基于视觉的主动式泄漏气体检测方法技术

基于视觉的主动式泄漏气体检测方法。解决现有泄漏气体检测方法盲目性高、实时性差、受气流扰动影响大等问题。本发明专利技术通过机器视觉提取工作环境中可能发生泄漏的管路、阀门、压力设备、存储设备等障碍物，对携带泄漏气体探测设备的机器人实施导航，控制其沿各障碍物边缘遍历并进行泄漏气体检测。该方法充分利用了视觉、距离等信息，优先检测可能发生泄漏的区域，将泄漏源检测问题从气体监测领域转变为环境感知领域中的目标搜索问题，克服了传统检测方法的盲目性，降低了气流扰动对气体检测的影响，提高了气体检测的效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
:本专利技术属于泄漏气体检测与机器人视觉领域。 【
技术介绍
】：危险气体不仅会破坏生态环境、危害人体健康，工业环境中的危险气 体更是容易发生爆炸，引起火灾等重特大事故，因此及时发现泄露气体并定位泄漏源一直 是气体检测机器人领域中的一个重要研宄方向，具有很好的研宄价值及应用前景。 常用的泄漏源检测方法主要分为被动式和主动式两种。被动式方法主要是在固 定位置安放气体探测设备用以检测环境中探测气体的浓度，该方法虽然成本低，维护方便， 但是如果泄漏源距离气体探测设备较远，则不能及时对泄漏进行报警而造成事故；主动式 方法主要由巡视机器人携带气体探测设备，根据预先设定的路线，在工作环境中巡航遍历， 直至检测出泄漏气体。目前主动式气体检测主要存在以下几个问题：（1)气体检测多针对 已知环境，而实际工况中环境风速、气体湍流、各设备的性状及分布等均存在极大的不确定 性；（2)目前主要的巡航遍历方法有Zigzag遍历法、Spiral遍历法和网格遍历法，这些方法 因其巡航路径比较固定且更适合在较大面积的空地进行巡航，没有充分利用环境信息，受 空气流动干扰大，搜寻的盲目性较大。 【
技术实现思路
】：本专利技术目的是解决现有气体检测实时性不够高、抗气流扰动能力差、 搜索盲目性大等问题，提出了一种。该方法充分利用 了环境信息，智能的分析环境中可能发生泄漏的设备，并对其进行重点巡查，克服了传统泄 漏气体检测方法的盲目性，提高了气体检测的实时性和准确性。 该方法将环境信息引入到气体检测中来，通过机器视觉提取工作环境中可能发生 泄漏的管路、反应塔、油料桶等障碍物的大概位置，利用激光测距仪获取障碍物到机器人的 距离信息，根据这些信息实现对障碍物的定位，并将障碍物用拓扑节点表示，采用拓扑结构 创建环境地图，根据环境中设备的分布，确定机器人的遍历顺序并对机器人进行导航。为提 高检测的正确率，降低气流扰动对气体检测的影响，在绕行障碍物的同时，采用Sift算法 识别绕行障碍物中易发生泄漏的阀门等设备，在经过这些设备时降低机器人的巡航速度。 本专利技术提供的一种，包括如下步骤： 第一、视觉特征的提取 巡视机器人通过全方位鱼眼镜头，采集360°水平视角，185°俯仰角的环境图像， 对图像进行去噪处理后，对畸变图像进行矫正处理，并在图像中检测环境中障碍物的大致 方向，本专利技术采用经度坐标矫正法对畸变的鱼眼图像进行校正，矫正方法是：任取鱼眼图像 上一点P，P点坐标为（x p, yp)，鱼眼图像中心点坐标为（X。，y。)，鱼眼图像的半径为R^p点经 校正后在新图像中对应的P'点坐标（u, v)是：【主权项】1. 一种，其特征在于该方法包括如下步骤： 1) 视觉特征提取 巡视机器人通过全方位鱼眼镜头，采集360°水平视角，185°俯仰角的环境图像，对鱼 眼图像进行去噪处理后，再进行崎变矫正处理，并在图像中检测环境中障碍物的大致方向， 本专利技术采用经度坐标矫正法对崎变的鱼眼图像进行校正，矫正方法是：任取鱼眼图像上一 点P，P点坐标为（Xp，yp)，鱼眼图像中屯、点坐标为（X。，y。)，鱼眼图像的半径为R"，p点经校正 后在新图像中对应的P'点坐标（U,V)是；2) 环境地图的创建 根据步骤1)视觉特征的提取结果，通过巡视机器人自带的巧螺仪确定机器人面向各 障碍物的偏转角度，通过激光测距仪，测量机器人与障碍物间的距离；将障碍物作为拓扑地 图中的节点并创建环境拓扑地图，完成未知环境地图的创建； 3) 巡视机器人路径的规划 综合考虑拓扑地图中节点与巡视机器人初始位置的距离、分布关系等信息，设定各级 节点的遍历优先级，按照优先级由高到低的顺序控制机器人依次遍历各个节点； 4) 障碍物绕行及泄露气体检测 对各节点障碍物进行泄漏气体检测时，首先通过激光测距仪，控制机器人与障碍物间 保持一段距离，并对障碍物进行绕行，同时利用自身携带的气体传感器检测泄漏气体，直至 绕行一周至出发的节点位置，如果障碍物与墙体相连无法绕行一周，则首先沿逆时针方向 从节点位置a,行驶至障碍物与墙壁的连接处W1点，再沿反方向原路返回至ay点，并继续 向前行驶至障碍物与墙壁的连接处W2点，再沿反方向原路返回至ay点，完成对该障碍物的 绕行；如果未检测到泄漏气体，则沿直线行驶至下一节点，并继续对下一节点障碍物进行绕 行检测，直至完成所有节点的检测，如果检测到泄漏气体，则报警并进一步确定最大浓度位 置，并停留在最大浓度位置处，为提高泄漏气体检测的实时性及准确率，在绕行障碍物时， 控制机器人与障碍物保持一段距离； 在机器人绕行障碍物的同时，利用Sift算法提取节点障碍物中易发生泄漏的设备，当 机器人经过该些设备时，降低机器人的行驶速度，W减轻机器人行驶对气流的扰动，提高检 测稳定性。