基于人工智能的配电室自动巡检系统研究与应用

宝武碳业科技股份有限公司梅山分公司 石献权 刘 传 张 雷

1 引言

传统的配电室设备巡检方式采用人工巡检，存在诸多问题。基于人工智能技术，本文提出了一种基于轮式机器人的配电室设备自动巡检系统。该系统采用深度学习、图像处理等技术实现自动识别和检测设备状态，提高了巡检效率和精度，同时降低了人力成本和安全风险。本文介绍配电室设备巡检现状及存在问题，还包括系统整体方案设计和实施步骤，巡检系统实现以及应用效果分析[1]。

2 配电室设备巡检的现状及存在的问题

2.1 人工巡检的不足

目前，传统的配电室设备巡检主要采用人工巡检的方式，这种方式有一些明显的缺点和不足，其中主要包括以下几个方面。

2.1.1 人工巡检耗时费力

传统的配电室设备巡检需要人工参与，需要耗费大量的时间和人力资源。由于设备数量众多、巡检项目烦琐等原因，使得人工巡检需要花费大量的时间和精力，增加了运维人员的工作量，降低了工作效率。

2.1.2 检查全面性和准确性差

人工巡检时由于每个人的经验、技能不一样，因此难以保证每一处设备的检查全面性和准确性。可能会因为人为因素的疏忽或者是巡检的主观性导致设备问题的漏检或者误判，并不能覆盖所有的细节，并且巡检效果难以保证[2]。

2.1.3 工作环境复杂，存在危险

配电室的工作环境比较复杂，存在着一些危险因素。如触电、窒息、摔倒等。采用人工巡检的方式虽然都会采取相关措施确保巡检人员的安全，但在实际巡检过程中没有足够的手段确保人员的安全。

2.2 自动巡检的优势

2.2.1 提高巡检效率和精度

机器人可以快速全面地检查设备状态，并利用先进的机器学习、深度学习算法以及图像处理技术自动优化巡检路线，缩短巡检时间，提高效率和精度。在自动化巡检过程中，没有人为因素干扰，可以消除人员主观误判和疏漏带来的可能性。此方式能够更加全面地掌握设备状态，提高巡检精确性，帮助设备维修人员更全面、更准确地了解设备实际情况，以维护设备的可靠性和稳定性[3]。

2.2.2 可靠的数据收集和处理

机器人搭载深度学习、机器视觉、算法计算等技术，有效降低了人力参与的可能性，以更高的准确率在短时间内检查更多的设备，降低设备维护的停机时间。自动化巡检机器人采用高清晰度摄像机、双周期拍摄，根据巡检设备及位置自动化生成检测列表，收集更多的设备运行状态信息，并即时传输到云端管理平台，方便及时记录、分类和分析数据[4]。

2.2.3 高效的维护方法

自动化巡检系统应用人工智能、深度学习、机器视觉，记录巡检数据和维护日志等信息，方便管理人员分析设备运行状态，实现精细化管理和维护。自动化巡检可以快速识别小的问题或异常状态，提高维护响应速度，缩短设备维护周期，避免设备问题造成的生产时间损失，提高生产效率并降低维护成本。

2.2.4 艰苦环境下良好的巡检表现

传统配电室人工巡检环境恶劣，人员行动不便，容易出现偏差和错误。而自动化巡检可以避免这些问题，减少人工操作的烦琐性、重复性和危险性，节省大量的人力成本，同时提高设备运维效率。自动化巡检设备在现场环境中表现良好，即使是在高温、杂乱无章的空间环境和嘈杂不堪的工作环境下，自动化巡检系统也能够胜任传统巡检中无法完成的任务。

3 系统整体方案设计和实施步骤

由于巡检系统需要综合多种技术手段实现，因此需要精细地设计和实施，并且需要对设备、路线和巡检过程进行全面的分析和考虑，才能确保系统能够稳定、高效地运行，为配电室设备的维护和管理提供高质量、智能化的服务[5]。

3.1 设计方案

3.1.1 轮式机器人的设计制造

设计和制造轮式机器人是自动化巡检技术建设的重要一环。轮式机器人需要具备一定的载荷能力、地面适应性、环境感测等各项功能。针对不同的需求，机器人的形状、大小、结构都可能存在着差异。轮式机器人通常采用四轮独立驱动结构，以增加机器人的灵活性和可靠性。机器人设计制作时，需要结合机器人巡检的准确度和效率，进行位姿控制和运动规划算法的准确性评估，以保证机器人在路线巡检过程中能够避开障碍物并尽量走最短路径。

3.1.2 规划巡检路线

在规划巡检路线时，需要考虑配电室中设备构成、机器人的尺寸和形态、环境因素等因素，以保证路线的合理性和可行性。合适的巡检路线是基于机器人的动力学特性和巡检任务动态调整的结果，可使每个设备都能够被覆盖到，且在保证安全和效率的前提下，使得机器人运动路径尽量短，巡检时间更短。

3.1.3 自动识别与检测

通过使用合适的深度学习算法，可以在机器人巡检的同时对配电室设备进行自动识别和检测，在实现全面巡检的同时，保证巡检数据的准确性和准确判断设备的状态。在自动识别的过程中，需要考虑配电室中设备的样式和状态，通过对设备图片进行大量的训练，可以使机器人更准确地捕捉设备运行数据，更精确地判断设备是否正常。

