【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于水電站安全檢測，具體為一種機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法及相關(guān)設(shè)備。
技術(shù)介紹
1、水電站安全巡檢需要準(zhǔn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析。然而，由于現(xiàn)有系統(tǒng)在處理大規(guī)模高分辨率圖像和多視頻流時(shí)可能存在延遲，尤其在應(yīng)用于5g+wifi網(wǎng)絡(luò)的傳輸環(huán)境下，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患的需求難以得到完全滿足，影響了巡檢的效率和及時(shí)性。
2、智能巡檢機(jī)器人需在復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行多種對(duì)象檢測（如人員安全帽佩戴、漏水、漏油等）。傳統(tǒng)檢測模型如yolo的早期版本在多尺度或小物體檢測上表現(xiàn)不佳，容易出現(xiàn)誤檢或漏檢，無法有效支持多目標(biāo)的精確檢測，可能導(dǎo)致巡檢中遺漏關(guān)鍵安全信息。
3、當(dāng)前的檢測系統(tǒng)為提升檢測精度，常需高計(jì)算資源支持。在巡檢機(jī)器人的資源受限設(shè)備（如邊緣設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備）上運(yùn)行高能耗算法存在困難，尤其是長時(shí)間部署在電站環(huán)境中時(shí)，可能會(huì)影響系統(tǒng)的能效管理和持續(xù)運(yùn)行能力。
4、巡檢系統(tǒng)中的圖像識(shí)別模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，若存在標(biāo)注不準(zhǔn)確、樣本不均衡等問題，可能會(huì)降低檢測模型在實(shí)際電站環(huán)境中的適應(yīng)性。數(shù)據(jù)質(zhì)量的欠缺直接導(dǎo)致模型檢測精度和穩(wěn)定性的下降，影響了異常檢測的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的整體可靠性。
5、在水電站中，環(huán)境復(fù)雜多變，而現(xiàn)有模型往往在特定條件下表現(xiàn)較好，面對(duì)新場景或不同狀態(tài)下的目標(biāo)檢測時(shí)泛化能力欠佳。若巡檢系統(tǒng)在電站多個(gè)場景和不同檢測任務(wù)間切換時(shí)難以保持性能，則會(huì)增加人工干預(yù)頻率，削弱系統(tǒng)的智能化和自主性。
6、現(xiàn)有的巡檢機(jī)器人和固定監(jiān)控終端設(shè)備可能專注于某一特定類型的安全監(jiān)控（如僅限于檢測安
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一種機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法及相關(guān)設(shè)備，解決了傳統(tǒng)檢測模型在多尺度或小物體檢測上表現(xiàn)不佳，容易出現(xiàn)誤檢或漏檢，無法有效支持多目標(biāo)的精確檢測，可能導(dǎo)致巡檢中遺漏關(guān)鍵安全信息的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，包括：
4、發(fā)送數(shù)據(jù)獲取信號(hào)至機(jī)器人，獲取水電站圖像數(shù)據(jù)；
5、對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像增強(qiáng)和預(yù)處理操作；
6、將圖像增強(qiáng)和預(yù)處理后的數(shù)據(jù)輸入至建立好的水電站安全監(jiān)控與管道檢測模型，輸出檢測結(jié)果；
7、其中水電站安全監(jiān)控與管道檢測模型基于yolo?v11架構(gòu)，在yolo?v11架構(gòu)的neck部分加入多層transformer。
8、優(yōu)選地，所述yolo?v11架構(gòu)中加入多層gelu激活函數(shù)，并將卷積修改為空洞卷積。
9、優(yōu)選地，所述采用transfomer采用decoder-only結(jié)構(gòu)，采用用rope相對(duì)位置編碼代替絕對(duì)位置編碼，在每個(gè)transformer層的輸入上進(jìn)行歸一化，歸一化采用rmsnorm歸一化函數(shù)，同時(shí)采用silu激活函數(shù)替代了relu函數(shù)。
10、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)增強(qiáng)的步驟具體為：
11、依次進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)小波變換圖像增強(qiáng)、直方圖均衡化、灰度變化和圖像銳化。
12、優(yōu)選地，數(shù)據(jù)預(yù)處理的步驟具體為，包括歸一化和resize操作；
13、歸一化把不同維度的特征值調(diào)整到相近的范圍內(nèi)，具體公式如下：
14、
15、其中，max和min分別表示圖像像素的最大值和最小值，，為歸一化結(jié)果；
16、resize操作為將輸入的數(shù)據(jù)重塑到同樣的大小。
17、優(yōu)選地，水電站安全監(jiān)控與管道檢測模型輸出為：
18、
19、其中，表示預(yù)測的第i個(gè)邊界框的中心坐標(biāo)和邊界框的寬和高，分別表示全帽佩戴不規(guī)范，漏水，漏油的置信度。
20、優(yōu)選地，水電站安全監(jiān)控與管道檢測模型采用自定義訓(xùn)練損失函數(shù)，所述自定義訓(xùn)練損失函數(shù)為：
21、
22、 l1為邊界框中心點(diǎn)坐標(biāo)偏差絕對(duì)值的總和加上寬度和高度的偏差絕對(duì)值總和，l2為分類置信度與真實(shí)標(biāo)簽之間的歐氏距離平方和，為模型預(yù)測值與真實(shí)值之間的平均平方差。
23、機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測系統(tǒng)，包括
