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摘要：变电站事关人们的日常用电甚至是工业的用电，因此日常对变电站设备的监测及周围环境的监测是非常重要的。近年来，变电站内部署摄像头、巡检机器人进行安全监控已经在开展应用，虽然取得了一定的效果但也存在很多问题。本文将针对变电站设备的障碍物检测，探究一种基于双目视觉的探测方法。
关键词：双目视觉；变电站；障碍物；高度检测
我国是一个大国，无论是在生产生活上，还是在日常的用电用水中，其消耗量都非常大。近年来，我国的电网规模逐渐扩大，变电站建设增多，变电站的工作当中引入了先进的技术，摄像头、巡检机器人进行安全监控已经在开展应用。相对于人工巡检，巡检机器人可以有效地降低使用人力的成本，并且能够按照所设计的程序进行详细的检查,但同时也存在着弊端，典型的问题有：人车带电作业时缺乏精确的安全距离测量手段，容易导致安全隐患；庄稼地里的薄膜、断线的风筝、节日放的孔明灯等易漂浮物，在大风天气极易搭挂到设备上，目前无法测量异物与带电设备的空间距离，不能量化异物的威胁程度；垂弧测量、站内异物、设备位置偏移、破损导致尺寸残缺等涉及三维轮廓变化和位置变化等检测能力不足，目前的手段难以满足实际检测需求。
1 变电站设备检测工作重要性
变电设备属于强电工作的范围，变电设备电压较高，有时候会产生放电、触电的事故，如果不加以严格的检测，会对人的生命安全造成一定的威胁，因此监测变电设备非常重要。在变电站巡视检查当中，设备巡视主要分为定期巡视、特殊巡视、监察巡视、夜间巡视这几个大类。定期巡视是变电站的工作人员在值班期间，按照单位所规定的时间对变电设施进行巡查，按照严格的流程与方法确保变电站工作顺利进行。特殊巡视是指在雷雨天气、大风天气或者是设备新更换以及设备异常期间，需要对变电站加强巡视的次数，对变电站周围情况及时进行检查。所谓的夜间巡视是在夜间检查设备有无过热、发红等等现象。监察性巡视的人员由变电站管理人员和专业人员组成，综合性巡视了解设备的情况，并且有领导的视察。
在这些巡视的过程当中，定期巡视是比较容易忽视，人员能够在规定的时间内进行巡视，但是不免会有工作人员疏忽对重要设备的仔细观察。有时由于非人为原因，工作人员无法对设备实现精准的检查，有缺陷、有遗漏的巡查对变电站的正常工作是极为不利的，因此需要相关专业技术与人工巡查相匹配，共同合作工作。现在技术的发展将巡检机器人与日常巡视工作相结合，机器人能够长期工作在巡视检查的岗位上，对每日的巡查通过传感器发送客观的数据，通过上报数据、上报图像传输温度等等，实现了巡视人员无法做到的实时监测。根据变电站所处位置以及周围环境的不同，巡检机器人的功能和系统设计随着变电站巡检的要求变化逐步进行优化，提高了变电站巡检的工作效率。
2 基于双目视觉的变电站设备对障碍物高度的检测
2.1 双目视觉原理介绍
眼睛是一个感知光线的器官，人在用眼睛观察周围世界的时候，通过几何光学投影，眼睛将光投射到对光敏感的视网膜，在视网膜上成像，光线被接受之后转换成信号，通过视神经传大脑中，从而让人感受到看到的画面。当然，由于双眼的位置，观察同一物体时两眼的视网膜会产生影响，这被称之为生理视差。基于双目视觉理论的双目立体视觉，通过一定的算法匹配数对应的点，从而计算出视差。
在生物视觉系统当中，几乎所有的生物都是用两只眼睛观察物体。在计算机视觉系统当中，计算机视觉系统也会模仿生物视觉，通过仿生的方法用两台或多台摄像机从多点观察同一场景，从而能够获得的多个点角度下的图像，然后通过同一场景不同角度的视差，推算出目标物体在空间当中的形状以及位置。而基于人类双目视觉的研究最早在国外提出，国外的科学家最早提出并且实现了基于人类视觉系统的双目视觉模型计算，双目视觉是最接近于人类视觉的三维数据恢复方式，其可以实现非接触式测量，实施简单。
双目视觉广泛应用在机器人的导航、物体识别、虚拟现实等等当中，双目视觉是模拟人类视觉原理，通过计算机被动感知觉的方法，从两个或多个点观察一个物体，从而获取不同视角下的图像，根据图像与图像之间像素的匹配关系，通过测量原理计算出像素之间的距离，以获取物体的三维信息。
