CN102280826A - 变电站智能机器人巡检系统及巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变电站智能机器人巡检系统及巡检方法，它包括监控中心，所述监控中心与至少一个变电站的站级机器人智能巡检系统通过网络连接；所述各站级机器人智能巡检系统包括至少一个基站，同时在变电站内还设有环境信息采集子系统以及安装在变电站内各个需要监控设备处的固定点辅助监控子系统，所述智能巡检机器人上设有智能巡检机器人下位机，所述智能巡检机器人下位机还与检测单元连接，所述检测单元包括红外检测单元和紫外检测单元，所述紫外检测单元包含紫外视频服务器和紫外检测装置。本发明巡检路径优化，安全防护好，智能化程度高，具有全时段故障检测和无缝隙视频监控的优点，为智能变电站提供全新的技术检测手段和全方位的安全保障。

Description

变电站智能机器人巡检系统及巡检方法

技术领域

本发明涉及电力系统变电站运行维护技术领域，尤其涉及一种变电站智能机器人巡检系统及巡检方法。

背景技术

长期以来，对变电站巡检工作多采用人工方式进行，传统的人工巡检方式不仅存在劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、手段单一等不足之处，而且事后也无法将人工所检测的数据准确、及时地传送到管理信息系统中以供工作中使用。

随着无人值守模式变电站的推广，伴随而来的是变电站巡检工作量越来越大，巡检到位率、及时性更加无法得到保证。特别是在高原、戈壁等特殊地理条件或如大风、雾天、冰雪、冰雹、雷雨等极端天气发生后，造成人工无法及时巡检，并且受条件限制巡检存在较大安全风险，此时变电站一旦发生意外事故，决策者因无法及时获取直观的现场信息，往往会贻误最佳处理事故的时机，造成不必要的经济损失甚至人员伤亡等重大的事故。

近年来，随着科技的发展，变电站智能机器人的出现，实现自动完成变电站日常设备巡视、红外测温、操作前后设备状态检查等工作，从而大大提高对变电站设备巡视的工作效率和质量，降低人员劳动强度和工作风险，提升变电站智能化水平，为变电站无人值守提供强大的技术支撑。变电站智能机器人已经成为变电站设备巡检的重要辅助手段。

国家知识产权局于2010年4月28号公布的专利号CN201442264U，名称为“变电站智能巡检机器人”，和国家知识产权局于2011年6月1号公布的申请号201010508300.2，名称为“变电站设备智能巡检机器人系统”的专利中都提出了变电站智能机器人方面的技术方案。经过分析，所公布的现有的变电站巡检机器人技术方案存在以下技术问题：

1、所提到的巡检机器人没有全局路径规划功能。对特定设备进行巡视时，巡检机器人没有对路径进行优化，需要走一些不必要的路径，既浪费了电池能量，又加长了巡检机器人到位检测的时间，检测效率不高。

2、所提到的巡检机器人模式识别功能薄弱。当前的变电站高压断路器设备的状态，多靠人工巡视或在线监测，人工巡视劳动强度大、工作效率低；巡视/核查不到位，与现有管理信息系统对接周期长；所提到的巡检机器人在线监测采样信号较少、数据不足；对运动过程缺乏记录；分析精度不高，诊断结论缺乏说服力等缺点。

3、所提到的巡检机器人缺乏安全防护系统。巡检机器人在调试运行和正常巡检过程中，特别是通过无线技术操作时，由于缺乏有效的防护手段，致使巡检机器人在出现意外情况时，外壳与设备发生碰撞而损坏。

4、所提到的巡检机器人无法提前检测设备的前期故障。红外检测易受环境中红外辐射尤其是太阳辐射影响，因此红外检测一般不能在白天进行，这样就造成一些设备故障不能被及时检测和发现；红外检测通常检测设备的后期故障，无法对设备的前期故障做出预警。

