基于多摄像头和旋转机构的电线外皮损坏情况巡检装置设计与实现

基于多摄像头和旋转机构的电线外皮损坏情况巡检装置设计与实现

王永昌1,王洪凯1,苗立华1,刘长龙1,李公波1

（1. 国网山东省供电公司 平邑县供电公司，山东省临沂市 273300）

摘要:电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，负责输送和分配电能以满足人们的日常生活和工业需求。电力系统中，电线外皮的损坏可能导致漏电事故的发生，因此对电线外皮的完好与否进行检查至关重要。本论文提出的巡检装置采用多摄像头和旋转机构相结合的设计。多摄像头布置在装置的不同角度和方向，能够全面捕捉电线外皮的图像。旋转机构使装置能够自动旋转，对电线进行全方位的拍摄。该装置不仅能够提高电力系统运维人员对线路损坏情况的巡检效率和准确性，同时具有良好的泛化性能，可应用于其他管道巡检场景。

关键词:多摄像头;旋转机构;APP可视化

1引言

在电力系统中，电线外皮的损坏可能导致漏电事故的发生，给人们的生活和财产安全带来严重威胁。因此，对电线外皮的完好与否进行及时检查和维护至关重要[1][2][3]。然而，传统的目视巡检方式存在着人力成本高、效率低下等问题，对电线外皮的全面检查和准确评估存在一定的困难。

随着电力系统规模的扩大和电力设备复杂化，传统巡检方式已不足以全面监测电线外皮损坏。引入自动化巡检装置提高效率和准确性，但往往仅提供局部信息，无法全面拍摄和分析电线外皮，限制了对损坏情况的准确评估。

为了解决上述问题，本论文旨在设计一种基于多摄像头和旋转机构的电线外皮巡检装置，以实现对电线外皮全面拍摄和分析比对的功能。通过多摄像头的合理布置[4]和旋转机构的协同作用，该装置可以围绕电线进行旋转，并通过多个角度和视角对电线外皮进行全方位的拍摄[5]。通过图像采集和处理算法，将多个摄像头的图像进行拼接或融合，生成电线外皮的整体图像，从而实现对电线外皮损坏情况的全面分析和比对。

我们做的主要贡献如下：

1.多摄像头布局：设计一种装置，安装多个摄像头并以不同角度布局，以确保电线外皮的圆周表面可以被完全覆盖。这样，可以通过多个摄像头的图像拼接或切换来获取全方位的视角。

2. 旋转机构：为装置添加旋转机构，使装置能够围绕电线进行旋转。通过控制旋转角度和速度，可以实现对电线外皮的全面拍摄。

3. APP可视化：装置的相关参数可使用app调节，装置的成像和检测结果也可以呈现在APP界面中。

2相关工作

电线外皮损害问题的解决方法多种多样。直观观察是最简单的方法，通过人眼检测外观缺陷，如裂纹、破损等。图像处理与分析法利用机器视觉系统获取图像并通过算法进行检测和识别，包括边缘检测、特征提取、机器学习等。光学检测法使用光学原理和设备检测目标的特征，如显微镜、光学传感器。红外热成像法通过检测目标的红外辐射来获取温度分布，广泛应用于电力、建筑等领域。激光扫描技术利用激光束扫描目标，适用于检测三维形状和表面信息。这些方法可单独或结合使用，取决于目标特征和检测需求。人工智能和深度学习在机器视觉领域的应用提高了检测准确性和效率。

3方法

3.1设计硬件平台

根据巡检需求，选择适合的旋转机构和摄像头，并将它们集成到一个装置中。旋转机构可通过电机或舵机实现，用于控制装置的旋转角度和速度。多个摄像头应该布置在装置上以覆盖电线的各个角度和方向，并确保图像采集的全面性。

3.2开发图像处理与分析算法

使用计算机视觉和图像处理技术，对采集到的图像进行分割、特征提取和损伤检测。这可以包括使用边缘检测算法来提取电线的轮廓，运用机器学习模型或图像处理算法来检测电线外皮的损伤、裂纹、腐蚀等问题。

3.3控制系统设计

设计一个控制系统来实现装置的自动化运行[6][7]。该控制系统可以由微控制器或嵌入式系统实现，负责控制旋转机构、摄像头和图像处理算法的协调工作。它可以接收来自摄像头的图像数据，并将其传递给图像处理算法进行分析。

3.4数据传输与存储

将装置采集到的图像数据传输到后端服务器或云平台进行存储和分析。这可以通过无线通信技术，如Wi-Fi或蓝牙，将数据传输到APP上。此外，可以对图像数据进行压缩和加密，以确保数据的安全性和隐私保护。

