陳月卿 侯晨

摘 要：隨著電力產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展以及科技的進(jìn)步，變電站需要機(jī)器人代替人力進(jìn)行日常的巡檢以及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)。在解放和發(fā)展社會(huì)生產(chǎn)力是社會(huì)主義的根本任務(wù)的前提下，本文以機(jī)器人巡檢數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，研究了機(jī)器人在三維變電站真實(shí)場(chǎng)景中對(duì)設(shè)備巡視并將其狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人巡檢過(guò)程中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步實(shí)時(shí)更新，為監(jiān)控變電站運(yùn)行狀態(tài)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；三維；數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；變電站

中圖分類號(hào)：TP242.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）20-0146-02

在變電站中，日常巡檢工作時(shí)變電站運(yùn)行中非常重要的環(huán)節(jié)。電力運(yùn)行中安全問(wèn)題一直是電力行業(yè)中最首要的問(wèn)題。變電站的日常巡檢工作就是為了杜絕電力運(yùn)行的安全隱患，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理不能正常運(yùn)行或有潛在風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備。但現(xiàn)實(shí)情況是，如若設(shè)備出現(xiàn)隱患，有的巡視人員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，但有的巡視人員不能發(fā)現(xiàn)。這其中可能與工作人員業(yè)務(wù)水平或者使用的巡視工具有關(guān)。而巡檢時(shí)也會(huì)因?yàn)閷?duì)設(shè)備是否出現(xiàn)故障進(jìn)行評(píng)判時(shí)出現(xiàn)誤差，不能及時(shí)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和平臺(tái)的關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致對(duì)變電站電閘開(kāi)合、主變及設(shè)備外部發(fā)熱狀況等狀況無(wú)法及時(shí)了解。雖然目前很多無(wú)人變電站實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)、遙信、遙調(diào)功能，但是仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障設(shè)備的巡視，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。特別是針對(duì)電網(wǎng)公司在“十二五”期間提出的“三集五大”的發(fā)展戰(zhàn)略（人力資源、財(cái)務(wù)、物資集約化管理；大規(guī)劃、大建設(shè)、大運(yùn)行、大檢修、大營(yíng)銷體系），對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行有著很高的要求，因此機(jī)器人在巡檢中數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)體現(xiàn)了它高效的特點(diǎn)。

機(jī)器人的出現(xiàn)在一定程度上解放了人力，隨著電力產(chǎn)業(yè)人力資源的成本不斷上漲，變電站亟待向智能化轉(zhuǎn)型，巡檢機(jī)器人呈現(xiàn)強(qiáng)勁發(fā)展的態(tài)勢(shì)。巡檢機(jī)器人有著性能穩(wěn)定、成本低、工作周期長(zhǎng)等顯著的優(yōu)勢(shì)，為了滿足人們?cè)诟囝I(lǐng)域?qū)C(jī)器人的需求，也就需要投入更多的精力和研發(fā)成本，本文研究了基于變電站的巡檢機(jī)器人，該機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)三維空間的定位和對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的巡視以及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸功能，對(duì)變電站的安全進(jìn)行了有效的監(jiān)控。

1 巡檢機(jī)器人技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

在機(jī)器人的研發(fā)過(guò)程中，往往軟件比硬件更為重要，因?yàn)槿斯ぶ悄艿募夹g(shù)主要體現(xiàn)在一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的軟件上，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人“軟硬結(jié)合”以及巡檢數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，機(jī)器人不僅要對(duì)變電站的三維空間坐標(biāo)信息和設(shè)備的空間坐標(biāo)信息有一定的處理能力，還需要將這些信息通過(guò)軟件處理和真實(shí)三維空間相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的虛實(shí)結(jié)合，能夠把虛擬現(xiàn)實(shí)與變電站的實(shí)際工作的狀態(tài)過(guò)程有機(jī)的結(jié)合起來(lái)；在虛實(shí)結(jié)合的基礎(chǔ)上要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和電站工作人員的人機(jī)結(jié)合，即機(jī)器人巡檢過(guò)程中采集的數(shù)據(jù)和變電站安全人員實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)。當(dāng)機(jī)器人進(jìn)行巡檢時(shí)，能實(shí)時(shí)傳輸信息到平臺(tái)，確保異常情況第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)，以求工作人員第一時(shí)間去應(yīng)對(duì)。