5、所提到的巡检机器人无法与传统的视频监控系统进行有效结合。还存在很大的监控盲区，很难真正满足视频巡视、全方位覆盖的要求。

6、所提到的巡检机器人无法和顺控系统配合。现有变电站巡检机器人，无法实现倒闸操作后设备状态的自动识别，无法与变电站顺序控制平台交互，也无法实现倒闸操作顺控过程。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种变电站智能机器人巡检系统及巡检方法。它以智能巡检机器人为核心，整合现有机器人技术、电力设备非接触检测技术、多传感器融合技术、模式识别、导航定位技术以及物联网技术等。它具有能够实现变电站机器人全天候、全方位、全自主智能巡检和监控，实现对巡检监控数据智能存储，同时利用模式识别，有效降低工作劳动强度，降低变电站运维成本，提高正常巡检作业和管理的智能化和自动化水平，为智能变电站和无人值守变电站提供创新型的技术检测手段和全方位的安全保障，更快地推进变电站无人值守的进程的优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变电站智能机器人巡检系统，它包括监控中心，所述监控中心与至少一个变电站的站级机器人智能巡检系统通过网络连接；所述各站级机器人智能巡检系统包括至少一个基站，基站则与至少一个智能巡检机器人无线通信；

同时在变电站内还设有至少一个机器人充电设施，在变电站还铺设有与智能巡检机器人相配合的用于行走的机器人导航定位设施，同时在变电站内还设有环境信息采集子系统以及安装在变电站内各个需要监控设备处的固定点辅助监控子系统；

环境信息采集子系统、固定点辅助监控子系统与基站通信；所述智能巡检机器人上设有智能巡检机器人下位机，它通过网络通信单元与基站通信；

所述智能巡检机器人下位机还与检测单元连接，所述检测单元包括红外检测单元和紫外检测单元，所述紫外检测单元包含紫外视频服务器和紫外检测装置，紫外检测装置采集设备图像得到的模拟视频通过紫外视频服务器接入交换机，并通过无线通信传送至基站后台监控计算机即上位机；紫外检测装置与紫外视频服务器连接，紫外检测装置与紫外视频服务器均与智能巡检机器人下位机连接并受控于下位机。

所述监控中心包含至少一台服务器、至少一台监控主机和相应的报警装置；其中，所述监控主机具有视频监控中心所有的监视、控制和管理功能，并利用模式识别对视频和图片进行智能分析；所述的服务器存储时间信息、照片和视频文件，供快速检索；报警装置为系统软硬件异常报警装置或/和检测报警装置，其中，监测报警装置选自环境信息异常报警装置、消防报警装置、非法闯入报警装置、视频移动报警装置中的一种或多种。

所述监控中心与各基站通过电力专用光缆连接。

所述的基站包括后台监控计算机即上位机，它通过无线通讯模块I与智能巡检机器人通讯；

所述上位机通过防火墙与变电站SCADA系统和MIS系统连接；

所述上位机通过移动通信模块与远程的监控中心连接，所述移动通信模块为GSM模块、CDMA模块、GPRS模块或3G模块；

所述环境信息采集子系统采用温度、湿度和风速传感器，采用RS485串行通讯协议通过电缆将数据发送给基站后台监控计算机即上位机，并进行显示存储。

所述的智能巡检机器人包括智能巡检机器人本体；智能巡检机器人本体包括固定在移动平台上的下位机以及与下位机相连接的导航定位模块、电源模块、云台控制模块、信息采集模块、显示模块、安全防护模块、检测模块、网络通信单元；其中所述的网络通信单元包括无线通讯模块II与基站的无线通讯模块I通讯。

所述导航定位模块包括两个RFID阅读器、一个GPS单元、一个磁导航单元与一个激光测距单元，所述GPS单元接收GPS定位信息，通过RFID阅读器读取RFID导航信息，通过磁导航单元读取磁导航标识，通过激光测距单元读取目标/障碍物距离信息，信息采集后传送至下位机；

所述电源模块包括输入电源，输入电源与电源处理模块连接，电源处理模块分八路电源输出，其中包括两路12V输出和六路28V输出；12V输出中的一路为无线通信模块和交换机供电，另一路为信息采集设备供电；所述六路28V输出则分别与散热装置、机器人下位机、安全防护模块、云台控制模块、机器人行走设备和充电定位机构供电；

