智能巡檢機器人調度與路線規劃能力

徐　波,　王金生,　徐洲石

(國網江西省電力公司檢修分公司, 江西 上饒　334000)

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智能巡檢機器人調度與路線規劃能力

徐波,王金生,徐洲石

(國網江西省電力公司檢修分公司, 江西 上饒334000)

摘要：機器人在巡檢過程中由于人工臨時干預巡檢線路而導致機器人使用不連續、無法完成既定任務的問題，在基于此全局路徑規劃尋找一條經過所有選定標注停靠點最短路徑，經過后臺算法模型得出最短、最優化的巡視路徑，用自主讓行方法確定需要讓行區域后，將重新規劃巡檢路線，繞過正在檢修的區域完成全站巡檢。

關鍵詞：智能機器人; 導航方式; 全路徑; 自主讓行

0引言

目前，變電站設備巡視過程主要通過人工+指導書巡視方式，在借助一些比如紅外測溫儀、可見光相機、望遠鏡等輔助工具實現設備巡視。在巡視過程中，需要考慮人員安全性、工作負荷率等一系列問題。而變電站智能機器人巡檢系統的引入，大大提高了電力系統智能化水平，并且可以解決變電站多、人工巡視質量不高等一系列問題[1]。智能巡檢機器人調度與路線規劃能力是決策巡檢的重要組成部分，對變電站智能巡檢機器人完成全局巡視具有重要意義。

智能巡檢機器人在變電站巡檢過程中，經常會出現變電設備檢修或者維護、施工等一系列工作，會用安全圍欄將運行設備圍起。由于封鎖路線區域是智能機器人巡視道路，將會阻礙智能巡檢機器人前進的道路，從而影響智能巡檢機器人的正常巡檢計劃[2]。智能巡檢機器人調度與路線規劃能力需要從基于導航不同方式應用、全局路徑規劃能力、自主讓行三個方面進行分析。

1基于導航不同方式應用

智能巡檢機器人通過視覺導航可以完成變電站設備巡檢任務，視覺導航方式是諸多導航方式的一種，具有豐富的信息量和智能化水平較高的特點，是智能機器人應用功能發展的主要方向，其中有一種實現設計方法需要在路面上作出導航線，交叉路口設置路標點，進行自主定位，再通過節點與節點之間路徑規劃引導智能機器人沿著導航線經由各個路徑節點達到目標位置。在視覺導航控制中，對各個路徑節點的合理編碼和準確識別非常重要[3]。只有精準識別出路徑節點，并對自身準確定位，才能通過進一步的規劃路徑，明確下一步的操作，從而做出正確的動作行為，完成導航任務。編碼識別一般采用二進制編碼方式，通過黑和白兩種顏色來表示二進制的“0”和“1”，通過黑白兩色的組合就能表示大量不同的二進制編碼，區分各個路徑節點，確定好路徑編碼方案后，對變電站現場巡視路徑進行編號，并根據每個路徑節點編號所對應的二進制編碼，再根據方案要求進行變電站巡視現場道路鋪設，包括交叉路口點。智能巡檢機器人在巡視過程中，通過云臺攝像頭獲取圖形、圖像進行二進制分析，截取編碼圖案類似二維碼，對二維碼圖像進行水平方向投射，再從左到右順次掃描確定各個二維碼條紋的邊界，最好根據二維碼信息和像素解出二進制編碼位就得出路徑節點編碼號。現場實踐證明，智能機器人能夠準確識別出各個巡視路徑節點編碼，進行全路線規劃后，實現對自主視覺定位[4]。但缺點是由于長期暴曬在場地設備區域，易老化受損，造成某些區域無法識別的現象。

當然，其他對圖像邊緣銳化處理主要是加強圖像中的輪廓邊緣和細節，形成完整的物體邊界，達到將物體從圖像中分離出來或將表示同一物體表面的區域檢測出來的目的。它是早期視覺理論和算法中的基本問題，也是中期和后期視覺成敗的重要因素之一。圖像分割是將圖像分成若干部分，每一部分對應于某一物體表面，在進行分割時，每一部分的灰度或紋理符合某一種均勻測度度量,其本質是將像素進行分類。分類的依據是像素的灰度值、顏色、頻譜特性、空間特性或紋理特性等。圖像分割是圖像處理技術的基本方法之一，應用于諸如染色體分類、景物理解系統[5]。圖像分割主要有兩種方法：一是鑒于度量空間的灰度閾值分割法。它是根據圖像灰度直方圖來決定圖像空間域像素聚類。但它只利用了圖像灰度特征，并沒有利用圖像中的其它有用信息，使得分割結果對噪聲十分敏感。二是空間域區域增長分割方法。它是對在某種意義上(如灰度級、組織、梯度等)具有相似性質的像素連通集構成分割區域，該方法有很好的分割效果，但缺點是運算復雜，處理速度慢。其它方法如邊緣追蹤法，主要著眼于保持邊緣性質，跟蹤邊緣并形成閉合輪廓，將目標分割出來；錐體圖像數據結構法和標記松弛迭代法同樣是利用像素空間分布關系，將邊鄰的像素作合理的歸并；機器視覺軟件基于知識的分割方法則是利用景物的先驗信息和統計特性，首先對圖像進行初始分割，抽取區域特征，然后利用領域知識推導區域的解釋，最后根據解釋對區域進行合并[6]。但缺點是特征量提取圖形特征量較多、計算量較大，在夜間存在無法識別問題。

