基于视觉处理的电力吊装作业用安全边界搭建系统及方法与流程

1.本发明涉及电力施工技术领域，具体地说，涉及一种基于视觉处理的电力吊装作业用安全边界搭建系统及方法。


背景技术：

2.在如变电站（所）改扩建工程等电力施工中，其施工过程须在多种电力设备运行的条件下进行；故在该类施工中，安全管理的重点是加强对施工现场临近带电体的监督管理。
3.在该类改扩建工程中，要求操作区域与带电体需达到足够的安全距离。但在实际施工中，普遍存在安全边界难以确定的问题；主要原因在于，目前实际施工中，安全距离的确定均是通过人工采用如皮尺等工具点对点的测量获取，但安全边界线为一条线，该种测定方法，难以保证直线上的每个点均能够与带电体保持足够的安全距。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于视觉处理的电力吊装作业用安全边界搭建系统，其能够克服现有电力施工过程中难以划定安全边界的问题。
5.根据本发明的基于视觉处理的电力吊装作业用安全边界搭建系统，包括系统主体，系统主体包括：图像采集机构，其能够在水平面上进行转动并用于持续采集环境图像；识别单元，其用于对图像采集机构所采集的环境图像中的带电体进行识别；测距机构，其具有测量基准点且测距方向与图像采集机构的光轴方向始终平行，其用于在识别单元识别到带电体时采集带电体与测量基准点间的间距；第一直线光源和第二直线光源，第一直线光源用于产生第一光射线，第二直线光源用于产生第二光射线，第一直线光源和第二直线光源能够在竖直面上进行同步旋转，第一光射线与测距机构的测距方向在同一竖直面上，第一光射线和第二光射线间形成夹角，第一光射线和第二光射线所成的平面与第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线平行；计算单元，其用于依据在所识别出的第一个和第二个带电体处的图像采集机构的对应旋转角度以及对应间距，对第一直线光源和第二直线光源在水平面和竖直面上的旋转角度进行计算；以及，控制单元，其用于实现对图像采集机构、识别单元、测距机构、第一直线光源、第二直线光源以及计算单元的运行进行控制。
6.作为优选，第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线与测量基准点在同一竖直面上。
7.作为优选，系统主体还包括第一驱动机构，图像采集机构、测距机构、第一直线光源和第二直线光源相对固定设置并通过第一驱动机构的带动在水平面上进行同步旋转。
8.作为优选，第一驱动机构处设置角度传感器，角度传感器用于对第一驱动机构的旋转角度进行采集。
9.作为优选，系统主体还包括第二驱动机构，第一直线光源和第二直线光源相对固定设置并通过第二驱动机构的带动在竖直面上进行同步旋转。
10.作为优选，识别单元基于图像识别算法对环境图像中的带电体进行识别。
11.作为优选，还包括支架，系统主体设置于支架处。
12.此外本发明还提供了一种基于视觉处理的电力吊装作业用安全边界搭建方法，其包括如下步骤：步骤s1、控制图像采集机构旋转并持续采集环境图像；步骤s2、通过识别单元对环境图像中出现的带电体进行识别，识别单元所识别的第一个和第二个带电体分别记为第一带电体和第二带电体；步骤s3、在识别到第一带电体和第二带电体时，采集当前的旋转角度并分别记为第一偏转角度α1和第二偏转角度α2，并通过测距机构获取对应的第一间距l1和第二间距l2；步骤s4、控制图像采集机构旋转至α角度处，；步骤s5、控制第一直线光源和第二直线光源旋转至ω角度处，；；其中，d为设定安全间距，h为第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线与地面的间距；步骤s6、控制第一直线光源和第二直线光源工作，以第一直线光源和第二直线光源在地面的投影光斑的连线作为安全边界线。
13.作为优选，步骤s1中，在图像采集机构处设置第一驱动机构，第一驱动机构用于带动图像采集机构进行旋转；步骤s3中，在第一驱动机构处设置角度传感器，角度传感器用于对第一驱动机构的旋转角度进行采集。
14.作为优选，步骤s2中，识别单元基于图像识别算法实现对带电体的识别。
15.本发明具有如下有益效果：1、通过本发明的系统主体的设计，能够基于图像采集机构和识别单元识别出相邻近的两个带电体，并能够获取所识别出的第一个和第二个带电体处的图像采集机构的对应旋转角度以及对应间距，通过计算单元能够较佳地计算出第一直线光源和第二直线光源在水平面和竖直面上的旋转角度，之后通过控制第一直线光源和第二直线光源运行，即可较佳地在地面处形成两处光斑，该两处光斑的连线即可较佳地作为安全边界线，故而能够较佳地实现安全边界的搭建；2、通过本发明的电力吊装作业用安全边界搭建方法，能够较佳地自动计算出检测点（即整个系统所在的位置）与相邻两个带电体连线间的垂直距离，故无需人工测量，且能够较佳地保证测量的精度；基于该垂直距离，能够较佳地引入安全距离并通过第一直线光
