本发明属于电力巡检机器人技术领域，具体涉及一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，还涉及一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测方法。
背景技术：
近年来，国家大力发展智能电网行业，为了从电力变电站的日常巡检任务中释放人力资源，电力巡检机器人得到普遍应用。在对电力巡检机器人的合格检测中，需对其运行速度进行自动检测。
目前对电力巡检机器人的测速方法有多种：
线圈测速：在道路上沿着电力巡检机器人前进的方向每隔一定距离埋设一个线圈，根据线圈间的距离和电力巡检机器人经过线圈的时间差可以得出速度，该方法准确度高，在时间上的延迟可以忽略不计，但安装线圈时会破坏路面，且线圈寿命较短，维护更换频繁，造成运维成本的提升和现场维修的不便；
视频测速：对摄像机拍摄的连续时间序列图像进行图像处理、目标检测和跟踪，从而计算出电力巡检机器人的速度，该方法将摄像头安装在道路上方，不受路面情况限制，记录的信息最丰富，但由于视频测速的方法需要提取每帧图像中的特征以及对帧与帧之间的特征进行匹配，因此对计算能力有较高要求，且基于图像的特征匹配易受到光线、天气变换等影响，使测量结果不够精准；
雷达测速仪测速和激光测速仪测速：测速原理基于多普勒效应，运动物体反射的雷达信号频率与发射频率之间的差值，称为多普勒频率，而多普勒频率与物体运动速度成正比，通过测量多普勒频率值即可实现测速；激光测速仪向被测物体发射激光束，通过计算发射与接收激光束之间的时间差，从而确定被测物体与测试点之间的距离，在特定时间间隔里进行两次距离测量，即可计算被测物体的速度，上述两种测速方式均需要将雷达或激光测距设备安装于正对着运动物体的方向上，且误差大约在1-2km/h，不适用于测量0-5m/s区间慢速移动的巡检机器人。
综上，现有方法在电力巡检机器人的速度检测上的应用均存在相应的缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统及方法，实现电力巡检机器人在自主行走的测速的测试误差更小，解决了电力巡检机器人的速度检测过程中存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，包括图像检测设备、图像标志物和控制处理设备；
所述图像检测设备、图像标志物固定设置于检测区域内，所述检测区域内平行设置长度相同的线一与线二，所述图像检测设备包括至少四台，间隔设置于线一上，所述图像标志物数量与图像检测设备的数量相同，图像标志物设置于线二上，且各图像标志物的位置与图像检测设备一一对应；
所述图像检测设备对图像标志物进行监控，当电力巡检机器人按照规定在检测区域内从线一与线二中间匀速驶过，图像检测设备记录下图像标志物被电力巡检机器人遮挡的时刻并上传至控制处理设备，以计算电力巡检机器人的平均速度。
进一步的，所述图像检测设备为四台，其中两台图像检测设备设置于线一的两端，其他图像检测设备设置于线一上的任意一点。
进一步的，所述图像检测设备为四台，线一长度20米，四台图像检测设备分别位于0m，5m，15m，20m的位置。
进一步的，所述图像标志物为平面图形标志物，平面图形标志物包括唯一编码信息。
进一步的，唯一编码信息为aruco库。
进一步的，电力巡检机器人的平均速度包括在两个图像标志物之间的平均速度组a，以及在所有图像标志物之间的全程平均速度b。
进一步的，所述图像检测设备设置于防水防震的密闭箱内，所述密闭箱上设置透明观察窗。
进一步的，所述图像标志物的高度等于图像检测设备1的高度。
相应的，本发明还提供了一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测方法，包括：
当电力巡检机器人由线一与线二的一端匀速行驶至另一端，图像检测设备依次记录各图像标志物被电力巡检机器人遮挡住的时间；
基于相邻图像标志物被电力巡检机器人遮挡住的时间的差值，计算一组电力巡检机器人在两个图像标志物之间的平均速度组a，以及在所有图像标志物之间的全程平均速度b。
进一步的，还包括：