所述云台控制模块采用的结构是采用中国授权专利号ZL200920029359.6所述的结构；

所述信息采集模块包括以下单元：影像信息采集单元、声音信息采集单元、温/湿度信息采集单元；所述影像信息采集单元除红外热像仪、紫外成像仪、视频服务器外，还包括可见光摄像机，所述可见光摄像机、红外热像仪、紫外成像仪分别或组合安装在相应的云台上；所述声音信息采集单元为拾音器；所述温/湿度信息采集单元为温湿度传感器；

所述安全防护模块包括超声故障检测单元、安全触边单元，另外包括与视频服务器连接的前置摄像头和后置摄像头，所采集的信息通过受控于下位机的视频编码器压缩编码后，经无线通信模块I、无线通信模块II传送给基站；后置摄像头提供智能巡检机器人后方实时视频、辅助遥控智能巡检机器人后退；

所述超声障碍检测单元包括设置在机器人前端的超声传感器探头，以及与超声传感器探头连接的超声信号处理板卡，它将检测到的距离信息传给机器人下位机。所述超声传感器探头有四个，并列安装在机器人前端。本单元采用的结构是采用中国授权专利号ZL200920029427.9所述的结构，用于检测巡检机器人行进方向的障碍物、防止自动运行时的意外碰撞；

所述安全触边单元为柔性可弯折的带状物，固定在智能巡检机器人的边沿位置上，实现安全保护。当巡检机器人移动撞击到障碍物时，柔性安全边就会传送信号给电源系统以停止机器人移动，为巡检机器人意外碰撞提供重要的安全防护。

所述无线通信模块I、无线通信模块II均为基于802.11N的无线网桥；

所述的下位机采用嵌入式工业控制计算机，内建嵌入式Linux操作系统，下位机通过无线通信模块II与上位机通讯，传送到上位机的通讯数据包括影像信息采集单元、声音信息采集单元、温/湿度信息采集单元的数据；同时还传输导航定位模块采集到的RFID数据、GPS数据、目标/障碍物距离数据。

所述的固定点辅助监控子系统包括在变电站设有至少一个高清网络摄像机；所述高清网络摄像机通过光缆与基站连接；高清网络摄像机设置在智能巡检机器人巡视盲区，高清网络摄像机直接监视智能巡检机器人漏检设备，将数据上传到基站，进行统一的监控和分析存储。

所述的智能巡检机器人充电设施包括充电室和充电定位机构，所述充电室采用通道式小屋，充电室对开两个门，安装自动门禁，智能巡检机器人可以通过无线通信模块，控制自动门禁的开合；充电室铺设有智能巡检机器人导航定位设施，便于智能巡检机器人自动充电定位；充电室内安装充电箱。所述充电室自动门控制系统的结构采用中国专利申请号为2011201896988实用新型专利中的结构，充电定位机构采用中国授权专利号为ZL200920290409.6的结构。

所述的一种变电站智能机器人巡检方法包括以下步骤：

步骤1、充电；智能巡检机器人在没有收到无线通讯网络或遥控传输的巡检任务指令时，在智能巡检机器人充电室进行设备充电，等待巡检任务下发；

步骤2、路径规划；路径规划时，首先对变电站环境建模，形成拓扑网状图和连通关系矩阵；接着利用Floyd弗洛伊德算法确定搜索路径矩阵，即最短路径矩阵，并通过迭代优化，提高运算速度；然后通过对节点和边的遍历，计算始发点到目标点序列的最短连通路径；最后将最短连通路径转换到以RFID序列标示的行驶路线；在每个路口的RFID，根据路径连通性，计算出智能巡检机器人的转动角度；

步骤3、任务下发及执行；基站上位机根据巡检要求，路径规划模块规划出任务信息，并将定时任务通过无线通讯系统发送到智能巡检机器人下位机；到达任务时间后，巡检机器人脱离充电设施开始巡检；智能巡检机器人导航定位模块采集导航定位信息，将位置姿态信号发送下位机，在主控系统的控制下在变电站行驶；

步骤4、停靠点检测；当导航定位模块探测到到达目标检测点时，停止移动平台，根据任务，调用检测系统的云台相应预制位，对准变电站设备进行检测，并将检测到的视频和图像数据通过无线通讯系统发送至基站上位机进行数据处理、分析、存储；

