[发明专利]用于变电站巡检机器人的电表识别、定位及三维建图方法

说明书

用于变电站巡检机器人的电表识别、定位及三维建图方法，包括电表的识别、定位和电表的局部三维重建。所述的电表的识别是指巡检机器人在构建地图时对变电站中的各种表盘的识别，所述的电表定位是指确定电表在地图中的位置，所述的电表局部三维重建是指在识别表盘的基础上，对变电站中的表盘进行局部三维重建，使其能够快速获得重建的地图，所述的重建地图是指变电站其他地区的稀疏点云地图和各种表盘的三维重建图，特别对电表进行稠密三维重建，是为了让变电站管理人员在可视化平台上清楚的看到电表在变电站场景中的具体位置，这样方便管理人员控制巡检机器人去查看某一电表的读数，然后反馈结果给工作人员，提高变电站工作人员的工作效率。

技术领域

本发明涉及变电站巡检机器人控制领域，具体为用于变电站巡检机器人的电表识别、定位及三维建图方法。

背景技术

随着科技进步和电力体制改革的不断深入发展，电力系统自动化程度已有很大提高，变电站值班也逐渐趋于无人化或少人化。为了保证变电站设备的安全可靠运行，利用巡检机器人完成电站设备的巡检，可以提高工作效率和质量。建图和导航是巡检机器人需要完成的两个主要任务。巡检机器人的导航功能主要是通过众多车载传感器实现的。传感器负责采集机器人所需要的信息，包括感知机器人在局部或全局环境下的位姿、机器人的周围环境等，并对这些信息分析处理，为机器人的安全行驶提供及时可靠的决策依据。使用巡检机器人对变电站进行巡检首先要对变电站建立地图，现有的巡检机器人建图方法有使用安装于激光导航变电站巡检机器人本体上的激光雷达和编码器共同采集数据，后期将数据融合，从而生成变电站地图，这种方式生成的变电站地图会产生较大的累积误差，导致部分环形道路无法闭合。还有使用三维建图设备在变电站内设多点进行扫描建图，后期将三维地图通过软件拼接驻点扫描的数据，之后还需将三维地图转化为激光导航变电站巡检机器人所需的二维变电站地图，这需要购买三维建图的专用设备，费用昂贵，需要每隔一段距离进行小区域建图，后期需要通过软件将地图拼接，需要耗费大量时间采集数据。现有的这些方法仅能够建立稀疏的点云地图用于定位，稀疏点云地图由于无法详细描述空间环境因此难以用于人机交互。而对整个变电站进行全部的三维重建计算量大，计算设备昂贵等问题无法实施。在变电站空间中，巡检机器人除了需要完成自身的定位，更为重要的是需要确切地知道表盘在所建地图中的位置以实现环境交互，同时能将这种交互通过可视化平台给变电站管理人员展示出来，使管理人员能进一步控制巡检机器人，实现人机交互。空间中表盘的位置需要事先采集变电站地图，并在采集的地图中与单体化后的表盘进行交互设置其属性信息。

现有的变电站建图方法包括以几种：

1.变电站建图现在大多使用人工绘制，通过全站仪，米尺和激光测距仪进行人工测绘；但是使用人工绘制，会产生较大的误差，对激光导航变电站巡检机器人定位精度和导航效果产生影响，同时人工绘制也会耗费大量人力和时间成本；

2.使用安装于激光导航变电站巡检机器人本体上的激光雷达和编码器共同采集数据，后期将数据融合，从而生成变电站地图，这种方式生成的变电站地图会产生较大的累积误差，导致部分环形道路无法闭合；

3.使用三维建图设备在变电站内设多点进行扫描建图，后期将三维地图通过软件拼接驻点扫描的数据，之后还需将三维地图转化为激光导航变电站巡检机器人所需的二维变电站地图，需要购买三维建图的专用设备，费用昂贵，需要每隔一段距离进行小区域建图，后期需要通过软件将地图拼接，需要耗费大量时间采集数据。

4.使用激光导航变电站巡检机器人的GPS、视觉及激光雷达的变电站建图方法利用视觉采集设备对环境抓图将相邻的两张图像对比，分析机器人的航向角，结合激光雷达采集的距离信息和GPS获得的坐标信息获得机器人周边区域的地图。这种方法建立的地图也是一种稀疏的点云地图。它无法详细描述空间环境因此难以用于人机交互。

发明内容