變電站智能機器人巡檢系統的研究與應用

白永輝

摘要：本文首先介紹了變電站巡檢機器人的系統設計以及功能，然后對智能機器人巡檢系統的實際應用進行了詳細的分析，昀后對變電站巡檢機器人的未來的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：變電站巡檢;機器人智能;電力系統

1變電站巡檢機器人

變電站巡檢機器人系統是集機電一體化技術、多傳感器融合技術、電磁兼容技術、導航及行為規劃技術、機器人視覺技術、安防技術、穩定的無線傳輸技術于一體的復雜系統，采用完全自主或遙控方式，代替巡檢人員對變電站室外一次設備的部分項目進行巡檢，并對圖像進行分析和判斷，及時發現電力設備存在的問題，為無人值班變電站的推廣應用提供創新型的技術檢測手段，提高電網的可靠穩定運行水平。

2變電站巡檢機器人的系統設計以及功能

機器人在實際的巡檢系統應用過程中，一般都是采用分層式的控制結構，主要分成兩層結構，其中包括基站的控制系統層以及移動站系統層。

1基站控制系統層

1.1機器人遙控

在機器人的實際應用過程中，可以利用遙控來對機器人進行遠程的控制，對于機器人的行駛或者是攝像機調焦等一系列的操作，都可以利用機器人遙控來實現，主要是利用鍵盤或者是鼠標來完成。

2.1.2自動巡視

實現機器人自動巡視任務創建、存儲、刪除、人工下發和定時自動執行。通過機器人巡視任務創建和刪除的人機界面，操作人員可以手工設定自動執行的時間。自動巡視任務執行時，把本次任務需要到達的停靠點以及工作任務下發到移動機器人，機器人可執行的相應工作任務有：自動云臺動作、自動攝像機調焦、自動紅外熱像儀的操作、自動可見光與紅外數據采集和自主充電。

2.1.3實時圖像數據監控

智能機器人的巡檢系統當中可以對可見光攝像機以及紅外熱像儀進行實時的視頻顯示，主要是為了能夠更好的配合遙控以及自動巡檢的功能，這樣能夠實現操作人員在后臺對其進行巡視和監督，方便檢測數據的詳細記錄。

2.1.4機器人狀態信息顯示

在實際的應用過程中，可以實時的對機器人的內部狀態信息進行有效的后臺顯示和監督，能夠通過這些信息的反饋，及時的了解到機器人的實際運行狀態，不僅能夠方便對機器人的巡檢控制，而且能夠通過電子地圖上的位置顯示，輕而易舉的找到機器人的實際位置所在點。

2.1.5數據儲存與分析

把機器人運行需要的電子地圖信息、任務管理信息、工作系統信息及實時數據庫信息保存到數據庫，同時對機器人運行產生的日志和巡視進行記錄，以備歷史查詢和分析。提供檢測數據的處理分析功能。

2.2移動站系統層

移動站系統主要由主控計算機、運動控制、導航定位、巡視檢測、能源電池、網絡通信等系統以及機器人機械結構等模塊組成，實現機器人運動控制、導航定位、可見光及紅外數據檢測采集、能源管理補給以及狀態信息上傳等功能，結合基站控制系統，完成機器人遙控巡視和自動規劃巡視等功能。其主要功能包括：

2.2.1主控計算機系統

主控計算機系統程序采用基于 WinCE嵌入式實時多任務操作系統，由 C++面向對象編程語言開發，主要負責導航定位信息的采集處理。根據監控主站控制命令，一方面控制機器人運動，另一方面控制檢測傳感器，進行檢測數據的采集和上傳，并上傳機器人狀態信息。

2.2.2導航定位系統

主要由導航傳感器和定位傳感器兩部分組成。導航傳感器為磁導航傳感器，跟蹤地面預先鋪設的磁導航軌跡實現導航。定位傳感器采用 RFID定位傳感器，為機器人提供定位停靠等位置信息。

2.2.3運動控制系統

包括機器人的行駛機構、驅動電機、運動控制器等設備，實現機器人的運動控制。

2.2.4動力系統

動力系統包括電池、電源管理器、自動充電機構等模塊，為機器人的長期可靠運行提供保障，實現電池能源的分配、管理、自動補給。

2.2.5檢測采集系統

檢測采集系統主要包括可見光攝像機、紅外熱象儀、云臺以及相應的采集和傳輸設備，通過基站系統的監控計算機和移動站系統的主控計算機配合，控制云臺、攝像機和紅外成像

儀的操作，進行數據采集和傳輸。

3智能機器人巡檢系統的實際應用

3.1三維電子地圖技術

在智能機器人的巡檢系統應用過程中，還融入了其他的全新技術來配合使用，利用三維虛擬現實技術，能夠對變電站進行實際規模的建造，三維電子地圖技術的應用，能夠有效的代替二維平面地圖的局限性，不僅能夠讓后臺操作人員有身臨其境的感覺，而且能夠更加確切的對巡檢的位置加以確定。

3.2實時數據曲線分析技術

在實際的操作過程中，設備的溫度會在其自身的負荷變化下而產生相對應的變化和影響，單純的溫度變化趨勢不僅不能夠切實有效的體現設備由于老化或者是一些缺陷的問題，而如果與設備的實際運行負荷有一定的關聯，則需要通過兩跳曲線的變化來對其進行詳細的分析，這樣就能夠明顯的對其進行深入的判斷，判斷是否是負荷的變化從而引起溫度的變化，或者是由于設備自身的老化或者是設備的一些缺陷問題而造成的。所以在機器人的實際巡檢過程中，其自身巡檢測溫報告，要與變電站的運行管理MIS系統進行有效的關聯，這樣能夠在保證機器人的實際巡檢過程中，通過便點運行管理系統，能夠及時的發現數據的異常現象以及實現查詢功能的昀大化作用等等，這樣能夠從根本上提高巡檢數據的質量和水平，從而有效的提高變電站的整體巡檢管理水平。

3.3模式識別技術

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。通過模式識別算法，配合檢測位置，可以有效分辨、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。

4發展趨勢

隨著變電站向無人值班化及智能化方向快速發展，對變電站巡檢機器人的需求十分迫切。未來變電站巡檢機器人的研究目標是提高巡檢機器人的智能性、運動靈活性以及高精度和配置簡便的導航方式。其發展趨勢表現在以下方面：

數據分析智能化。繼續提高現有基于模板的模式識別算法的適用性，提高模式識別成功率和效率，同時開展基于設備形狀和紋理特征的模式識別技術研究，實現機器人按設備類型學習。

移動平臺靈活化。針對變電站設備區復雜地面，一方面改進現有輪式移動平臺的結構設計，提高運行速度和越障能力;另一方面增強機器人自我防護能力，增加障礙識別和繞障能力，提高執行效率。

開展組合導航技術的研究。應用激光、視覺、光學、慣性、磁等多種導航及組合導航方式，實現機器人巡視路徑的自由規劃，提高機器人環境適應性。

5結束語

電力系統不僅其自身的結構非常復雜，而且其自身的安全合理運行能夠直接對人們的日常生活產生一定影響，所以在這種形勢下，智能機器人的應用，不僅能夠優化傳統的變電站巡檢任務，而且能夠利用現代技術對實際的設備以及現場進行詳細的檢測和控制，機器人的合理應用，能夠昀大限度的減少人為勞動力，而且能夠實現變電站巡檢任務的統一化和標準化。

參考文獻

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