目前導航中，大多數機器人采用激光導航識別，相對成熟穩定，但激光識別技術在近似物體上面也存在一些缺點，易無法識別該區域(比如500 kV場地曾出現巡檢機器人無法識別問題)。

建議采用至少兩種以上互補的識別方法，在實現導航方式應用中能夠交替使用，同時放置專家識別系統，在發生不一致情況下，能夠準確依據歷史和經驗值數據進行分析判斷，實現真正的視覺導航智能化。

2全局路徑規劃能力

智能機器人變電站巡檢過程中，需要在坐標中尋找一條經過所有選定標注停靠點，這些停靠點坐標標定一點是最短路徑[7]。智能機器人路徑規劃最終表現為兩種機器人的運動規劃：智能巡檢機器人所有自由度可獨立變化的完整運動規劃和考慮智能機器人巡檢系統非完整約束的非完整運行規劃能力。而變電站巡檢機器人全局最優化路徑規劃是一種非完整運動規劃，需要對智能巡檢機器人信號傳輸接口提高當前點,以及機器人必須經過的停靠點地理位置坐標,以保證每個停靠點都會巡視到，我們稱為定點巡視點，完成巡視任務。智能機器人全局路徑規劃能力為最優化巡視路徑，后臺程序需要經過訪問數據庫，獲取相關的巡視數據，初始化巡視路徑，此時輸入起始點及停靠點，經過后臺算法模型(Dijkstra算法)得出最短、最優化的巡視路徑，輸出路徑或者路徑不存在可能，從而完成后臺巡視任務設置[8]。

系統流程如圖1所示。

3自主讓行實現

智能巡檢機器人提出了自主讓行。該功能是運維人員在機器人后臺下發巡檢任務前，開啟自主讓行功能，后臺系統會自動提示運維人員選擇需要讓行的區域，此時，運維人員只需要在二維地圖中選中正在維修的區域，智能巡檢機器人將重新規劃巡檢路線，開始進行巡檢[9]。其系統流程如圖2所示。

圖2　自主讓行系統流程圖

標準情況下，智能巡檢機器人正常巡檢路線如圖3所示。

圖3智能巡檢機器人正常巡檢路線

當變電站中出現施工地段后，系統將開啟自主讓行功能，當智能巡檢機器人確定需要讓行區域后，將重新規劃巡檢路線，繞過正在檢修的區域，從而達到自主讓行完成全站巡檢的目的[10]。開啟智能巡檢機器人施工讓行路徑如圖4所示。

圖4智能巡檢機器人施工讓行圖

4結語

智能機器人在巡檢過程中適應后臺人工任務調度及現場檢修的自主路徑規劃技術，解決了由于人工臨時干預巡檢線路而導致機器人使用不連續、無法完成既定任務的問題，實現機器人實時完善巡檢任務能力以及不斷提升智能適應運維人員的應用需求，自主讓行功能在能夠滿足變電站各項檢修作業情況下，實現變電站全年無間斷巡檢任務的開展。

參考文獻：

[1]陳瑤，陳阿蓮，李向東，等.變電站智能巡檢機器人全局路徑規劃設計[J].山東科學,2015(1):118-123.

[2]厲廣偉，夏英杰，王寧，等.機器人視覺導航路徑節點的編碼與識別[J].濟南大學學報:自然科學版，2015，29(4):22-28.

[3]付小平.變電站智能巡檢機器人應用分析[J].內蒙古科技與經濟，2014(21):158-159.

[4]趙坤，趙書濤.變電站能巡檢機器人視覺導航算法的研究[J].北塔軟件，2014,12(1)：38-41.

[5]孫國凱，韓剛.變電站巡檢方式對比及其智能機器人的研究與設計[J].技術與應用，2008(7):92-94.

[6]山東電力研究院.變電站設備巡檢智能移動機器人[J].機器人技術與應用，2003(3)：36-37.

[7]康亮.自主移動機器人運行規劃的若干算法研究[D].南京:南京理工大學，2010.

[8]魯守飲，錢慶林，張斌.變電站設備巡檢機器人的研制[J].電力系統自動化，2006,30(13)：94-98.

[9]陳瑤，陳阿蓮,李向東，等.變電站智能巡檢機器人全局路徑規劃設計[J].山東科學,2015,28(1):114-119.

[10]王志明.數字圖像處理與分析[M].北京:清華大學出版社,2012.

Intelligent patrol robot scheduling and route planning capability

XU Bo,WANG Jinsheng,XU Zhoushi

(National Network of Jiangxi Electric Power Company Maintenance Branch in Jiangxi, Shangrao 334000, China)

Abstract：Robot operation will be interrupted by temporary human intervention during the inspection process, thus is unable to complete the fixed tasks. Here we study the shortest path through all selected mark stops based on full path planning with a model algorithm. The independent-give-way method is used to re-plan the polling route, thus the robot can pass by the maintenance area to finish the total station polling.

Key words：intelligent robot; navigation; full path; independent to give way.

收稿日期：2016-03-10

作者簡介：徐波(1978-)，男，漢族，江西鷹潭人，國網江西省電力公司檢修分公司工程師，主要從事電力系統自動化方向研究,E-mail:136300202@163.com.

DOI:10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2016.3.12

中圖分類號：TN 8

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1374(2016)03-0269-04