度的检测、分析，并对电气设备进行检测，确定是否有异常现象。根据国内外许多实践与案例数据分析，远程红外线诊断技术在实际应用中既不影响机器设备的正常运行，还能有效检测出机器出现故障，比传统的停电检测设备更高效更安全。

二、巡检机器人的远程红外线技术特征分析

在电站远程红外线的检测系统中，红外线热像仪是最实用的检测技术。第一，红外线热像仪是一种远距离检测技术，保障检测的安全可靠性；第二，利用红外线热像仪检测技术工作可以进行大面积的检测，有效的提高检测速度；第三，红外线热像仪还可以高效的检测负荷电流电压的故障，快速准确的找出问题部位以及对问题程度进行判断；第四，红外线热像仪可以对机器设备的故障性质、准确位置进行科学合理的分析。

2.1巡检机器人的远程红外线的检测系统原理

根据无线网桥的划分界限，变电站的被划分为了基站和移动站。通信系统又被分为了计算机无线通信局域网及程序控制通信。在计算机无线通信局域网中，WN2710的通信无线网桥是其进行通信重要信号电子设备，运用国际上的ISM2.4GHz的频率进行通信，通信速度快，保密性和防干扰性极强，具有很高的安全性。

红外线检测系统由红外线热像仪、计算机网络终端、视频控制器等组成。系统运用了技术先进的红外线热像仪，极大的满足了机器人低消耗、高效率的工作要求。视频控制器的工作原理利用了PAL信号处理器，把它的信息转为了数据网络信息，再利用计算机技术发送给基站进行数据分析研究。

2.2基于小波阈值萎缩法的红外图像处理技术

搭载在移动站上的红外热像仪采集的图像，带有太阳等其他物体辐射所造成的空间噪声，以及包含探测器热噪声、散粒噪声、读出噪声等的瞬态噪声。为了保证最后获得的红外图像能被准确识别，需要对初始的红外图像进行去噪处理。

小波变换[3-6]是以某些特殊函数为基将数据过程或数据系列变换为级数系列以发现它的类似频谱的特征，从而实现数据处理。传统的信号理论，是建立在Fourie分析基础上的。而Fourie变换作为一种全局性的变化其有一定的局限性。小波变换与Fourier变换相比，是一个时间和频域的局域变换，因而能有效地从信号中提取信息，通过伸缩和平移等运算功能对函数或信号进行多尺度细化分析（MultiscaleAnalysis），解决了Fourie变换不能解决的许多困难问题。

根据小波变换的原理，可以按阈值化的准则，即以小波系数的绝对值大小为依据，将小波系数分化成两类：一类是重要的，规则的小波系数；另一类被看作是非重要的或是受到较大噪声干扰的小波系数。小波系数的绝对值趋向零，意味着小波系数所包含的信息量少并且强烈的受噪声干扰。这样，一副图像便可以通过少数大幅值的小波系数表示出来。由于每个小波系数的绝对值可被看成独立变量[7]，因此可给定一个阈值T，将所有绝对值小于T的小波系数置零；超过T的小波系数的数值用阈值T缩减后再重新取值。这类方法被称为小波萎缩法。

常用的阈值化函数有软阈值、硬阈值以及软硬折衷阈值等。

设w是原始小波系数；w^‘表示估计的小波系数；t∈（0，1）是阈值。

硬阈值函数为：（1）

硬阈值去噪法可以很好地保留图像边缘等局部特征，但由于硬阈值函数的不连续性，会引起去噪图象中出现振铃、伪吉布斯等效应视觉失真。

软阈值函数为：（2）

软阈值处理相对要平滑，但由于估计小波系数和带噪小波系数之间有恒定的偏差，从而造成去噪图像边缘模糊等失真现象。

软、硬折衷阈值函数为：（3）

其中α∈（0，1）

根据实际需要，本系统选用软硬折衷阈值函数。

大多数阈值选择过程是针对一组小波系数，即根据本组小波系数的统计特性，计算出一个阈值T。如果噪声是加性的、随机平稳的，则在小波变换域中，每个子带或者每层分辨率上的噪声依然保持加性与随机平稳。在第j层子带上，当无干扰噪声的小波系数与去噪后的小波系数之间均方误差最小时，存在一个最优的阈值Tj。由此，阈值的选择过程可以通过一个风险函数来定义：

（4）

式中，Nj为第j层子带上的小波系数个数；Wj，t代表阈值化的小波系数矢量；Vj表示无噪声干扰时的小波系数矢量，可推导得一种阈值选取方法：（5）

由此可以归纳出基于小波变换的阈值萎缩去噪方法步骤如下：

（1）计算小波变换系数W。

（2）根据选取的阈值计算方法，计算每一层小波系数的阈值Tj。

（3）利用阈值化函数，对小波系数进行阈值化，得到新的小波系数Wd。

（4）计算小波逆变换，完成信号的去噪处理。

三、巡检机器人远程红外线检测系统中的红外线设备硬件设施特征分析

机器人工作的通信原理是利用一台PIII1G的网络运用计算机为工作核心，在机器人的通信接口上分别设置了5个网络串口接口。这5个接口分别和计算机连接，利用计算机对其进行控制。然后通过计算机后台对数据进行分析检测。

3.1巡检机器人远程红外线检测系统中的红外线检测的工作原理

红外线工作系统主要有机器操作、图像处理器及信息报表这三个程序组成。其运用软件的分析数据是利用视频控制器收集过来的信息文件。可以及时有效的显示所要观察的图片的温度信息，立即出现设置的报警处理功能。能随意切换到静态的图像设置，对静态图片的信息进行数据分析。也可以同时对静态动态的图像进行分析存储。红外系统软件进行工作时，可以利用视频控制器将红外线图像信息收集存储，再用红外数据分析功能进行描绘色彩。按照程序进行报警、数据存储、更给图标色彩等进行一系列的操作。

3.2红外远程监控系统结构

图3-1为机器人监控系统的总体结构框图。由图可知在机器的内部的串行通信分配器的接口上连接的5个串口设备直接和控制计算机进行相连接。以在控制计算机内编写的控制服务程序实现各个设备的实时控制和调节。需要后台实时分析的数据可以通过无线局域网直接传输到基站，视频服务器的连接方式实现了红外热像仪采集的要检测设备的图像实时传输到基站的目的。红外图像的分析需要占据相当大的计算量，视频服务器的引入减少了控制计算机的计算分析的工作量，提高了工作的速度。

图3-1机器人监控系统总体结构框图

四、结束语

巡检机器人远程红外线检测系统应用领域广泛，对我国变电站的检测具有重要的价值。在进行对变电站的巡查监测中，远程红外线检测系统中的红外线热像仪技术是变电站维修检测的重要技术。其红外线设备有效利用了计算机无线局域网络技术，能够有效的解决变电站机器设备出现的故障问题，成功的完成了红外线的检测工作，使整个变电站的运作系统可以及时、有效、安全的进行工作，并能及时发现存在的故障，采取有效的预防及解决措施。

参考文献

[1]徐显金,吴龙辉,杨小俊,汤亮.高压直流巡检机器人的磁悬浮方法建模与仿真[J].计算机仿真.2016(07).

[2]杨晓亮,俎建强.探讨智能巡检机器人在新疆750千伏变电站的应用前景[J].科技创业家.2012(19).