基于人工智能的配電室自動巡檢系統研究與應用

寶武碳業科技股份有限公司梅山分公司 石獻權 劉 傳 張 雷

1 引言

傳統的配電室設備巡檢方式采用人工巡檢，存在諸多問題。基于人工智能技術，本文提出了一種基于輪式機器人的配電室設備自動巡檢系統。該系統采用深度學習、圖像處理等技術實現自動識別和檢測設備狀態，提高了巡檢效率和精度，同時降低了人力成本和安全風險。本文介紹配電室設備巡檢現狀及存在問題，還包括系統整體方案設計和實施步驟，巡檢系統實現以及應用效果分析[1]。

2 配電室設備巡檢的現狀及存在的問題

2.1 人工巡檢的不足

目前，傳統的配電室設備巡檢主要采用人工巡檢的方式，這種方式有一些明顯的缺點和不足，其中主要包括以下幾個方面。

2.1.1 人工巡檢耗時費力

傳統的配電室設備巡檢需要人工參與，需要耗費大量的時間和人力資源。由于設備數量眾多、巡檢項目煩瑣等原因，使得人工巡檢需要花費大量的時間和精力，增加了運維人員的工作量，降低了工作效率。

2.1.2 檢查全面性和準確性差

人工巡檢時由于每個人的經驗、技能不一樣，因此難以保證每一處設備的檢查全面性和準確性。可能會因為人為因素的疏忽或者是巡檢的主觀性導致設備問題的漏檢或者誤判，并不能覆蓋所有的細節，并且巡檢效果難以保證[2]。

2.1.3 工作環境復雜，存在危險

配電室的工作環境比較復雜，存在著一些危險因素。如觸電、窒息、摔倒等。采用人工巡檢的方式雖然都會采取相關措施確保巡檢人員的安全，但在實際巡檢過程中沒有足夠的手段確保人員的安全。

2.2 自動巡檢的優勢

2.2.1 提高巡檢效率和精度

機器人可以快速全面地檢查設備狀態，并利用先進的機器學習、深度學習算法以及圖像處理技術自動優化巡檢路線，縮短巡檢時間，提高效率和精度。在自動化巡檢過程中，沒有人為因素干擾，可以消除人員主觀誤判和疏漏帶來的可能性。此方式能夠更加全面地掌握設備狀態，提高巡檢精確性，幫助設備維修人員更全面、更準確地了解設備實際情況，以維護設備的可靠性和穩定性[3]。

2.2.2 可靠的數據收集和處理

機器人搭載深度學習、機器視覺、算法計算等技術，有效降低了人力參與的可能性，以更高的準確率在短時間內檢查更多的設備，降低設備維護的停機時間。自動化巡檢機器人采用高清晰度攝像機、雙周期拍攝，根據巡檢設備及位置自動化生成檢測列表，收集更多的設備運行狀態信息，并即時傳輸到云端管理平臺，方便及時記錄、分類和分析數據[4]。

2.2.3 高效的維護方法

自動化巡檢系統應用人工智能、深度學習、機器視覺，記錄巡檢數據和維護日志等信息，方便管理人員分析設備運行狀態，實現精細化管理和維護。自動化巡檢可以快速識別小的問題或異常狀態，提高維護響應速度，縮短設備維護周期，避免設備問題造成的生產時間損失，提高生產效率并降低維護成本。

2.2.4 艱苦環境下良好的巡檢表現

傳統配電室人工巡檢環境惡劣，人員行動不便，容易出現偏差和錯誤。而自動化巡檢可以避免這些問題，減少人工操作的煩瑣性、重復性和危險性，節省大量的人力成本，同時提高設備運維效率。自動化巡檢設備在現場環境中表現良好，即使是在高溫、雜亂無章的空間環境和嘈雜不堪的工作環境下，自動化巡檢系統也能夠勝任傳統巡檢中無法完成的任務。

3 系統整體方案設計和實施步驟

由于巡檢系統需要綜合多種技術手段實現，因此需要精細地設計和實施，并且需要對設備、路線和巡檢過程進行全面的分析和考慮，才能確保系統能夠穩定、高效地運行，為配電室設備的維護和管理提供高質量、智能化的服務[5]。

3.1 設計方案

3.1.1 輪式機器人的設計制造

設計和制造輪式機器人是自動化巡檢技術建設的重要一環。輪式機器人需要具備一定的載荷能力、地面適應性、環境感測等各項功能。針對不同的需求，機器人的形狀、大小、結構都可能存在著差異。輪式機器人通常采用四輪獨立驅動結構，以增加機器人的靈活性和可靠性。機器人設計制作時，需要結合機器人巡檢的準確度和效率，進行位姿控制和運動規劃算法的準確性評估，以保證機器人在路線巡檢過程中能夠避開障礙物并盡量走最短路徑。

3.1.2 規劃巡檢路線

在規劃巡檢路線時，需要考慮配電室中設備構成、機器人的尺寸和形態、環境因素等因素，以保證路線的合理性和可行性。合適的巡檢路線是基于機器人的動力學特性和巡檢任務動態調整的結果，可使每個設備都能夠被覆蓋到，且在保證安全和效率的前提下，使得機器人運動路徑盡量短，巡檢時間更短。

3.1.3 自動識別與檢測

通過使用合適的深度學習算法，可以在機器人巡檢的同時對配電室設備進行自動識別和檢測，在實現全面巡檢的同時，保證巡檢數據的準確性和準確判斷設備的狀態。在自動識別的過程中，需要考慮配電室中設備的樣式和狀態，通過對設備圖片進行大量的訓練，可以使機器人更準確地捕捉設備運行數據，更精確地判斷設備是否正常。