将平均速度组a内的数值、全程平均速度b与预设的检测标准速度对比，若至多有一组数值的对比结果不符合要求，则电力巡检机器人的速度检测结果合格。
进一步的，图像标志物被电力巡检机器人遮挡的时刻，为遮挡一开始的时间，或者是遮住最后一刻的时间，或者是遮挡过程中任意一刻的时间。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1)本发明所述的基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，利用图像检测设备对图像标志物的监控，获得电力巡检机器人在检测区域行驶的时间点，并计算一组电力巡检机器人在两个图像标志物之间的平均速度组a，以及在所有图像标志物之间的全程平均速度b，通过对比，能够较快且准确地获得电力巡检机器人的测速结果；
2)本发明所述的速度检测系统及检测方法对环境、时间及场地的要求较小，同时能够根据被测量的电力巡检机器人的体积及个体状况调整检测区域的大小及图像检测设备和图像标志物的位置，灵活性高，成本低；且利用aruco视觉图库作为图像标志物，整体的检测精度高，误差小，实用性强，优点突出。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明一组图像标志物的示意图；
图3为本发明图像检测设备的结构示意图；
图4为本发明任意一个图像标志物的结构示意图；
图5为本发明电力巡检机器人的结构示意图；
图6为本发明速度检测原理图。
附图标记列表：
1、图像检测设备，2、图像标志物，3、检测区域，4、线一，5、线二，6、边框，7、编码信息，8、上位机，9、无线路由设备，10、计算机，11、光纤电缆，12、载体，13、密闭箱，14、透明观察窗，15、电力巡检机器人，16、移动部，17、核心部。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，本发明的基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，包括图像检测设备1、图像标志物2和控制处理设备，所述图像检测设备1、图像标志物2固定设置于检测区域3内，所述检测区域内平行设置长度相同的线一4与线二5，所述图像检测设备1包括至少四个，间隔设置于线一4上，图像检测设备1可采用现有的帧数大于等于25帧的可见光成像设备，所述图像标志物2数量与图像检测设备1的数量相同，图像标志物2设置于线二5上，各图像标志物的位置与图像检测设备1一一对应，所述图像标志物2为平面图形标志物，包括唯一编码信息7(aruco库)，所述控制处理设备包括上位机8、无线路由设备9、数据库服务器和实验管理分析系统，各图像检测设备1通过光纤电缆11连接上位机8，各图像检测设备1在采集数据上传至上位机8，所述数据库服务器和实验管理分析系统设置于可移动的计算机10内，上位机8通过无线路由设备9与计算机10连接，将接收的采集数据上传至数据库服务器和实验管理分析系统，分析电力巡检机器人的运行速度。
利用图像检测设备1对图像标志物2的监控，当电力巡检机器人15按照规定在检测区域3内从线一4与线二5中间行驶过，图像检测设备1会记录下图像标志物2初次被遮挡的时刻，计算一组电力巡检机器人15在两个图像标志物2之间的平均速度组a，以及在所有图像标志物2之间的全程平均速度b，与预设置的对比数据进行对比，能够较快且准确地获得电力巡检机器人15的测速结果(即电力巡检机器人的速度满不满足要求)。
图像标志物的结构如图2和图4所示，所述图像标志物2为平面图形标志物，包括载体、边框6及唯一编码信息7，参见图4所示，图像标志物的边框6为黑色正方形边框，黑色边框6能够有效定位，图像检测设备识别到边框，开始扫描编码信息，编码信息7为一组aruco码，且一组图像标志物2的aruco码两两不同，区别明显，能够有效减小误差，在识别的过程中更加准确。
如图3所示，所述图像检测设备1设置于防水防震的密闭箱13内，所述密闭箱13上设置透明观察窗14，能够减小环境情况对图像检测设备1这类电子产品的影响，使环境、气候对检测的影响减小，减少了本发明所述的测量方法的限制，更加灵活、实用、范围广。
