應用RFID技術的新能源供電區域機器人節能巡檢模式優化

徐 波，林 謀

(國網江西省電力有限公司檢修分公司，江西 南昌 330096)

21世紀以來，各種工業發展十分迅速，電力在企業中扮演著十分重要的角色。尤其是有關新能源供電方面的內容，更是引起社會的廣泛關注，如果繼續采用傳統方式進行巡檢，不僅會造成大量的人力和物力浪費，同時也無法滿足現階段的發展需求。為了實現巡檢工作的自動化以及智能化，在能源供電區域中引入巡檢機器人輔助或者代替人工進行巡檢，可以有效避免傳統巡檢方式存在的不足[1-2]。確保電力系統的穩定運行是全部國家和人民的迫切需求，新能源供電區域作為電力系統的重要支點，對其進行有效的巡檢具有十分重要的意義。

國外相關專家針對新能源供電區域機器人節能巡檢方面進行了深入研究，同時將立體視覺技術應用到巡檢機器人上，有效提升智能化程度。Alhassan A B等[3]介紹了輸電線路檢測機器人(PTLIRs)的全面回顧和發展趨勢，重點介紹了2008—2019年的最新研究成果，廣泛討論了檢查機器人的結構、操作和限制，即爬升、飛行和混合(爬升飛行)機器人。國內相關專家也進行了大量研究，王洪斌等[4]分析路徑以及周邊環境情況，使用改進的人工勢場方法對機器人進行局部路徑規劃，最終通過自適應步長調節算法對機器人的步長進行動態優化，完成機器人路徑規劃。在以上方法的基礎上，提出一種應用RFID技術的新能源供電區域機器人節能巡檢模式優化方法。實驗測試表明，所提方法可以獲取最佳機器人節能巡檢模式優化方案。

1 方法

1.1 應用RFID技術的機器人定位

RFID系統主要是由閱讀器[5-6]、標簽和數字處理系統組成，其工作原理如圖1所示。

圖1 RFID系統工作原理Fig.1 Working principle of RFID system

RFID系統的詳細的操作步驟[7-10]：①發射射頻信號。主要采用天線或者閱讀器向周圍空間發射一定頻率的射頻信號。②電子標簽激活。在作用區域內當有標簽進入后，通過天線將信息傳輸出去。③發送和接收標簽信息。標簽被激活后，需要將自身編碼信息利用天線傳輸出去；標簽發送的信息被閱讀器接收到并進行解碼，然后將其傳輸至后臺網絡。本文使用的閱讀器是無線手持閱讀器，如圖2所示。④處理標簽信息。后臺網絡中的主機會對不同身份的合法性進行鑒定，假設合理，則直接對其相關處理；反之，則不對其進行任何處理[11-15]。

圖2 無線手持閱讀器Fig.2 Wireless handheld reader

采用粒子群算法[16-17]對模型中的參數進行辨識，完成機器人定位，詳細的操作步驟：①計算標簽和機器人所在位置之間的距離；②確定目標函數，同時對PSO算法中的全部參數進行初始化處理；③計算各個粒子的適應度值；④對個體最優位置進行調整，同時重新計算粒子位置和速度；⑤判斷算法是否滿足終止條件，假設是，則輸出最優解，反之，則返回至步驟③。

1.2 新能源供電區域機器人節能巡檢模式優化

新能源供電機器人想要實現自主巡檢，需要對新能源供電區域周邊環境進行建模，利用圖3給出機器人和工作環境之間的關系。

圖3 機器人和工作環境之間的關系分析Fig.3 Analysis of relationship between robot and working environment

柵格地圖[18-19]被廣泛應用于地圖構建過程中，需要將新能源供電區域劃分為大小相同的柵格單元，分別采用不同數字代表不同的柵格單元。

特征地圖是指對機器人工作區域的環境信息進行采集和處理，同時在環境信息中獲取一些比較簡單的幾何特征，例如點或者線等。將全部特征通過抽象出來的幾何特征進行描述，進而完成新能源供電區域的地圖模型。幾何特征地圖就是通過給定的坐標系以及抽象出的幾何形狀等不同參數構成。