2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于机器人的定位方法如下： 假设XOY为机器人坐标系，机器人从初始位置到节点1的距离为li，机器人从初始位 置到节点2的距离为1,，机器人在初始位置从面向节点1到面向节点2的转角为0 1，则节 点1到节点2的距离为：机器人沿直线行驶至节点1后再驶向节点2的转角0 1为：通过转角及行驶距离能够确定机器人在地图中的确切位置。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于机器人在绕行障碍物时与障碍物保持距离的 计算方法如下： 假设机器人长度为以宽为M，则机器人的最小转弯半径R为：实验证明，当机器人与障碍物间保持1. 5R间距时，即能够有效避免障碍物与机器人间 发生别踏，又最大限度的靠近障碍物。【专利摘要】。解决现有泄漏气体检测方法盲目性高、实时性差、受气流扰动影响大等问题。本专利技术通过机器视觉提取工作环境中可能发生泄漏的管路、阀门、压力设备、存储设备等障碍物，对携带泄漏气体探测设备的机器人实施导航，控制其沿各障碍物边缘遍历并进行泄漏气体检测。该方法充分利用了视觉、距离等信息，优先检测可能发生泄漏的区域，将泄漏源检测问题从气体监测领域转变为环境感知领域中的目标搜索问题，克服了传统检测方法的盲目性，降低了气流扰动对气体检测的影响，提高了气体检测的效率。【IPC分类】G01M3-00【公开号】CN104848991【申请号】CN201510306207【专利技术人】王聃, 贾云伟, 程灏 【申请人】天津理工大学【公开日】2015年8月19日【申请日】2015年6月5日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视觉的主动式泄漏气体检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)视觉特征提取巡视机器人通过全方位鱼眼镜头，采集360°水平视角，185°俯仰角的环境图像，对鱼眼图像进行去噪处理后，再进行畸变矫正处理，并在图像中检测环境中障碍物的大致方向，本专利技术采用经度坐标矫正法对畸变的鱼眼图像进行校正，矫正方法是：任取鱼眼图像上一点p，p点坐标为(xp,yp)，鱼眼图像中心点坐标为(xo,yo)，鱼眼图像的半径为Ro，p点经校正后在新图像中对应的p’点坐标(u,v)是：u=xo+xp-xoRo2-yp2Rov=yp]]>2)环境地图的创建根据步骤1)视觉特征的提取结果，通过巡视机器人自带的陀螺仪确定机器人面向各障碍物的偏转角度，通过激光测距仪，测量机器人与障碍物间的距离；将障碍物作为拓扑地图中的节点并创建环境拓扑地图，完成未知环境地图的创建；3)巡视机器人路径的规划综合考虑拓扑地图中节点与巡视机器人初始位置的距离、分布关系等信息，设定各级节点的遍历优先级，按照优先级由高到低的顺序控制机器人依次遍历各个节点；4)障碍物绕行及泄露气体检测对各节点障碍物进行泄漏气体检测时，首先通过激光测距仪，控制机器人与障碍物间保持一段距离，并对障碍物进行绕行，同时利用自身携带的气体传感器检测泄漏气体，直至绕行一周至出发的节点位置，如果障碍物与墙体相连无法绕行一周，则首先沿逆时针方向从节点位置ax行驶至障碍物与墙壁的连接处w1点，再沿反方向原路返回至ax点，并继续向前行驶至障碍物与墙壁的连接处w2点，再沿反方向原路返回至ax点，完成对该障碍物的绕行；如果未检测到泄漏气体，则沿直线行驶至下一节点，并继续对下一节点障碍物进行绕行检测，直至完成所有节点的检测，如果检测到泄漏气体，则报警并进一步确定最大浓度位置，并停留在最大浓度位置处，为提高泄漏气体检测的实时性及准确率，在绕行障碍物时，控制机器人与障碍物保持一段距离；在机器人绕行障碍物的同时，利用Sift算法提取节点障碍物中易发生泄漏的设备，当机器人经过这些设备时，降低机器人的行驶速度，以减轻机器人行驶对气流的扰动，提高检测稳定性。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王聃，贾云伟，程灏，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12