如4图所示，所述图像标志物的载体12为正方形，载体的边长为0.4m，边框6距离载体边缘的距离为0.05m，载体用来固定图像标志物2，所述图像标志物2的高度等于图像检测设备1的高度，所述载体12根据图像检测设备1的高度调节高度，并根据电力巡检机器人15的高度、图像检测设备1的高度调整图像标志物2的高度，确保图像标志物2与图像检测设备1的高度一致、位置一致，减小误差。
电力巡检机器人的结构参见图5所示，所述电力巡检机器人15的下部为移动部16，上部为核心部17，所述移动部16能够根据核心部17的指令进行移动，所述图像检测设备1、图像标志物2的高度大于电力巡检机器人15的移动部16的高度，且不超过核心部17的高度，电力巡检机器人15在检测过程中，为了减少移动部16的车轮对图像检测设备1造成的误导，因而要求图像检测设备1及图像标志物2的高度高于移动部16。
基于以上系统的一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测方法，包括如下步骤：
1)在监测区域内设置线一4、线二5、图像检测设备1、图像标志物2；
电力巡检机器人体积较大，为了满足检测环境，本发明实施例中设置所述检测区域3内部平坦，检测区域3的长度不小于20米，宽度不小于5m，在检测区域3内沿水平方向平行设置线一4与线二5，且线一4与线二5之间的距离不小于两米，线一4和线二5与检测区域3的上下边缘距离不小于0.3米。
所述图像检测设备1设置至少四台，其中两台设置于线一4的两端，其他图像检测设备1设置于线一4上的任意一点，优选距离线一4两端为5米的整数倍的点。本发明实施例中图像检测设备1分别位于0m，5m，15m，20m的位置。
所述图像标志物2的数量与图像检测设备的数量相同，并且设置于线二5上的位置与图像检测设备1在线一4上的位置相同；图像标志物内包含唯一的编码信息。
2)设置上位机8与数据库服务器和实验管理分析系统；
所述上位机8通过光纤电缆11与各图像检测设备1连接，所述数据库服务器和实验管理分析系统通过无线路由设备9与上位机8连接，无线路由设备9、数据库服务器和实验管理分析系统活动设置于检测区域3外部，
3)所述检测区域3内设置电力巡检机器人15，所述电力巡检机器人15设置于线一4与线二5中间，且距离线一4与线二5各至少0.3米；
4)所述电力巡检机器人15由线一4与线二5的一端匀速行驶至另一端，图像检测设备1依次记录一组图像标志物2被电力巡检机器人15遮挡住的时间，并通过上位机8上传至数据库服务器；
电力巡检机器人遮挡该图像检测设备对应的图像标志物的时间，可以是遮挡一开始的时间，也可以是遮住最后一刻的时间，或者是遮挡过程中任意一刻的时间，影响不大，但是所有图像检测设备的时间点必须是一样的。
5)所述实验管理分析系统分析相邻图像标志物2被电力巡检机器人15遮挡住的时间的差值，并计算一组电力巡检机器人15在两个图像标志物2之间的平均速度组a，以及在所有图像标志物2之间的全程平均速度b；
由图6可知：电力巡检机器人在0-5m之间的平均速度为：
电力巡检机器人在5-15m之间的平均速度为：
电力巡检机器人在15-20m之间的平均速度为:
全程的平均速度为：
其中，d1＝5m，d2＝10m，d3＝5m。t1，t2，t3分别为0-5m、5-15m、15-20m之间摄像头拍下的视觉标志物被遮挡的时间差。
上述的平均速度组a包括v1、v2和v3，全程平均速度b是v。
6)设置电力巡检机器人15检测标准的速度，并对比平均速度组a内的数值、全程平均速度b以及电力巡检机器人15检测标准的速度，判定检测结果。
所述平均速度组a内的数值的数量与全程平均速度b的数值数量的和等于图像标志物2的数量，如果图像标志物是四个，中间有三个平均速度 一个总的平均速度，所以应该有4个数值，少了就是检测有误。
对比的数值组数等于图像标志物2的数量，且至多有一组数值的对比结果不符合要求，则电力巡检机器人15的速度检测结果合格。如果检测的目的是电力巡检机器人的速度，那么检测速度比对比速度慢，则不合格。如果电力巡检机器人检测目的为巡检精度，那速度过快，则不合格。根据电力巡检机器人15的速度检测时的行业标准或者国家标准规定的内容设定对比数据，并对所有数值进行对比，避免电力巡检机器人15在检测区域3内并非按照要求的速度行驶但全程平均速度b符合要求，以上原因导致的电力巡检机器人15速度测量的不准确性，因而分段统计增加对比数据，提高准确性。