步骤5、模式识别；基于机器人可见光检测采集的视频和图像数据，利用模板匹配的技术，对变电站的断路器状态进行识别；基于机器人红外检测采集的视频和图像数据，利用Sift特征对变电站刀闸状态进行识别；基站后台监控计算机即上位机对检测数据进行分析判断，必要时发出超温警报；

步骤6、顺序执行任务，直至巡检任务完成，智能巡检机器人返回机器人充电设施，充电等待下个定时巡检任务；

步骤7、固定点监控辅助巡检；通过把不同固定点的多个摄像机都添加到固定点检测序列中，配置成巡检路线，所述的各摄像机按照规划对准机器人漏检设备并将视频信息上传至基站；基站的上位机将上传的固定点辅助视频利用模式识别识别后判断设备的故障状态；系统对需要监控的区域设置触发条件，即按需设置穿越警戒面检测、进入、离开入侵区域检测，在布防状态下一旦触发，系统就能联动报警；

步骤8、巡检报表生成；全部任务完成，基站后台监控计算机接收到巡检结束消息，分析处理本次巡检数据，形成巡检报表，本次巡检结束；巡检人员可以在基站的巡检时间实时监控巡检全程；也可以在巡检完成后浏览巡检报表；也可以定期通过历史数据检索，查看巡检历史数据。

另外，进一步说明，所述的后台监控计算机即上位机设有后台监控分析软件，后台监控分析软件包括界面层、控制层和数据层；

所述界面层，分为视频展示模块、信息展示模块、报警显示模块、报表生成模块、电子地图模块、数据查询模块、数据配置模块和设备控制模块，智能巡检机器人自身状态及检测系统的实时数据的监测通过界面层提供操作交互界面实现；

所述控制层，分为路径规划、模式识别、顺控配合、音频处理模块、网络通信模块、视频处理模块、报警处理模块、报表处理模块，路径规划模块可以巡检机器人巡检线路的自动优化，也可以在制定设备的特定巡检任务时和智能巡检机器人低压报警自动返回充电时提供最短路径；模式识别模块可以实现设备的自动识别，可以在红外图像中精确定位设备，自动准确判断设备温度；模式识别模块也可以自动识别设备的状态，如隔离开关的状态和仪表的读数；顺控配合模块综合上述功能模块，与变电站顺序控制平台交互，利用最优路径规划算法、图像分析、模式识别算法实现变电站倒闸操作后的设备状态的自动检测，并将识别结果发送给变电站顺序控制平台，实现倒闸操作后设备状态的自动校合，并驱动倒闸操作的自动、顺利执行，真正实现变电站倒闸操作的一键式顺序控制；

所述数据层，分为实时数据库、系统配置文件、录像文件和历史数据库；对检测数据进行分类存储，并实现历史数据的排序、筛选等检索。

本发明具有以下有益效果：

1、巡检路径优化。

智能巡检机器人采用全局路径规划算法对巡检路径进行优化，行驶路线短，智能巡检机器人到位检测时间快，节省了电池能量，同时能有效节省变电站设备操作后移动智能巡检机器人设备校验的时间。

2、具有较强的模式识别功能。

模式识别功能，包括基于可见光检测技术、模板匹配技术实现变电站断路器状态识别和基于红外检测实现变电站刀闸状态识别，这些模块和算法运算速度快，图像识别率高，提高了自动巡检和识别的效率，可满足现场的实时巡视要求。

3、全时段故障检测。

紫外检测不受太阳辐射干扰，智能巡检机器人可在白天对变电站设备进行巡检，与可见光和/或红外检测配合，可以全天任何时间段对设备进行检测，提高了设备缺陷检测的及时性；通过在智能巡检机器人变配电设备检测单元中结合紫外、红外、可见光检测的优势，可提高设备缺陷检测的效率，准确可靠的对设备缺陷进行定位，可以全面检测变电站设备的温度、外观、状态和电晕闪络情况。

