机器人巡检数据关联技术研究

陈月卿 侯晨

摘 要：随着电力产业的不断发展以及科技的进步，变电站需要机器人代替人力进行日常的巡检以及数据的实时关联。在解放和发展社会生产力是社会主义的根本任务的前提下，本文以机器人巡检数据关联技术为出发点，研究了机器人在三维变电站真实场景中对设备巡视并将其状态数据实时传送给平台，实现机器人巡检过程中数据的实时同步实时更新，为监控变电站运行状态打下坚实的基础。

关键词：机器人；三维；数据关联；变电站

中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）20-0146-02

在变电站中，日常巡检工作时变电站运行中非常重要的环节。电力运行中安全问题一直是电力行业中最首要的问题。变电站的日常巡检工作就是为了杜绝电力运行的安全隐患，及时发现和处理不能正常运行或有潜在风险的设备。但现实情况是，如若设备出现隐患，有的巡视人员可能会发现，但有的巡视人员不能发现。这其中可能与工作人员业务水平或者使用的巡视工具有关。而巡检时也会因为对设备是否出现故障进行评判时出现误差，不能及时进行设备状态数据和平台的关联，导致对变电站电闸开合、主变及设备外部发热状况等状况无法及时了解。虽然目前很多无人变电站实现了遥测、遥信、遥调功能，但是仍然无法实现故障设备的巡视，以及实时数据的关联。特别是针对电网公司在“十二五”期间提出的“三集五大”的发展战略（人力资源、财务、物资集约化管理；大规划、大建设、大运行、大检修、大营销体系），对系统设备的安全可靠运行有着很高的要求，因此机器人在巡检中数据关联技术体现了它高效的特点。

机器人的出现在一定程度上解放了人力，随着电力产业人力资源的成本不断上涨，变电站亟待向智能化转型，巡检机器人呈现强劲发展的态势。巡检机器人有着性能稳定、成本低、工作周期长等显著的优势，为了满足人们在更多领域对机器人的需求，也就需要投入更多的精力和研发成本，本文研究了基于变电站的巡检机器人，该机器人能实现三维空间的定位和对远程设备的巡视以及数据的实时传输功能，对变电站的安全进行了有效的监控。

1 巡检机器人技术的实现

在机器人的研发过程中，往往软件比硬件更为重要，因为人工智能的技术主要体现在一个机器人系统的软件上，要实现机器人“软硬结合”以及巡检数据的关联，机器人不仅要对变电站的三维空间坐标信息和设备的空间坐标信息有一定的处理能力，还需要将这些信息通过软件处理和真实三维空间相结合，实现机器的虚实结合，能够把虚拟现实与变电站的实际工作的状态过程有机的结合起来；在虚实结合的基础上要实现机器人和电站工作人员的人机结合，即机器人巡检过程中采集的数据和变电站安全人员实现关联。当机器人进行巡检时，能实时传输信息到平台，确保异常情况第一时间被发现，以求工作人员第一时间去应对。

2 三维平台和机器人数据对接技术展示

基于机器人的变电站三维实景巡检平台为网络分布式架构，整体分为三层，分别为集控层、基站层和终端层。

集控层可以对多个变电站的三维实景机器人巡检系统实现远程监控，包括三维实景监控平台；基站层由机器人后台、智能管理机、控制和分析软件系统组成；终端层包括智能巡检机器人、固定点热红外摄像机、固定点可见光摄像机、在线监测设备、红外传感器等。设定所需巡检的设备点以及关注的数据量、视频图像外观、热红外成像等必要的巡检信息数据，系统自动生成巡检路径，巡视人员通过平台随机或定时进行远程巡检，当进入已设定的巡检设备点时，系统将相关的设备相关在线监测数据，进行集中展示，并对实时巡检的结果、过去时间短的变化趋势等进行正常与否进行巡视、判定，形成远程综合分析巡检结果记录。与机器人对接功能如下：