本发明所述的速度检测系统及检测方法对环境、时间及场地的要求较小，同时能够根据被测量的电力巡检机器人15的体积及个体状况调整检测区域3的大小及图像检测设备1和图像标志物2的位置，灵活性高，成本低；且利用aruco视觉图库作为图像标志物2，整体的检测精度高，误差小，实用性强，优点突出。
本发明测速方式不需要在地底埋设线圈，对图像检测设备和图像处理能力没有较高的要求，且检测aruco的过程十分迅速，能够满足精度要求。图像检测设备被封装在防水防震的密闭箱内，可有效抵抗外界环境的干扰。因此是一种高精度，低成本，可全天候工作的测速方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
1.一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，其特征是，包括图像检测设备、图像标志物和控制处理设备；
在检测区域内平行设置长度相同的线一与线二，所述图像检测设备包括至少四台，间隔设置于线一上，所述图像标志物数量与图像检测设备的数量相同，图像标志物设置于线二上，且各图像标志物的位置与图像检测设备一一对应；
所述图像检测设备对图像标志物进行监控，图像检测设备记录下图像标志物被电力巡检机器人遮挡的时刻并上传至控制处理设备，以计算电力巡检机器人的平均速度。
2.根据权利要求1所述的一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，其特征是，所述图像检测设备为四台，其中两台图像检测设备设置于线一的两端，其他图像检测设备设置于线一上的任意一点。
3.根据权利要求1所述的一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，其特征是，所述图像检测设备为四台，线一长度20米，四台图像检测设备分别位于0m，5m，15m，20m的位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，其特征是，所述图像标志物为平面图形标志物，平面图形标志物包括唯一编码信息。
5.根据权利要求4所述的一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，其特征是，唯一编码信息为aruco库。
6.根据权利要求1所述的一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，其特征是，所述图像检测设备设置于防水防震的密闭箱内，所述密闭箱上设置透明观察窗。
7.根据权利要求1所述的一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测系统，其特征是，所述图像标志物的高度等于图像检测设备的高度。
8.一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测方法，其特征是，包括：
基于以上系统的一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测方法，包括如下步骤：
当电力巡检机器人由线一与线二的一端匀速行驶至另一端，图像检测设备依次记录各图像标志物被电力巡检机器人遮挡住的时间；
基于相邻图像标志物被电力巡检机器人遮挡住的时间的差值，计算电力巡检机器人的平均速度，包括一组电力巡检机器人在两个图像标志物之间的平均速度组a，以及在所有图像标志物之间的全程平均速度b。
9.根据权利要求8所述的一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测方法，其特征是，图像标志物被电力巡检机器人遮挡的时刻，为遮挡一开始的时间，或者是遮住最后一刻的时间，或者是遮挡过程中任意一刻的时间。
10.根据权利要求8所述的一种基于多视觉标志物的电力巡检机器人速度检测方法，其特征是，还包括：
将平均速度组a内的数值、全程平均速度b与预设的检测标准速度对比，若至多有一组数值的对比结果不符合要求，则电力巡检机器人的速度检测结果合格。
技术总结