2 三維平臺(tái)和機(jī)器人數(shù)據(jù)對(duì)接技術(shù)展示

基于機(jī)器人的變電站三維實(shí)景巡檢平臺(tái)為網(wǎng)絡(luò)分布式架構(gòu)，整體分為三層，分別為集控層、基站層和終端層。

集控層可以對(duì)多個(gè)變電站的三維實(shí)景機(jī)器人巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，包括三維實(shí)景監(jiān)控平臺(tái)；基站層由機(jī)器人后臺(tái)、智能管理機(jī)、控制和分析軟件系統(tǒng)組成；終端層包括智能巡檢機(jī)器人、固定點(diǎn)熱紅外攝像機(jī)、固定點(diǎn)可見(jiàn)光攝像機(jī)、在線監(jiān)測(cè)設(shè)備、紅外傳感器等。設(shè)定所需巡檢的設(shè)備點(diǎn)以及關(guān)注的數(shù)據(jù)量、視頻圖像外觀、熱紅外成像等必要的巡檢信息數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)生成巡檢路徑，巡視人員通過(guò)平臺(tái)隨機(jī)或定時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢，當(dāng)進(jìn)入已設(shè)定的巡檢設(shè)備點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)將相關(guān)的設(shè)備相關(guān)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中展示，并對(duì)實(shí)時(shí)巡檢的結(jié)果、過(guò)去時(shí)間短的變化趨勢(shì)等進(jìn)行正常與否進(jìn)行巡視、判定，形成遠(yuǎn)程綜合分析巡檢結(jié)果記錄。與機(jī)器人對(duì)接功能如下：

（1）監(jiān)控人員可以事先規(guī)劃巡視路線，設(shè)定巡視的興趣點(diǎn)設(shè)備、興趣點(diǎn)內(nèi)容，設(shè)定好后機(jī)器人可進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)巡視。

（2）機(jī)器人巡視時(shí)采集在線巡檢系統(tǒng)中的每次巡檢數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)和三維場(chǎng)景中的設(shè)備模型綁定，以便于檢索和規(guī)范巡檢作業(yè)記錄；并且可以將自己關(guān)注的設(shè)備信息設(shè)置成常用巡檢點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)巡檢。

（3）在規(guī)劃巡檢路線時(shí)，監(jiān)控人員選擇需要巡檢的設(shè)備，如主變、PT、開(kāi)關(guān)，同時(shí)設(shè)置設(shè)備巡檢時(shí)需要停留的時(shí)間，機(jī)器人可根據(jù)所設(shè)定的路線、設(shè)備和時(shí)間自動(dòng)巡檢。

（4）監(jiān)控人員可在三維場(chǎng)景內(nèi)通過(guò)手動(dòng)操作場(chǎng)景內(nèi)機(jī)器人模型，來(lái)遠(yuǎn)程操控現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)平視巡檢。

（5）監(jiān)控人員可以通過(guò)直接點(diǎn)擊場(chǎng)景中的設(shè)備模型，來(lái)直觀檢索在線巡檢系統(tǒng)中的歷次巡檢數(shù)據(jù)。

3 機(jī)器人實(shí)時(shí)位置仿真技術(shù)展示

平臺(tái)仿真機(jī)器人將根據(jù)機(jī)器人類型進(jìn)行建模，將機(jī)器人進(jìn)行了拆分包括機(jī)器人云臺(tái)，主體和驅(qū)動(dòng)等結(jié)構(gòu)。然后通過(guò)點(diǎn)擊機(jī)器人管控模塊，在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找當(dāng)前站所是否存在機(jī)器人，若存在，根據(jù)機(jī)器人類型（國(guó)自/魯能/朗馳）加載對(duì)應(yīng)的機(jī)器人，此時(shí)當(dāng)前機(jī)器人的初始化位姿等信息讓模型在當(dāng)前場(chǎng)景中展示出來(lái)，通過(guò)webservice服務(wù)對(duì)應(yīng)的接口拿到機(jī)器人傳過(guò)來(lái)的實(shí)時(shí)位姿信息，并在場(chǎng)景中實(shí)時(shí)刷新機(jī)器人所在的位姿。其原理流程圖如圖1所示。