4、全方位的安全防护。

超声障碍检测单位用于检测机器人行进方向的障碍物、防止自动运行时的意外碰撞；前置摄像头、后置摄像头提供智能巡检机器人前后方的实时视频、辅助遥控智能巡检机器人前进后退；安全触边最后一关防护智能巡检机器人意外碰撞。全方位的安全防护可以使智能巡检机器人自动安全运行，防止自动巡检或遥控时的智能巡检机器人意外碰撞或跌落。

5、智能化程度高。

通过自动充电和自主导航定位实现巡检任务的全自主运行，无需人工干预；智能化程度高，巡检数据一致性好，采用智能巡检机器人实现变电站设备定点、定角度、定时间自动化巡检，数据不受巡检人员素质能力等主观因素的影响。

6、全方位的视频无缝隙监控。

通过移动的智能巡检机器人和固定点辅助监控子系统的配合，实现了变电站视频的无缝隙监控，巡检无盲区，消除原有安防、固定视频监控盲点，减少了单位面积监控点的数量，使监控场景覆盖范围更广，提高变电站监控系统的效能和智能化应用水平。

7、实现了与变电站顺控系统、SCADA系统、MIS系统的配合。

通过IEC61850协议与变电站顺序控制平台、SCADA系统、MIS系统交互，利用最优路径规划算法、图像分析、模式识别算法实现变电站倒闸操作后的设备状态的自动检测，并将识别结果通过IEC61850协议发送给变电站顺序控制平台，实现倒闸操作后设备状态的自动校合，并驱动倒闸操作的自动、顺利执行，真正实现变电站倒闸操作的一键式顺序控制。

8、实现了多站级智能巡检机器人智能巡检系统的集中监控。

多个变电站智能巡检机器人集中监控，集中管理，符合变电站无人值守化的需求，并为无人值守变电站的设备安全运行提供检测手段；巡检数据的集中管理和共享，可以更全面判断设备故障和故障诊断分析。

附图说明

图1是变电站智能巡检机器人巡检系统总体结构图；

图2是站级巡检机器人智能巡检子系统组成结构图；

图3是固定点辅助监控子系统结构图；

图4是智能巡检机器人系统结构图；

图5是后台监控分析软件系统结构图；

图6是智能巡检机器人检测数据流图；

图7是智能巡检机器人安全防护模块数据流图；

图8是变电站智能机器人巡检系统巡检方法流程图。

图中1.监控中心，2.站级机器人智能巡检系统，3.机器人导航定位设施，4.机器人充电设施，5.智能巡检机器人，6.环境信息采集子系统，7.固定点辅助监控子系统，8高清网络摄像头，9.上位机，10.无线通讯模块I，11.无线通讯模块II，12.下位机，13.移动平台，14.导航定位模块，15.云台控制模块，16.电源模块，17.信息采集模块，18.安全防护模块，19显示模块，20.交换机，21.视频编码器，22.前置摄像头，23.后置摄像头，24.安全触边，25.超声故障检测单元，26.可见光摄像机，27.红外热像仪，28.紫外成像仪，29.基站，30.网路通信单元。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

图1、图2、图3、图4、图6、图7中，一种变电站智能机器人巡检系统，它包括监控中心1，所述监控中心1与至少一个变电站的站级机器人智能巡检系统2通过网络连接；所述各站级机器人智能巡检系统2包括至少一个基站29，基站29则与至少一个智能巡检机器人5无线通信；同时在变电站内还设有至少一个机器人充电设施4，在变电站还铺设有与智能巡检机器人5相配合的用于行走的机器人导航定位设施3，同时在变电站内还设有环境信息采集子系统6以及安装在变电站内各个需要监控设备处的固定点辅助监控子系统7；环境信息采集子系统6、固定点辅助监控子系统7与基站29通信；所述智能巡检机器人5上设有智能巡检机器人的下位机12，它通过网络通信单元30与基站29通信；所述智能巡检机器人5的下位机12还与检测单元连接，所述检测单元包括红外检测单元和紫外检测单元，所述紫外检测单元包含紫外视频服务器和紫外检测装置，紫外检测装置采集设备图像得到的模拟视频通过紫外视频服务器接入交换机20，并通过无线通信传送至基站后台监控计算机即上位机9；紫外检测装置与紫外视频服务器连接，紫外检测装置与紫外视频服务器均与智能巡检机器人下位机12连接并受控于下位机12。

