水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法技术方案

本发明专利技术公开了水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法。本发明专利技术中，路线优化模块通过基于目标的改进RRT算法得到扩展随机树T，然后对扩展随机树T，进行局部优化得到局部路径P，接着对局部路径P进行全局优化得到全局路径P，最后使用三阶B样条基函数对全局路径P上的路径点进行拟合得到最终路径Pa，提高了在进行路线制定时的速度，提高了该系统在运行时的工作效率。图像处理模块配合数据采集模块，在对采集得到的数据进行处理，低位车载数据侧重于机器人本体附近区域，避免一些对高位摄像头的遮挡，采集远端视角盲区，利于提取当前路道数据；从而使得该系统在后续的路径优化过程中得到了更多的参考数据，增加了制定路线的准确性。的准确性。的准确性。

【技术实现步骤摘要】
水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法


[0001]本专利技术属于水电站设备巡检
，具体为水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法。

技术介绍

[0002]水电站由水力系统、机械系统和电能产生装置等组成，是实现水能到电能转换的水利枢纽工程，电能生产的可持续性要求水电站水能的利用具有不间断性。通过水电站水库系统的建设，人为地调节和改变水力资源在时间和空间上的分布，实现对水力资源的可持续利用。为了将水库中的水能有效地转化为电能，水电站需要通过一个水机电系统来实现，该系统主要由压力引水管、水轮机、发电机和尾水管等组成。水电站在日常使用过程中，需要对GIS设备进行巡检。
[0003]但是常见的路线制定的速度较慢，使得人们在使用过程中，不能快速高效的进行路线的制定。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法，包括启动模块、数据采集模块、图像处理模块、算法计算模块、路线优化模块、无线通信模块、人机交互模块、编码模块、初始解生成模块、构建适应度函数模块、选择算子模块、交叉操作模块和变异算子模块，所述启动模块的输出端连接有所述数据采集模块的输入端，所述数据采集模块的输出端连接有所述图像处理模块的输入端，所述图像处理模块的输出端连接有所述算法计算模块的输入端，所述算法计算模块的输出端连接有所述路线优化模块的输入端，所述路线优化模块的输出端连接有所述无线通信模块的输入端，所述无线通信模块的输出端连接有所述人机交互模块的输入端。
[0006]在一优选的实施方式中，所述算法计算模块的内部设置有编码模块、初始解生成模块、构建适应度函数模块、选择算子模块、交叉操作模块和变异算子模块，所述编码模块、初始解生成模块、构建适应度函数模块、选择算子模块、交叉操作模块和变异算子模块的输出端连接有所述算法计算模块的输入端。
[0007]在一优选的实施方式中，所述数据采集模块获取各种传感器的数据信息。
[0008]在一优选的实施方式中，所述图像处理模块使用高位相机和低位相机系统；高位相机同时拍摄的图像视野涵盖多条路道，使用高清相机系统调整曝光度及对比度来保证相机拍摄道路的清晰度，且图像颜色阈值达到较好的视觉效果；低位相机系统由彩色摄像头与主控芯片组成。
[0009]在一优选的实施方式中，所述编码模块寻找一个存在映射关系的空间，将这个空间称做编码空间；编码的方式分为二进制编码、格雷码编码、浮点数编码、符号编码和排列
编码；所述初始解生成模块在运用遗传算法寻优前，将问题的一个解作为算法初始时的种群，然后对初始种群进行初始化操作。
[0010]在一优选的实施方式中，所述构建适应度函数模块是算法后续迭代和优化的基础，是满足各种约束条件的随机生成的解。
[0011]在一优选的实施方式中，所述交叉操作模块利用多维数组对两侧行车线的像素点进行采集，滤波后根据相应情况进行曲线拟合。
[0012]在一优选的实施方式中，所述路线优化模块采用改进的RRT算法进行路径优化计算，RRT算法代码为：
[0013][0014][0015][0016]在一优选的实施方式中，所述无线通信模块以选用无线的通讯方式进行上位机与机器人之间的通讯；无线通讯的工作方式为：通过无线路由器建立局域网，实现上位机与下位机中工控机的通讯，上位机与工控机的通讯主要用于传输传感器感测的信息、电机的状态信息以及一些控制命令；下位机中的工控机和底层驱动器之间，由于底层控制器的无线通讯模块抗干扰能力差，所以通过有线连接实现通讯，从而进行电机命令的发送和电机状态信息的传输。
[0017]在一优选的实施方式中，所述人机交互模块通过设计编写相关的转换程序，人机交互部分可以实现在上位机中显示机器人的实时运行速度、电机转速等运行状态，在遇到突发情况时可以实现机器人的紧急停车；后台工作人员通过机器人所携带的巡检摄像头可以实时观测到巡检线路上的停靠点状态。
[0018]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0019]1、本专利技术中，路线优化模块通过基于目标的改进RRT算法得到扩展随机树T，然后对扩展随机树T，进行局部优化得到局部路径P，接着对局部路径P进行全局优化得到全局路径P，最后使用三阶B样条基函数对全局路径P上的路径点进行拟合得到最终路径Pa，从而提高了在进行路线制定时的速度，提高了该系统在运行时的工作效率。
[0020]2、本专利技术中，图像处理模块配合数据采集模块，在对采集得到的数据进行处理，低位车载数据侧重于机器人本体附近区域，可以避免一些对高位摄像头的遮挡，采集远端视角盲区，利于提取当前路道数据；高位相机采集全方向更大区域的数据，解决机器人本体相互之间的遮挡，便于本路道之外的路道提取，扩大视角范围，从而使得该系统在后续的路径优化过程中得到了更多的参考数据，增加了制定路线的准确性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的系统框图；
[0022]图2为本专利技术中算法计算模块系统框图。
[0023]图中标记：1
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启动模块、2