3.5 App的开发

为了实现用户便捷的操作和监控，可以开发一个具有以下功能的应用程序：

设备控制：用户可以通过应用程序控制巡检装置的启动、停止、旋转角度和速度等参数设置。

实时图像显示：应用程序可以接收来自巡检装置的实时图像，并在用户界面上显示。用户可以随时查看电线外皮的情况，以及装置的巡检进度。

异常检测和报警：应用程序可以通过与后端图像处理算法的通信，实时检测电线外皮的异常情况，并在发现问题时发出警报。用户可以接收到报警通知，并采取相应的措施。

巡检记录和报告：应用程序可以记录巡检装置的操作日志和图像数据，以便用户随时查看历史记录。此外，还可以生成巡检报告，包括图像、分析结果和建议维修措施等，以便用户进行参考和备案。

用户管理和权限控制：应用程序可以支持多用户管理，并设置不同用户的权限级别。这样，不同的用户可以根据其角色和责任范围，访问相应的功能和数据。

最后的App将提供用户友好的界面，使用户可以通过移动设备实时监控巡检装置的操作状态、查看图像和分析结果，接收报警通知，并进行巡检记录和报告的管理。这样的App将为用户提供便捷的操作和监控功能，帮助他们更好地进行电线巡检和维护工作。

4实验与结果分析

在实验中，可以模拟电线外皮的各种损坏情况，例如裂纹、腐蚀、磨损等。对于每种损坏情况，可以设置不同的程度和位置，以模拟实际使用环境中可能遇到的各种情况。

首先，测试巡检装置的巡检效率。通过在实验中模拟一系列电线损坏情况，记录巡检装置的巡检时间和完成率。巡检时间指的是从开始巡检到完成巡检所需的时间，而完成率表示装置能够准确检测到电线损坏情况的比例。通过比较不同损坏情况下的巡检效率，可以评估装置在不同条件下的工作效率。

其次，评估巡检装置的准确性。在实验中，可以将已知的电线损坏情况与巡检装置检测结果进行对比。记录正确检测到损坏的数量和错误报警的数量，以计算巡检装置的准确率和误报率。较高的准确率和较低的误报率表明巡检装置能够可靠地检测电线损坏情况，减少虚假报警。

最后，考虑巡检装置的泛化性能。在实验中，可以模拟不同类型和规格的电线，并评估巡检装置在这些电线上的性能。测试装置在不同直径、材料和颜色的电线上的检测能力，以验证其在实际使用中的适应性和泛化性能。较好的泛化性能表示巡检装置能够适应各种电线，并在不同条件下提供可靠的巡检结果。

对实验结果进行分析后，可以得出关于巡检装置性能的结论。如果巡检效率高、准确性好且具有良好的泛化性能，那么巡检装置在实际应用中将具有可行性和优势。该装置可以提高电线巡检的效率和准确性，减少人工巡检的工作量，并帮助及早发现和处理电线外皮的损坏问题。

5结论与展望

本论文设计的基于多摄像头和旋转机构的电线外皮巡检装置在实验中表现出良好性能，通过全面拍摄和比对分析提高了巡检效率和准确性，具备较好泛化性能。尽管取得了一定成果，仍存在改进方向，包括优化巡检装置性能、改进算法、扩大应用领域以及系统集成。改进方面可包括提升运动控制和图像处理算法，增强自动化和智能化功能。在算法方面，可通过深度学习方法提高对电线外皮损坏的检测准确性。扩大应用领域方面，将装置应用于其他管道巡检场景，并适应不同管道特点。系统集成方面，将巡检装置与其他智能系统集成，如物联网平台和大数据分析，提高管道巡检的智能化水平。

总体而言，基于多摄像头和旋转机构的巡检装置具有广泛的应用前景，未来研究应致力于不断提升性能、优化算法，并实现更全面的系统集成，以推动管道巡检和维护管理的发展。

参考文献

[1]吴刚,张福祯,单旭凯.浅谈电线电缆常见的故障原因与预防措施[J].科技与创新,2018(09):85-86.DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2018.09.085.

[2]张钧.浅谈电线电缆常见的故障原因与预防措施[J].装备维修技术,2020(02):131.DOI:10.16648/j.cnki.1005-2917.2020.02.118.

[3]李选臣.计算机图形图像处理技术的应用探讨[J].石河子科技,2023(06):41-42.

[4]吴军,黄明益,周阳. 一种多镜头全景摄像机组合标定方法[P]. 广西壮族自治区：CN113763480A,2021-12-07.

[5]于燕斌,张燕生. 一种可组合的多镜头成像装置[P]. 广东省：CN105607389B,2020-01-17.

[6]马妙武. 行走机器人、控制行走机器人的方法和行走机器人系统[P]. 上海市：CN116619377A,2023-08-22.

[7]李睿昀,蒲东海. 一种浮动行走的行走机器人[P]. 四川省：CN219904568U,2023-10-27.