2.2 摄像机的标定
在变电站设备远程巡检的工作当中，无论是用智能巡检机器人还是高清视频监控系统，都是利用摄像头将现场设备信息进行回传、分析，于是基于双目视觉的障碍物高度检测方法被逐渐提出。针对巡检机器人的工作环境，在机器人视觉导航当中，栅格地图结构简单、操作方便，其障碍物高度检测的方法有两种，一是通过激光扫描传感器，通过激光测距的原理得到机器人前方环境的三维距离，从而获得障碍物的形状、高度，、宽度等。激光这一方法也被现在逐渐应用于无人驾驶当中。另外一种方法是基于视觉的障碍物高度检测，双目测距的原理是首先获得三维环境的深度图，然后将摄像机系坐标进行转换成载体的坐标，通过载体坐标系表示为三维的高度，这种方法在实施当中需要一定的标定，适应性差，当环境发生变化时需要重新标定。
摄像机的标定是根据一组已知参考系的坐标和图像坐标系坐标的控制点，确定摄像机内部参数和外部参数。通过摄像机的标定可以实现世界坐标系三维像素点和图像坐标系二维像素点之间的映射关系，为后面的图像深度测距做铺垫。相机的标定一般分为单相机标定和立体相机标定，立体相机标定与单相机标定相比有不同的要求，要取两个相机之间的相对位置关系。双目视觉在变电站设备障碍物高度探测之前，需要进行摄像机的标定，以确定摄像机的位置、参数，从而通过这些已知的参数建立相应的摄像机数据模型。相机的内参主要包括焦距、图像中心等等。外参包括旋转矩阵、平移矩阵。此外，还需要获取参与摄像的相机在哪个位置。在变化使用摄像机的环境之后，都需要对摄像机内部的参数进行熟悉和了解，这样才能够建立关于摄像机成像的模型。
2.3 双目视觉在目标高度检测应用
双目视觉简而言之，就是借助图像获取硬件，如摄像机或者小型具有图像摄取的传感器，将图像信息传输到处理中心，将这些信息进行恢复与重建，从而能重塑出原始的空间信息，再对空间信息中目标物体与待测物进行距离的计算，达到距离测量的目的。在变电站设备对障碍物高度检测的过程当中，主要可以分为以下的步骤。首先，使用双目摄像头对图像进行采集，在摄像机对图像获取之后，进行图像的预处理。图像的预处理主要是恢复图像的视觉效果，提高图像的清晰度，让图像更加与计算机输入的相匹配，能够用于下一步的分析。将图像输入计算机之后，通过预处理能够吸取到待测物体，通过分析图像中的目标物体与其它物体的区别，能够提取出目标物体的特征点。接着，通过立体匹配的方法对图像进行匹配，计算出道路平面方程。最后进行深度确定，通过点到平面的距离公式，求取三维环境下的高度，恢复出3d图像信息，利用高度信息来检测障碍物。在硬件方面，可以采用低功耗、低成本的嵌入式处理系统，通过将摄像机这样的图像获取设备连接到采集芯片中，通过与计算机pc平台相结合，将传输出的图像进行图像处理，将图像在MATLAB软件中结合相应的算法进行再次处理，也可以采用卡尔曼滤波的算法加以优化，检测到目标物体在图像当中的位置，通过双目视觉系统，对变电站中障碍物高度得以检测。
3 结束语
基于双目视觉的变电站设备障碍物高度检测提升变电巡检效率的手段之一，三维场景重建技术和装置可以快速识别变电站内的人车与带电设备的安全距离、各类漂浮物的轮廓并进行场景重建，再通过基于人工智能技术检测可能的隐患和缺陷，并发出告警，强化了工作现场智能管控，降低设备故障率和跳闸率，为电网的运行提供强有力的保证，有效地降低了变电站的运营成本，为变电站正常运行提供了一定的保障，在变电站和无人值守变电站的创新过程当中提供了一定的新思路。
参考文献：
[1] 李敏霞. 基于机器视觉的变电设备安全距离检测方法研究[D].华北电力大学,2019.
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[3] 解兴哲. 变电站设备巡检机器人的导航与定位研究[D].西南科技大学,2011.
[4] 解兴哲,王姮,刘冉,刘满禄.基于双目视觉的障碍物高度检测[J].传感器与微系统,2010,29(07):118-120+130.