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数据采集模块、3
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图像处理模块、4
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算法计算模块、5
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路线优化模块、6
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无线通信模块、7
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人机交互模块、8
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编码模块、9
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初始解生成模块、10
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构建适应度函数模块、11
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选择算子模块、12
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交叉操作模块、13
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变异算子模块。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]参照图1
‑
2，
[0026]水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法，包括启动模块1、数据采集模块2、图像处理模块3、算法计算模块4、路线优化模块5、无线通信模块6、人机交互模块7、编码模块8、初始解生成模块9、构建适应度函数模块10、选择算子模块11、交叉操作模块12和变异算子模块13，启动模块1的输出端连接有数据采集模块2的输入端，数据采集模块2的输出端连接有图像处理模块3的输入端，图像处理模块3的输出端连接有算法计算模块4的输入端，算法计算模块4的输出端连接有路线优化模块5的输入端，路线优化模块5的输出端连接有无线通信模块6的输入端，无线通信模块6的输出端连接有人机交互模块7的输入端。
[0027]算法计算模块4的内部设置有编码模块8、初始解生成模块9、构建适应度函数模块10、选择算子模块11、交叉操本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法，包括启动模块(1)、数据采集模块(2)、图像处理模块(3)、算法计算模块(4)、路线优化模块(5)、无线通信模块(6)、人机交互模块(7)、编码模块(8)、初始解生成模块(9)、构建适应度函数模块(10)、选择算子模块(11)、交叉操作模块(12)和变异算子模块(13)，其特征在于：所述启动模块(1)的输出端连接有所述数据采集模块(2)的输入端，所述数据采集模块(2)的输出端连接有所述图像处理模块(3)的输入端，所述图像处理模块(3)的输出端连接有所述算法计算模块(4)的输入端，所述算法计算模块(4)的输出端连接有所述路线优化模块(5)的输入端，所述路线优化模块(5)的输出端连接有所述无线通信模块(6)的输入端，所述无线通信模块(6)的输出端连接有所述人机交互模块(7)的输入端。2.如权利要求1所述的水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法，其特征在于：所述算法计算模块(4)的内部设置有编码模块(8)、初始解生成模块(9)、构建适应度函数模块(10)、选择算子模块(11)、交叉操作模块(12)和变异算子模块(13)，所述编码模块(8)、初始解生成模块(9)、构建适应度函数模块(10)、选择算子模块(11)、交叉操作模块(12)和变异算子模块(13)的输出端连接有所述算法计算模块(4)的输入端。3.如权利要求1所述的水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法，其特征在于：所述数据采集模块(2)获取各种传感器的数据信息。4.如权利要求1所述的水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法，其特征在于：所述图像处理模块(3)使用高位相机和低位相机系统；高位相机同时拍摄的图像视野涵盖多条路道，使用高清相机系统调整曝光度及对比度来保证相机拍摄道路的清晰度，且图像颜色阈值达到较好的视觉效果；低位相机系统由彩色摄像头与主控芯片组成。5.如权利要求1所述的水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法，其特征在于：所述编码模块(8)寻找一个存在映射关系的空间，将这个空间称做编码空间；编码的方式分为二进制编码、格雷码编码、浮点数编码、符号编码和排列编码；所述初始解生成模块(9)在运用遗传算法寻优前，将问题的一个解作为算法初始时的种群，然后对初始种群进行初始化操作。6.如权利要求1所述的水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法，其特征在于：所述构建适应度函数模块(10)是算法后续迭代和优化的基础，是满足各种约束条件的随机生成的解。7.如权利要求1所述的水电站GIS设备巡检机器人巡检路线制定系统及制定方法，其特征在于：所述交叉操作模块(12)利用多维数组对两侧行车线的像素点进行采集，滤波后根据相应情况进行曲线拟合。8.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼，王念仁，刘勋，王秉杰，赵贤文，赵涛，张远鸿，马有德，
申请(专利权)人：青海黄河上游水电开发有限责任公司青海黄河上游水电开发有限责任公司积石峡发电分公司，
类型：发明
国别省市：