24、數(shù)據(jù)獲取模塊：用于發(fā)送數(shù)據(jù)獲取信號(hào)至機(jī)器人，獲取水電站圖像數(shù)據(jù)；
25、圖像數(shù)據(jù)處理模塊：對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像增強(qiáng)和預(yù)處理操作；
26、檢測模塊：將圖像增強(qiáng)和預(yù)處理后的數(shù)據(jù)輸入至建立好的水電站安全監(jiān)控與管道檢測模型，輸出檢測結(jié)果；
27、其中水電站安全監(jiān)控與管道檢測模型基于yolo?v11架構(gòu)，在yolo?v11架構(gòu)的neck部分加入多層transformer。
28、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法。
29、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法的步驟。
30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：本專利技術(shù)提供了一種機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法及相關(guān)設(shè)備，采用yolov11架構(gòu)，能實(shí)時(shí)檢測的同時(shí)在檢測精度上有了顯著提升。這使得本專利技術(shù)在保持高速檢測的同時(shí)，能夠更加準(zhǔn)確地識(shí)別目標(biāo)，特別是在安全監(jiān)控和管道泄漏檢測這類需要快速響應(yīng)的應(yīng)用場景中。在yolov11架構(gòu)中引入transformer層，增強(qiáng)了模型對(duì)長距離依賴性的捕捉能力，這在多尺度特征融合方面尤為突出。該創(chuàng)新不僅改善了模型的檢測精度，而且通過合理設(shè)計(jì)避免了計(jì)算資源的過度消耗，實(shí)現(xiàn)了性能與效率的良好平衡。
31、進(jìn)一步地，通過多種圖像增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用，本專利技術(shù)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)集具備很高的魯棒性，能夠在多種環(huán)境下穩(wěn)定工作，即使面對(duì)光照變化或背景復(fù)雜的情況也能保持良好的檢測效果。
32、進(jìn)一步地，利用gelu激活函數(shù)與空洞卷積組合，擴(kuò)展模型的感受野范圍，改善特征提取效果，適應(yīng)多尺度特征融合需求；
33、進(jìn)一步地，采用decoder-only結(jié)構(gòu)，結(jié)合rope相對(duì)位置編碼與rmsnorm歸一化策略，提升模型性能表現(xiàn)；
34、進(jìn)一步地，將silu激活函數(shù)應(yīng)用于模型中，替代傳統(tǒng)relu，以期獲得更好的非線性映射效果；
35、進(jìn)一步地，采用考慮位置、分類精度及預(yù)測誤差的自定義損失函數(shù)，以提高模型對(duì)于特定類別（如安全帽佩戴不規(guī)范、漏水、漏油）的區(qū)分能力。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，所述YOLO?V11架構(gòu)中加入多層GELU激活函數(shù)，并將卷積修改為空洞卷積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，所述采用transfomer采用Decoder-Only結(jié)構(gòu)，采用用RoPE相對(duì)位置編碼代替絕對(duì)位置編碼，在每個(gè)Transformer層的輸入上進(jìn)行歸一化，歸一化采用RMSNorm歸一化函數(shù)，同時(shí)采用SiLU激活函數(shù)替代了ReLU函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)增強(qiáng)的步驟具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，數(shù)據(jù)預(yù)處理的步驟具體為，包括歸一化和resize操作；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，水電站安全監(jiān)控與管道檢測模型輸出為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)器
8.機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測系統(tǒng)，其特征在于，?包括
9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法的步驟。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，所述yolo?v11架構(gòu)中加入多層gelu激活函數(shù)，并將卷積修改為空洞卷積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，所述采用transfomer采用decoder-only結(jié)構(gòu)，采用用rope相對(duì)位置編碼代替絕對(duì)位置編碼，在每個(gè)transformer層的輸入上進(jìn)行歸一化，歸一化采用rmsnorm歸一化函數(shù)，同時(shí)采用silu激活函數(shù)替代了relu函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)增強(qiáng)的步驟具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人輔助的水電站安全監(jiān)控與管道檢測方法，其特征在于，數(shù)據(jù)預(yù)處理的步驟具體為，包括歸一化...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏棕凱，歐亮，劉洋成，何良，張海庫，何東陽，宋佳駿，王曉蘭，胡思宇，管毓瑤，李潤東，譚杰明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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