3.2 實施步驟

3.2.1 搜集數據

實現自動化巡檢需要大量的數據支持，其中包括配電室設備圖像、實時數據等。這些數據將用于深度學習的訓練，以確保機器人對設備的自動識別和檢測的準確性。在收集數據時，需要重點考慮設備狀態變化的多樣性和復雜性，從而針對性地制定深度學習模型。

在數據搜集過程中，面臨的難點在于數據完備性和正確性的保證。可通過設備的動態監測系統、視頻監控系統等多種途徑獲取數據。采集到的數據需要經過篩選，確保數據的準確性和有效性，同時也要克服時間和空間上的難題，致力于搜集最新最全面的配電室設備狀態數據。

3.2.2 處理和分析數據

在收集到數據后，將進行數據處理和分析。這一步需要采用機器學習和深度學習等技術，對自動化巡檢系統進行優化和改進，提高機器人自動巡檢的準確度和效率。通過對大量的巡檢數據進行分析，挖掘設備故障的異常數據樣本，提高機器人的異常檢測能力，并在較短的時間內識別并報告故障。

3.2.3 研發機器人巡檢系統軟硬件

在方案設計完成后，需要進行自動化巡檢機器人的硬件研發和制造以及軟件功能的編寫和測試。在系統開發過程中，需要綜合考慮機器人的傳感器和控制系統等多個因素，確保自動化巡檢系統的穩定性和高效性。同時，還需要考慮機器人操作界面的設計和機器人的整體造型，在融合人性化外觀設計的同時保證核心功能的完整性和穩定性。

3.2.4 運行測試和優化

在自動化巡檢機器人研制完成后，需要進行全面的實地測試。對于基于人工智能的自動化巡檢系統，需要進行全面的測試和評估，以評估其性能和可行性。在測試過程中，需要結合實際設備的運行情況，對自動化巡檢機器人的檢測、報表、告警等功能進行測試和驗證，確認其準確度和有效性。對測試結果進行總結、分析和改進，不斷優化和改進自動化巡檢機器人的功能和性能。

3.2.5 系統改進和優化

在實際應用過程中，需要對系統進行不斷優化和改進，使得自動化巡檢系統能夠更好地適應巡檢過程的不斷變化，彌補系統缺陷，提高巡檢的準確性和效率。通過不斷改進系統，如調整深度學習算法的參數、調整機器人的傳感器設置等，以逐步提高自動化巡檢機器人的性能和工作效率，實現更加精細化的智能檢測。同時，還需要開發軟件平臺以方便數據管理、故障診斷、全面維修，實現自動化巡檢全流程的完善與可持續發展。

3.3 巡檢系統實現及應用效果分析

本文設計的基于人工智能的配電室設備自動巡檢系統采用輪式機器人進行機器人巡檢，結合深度學習、圖像處理等技術實現設備自動識別與檢測。經過試驗驗證，該系統能夠快速地識別配電室設備的狀態，并生成相應的報告。通過實際應用，可以看到該巡檢系統具有以下優點。

3.3.1 提高了巡檢效率和精度

基于人工智能技術的自動巡檢系統可以實時、準確地識別設備狀態，對設備進行全面、高效的檢測，可有效降低巡檢時間，提高巡檢效率和精度。自動化巡檢過程中，機器人利用先進的機器學習、深度學習算法以及圖像處理技術收集、處理設備參數，并自動優化巡檢路線，從而更加地節省時間和提高了運維效率。這種方法比傳統的人工巡檢更快速、更精準，而且還可以提高巡檢的周期性和全面性。

3.3.2 提高了安全性

配電室人工巡檢時需要巡檢人員登高摸底、發現問題。面對高溫、高壓、窄小、閉塞、噪聲等較惡劣的環境工作條件，容易產生各種意外和危險。而采用自動化的巡檢方法，可以避免風險和安全隱患、減少巡檢人員的安全風險，極大地提高了運維安全、保障和維護人員的工作安全。

3.3.3 減少了人工成本

自動化巡檢過程中機器人可以實時、準確地識別設備狀態，依照設定的路線自動巡檢，避免了人工操作中的煩瑣、重復和危險。雖然前期的研發和制造費用較傳統的人工巡檢要高一些，但長期來看，采用自動化的巡檢方式可以有效減少人員投入，降低人員成本，降低設備運維成本，提高了設備運維效益。

3.3.4 智能化數據報告

自動化巡檢系統可以對配電室設備狀態數據進行收集、分析和處理，并及時生成智能化的設備狀態報告。這種報告不僅可以更加全面、翔實地呈現設備的常態與異態，還可以記錄巡檢發現的異常情況并對其進行預判、分析和處理，以便及時采取相應措施進行處理和維護。這些報告既可以供使用者更清晰地了解和掌控電氣設備的運行狀況，也可以供后期的查詢和分析使用，幫助運維人員及時發現問題并快速響應，從而進一步保障電氣設備的正常運轉。

除了上述應用效果之外，該系統還可以輔助進行預防性/預測性維護，基于對歷史數據、經驗和專業技術分析的計算，可以準確預測設備的壽命和故障，幫助企業更好地安排巡檢維護，降低設備故障率，節省巨額的后期維修成本。

4 結語

基于人工智能的配電室設備自動巡檢系統是一種高效、準確、方便、安全且智能的設備巡檢方式，具有提高巡檢效率、降低安全風險，減少人工成本和提供智能化數據分析報告等方面的應用優勢，更可以實現預防性維護，減少故障率和節省后期維護成本。因此，引入這種新型的設備運維方式，可以提高配電室設備的運行質量和效率，提高企業的設備管理水平，提升企業的市場競爭力。