源和第二直线光源在地面形成两个光斑，该两个光斑的连线即可较佳地作为安全边界线，故而能够较佳地实现安全边界的建立。
附图说明
16.图1为实施例1中的安全边界搭建系统的框图示意图；图2为实施例1中的安全边界搭建方法的流程示意图；图3为实施例1中的计算单元在空间上的计算原理示意图；图4为实施例1中的计算单元在水平面上的计算原理示意图；图5为实施例1中的计算单元在竖直面上的计算原理示意图。
具体实施方式
17.为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。
18.结合图1所示，本实施例提供了一种基于视觉处理的电力吊装作业用安全边界搭建系统，包括系统主体，系统主体包括：图像采集机构，其能够在水平面上进行转动并用于持续采集环境图像；识别单元，其用于对图像采集机构所采集的环境图像中的带电体进行识别；测距机构，其具有测量基准点且测距方向与图像采集机构的光轴方向始终平行，其用于在识别单元识别到带电体时采集带电体与测量基准点间的间距；第一直线光源和第二直线光源，第一直线光源用于产生第一光射线，第二直线光源用于产生第二光射线，第一直线光源和第二直线光源能够在竖直面上进行同步旋转，第一光射线与测距机构的测距方向在同一竖直面上，第一光射线和第二光射线间形成夹角，第一光射线和第二光射线所成的平面与第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线平行；计算单元，其用于依据在所识别出的第一个和第二个带电体处的图像采集机构的对应旋转角度以及对应间距，对第一直线光源和第二直线光源在水平面和竖直面上的旋转角度进行计算；以及，控制单元，其用于实现对图像采集机构、识别单元、测距机构、第一直线光源、第二直线光源以及计算单元的运行进行控制。
19.通过上述系统使得，能够基于图像采集机构和识别单元识别出相邻近的两个带电体，并能够获取所识别出的第一个和第二个带电体处的图像采集机构的对应旋转角度以及对应间距，通过计算单元能够较佳地计算出第一直线光源和第二直线光源在水平面和竖直面上的旋转角度，之后通过控制第一直线光源和第二直线光源运行，即可较佳地在地面处形成两处投影光斑，该两处投影光斑的连线即可较佳地作为安全边界线，故而能够较佳地实现安全边界的搭建。
20.其中，通过控制第一光射线与测距机构的测距方向在同一竖直面上，故而能够较佳地采用在第一光射线所在的竖直平面上进行计算，故而能够较佳地实现对安全距离的控制；通过控制第一光射线和第二光射线所成的平面与第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线平行，能够较佳地实现所需安全边界线的建立。
21.本实施例中，测距机构能够包括激光测距仪，第一直线光源和第二直线光源能够
包括激光发生器，图像采集机构能够包括摄像头，控制单元和计算单元能够基于单片机实现。
22.本实施例中，第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线与测量基准点在同一竖直面上。故而能够较佳地降低计算误差。
23.本实施例中，系统主体还包括第一驱动机构，图像采集机构、测距机构、第一直线光源和第二直线光源相对固定设置并能够通过第一驱动机构的带动在水平面上进行同步旋转。故而使得其能够具备相同的初始角度，从而能够较佳地简化计算。
24.其中，第一驱动机构能够采用步进电机，故而能够较佳地实现角度的精准控制。
25.本实施例中，第一驱动机构处设置角度传感器，角度传感器用于对第一驱动机构的旋转角度进行采集。故而能够较佳地实现角度数据的采集。
26.本实施例中，系统主体还包括第二驱动机构，第一直线光源和第二直线光源相对固定设置并能够通过第二驱动机构的带动在竖直面上进行同步旋转。故而能够较佳地保持第一直线光源和第二直线光源的同步运行。
27.其中，第二驱动机构能够采用步进电机，故而能够较佳地实现角度的精准控制。
28.本实施例中，识别单元基于图像识别算法对环境图像中的带电体进行识别。故而能够较佳地实现相关数据的处理。
29.本实施例中的系统设置于一支架处。故而能够较佳地实现系统的集成。即，本实施例中的系统还能够包括例如支架，系统主体能够设置于支架处。
30.此处需要说明的是，支架主要用于实现系统主体在施工现场使用时，具有合适的高度，故能够选用现有的三脚架。因支架不涉及本发明的改进点，故不予赘述。
31.可以理解的是，本实施例作为一个较佳的实施例，故能够具备支架。实际上，支架仅用于提供常规的支撑功能，在实际应用时，并非为必须配置的部件。