3.2 实施步骤

3.2.1 搜集数据

实现自动化巡检需要大量的数据支持，其中包括配电室设备图像、实时数据等。这些数据将用于深度学习的训练，以确保机器人对设备的自动识别和检测的准确性。在收集数据时，需要重点考虑设备状态变化的多样性和复杂性，从而针对性地制定深度学习模型。

在数据搜集过程中，面临的难点在于数据完备性和正确性的保证。可通过设备的动态监测系统、视频监控系统等多种途径获取数据。采集到的数据需要经过筛选，确保数据的准确性和有效性，同时也要克服时间和空间上的难题，致力于搜集最新最全面的配电室设备状态数据。

3.2.2 处理和分析数据

在收集到数据后，将进行数据处理和分析。这一步需要采用机器学习和深度学习等技术，对自动化巡检系统进行优化和改进，提高机器人自动巡检的准确度和效率。通过对大量的巡检数据进行分析，挖掘设备故障的异常数据样本，提高机器人的异常检测能力，并在较短的时间内识别并报告故障。

3.2.3 研发机器人巡检系统软硬件

在方案设计完成后，需要进行自动化巡检机器人的硬件研发和制造以及软件功能的编写和测试。在系统开发过程中，需要综合考虑机器人的传感器和控制系统等多个因素，确保自动化巡检系统的稳定性和高效性。同时，还需要考虑机器人操作界面的设计和机器人的整体造型，在融合人性化外观设计的同时保证核心功能的完整性和稳定性。

3.2.4 运行测试和优化

在自动化巡检机器人研制完成后，需要进行全面的实地测试。对于基于人工智能的自动化巡检系统，需要进行全面的测试和评估，以评估其性能和可行性。在测试过程中，需要结合实际设备的运行情况，对自动化巡检机器人的检测、报表、告警等功能进行测试和验证，确认其准确度和有效性。对测试结果进行总结、分析和改进，不断优化和改进自动化巡检机器人的功能和性能。

3.2.5 系统改进和优化

在实际应用过程中，需要对系统进行不断优化和改进，使得自动化巡检系统能够更好地适应巡检过程的不断变化，弥补系统缺陷，提高巡检的准确性和效率。通过不断改进系统，如调整深度学习算法的参数、调整机器人的传感器设置等，以逐步提高自动化巡检机器人的性能和工作效率，实现更加精细化的智能检测。同时，还需要开发软件平台以方便数据管理、故障诊断、全面维修，实现自动化巡检全流程的完善与可持续发展。

3.3 巡检系统实现及应用效果分析

本文设计的基于人工智能的配电室设备自动巡检系统采用轮式机器人进行机器人巡检，结合深度学习、图像处理等技术实现设备自动识别与检测。经过试验验证，该系统能够快速地识别配电室设备的状态，并生成相应的报告。通过实际应用，可以看到该巡检系统具有以下优点。

3.3.1 提高了巡检效率和精度

基于人工智能技术的自动巡检系统可以实时、准确地识别设备状态，对设备进行全面、高效的检测，可有效降低巡检时间，提高巡检效率和精度。自动化巡检过程中，机器人利用先进的机器学习、深度学习算法以及图像处理技术收集、处理设备参数，并自动优化巡检路线，从而更加地节省时间和提高了运维效率。这种方法比传统的人工巡检更快速、更精准，而且还可以提高巡检的周期性和全面性。

3.3.2 提高了安全性

配电室人工巡检时需要巡检人员登高摸底、发现问题。面对高温、高压、窄小、闭塞、噪声等较恶劣的环境工作条件，容易产生各种意外和危险。而采用自动化的巡检方法，可以避免风险和安全隐患、减少巡检人员的安全风险，极大地提高了运维安全、保障和维护人员的工作安全。

3.3.3 减少了人工成本

自动化巡检过程中机器人可以实时、准确地识别设备状态，依照设定的路线自动巡检，避免了人工操作中的烦琐、重复和危险。虽然前期的研发和制造费用较传统的人工巡检要高一些，但长期来看，采用自动化的巡检方式可以有效减少人员投入，降低人员成本，降低设备运维成本，提高了设备运维效益。

3.3.4 智能化数据报告

自动化巡检系统可以对配电室设备状态数据进行收集、分析和处理，并及时生成智能化的设备状态报告。这种报告不仅可以更加全面、翔实地呈现设备的常态与异态，还可以记录巡检发现的异常情况并对其进行预判、分析和处理，以便及时采取相应措施进行处理和维护。这些报告既可以供使用者更清晰地了解和掌控电气设备的运行状况，也可以供后期的查询和分析使用，帮助运维人员及时发现问题并快速响应，从而进一步保障电气设备的正常运转。

除了上述应用效果之外，该系统还可以辅助进行预防性/预测性维护，基于对历史数据、经验和专业技术分析的计算，可以准确预测设备的寿命和故障，帮助企业更好地安排巡检维护，降低设备故障率，节省巨额的后期维修成本。

4 结语

基于人工智能的配电室设备自动巡检系统是一种高效、准确、方便、安全且智能的设备巡检方式，具有提高巡检效率、降低安全风险，减少人工成本和提供智能化数据分析报告等方面的应用优势，更可以实现预防性维护，减少故障率和节省后期维护成本。因此，引入这种新型的设备运维方式，可以提高配电室设备的运行质量和效率，提高企业的设备管理水平，提升企业的市场竞争力。