通過以上分析，需要對機器人的工作環境進行建模，借助激光雷達對新能源供電區域內的環境進行感知。通過激光脈沖不斷掃描，可以獲取工作環境中全部物體的數據點，利用SLAM技術即可獲取準確的環境地圖模型。詳細的地圖構建過程：①分析新能源供電區域的環境狀況，構建全局坐標系，將空間平面劃分為多個不同的柵格，同時將機器人的初始運動點設定為整個區域的坐標原點。②對設備進行初始化處理，同時開啟激光雷達器，實現激光雷達初始化處理。③采集新能源供電區域的環境數據，同時測量障礙物和不同設備之間的距離，準確記錄各個障礙物的坐標信息。④在機器人進行巡檢的過程中，將激光雷達獲取的掃描信息和路程信息進行有效融合，得到機器人的準確坐標位置。同時將獲取的激光技術加入到柵格地圖中，重復上述操作過程，直至完成完整場景地圖的建立。⑤采用激光雷達的初始檢測，將n個數據點全部投影到規模為m×n個柵格中，計算各個柵格被使用的概率wi。⑥當完成全部新能源供電區域的掃描之后，進行數據融合，獲取物體的準確位置信息。⑦完成完整新能源區域地圖的構建。

通過上述分析，對地圖中的特定形狀障礙物進行“膨化”或者“填平”處理，同時構建機器人節能巡檢模式優化模型，通過改進的煙花算法對模型進行求解。

2 仿真實驗

為了驗證所提應用RFID技術的新能源供電區域機器人節能巡檢模式優化方法的有效性和可行性，需要從以下幾方面內容進行測試和分析。

在實驗前，確定機器人節能巡檢應用場景為某新能源供電區域，機器人巡檢現場如圖4所示。

圖4 機器人巡檢現場Fig.4 Robot patrol site

在新能源供電區域中共設定10個道路節點以及15條道路，同時在路網附近設定10個測溫點，其中道路節點和測溫點的具體坐標見表1。

表1 新能源供電區域道路節點和測溫點坐標位置Tab.1 Coordinate positions of road nodes and temperature measurement points in the new energy power supply area

選取MATLAB作為測試平臺，獲取的新能源供電區域機器人節能巡檢模式優化方案如圖5所示。

圖5 新能源供電區域機器人節能巡檢模式優化方案Fig.5 Optimization scheme of robot energy-saving inspection mode in new energy power supply area

為了驗證所提方法的優越性，需要選取最短路徑，將3條比較典型的測試路徑進行對比分析，具體結果如圖6所示。①路徑1。D6→D5→D3→D7→D6。②路徑2。D6→D1→D2→D3→D8→D7→D6。③路徑3。D6→D5→D4→D3→D7→D6。

分析圖6可知，路徑1的整體長度明顯短于另外2種路徑，且總用時也明顯低于另外2種路徑。

圖6 路徑長度和時間代價測試結果Fig.6 Path length and time cost test results

分析3條路徑的能量損耗情況，具體測試結果如圖7所示。由圖7可知，采用路徑1進行巡檢過程中所消耗的能量明顯低于另外2條路徑，由此可見，路徑1為最佳巡檢路徑。

圖7 不同路徑的能量消耗Fig.7 Energy consumption of different paths

綜合分析以上實驗數據可知，所提方法可以快速獲取新能源供電區域機器人節能巡檢模式優化方案，同時還能夠有效減少路徑上的能量消耗，以更短的時間完成巡檢工作。所提方法采用RFID技術對機器人進行定位，可以實時掌握機器人的位置，方便對機器人巡檢路徑進行有效調整，進而達到節能的目的。

3 結語

針對傳統方法存在的一系列問題，結合RFID技術，提出一種應用RFID技術的新能源供電區域機器人節能巡檢模式優化方法。經實驗測試證明，所提方法可以有效減少巡檢時間以及能量消耗，同時還能夠獲取更加滿意的機器人節能巡檢模式優化方案。