32.结合图2所示，基于本实施例中的系统，本实施例还提供了一种基于视觉处理的电力吊装作业用安全边界搭建方法，其包括如下步骤：步骤s1、控制图像采集机构旋转并持续采集环境图像；步骤s2、通过识别单元对环境图像中出现的带电体进行识别，识别单元所识别的第一个和第二个带电体分别记为第一带电体和第二带电体；步骤s3、在识别到第一带电体和第二带电体时，采集当前的旋转角度并分别记为第一偏转角度α1和第二偏转角度α2，并通过测距机构获取对应的第一间距l1和第二间距l2；步骤s4、控制图像采集机构旋转至α角度处，；步骤s5、控制第一直线光源和第二直线光源旋转至ω角度处，；；
其中，d为设定安全间距，h为第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线与地面的间距；步骤s6、控制第一直线光源和第二直线光源工作，以第一直线光源和第二直线光源在地面的投影光斑的连线作为安全边界线。
33.通过上述步骤s1-s6，能够较佳地自动计算出检测点（即整个系统所在的位置）与相邻两个带电体连线间的垂直距离，故无需人工测量，且能够较佳地保证测量的精度；基于该垂直距离，能够较佳地引入安全距离并通过第一直线光源和第二直线光源在地面形成两个光斑，该两个光斑的连线即可较佳地作为安全边界线，故而能够较佳地实现安全边界的建立。
34.结合图3所示：在步骤s1中，在进行测量之初，能够首先将整套系统（实际上整套系统设置于一装置处，故能够较佳地随地设置）设置于施工区域处，此时图像采集机构、第一直线光源和第二直线光源能够具备一个初始的、相同的在水平面上的初始角度；之后，能够控制图像采集机构以该初始角度作为0
°
进行旋转，在旋转过程中能够持续采集环境图像；具体地，能够每旋转一个角度则拍摄对应的环境图像；在步骤s2中，在环境图像的采集过程中，在每完成一次环境图像的拍摄后，均通过识别单元识别图像中心是否存在带电体，进而完成第一带电体和第二带电体的识别；并获取与第一带电体和第二带电体相对应的第一偏转角度α1和第二偏转角度α2以及第一间距l1和第二间距l2；图3中，第一偏转角度α1为∠bac，第二偏转角度α为∠bad，第一间距l1为线段ac的长度，第二间距l2为线段ad的长度；在步骤s3中，通过计算单元计算获取第一直线光源和第二直线光源在水平面所需旋转的角度α和在竖直面所需旋转的角度ω；图3中，角度α即为∠bae，角度ω即为∠eaf；在步骤s4中，结合图4所示，计算单元能够在水平面上进行计算，进而获取∠acd的角度，之后即可较佳地获取角度α，其中，；同时，能够获取测量点至第一带电体和第二带电体连线间垂直距离l，及线段ae的长度；在步骤s5中，结合图5所示，计算单元能够在过线段ae的竖直面上对角度ω进行计算；在图5中，安全间距d即为线段fg的长度，线段og的长度等于l，线段om的长度即为第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线与地面的间距h；在步骤s6中，即可较佳地控制第一直线光源和第二直线光源工作，进而在地面处形成光斑f和光斑h，光斑f和光斑h的连线即为安全边界线。
35.在上述过程中，由于图像采集机构、测距机构、第一直线光源和第二直线光源相对固定设置且均通过一第一驱动机构在水平面上同步带动旋转，故而使得其能够具备相同的初始角度，故而能够较佳地简化计算。
36.在上述过程中，通过控制第一光射线与测距机构的测距方向在同一竖直面上，故而能够较佳地将∠bae的角度作为角度α，从而能够较佳地便于计算。
37.结合图5所示，点a为测距机构的测量基准点所在的位置，点m为第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线所在的位置，点k为第一直线光源和第二直线光源所在的位置，故通过设置第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线与测量基准点在同一竖直面上，能够较佳地保证计算基准的同一，故而能够较佳地降低计算误差。
38.在上述过程中，通过保证第一光射线和第二光射线所成的平面与第一直线光源和第二直线光源的旋转轴线平行，故而能够较佳地保证两个光斑的连线能够与两个带电体的连线保持平行。
39.本实施例中，设定安全间距d能够设置为如6m。
40.本实施例的步骤s1中，在图像采集机构处设置第一驱动机构，第一驱动机构用于带动图像采集机构进行旋转；步骤s3中，在第一驱动机构处设置角度传感器，角度传感器用于对第一驱动机构的旋转角度进行采集。故而能够较佳地实现相关角度数据的获取。
41.本实施例的步骤s2中，识别单元基于图像识别算法实现对带电体的识别。故而能够较佳地借助现有的识别算法实现对带电体的识别。
42.具体地，本实施例中的图像识别算法能够采用基于yolo的目标检测算法。
43.本实施例中，测距机构能够包括激光测距仪，第一直线光源和第二直线光源能够包括激光发生器，图像采集机构能够包括摄像头。
44.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。