基于无人行走装置的船闸巡查装置及方法与流程

本发明涉及船闸巡查技术，具体涉及一种基于无人行走装置的船闸巡查装置及方法。

背景技术：

随着经济的飞速发展，公路、水路的里程不断增加。全国航道里程不断增加，二纵五横十八线网的内河水运规划正在成型。

船闸每天的日常巡查工作量大，人工打点容易遗漏，信息化手段落后。船闸的巡查人员需要关注闸阀门等仪表变化，工作状态和非工作状态的读数变化，耗人力，易漏检、易读错、难管理。船闸主要的工作状态监管与巡检脱节、信息化手段落后，调度人员不掌握设备状态信息，巡检人员不关注设备动态信息，事后才能感知信息。

现有技术的主要缺点是：内河水运的视频图像分析的场景不固定，受环境影响较大。船闸的图像感知场景相对固定，巡查人员不同差异较大，结果与实际不一致。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于无人行走装置的船闸巡查装置及方法，解决内河水运基础设施运行管理当中的人员工作量大、面积广，人手不足、取证困难等问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于无人行走装置的船闸巡查装置，包括无人行走装置、主控单元、供电模块、视频采集装置、无线通信模块、定位模块和存储模块；

无人行走装置按照巡检路径行走，搭载视频采集装置，获取船闸仪表图像和视频流；

无线通信模块用于将视频采集装置采集的图像和视频流发送到主控单元；

定位模块用于确定无人行走装置、视频采集装置的位置信息；

存储模块用于存储视频采集装置采集的图像和视频流；

主控单元利用图像和视频流，结合无人行走装置的位置进行图像智能识别，自动读数；

供电模块为无人行走装置、主控单元、视频采集装置、无线通信模块、定位模块和存储模块供电。

一种基于无人行走装置的船闸巡查方法，包括以下步骤：

步骤1、规划闸区的巡检路径，无人行走装置自动导入；

步骤2、无人行走装置到达指定地点，完成仪表信息的采集；并录制仪表信息变化的全过程；

步骤3、根据三类不同形成的仪表自动识别，输出仪表的读数，并根据读数和变化过程判断设备状态；

步骤4、到达另一指定地点，向后台发出指令，在行走过程中传输视频流，并存储至本地；

步骤5、通过实时读取图像或调看视频，判断船闸的线缆与边沟完整性；

步骤6、根据不同的闸室，循环步骤2～5，直至所有闸室完成巡查，无人行走装置归位充电。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明替代人工的巡检方式，覆盖船闸全范围，记录船闸启闭全过程，提前发现故障；(2)便捷式近景、远景抓拍装备，近景获取船闸仪表读数，远景获取全景信息；(3)本发明在节点定位时，采用视觉+gps北斗定位，在船闸典型位置部署二维码，辅助定位；(4)通用路径规划和运动控制平台，实现固定轨迹上的高精度定位，偏差小。

附图说明

图1为基于无人行走装置的船闸巡查装置原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于无人行走装置的船闸巡查装置，包括无人行走装置、主控单元、供电模块、视频采集装置、无线通信模块、定位模块和存储模块；

