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        基于變電站三維實(shí)景的機(jī)器人特巡平臺(tái)

        2018-05-07 06:52:04葉海峰麥立欒喜臣賈偉李淼朱剛剛呂學(xué)增

        葉海峰 麥立 欒喜臣 賈偉 李淼 朱剛剛 呂學(xué)增

        摘 要:隨著集中監(jiān)控?zé)o人值守變電站數(shù)量的急增,監(jiān)控人員對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景及設(shè)備情況越來(lái)越陌生,特別是在變電站設(shè)備發(fā)生異常及故障情況下,受制于目前視頻監(jiān)視系統(tǒng)的局限性,監(jiān)控人員缺乏及時(shí)可視化查看現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況的必要手段?;谧冸娬救S實(shí)景的機(jī)器人特巡平臺(tái)是通過(guò)在三維場(chǎng)景中配合檢測(cè)機(jī)器人巡檢位置,從而可以有效定位目標(biāo)設(shè)備,確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,為及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況提供可靠信息。

        關(guān)鍵詞:三維實(shí)景 機(jī)器人 特巡

        中圖分類號(hào):TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2018)01(a)-0082-02

        1 平臺(tái)應(yīng)用背景

        隨著集中監(jiān)控?zé)o人值守變電站數(shù)量的急增,智能機(jī)器人代替人工巡檢漸成趨勢(shì),但伴隨而來(lái)的是監(jiān)控人員對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景及設(shè)備情況越來(lái)越陌生,特別是在變電站設(shè)備發(fā)生異常及故障情況下,受制于目前視頻監(jiān)視系統(tǒng)的局限性,監(jiān)控人員缺乏及時(shí)可視化查看現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況的必要手段。

        在變電站運(yùn)行中,智能機(jī)器人的應(yīng)用確實(shí)給變電站巡檢工作帶來(lái)了一些實(shí)際便利,同時(shí)也存在一些缺陷和不足, 主要表現(xiàn)在:系統(tǒng)相對(duì)孤立、難以實(shí)現(xiàn)全覆蓋、極端環(huán)境適應(yīng)能力不強(qiáng)、難以開展較復(fù)雜工作。

        基于變電站三維實(shí)景的機(jī)器人特巡平臺(tái)是利用激光掃描技術(shù)構(gòu)建三維實(shí)景模型,以具備精確三維空間坐標(biāo)的實(shí)景點(diǎn)云呈現(xiàn)精確真實(shí)場(chǎng)景與設(shè)備部署,消除機(jī)器人巡檢系統(tǒng)孤立運(yùn)行的歷史,可與安防視頻、火災(zāi)報(bào)警、PMIS系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和共享,實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的異常聯(lián)動(dòng)的功能。平臺(tái)展示SCADA系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、安消防系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、機(jī)器人巡檢系統(tǒng)等數(shù)據(jù)信息,實(shí)現(xiàn)調(diào)控人員遠(yuǎn)方執(zhí)行日常巡檢、特巡或故障設(shè)備可視化查看等工作任務(wù)。全方位提高基于機(jī)器人的“智慧+”綜合巡檢各個(gè)環(huán)節(jié)的信息感知深度和廣度,由此形成智能電力大數(shù)據(jù)融合承載以及結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)展示,最終實(shí)現(xiàn)“智慧+”變電站的一體化、智能化綜合巡檢應(yīng)用能力。

        變電站設(shè)備長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)下,為了確保電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行,及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷或隱患,積累狀態(tài)檢修原始數(shù)據(jù),往往要求現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員定期或不定期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行巡視檢查或采用紅處線測(cè)溫手段對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)。目前,系統(tǒng)內(nèi)各變電站上述兩項(xiàng)工作大部分由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員完成,采用人工模式,手工抄錄,工作量大,且受環(huán)境因素、人員素質(zhì)等各方面的影響,容易造成巡視不到位,核對(duì)不到位情況發(fā)生,巡視效率和質(zhì)量往往達(dá)不到預(yù)期效果?;谧冸娬救S實(shí)景的機(jī)器人特巡平臺(tái)可以自動(dòng)記錄巡視路線及巡視結(jié)果,可以高效地進(jìn)行文件管理和搜索。

        機(jī)器人巡檢由于運(yùn)動(dòng)控制精度、導(dǎo)航??烤鹊南拗?,對(duì)于具體檢測(cè)點(diǎn)的被檢設(shè)備,機(jī)器人不可能每次都能完全對(duì)準(zhǔn)目標(biāo);同時(shí)由于觀測(cè)距離的不同,一次可能會(huì)檢測(cè)到多個(gè)設(shè)備,從而影響整個(gè)檢測(cè)結(jié)果。通過(guò)在三維場(chǎng)景中配合檢測(cè)位置,可以有效定位目標(biāo)設(shè)備,確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,為及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況提供可靠信息。

        2 平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

        第一步:建立機(jī)器人二維激光地圖和三維場(chǎng)景之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,以3點(diǎn)確定一個(gè)基準(zhǔn)面的方式,在二維激光地圖中選擇3個(gè)點(diǎn),在三維場(chǎng)景中選擇同坐標(biāo)的3個(gè)點(diǎn);匹配關(guān)聯(lián),如此:可實(shí)現(xiàn)在三維場(chǎng)景的任意x、y、z坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人二維激光地圖中的x、y點(diǎn)。

        第二步:拿到所有的機(jī)器人的巡檢點(diǎn)的xy坐標(biāo),同步轉(zhuǎn)換為三維的x、y、z坐標(biāo)并記錄,統(tǒng)稱為三維巡檢庫(kù)。