流程圖說(shuō)明：

（1）現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人硬件分為云臺(tái)、中間身體和車輪。這樣的拆分便于遠(yuǎn)程獲取和操控機(jī)器人的定姿定態(tài)。

（2）機(jī)器人巡檢的數(shù)據(jù)分為兩份，一份是根據(jù)客戶設(shè)定的設(shè)備巡視數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)展示至三維場(chǎng)景的監(jiān)控平臺(tái)上，另一份完整地巡檢數(shù)據(jù)則存入數(shù)據(jù)庫(kù)，作為靜態(tài)數(shù)據(jù)以備后續(xù)檢索。

4 機(jī)器人數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)展示

機(jī)器人在自主定位模塊運(yùn)行之后可以運(yùn)行路徑規(guī)劃。路徑規(guī)劃模塊流程是：

（1）接收巡檢指令，根據(jù)地圖和實(shí)時(shí)定位信息，進(jìn)行最優(yōu)路徑規(guī)劃計(jì)算，實(shí)時(shí)發(fā)送速度控制指令到速度控制模塊。

（2）機(jī)器人將執(zhí)行速度控制指令，按照路徑規(guī)劃的預(yù)定路線運(yùn)行，到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)后將進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)信息確認(rèn)和應(yīng)答。

路徑規(guī)劃模塊開(kāi)始運(yùn)行及運(yùn)行過(guò)程中會(huì)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到參數(shù)配置錯(cuò)誤或接收到其他模塊錯(cuò)誤狀態(tài)等情形時(shí)會(huì)自動(dòng)終止自主導(dǎo)航任務(wù)進(jìn)入安全模式并進(jìn)行報(bào)警提示，操作人員需參考報(bào)警信息診斷機(jī)器人異常錯(cuò)誤原因，機(jī)器人狀態(tài)恢復(fù)正常后可以繼續(xù)自主導(dǎo)航任務(wù)。地圖創(chuàng)建過(guò)程中，操作人員可隨時(shí)檢查已創(chuàng)建地圖部分的信息展示，地圖模型展示為易于理解的形式使操作人員可以很直觀檢查地圖是否正確。

機(jī)器人通過(guò)頭部的攝像頭和傳感器將采集到的信息通過(guò)采集模塊完成與各類傳感器設(shè)備的連接、通信控制、協(xié)議解析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能，并且將傳感器數(shù)據(jù)流傳送進(jìn)行過(guò)濾，并傳輸?shù)狡脚_(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。平臺(tái)通過(guò)關(guān)聯(lián)設(shè)備ID信息（設(shè)備在三維建模里的模型ID），實(shí)現(xiàn)查看設(shè)備巡檢的結(jié)果。三維平臺(tái)是根據(jù)變電站的真實(shí)場(chǎng)景建模的。每個(gè)設(shè)備都有單獨(dú)的位置信息在里面，也有其單獨(dú)的設(shè)備ID號(hào)，機(jī)器人巡檢當(dāng)前位置的設(shè)備時(shí)，將巡檢結(jié)果存到數(shù)據(jù)庫(kù)里面。平臺(tái)上當(dāng)訪問(wèn)設(shè)備模型時(shí)，會(huì)找到當(dāng)前設(shè)備的ID信息，拿到模型的數(shù)據(jù)，將巡檢結(jié)果和相應(yīng)模型匹配起來(lái)，就可以展示巡檢數(shù)據(jù)。原理圖如圖2所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究基于變電站機(jī)器人的巡檢數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)，該技術(shù)根據(jù)操作人員日常巡檢的路線對(duì)機(jī)器人巡檢路徑進(jìn)行全局規(guī)劃，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備定位、識(shí)別以及信息的同步，實(shí)現(xiàn)了真正的軟硬結(jié)合、虛實(shí)結(jié)合、人機(jī)結(jié)合。操作人員只需要通過(guò)后臺(tái)平臺(tái)計(jì)算接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、視頻信息就可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的以及變電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行初步評(píng)估。從而完成巡檢過(guò)程中數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，大大地提高了變電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]趙化軒，魯守銀.變電站電力設(shè)備巡視技術(shù)發(fā)展概述[C]//中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)華東地區(qū)學(xué)術(shù)年會(huì)，2006.

[2]魯守銀，錢(qián)慶林，張斌，等.變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人的研制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（13）：94-98.