无人行走装置按照巡检路径行走，搭载视频采集装置，获取船闸仪表图像和视频流；

无线通信模块用于将视频采集装置采集的图像和视频流发送到主控单元；

定位模块用于确定无人行走装置、视频采集装置的位置信息；

存储模块用于存储视频采集装置采集的图像和视频流；

主控单元利用图像和视频流，结合无人行走装置的位置进行图像智能识别，自动读数；

供电模块为无人行走装置、主控单元、视频采集装置、无线通信模块、定位模块和存储模块供电。

进一步的，船闸巡查装置还包括高度调节装置，所述高度调节装置设置在无人行走装置上，与视频采集装置连接，用于调节视频采集装置高度。

进一步的，无人行走装置根据定位模块实时位置信息以及预先输入的角度信息和高度信息，控制视频采集装置的摄像头角度以及高度调节装置的高度；

读仪表时，摄像头的角度为平视向上0～30°角；行进中检查边沟状态时，平视向下0～10°角。

进一步的，船闸巡查装置还包括智能终端，用于辅助获取图像、与后台通讯。船闸仪表位置部署二维码，智能终端扫描二维码，用于辅助定位。

视频俯仰角度与位置的绑定，这其中的关键技术包括：

(1)一种节点定位的方法，视觉+gps北斗定位，在船闸典型位置部署二维码，辅助定位。

(2)通用路径规划和运动控制平台，实现固定轨迹上的高精度定位，偏差小。

进一步的，无人行走装置运动时，爬升的最大坡度不超过15度，可覆盖大多数船闸区域，包括引航道、上下闸首、闸室前的空地。

进一步的，无人行走装置顶部还设置有全景摄像头，用于在指定位置采集船闸的运行全景图像；全景摄像头高度为3m以上。

本发明还提供一种基于无人行走装置的船闸巡查方法，包括以下步骤：

步骤1、人工规划闸区的巡检路径，无人行走装置自动导入；

步骤2、无人行走装置到达指定地点a，分别获取三幅静态图片，完成仪表信息的采集；并录制仪表信息变化的全过程；

步骤3、根据三类不同形成的仪表自动识别，输出仪表的读数，并根据读数和变化过程自动判断设备状态；

(1)方法一：固定视角、固定的区域，识读典型区域：边缘与轮廓线处理，采用典型样本的匹配算法。

(2)方法二：方法一读取不成功的话，采用主成分分析法+小波局部放大的方法，然后利用卷积神经网络进行0～9数字的识别。

步骤4、到达另一指定地点b，向后台发出指令，在行走过程中传输视频流，并存储至本地；

步骤5、人工通过实时读取图像，或事件调看视频，判断船闸的线缆与边沟完整性，判断状态；

步骤6、根据不同的闸室，循环2～5，直至所有闸室完成巡查，无人行走装置归位充电。

仪表智能分析的主要步骤为：

(1)预处理

图像采集：根据启闭闸门的调度指令，下发前采集1张，指令接收后仪表动作1张，工作完成后采集1张；将一张图片分为2*2等分，并编号1、2、3、4；三类仪表分别在1、2、3区，裁减成3张图片，分别对应数字式仪表、尺形仪表和指针式仪表；

简化图片：将三个区分别灰度处理，再转换为黑白图像的二进制图像；

确定仪表轮廓：1区的图像，采用二进制图像——边缘轮廓线识别法；2区、3区的图像采用canny边缘检测法；

(2)数字识别

根据辅助的二维码框线，上沿线，校正图像；

图像识别：将1区处理后的图像，进行典型样本的匹配训练，识别其中的数字；

对比3幅图像的结果，确定规范阈值，工作前指示为零，工作稳定值，根据识别的数字得识别结果。

(3)图像识别

确定主要特征区域：将2区和3区的图像，进行主成分分析；

抽取分割：用二维小波变换算法对图像进行多分辨率分析，分块，分别选用shannon小波基和daubechies小波基函数，对应其中一块平滑，其余块细节；平滑对应的低频版块，可量化和编码；细节部分对应方向特性，依次循环，完成图像的进一步压缩；之后，结合区域的三幅图像，进行塔状结构的小波分层处理，实现不同频率分量、不同方向、不同分解层的融合。从而判断出仪表结果，是否有突变，或停滞现象。

若结果与实际不匹配，则采用神经网络进行训练和计算。创建垂直和水平交叉投影，十字投影，构造训练样本集，实现像素特征提取，通过训练，确定层次、确定层次的权值并判断收敛与否。

(4)推导设备状态：

根据不同区域的读数和分析结果，判断设备的运行状态。

进一步的，根据仪表读数的变化规律，发现故障，具体为：

当启闭机开启阀门时220-280kn或关闭阀门时300-360kn，阀门启闭正常，当高于280kn或360kn时，阀门启闭异常。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种基于无人行走装置的船闸巡查装置，包括无人行走装置、主控单元、供电模块、视频采集装置、无线通信模块、定位模块和存储模块。

无人行走装置，实现船闸巡检，替代传统人工巡检方式。人工巡检主要存在以下缺点：一是人工记录数据，容易出现缺、漏、错；二是人工记录的是静态数据，动态数据与过程的记录缺失；三是人工排班的时间，只是一周五次，不能工作时间全覆盖。

仪表的智能读取，用于船闸巡检。船闸需要读取和记录的仪表有三种：一是刻度式；二是指针式；三是数字式。利用图像识别技术，智能识别典型位置的图像，自动识别出数值。

通过无人行走装置和仪表智能读取相结合，可实现船闸闸门启闭设备工作数值、辅助液压装置消耗等动态过程的数字化，支持对于闸门启闭设备和液压装置工作状态的智能判断。

主视频+辅助视频：200万微型摄像机便携高清无线摄像头+500万全景视频感知装置。闸室仪表前正前方的1米处和现场调度室门口1米处，固定点位；为读取仪表和边沟状态，行走装置到达指定位置后：

(1)读仪表时，视频采集装置的角度是固定的，平视向上0～30°角，根据不同船闸的实际高度调节。

(2)行进中检查边沟状态时，平视向下0～10°角，可根据不同船闸的实际高度调节。

本发明集成全景摄像头，在船闸中段停留，使用该全景摄像头实现闸室内信息在屏幕内的全景播放，可图像记录和查看设备、船舶在船闸内运行的全过程。

将被巡检的装备设备加装二维码，标记成可自动读取的信息，视频可以采集到指定位置，读取二维码。

本发明在巡检时记录仪表的读数及数值变化的过程，当船闸闸门在启闭过程中有卡滞、阻挡时，仪表的读数和变化的过程会发生突变，而人工巡检方式很难发现启闭过程中的变化。通过无人行走装置携带视频及自动传输设备，可以实现整个闸室人工巡检线缆、涵沟等的巡检，实现远程巡检。