基于變電站三維實景的機器人特巡平臺

葉海峰 麥立 欒喜臣 賈偉 李淼 朱剛剛 呂學增

摘 要：隨著集中監控無人值守變電站數量的急增，監控人員對變電站現場實景及設備情況越來越陌生，特別是在變電站設備發生異常及故障情況下，受制于目前視頻監視系統的局限性，監控人員缺乏及時可視化查看現場設備狀況的必要手段。基于變電站三維實景的機器人特巡平臺是通過在三維場景中配合檢測機器人巡檢位置，從而可以有效定位目標設備，確保檢測數據的準確性，為及時掌握設備的運行狀況提供可靠信息。

關鍵詞：三維實景 機器人 特巡

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0082-02

1 平臺應用背景

隨著集中監控無人值守變電站數量的急增，智能機器人代替人工巡檢漸成趨勢，但伴隨而來的是監控人員對變電站現場實景及設備情況越來越陌生，特別是在變電站設備發生異常及故障情況下，受制于目前視頻監視系統的局限性，監控人員缺乏及時可視化查看現場設備狀況的必要手段。

在變電站運行中，智能機器人的應用確實給變電站巡檢工作帶來了一些實際便利，同時也存在一些缺陷和不足， 主要表現在：系統相對孤立、難以實現全覆蓋、極端環境適應能力不強、難以開展較復雜工作。

基于變電站三維實景的機器人特巡平臺是利用激光掃描技術構建三維實景模型，以具備精確三維空間坐標的實景點云呈現精確真實場景與設備部署，消除機器人巡檢系統孤立運行的歷史，可與安防視頻、火災報警、PMIS系統等實現數據關聯和共享，實現多系統的異常聯動的功能。平臺展示SCADA系統、在線監測系統、安消防系統、視頻監視系統、機器人巡檢系統等數據信息，實現調控人員遠方執行日常巡檢、特巡或故障設備可視化查看等工作任務。全方位提高基于機器人的“智慧+”綜合巡檢各個環節的信息感知深度和廣度，由此形成智能電力大數據融合承載以及結構化數據展示，最終實現“智慧+”變電站的一體化、智能化綜合巡檢應用能力。

變電站設備長期處于運行狀態下，為了確保電氣設備的安全穩定運行，及時發現設備的缺陷或隱患，積累狀態檢修原始數據，往往要求現場運行人員定期或不定期對現場設備進行巡視檢查或采用紅處線測溫手段對設備狀態進行監。目前，系統內各變電站上述兩項工作大部分由現場運行人員完成，采用人工模式，手工抄錄，工作量大，且受環境因素、人員素質等各方面的影響，容易造成巡視不到位，核對不到位情況發生，巡視效率和質量往往達不到預期效果。基于變電站三維實景的機器人特巡平臺可以自動記錄巡視路線及巡視結果，可以高效地進行文件管理和搜索。

機器人巡檢由于運動控制精度、導航停靠精度的限制，對于具體檢測點的被檢設備，機器人不可能每次都能完全對準目標；同時由于觀測距離的不同，一次可能會檢測到多個設備，從而影響整個檢測結果。通過在三維場景中配合檢測位置，可以有效定位目標設備，確保檢測數據的準確性，為及時掌握設備的運行狀況提供可靠信息。

2 平臺技術實現

第一步：建立機器人二維激光地圖和三維場景之間的轉換關系，以3點確定一個基準面的方式，在二維激光地圖中選擇3個點，在三維場景中選擇同坐標的3個點；匹配關聯，如此：可實現在三維場景的任意x、y、z坐標轉換為機器人二維激光地圖中的x、y點。

第二步：拿到所有的機器人的巡檢點的xy坐標，同步轉換為三維的x、y、z坐標并記錄，統稱為三維巡檢庫。

第三步：執行機器人特巡流程，三維場景中選中xyz坐標執行特巡任務->判定該點是否為在三維巡檢庫中 -> 如果在則執行流程3，不在則以當前點xyz坐標找到最近的巡檢點。

高精度三維激光雷達掃描設備，可以對真實場景合成高逼真度彩色（RGB）點云，將現實中的物質抽象為真實物質形態，可以準確地計算出每一個地面光斑的座標X，Y，Z，將現實場景按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備、塔架、導線、端子箱等，室內則主要針對保護室各類柜屏等，實景展現應細化到設備銘牌、標識、各類表計等，全視角操作流暢，畫面清晰逼真，立體感強，無鋸齒、變形等。

3.2 展示機器人運行狀態

當前是行走還是停止：

（1）充電狀況：當前是否處于充電狀態、當前電量、電量過低預警。

（2）實時數據：車速、環境溫度、車體溫度、風速等。

（3）超聲停障：超聲探測障礙物與停止行走告警。

（4）通訊狀態：基站和移動站、基站和紅外熱像儀之間通訊狀態。

（5）機器人識別的溫度、壓力表、油位等。

（6）機器人拍攝的可見光和熱紅外圖片數據。

（7）機器人采集的聲音數據。

（8）機器人巡檢對象的SCADA數據、圖像系統數據以及在線監測系統數據。

（9）設備的多系統巡檢數據對比分析查看以及生成多系統巡檢報告。

3.3 巡檢任務查看

查看已有巡檢任務和相關的巡檢點信息：

（1）執行手動巡檢：給機器人下發手動巡檢任務，可針對某個任務執行特巡操作。

（2）任務執行狀態反饋：機器人巡檢中途遇到障礙時，反饋執行狀態信息。

（3）巡檢異常展示：機器人巡檢過程中發現異常設備，立即直觀告警。

（4）數據導出：機器人拍攝的熱紅外圖像和可見光圖像可以導出。

3.4 工業視頻圖像監控

將視頻監控攝像機按照真實場景中的位置在三維實景中展示，迅速進行設備關聯綁定，方便調控人員直觀、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、隔離開關分合狀態、主變油溫、SF6壓力表等，現場通過立桿、上墻、柱上綁定等方式，對主變等重要設備間隔擴充高清視頻布點范圍，以彌補現有視頻系統的監視盲區。

4 平臺應用意義

融合智能機器人巡檢技術的三維實景平臺在系統功能方面立足變電站智能化管理和安全運行的實際情況，以解決電力機器人巡檢系統相對孤立，難以做到場景全覆蓋，系統適應能力不強，難以承擔較復雜巡檢任務的難題。為提高智能機器人的操控友好性、直觀性，提高機器人使用效率以及對機器人巡檢數據的深度挖掘做出了貢獻。同時，面向數據融合，克服過去各系統數據條塊分割、人工關聯的弊端，從變電站監控指揮、運行診斷、檢修操作等實際使用的角度出發，實現變電運行設備數據準確及時的采集，電氣設備、各種監控裝置等真實位置場景及實時狀態進行直觀、立體、逼真的集中再現及變電站巡檢機器人巡檢巡視的漫游、數據記錄、外觀記錄、巡檢分析報告錄入等數據的直觀統一，為智能電力的智能物聯網奠定堅實的平臺基礎。

參考文獻

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