（1）监控人员可以事先规划巡视路线，设定巡视的兴趣点设备、兴趣点内容，设定好后机器人可进行远程自动巡视。

（2）机器人巡视时采集在线巡检系统中的每次巡检数据，然后将数据和三维场景中的设备模型绑定，以便于检索和规范巡检作业记录；并且可以将自己关注的设备信息设置成常用巡检点进行自动巡检。

（3）在规划巡检路线时，监控人员选择需要巡检的设备，如主变、PT、开关，同时设置设备巡检时需要停留的时间，机器人可根据所设定的路线、设备和时间自动巡检。

（4）监控人员可在三维场景内通过手动操作场景内机器人模型，来远程操控现场机器人，以实现手动平视巡检。

（5）监控人员可以通过直接点击场景中的设备模型，来直观检索在线巡检系统中的历次巡检数据。

3 机器人实时位置仿真技术展示

平台仿真机器人将根据机器人类型进行建模，将机器人进行了拆分包括机器人云台，主体和驱动等结构。然后通过点击机器人管控模块，在数据库中查找当前站所是否存在机器人，若存在，根据机器人类型（国自/鲁能/朗驰）加载对应的机器人，此时当前机器人的初始化位姿等信息让模型在当前场景中展示出来，通过webservice服务对应的接口拿到机器人传过来的实时位姿信息，并在场景中实时刷新机器人所在的位姿。其原理流程图如图1所示。

流程图说明：

（1）现场机器人硬件分为云台、中间身体和车轮。这样的拆分便于远程获取和操控机器人的定姿定态。

（2）机器人巡检的数据分为两份，一份是根据客户设定的设备巡视数据，實时展示至三维场景的监控平台上，另一份完整地巡检数据则存入数据库，作为静态数据以备后续检索。

4 机器人数据关联技术展示

机器人在自主定位模块运行之后可以运行路径规划。路径规划模块流程是：

（1）接收巡检指令，根据地图和实时定位信息，进行最优路径规划计算，实时发送速度控制指令到速度控制模块。

（2）机器人将执行速度控制指令，按照路径规划的预定路线运行，到达目标点后将进行目标点信息确认和应答。

路径规划模块开始运行及运行过程中会自动检测机器人运行状态，当检测到参数配置错误或接收到其他模块错误状态等情形时会自动终止自主导航任务进入安全模式并进行报警提示，操作人员需参考报警信息诊断机器人异常错误原因，机器人状态恢复正常后可以继续自主导航任务。地图创建过程中，操作人员可随时检查已创建地图部分的信息展示，地图模型展示为易于理解的形式使操作人员可以很直观检查地图是否正确。

机器人通过头部的摄像头和传感器将采集到的信息通过采集模块完成与各类传感器设备的连接、通信控制、协议解析、数据转换等功能，并且将传感器数据流传送进行过滤，并传输到平台的数据库进行存储。平台通过关联设备ID信息（设备在三维建模里的模型ID），实现查看设备巡检的结果。三维平台是根据变电站的真实场景建模的。每个设备都有单独的位置信息在里面，也有其单独的设备ID号，机器人巡检当前位置的设备时，将巡检结果存到数据库里面。平台上当访问设备模型时，会找到当前设备的ID信息，拿到模型的数据，将巡检结果和相应模型匹配起来，就可以展示巡检数据。原理图如图2所示。

5 结语

本文研究基于变电站机器人的巡检数据关联技术，该技术根据操作人员日常巡检的路线对机器人巡检路径进行全局规划，并实现设备定位、识别以及信息的同步，实现了真正的软硬结合、虚实结合、人机结合。操作人员只需要通过后台平台计算接收到的实时数据、视频信息就可以对现场设备的以及变电站现场进行初步评估。从而完成巡检过程中数据的关联，大大地提高了变电站设备运行的可靠性。

参考文献

[1]赵化轩，鲁守银.变电站电力设备巡视技术发展概述[C]//中国自动化学会华东地区学术年会，2006.

[2]鲁守银，钱庆林，张斌，等.变电站设备巡检机器人的研制[J].电力系统自动化，2006，30（13）：94-98.