        第三步:執(zhí)行機(jī)器人特巡流程,三維場(chǎng)景中選中xyz坐標(biāo)執(zhí)行特巡任務(wù)->判定該點(diǎn)是否為在三維巡檢庫(kù)中 -> 如果在則執(zhí)行流程3,不在則以當(dāng)前點(diǎn)xyz坐標(biāo)找到最近的巡檢點(diǎn)。

        高精度三維激光雷達(dá)掃描設(shè)備,可以對(duì)真實(shí)場(chǎng)景合成高逼真度彩色(RGB)點(diǎn)云,將現(xiàn)實(shí)中的物質(zhì)抽象為真實(shí)物質(zhì)形態(tài),可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每一個(gè)地面光斑的座標(biāo)X,Y,Z,將現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景按1∶1的比例還原,見圖1。

        3 平臺(tái)功能

        3.1 三維建模覆蓋

        三維建模覆蓋變電站室外所有電氣設(shè)備、塔架、導(dǎo)線、端子箱等,室內(nèi)則主要針對(duì)保護(hù)室各類柜屏等,實(shí)景展現(xiàn)應(yīng)細(xì)化到設(shè)備銘牌、標(biāo)識(shí)、各類表計(jì)等,全視角操作流暢,畫面清晰逼真,立體感強(qiáng),無(wú)鋸齒、變形等。

        3.2 展示機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)

        當(dāng)前是行走還是停止:

        (1)充電狀況:當(dāng)前是否處于充電狀態(tài)、當(dāng)前電量、電量過(guò)低預(yù)警。

        (2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù):車速、環(huán)境溫度、車體溫度、風(fēng)速等。

        (3)超聲停障:超聲探測(cè)障礙物與停止行走告警。

        (4)通訊狀態(tài):基站和移動(dòng)站、基站和紅外熱像儀之間通訊狀態(tài)。

        (5)機(jī)器人識(shí)別的溫度、壓力表、油位等。

        (6)機(jī)器人拍攝的可見光和熱紅外圖片數(shù)據(jù)。

        (7)機(jī)器人采集的聲音數(shù)據(jù)。

        (8)機(jī)器人巡檢對(duì)象的SCADA數(shù)據(jù)、圖像系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

        (9)設(shè)備的多系統(tǒng)巡檢數(shù)據(jù)對(duì)比分析查看以及生成多系統(tǒng)巡檢報(bào)告。

        3.3 巡檢任務(wù)查看

        查看已有巡檢任務(wù)和相關(guān)的巡檢點(diǎn)信息:

        (1)執(zhí)行手動(dòng)巡檢:給機(jī)器人下發(fā)手動(dòng)巡檢任務(wù),可針對(duì)某個(gè)任務(wù)執(zhí)行特巡操作。

        (2)任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)反饋:機(jī)器人巡檢中途遇到障礙時(shí),反饋執(zhí)行狀態(tài)信息。

        (3)巡檢異常展示:機(jī)器人巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常設(shè)備,立即直觀告警。

        (4)數(shù)據(jù)導(dǎo)出:機(jī)器人拍攝的熱紅外圖像和可見光圖像可以導(dǎo)出。

        3.4 工業(yè)視頻圖像監(jiān)控

        將視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)按照真實(shí)場(chǎng)景中的位置在三維實(shí)景中展示,迅速進(jìn)行設(shè)備關(guān)聯(lián)綁定,方便調(diào)控人員直觀、高效地查找所需視頻圖像。

        為精確定位展示斷路器分合指示、隔離開關(guān)分合狀態(tài)、主變油溫、SF6壓力表等,現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)立桿、上墻、柱上綁定等方式,對(duì)主變等重要設(shè)備間隔擴(kuò)充高清視頻布點(diǎn)范圍,以彌補(bǔ)現(xiàn)有視頻系統(tǒng)的監(jiān)視盲區(qū)。

        4 平臺(tái)應(yīng)用意義

        融合智能機(jī)器人巡檢技術(shù)的三維實(shí)景平臺(tái)在系統(tǒng)功能方面立足變電站智能化管理和安全運(yùn)行的實(shí)際情況,以解決電力機(jī)器人巡檢系統(tǒng)相對(duì)孤立,難以做到場(chǎng)景全覆蓋,系統(tǒng)適應(yīng)能力不強(qiáng),難以承擔(dān)較復(fù)雜巡檢任務(wù)的難題。為提高智能機(jī)器人的操控友好性、直觀性,提高機(jī)器人使用效率以及對(duì)機(jī)器人巡檢數(shù)據(jù)的深度挖掘做出了貢獻(xiàn)。同時(shí),面向數(shù)據(jù)融合,克服過(guò)去各系統(tǒng)數(shù)據(jù)條塊分割、人工關(guān)聯(lián)的弊端,從變電站監(jiān)控指揮、運(yùn)行診斷、檢修操作等實(shí)際使用的角度出發(fā),實(shí)現(xiàn)變電運(yùn)行設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)的采集,電氣設(shè)備、各種監(jiān)控裝置等真實(shí)位置場(chǎng)景及實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行直觀、立體、逼真的集中再現(xiàn)及變電站巡檢機(jī)器人巡檢巡視的漫游、數(shù)據(jù)記錄、外觀記錄、巡檢分析報(bào)告錄入等數(shù)據(jù)的直觀統(tǒng)一,為智能電力的智能物聯(lián)網(wǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)基礎(chǔ)。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 毛琛琳,張功望,劉毅.智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源,2009,25(9):30-32.

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