基于變電站三維實(shí)景的機(jī)器人特巡平臺

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)控人員對變電站現(xiàn)場實(shí)景及設(shè)備情況越來越陌生，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)控人員缺乏及時可視化查看現(xiàn)場設(shè)備狀況的必要手段。基于變電站三維實(shí)景的機(jī)器人特巡平臺是通過在三維場景中配合檢測機(jī)器人巡檢位置，從而可以有效定位目標(biāo)設(shè)備，確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為及時掌握設(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：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0082-02

1 平臺應(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，但伴隨而來的是監(jiān)控人員對變電站現(xiàn)場實(shí)景及設(shè)備情況越來越陌生，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)控人員缺乏及時可視化查看現(xiàn)場設(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了一些實(shí)際便利，同時也存在一些缺陷和不足， 主要表現(xiàn)在：系統(tǒng)相對孤立、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)動的功能。平臺展示SCADA系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(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)場運(yùn)行人員定期或不定期對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行巡視檢查或采用紅處線測溫手段對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)。目前，系統(tǒng)內(nèi)各變電站上述兩項工作大部分由現(xiàn)場運(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。基于變電站三維實(shí)景的機(jī)器人特巡平臺可以自動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)動控制精度、導(dǎo)航停靠精度的限制，對于具體檢測點(diǎn)的被檢設(shè)備，機(jī)器人不可能每次都能完全對準(zhǔn)目標(biāo)；同時由于觀測距離的不同，一次可能會檢測到多個設(shè)備，從而影響整個檢測結(jié)果。通過在三維場景中配合檢測位置，可以有效定位目標(biāo)設(shè)備，確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為及時掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況提供可靠信息。

2 平臺技術(shù)實(shí)現(xiàn)

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

第三步：執(zhí)行機(jī)器人特巡流程，三維場景中選中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，可以對真實(shí)場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)確地計算出每一個地面光斑的座標(biāo)X，Y，Z，將現(xiàn)實(shí)場景按1∶1的比例還原，見圖1。

3 平臺功能

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、各類表計等，全視角操作流暢，畫面清晰逼真，立體感強(qiáng)，無鋸齒、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、電量過低預(yù)警。

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

（3）超聲停障：超聲探測障礙物與停止行走告警。

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

（5）機(jī)器人識別的溫度、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)器人巡檢對象的SCADA數(shù)據(jù)、圖像系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

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

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)行手動巡檢：給機(jī)器人下發(fā)手動巡檢任務(wù)，可針對某個任務(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，反饋執(zhí)行狀態(tài)信息。

（3）巡檢異常展示：機(jī)器人巡檢過程中發(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)控攝像機(jī)按照真實(shí)場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)場通過立桿、上墻、柱上綁定等方式，對主變等重要設(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)相對孤立，難以做到場景全覆蓋，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機(jī)器人巡檢數(shù)據(jù)的深度挖掘做出了貢獻(xiàn)。同時，面向數(shù)據(jù)融合，克服過去各系統(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)確及時的采集，電氣設(shè)備、各種監(jiān)控裝置等真實(shí)位置場景及實(shí)時狀態(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)奠定堅實(shí)的平臺基礎(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.