所述监控中心1包含至少一台服务器、至少一台监控主机和相应的报警装置；其中，所述监控主机具有视频监控中心所有的监视、控制和管理功能，并利用模式识别对视频和图片进行智能分析；所述的服务器存储时间信息、照片和视频文件，供快速检索；报警装置为系统软硬件异常报警装置或/和检测报警装置，其中，监测报警装置选自环境信息异常报警装置、消防报警装置、非法闯入报警装置、视频移动报警装置中的一种或多种。

所述监控中心1与各基站29通过电力专用光缆连接。

所述的基站29包括后台监控计算机即上位机9，它通过无线通讯模块I10与智能巡检机器人5通讯；

所述上位机9通过防火墙与变电站SCADA系统和MIS系统连接；

所述上位机9通过移动通信模块与远程的监控中心连接，所述移动通信模块为GSM模块、CDMA模块、GPRS模块或3G模块；

所述环境信息采集子系统6采用温度、湿度和风速传感器，采用RS485串行通讯协议通过电缆将数据发送给基站29后台监控计算机；进行显示存储。

所述的智能巡检机器人5包括机器人本体；机器人本体包括固定在移动平台13上的下位机12以及与下位机12相连接的导航定位模块14、电源模块16、云台控制模块15、信息采集模块17、显示模块19、安全防护模块18、检测模块、网络通信单元30；其中所述的网络通信单元30包括无线通讯模块II11与基站29的无线通讯模块I10通讯。

所述导航定位模块14包括两个RFID阅读器、一个GPS单元、一个磁导航单元与一个激光测距单元，所述GPS单元接收GPS定位信息，通过RFID阅读器读取RFID导航信息，通过磁导航单元读取磁导航标识，通过激光测距单元读取目标/障碍物距离信息，信息采集后传送至下位机12；

所述电源模块16包括输入电源，输入电源与电源处理模块连接，电源处理模块分八路电源输出，其中包括两路12V输出和六路28V输出；12V输出中的一路为无线通信模块和交换机20供电，另一路为信息采集模块17设备供电；所述六路28V输出则分别与散热装置、机器人下位机12、安全防护模块18、云台控制模块15、机器人行走设备和充电定位机构供电。

所述云台控制模块15采用的结构是采用中国授权专利号ZL200920029359.6所述的结构。

所述信息采集模块17包括以下单元：影像信息采集单元、声音信息采集单元、温/湿度信息采集单元；所述影像信息采集单元除红外热像仪27、紫外成像仪28、视频服务器外，还包括：可见光摄像机26，所述可见光摄像机26、红外热像仪27、紫外成像仪28分别安装在相应的云台上；所述声音信息采集单元为拾音器；所述温/湿度信息采集单元为温湿度传感器；

所述无线通信模块I10、无线通信模块II11均为基于802.11N的无线网桥；

所述的下位机12采用嵌入式工业控制计算机，内建嵌入式Linux操作系统，下位机12通过无线通信模块II11与上位机9通讯，传送到上位机9的通讯数据包括影像信息采集单元、声音信息采集单元、温/湿度信息采集单元的数据；同时还传输导航定位模块14采集到的RFID数据、GPS数据、目标/障碍物距离数据。，

所述安全防护模块18另外包括与视频服务器连接的前置摄像头22和后置摄像头23，所采集的信息通过受控于下位机12的视频编码器21压缩编码后，经无线通信模块I10、无线通信模块II11传送给基站29；后置摄像头23提供智能巡检机器人5后方实时视频、辅助遥控智能巡检机器人5后退。

所述超声障碍检测单元包括设置在机器人前端的超声传感器探头，以及与超声传感器探头连接的超声信号处理板卡，它将检测到的距离信息传给工业控制计算机。所述超声传感器探头有四个，并列安装在机器人前端。本单元采用的结构是采用中国授权专利号ZL200920029427.9所述的结构，用于检测智能巡检机器人5行进方向的障碍物、防止自动运行时的意外碰撞；

所述安全触边24单元为柔性可弯折的带状物，固定在智能巡检机器人5的边沿位置上，实现安全保护。当智能巡检机器人5移动撞击到障碍物时，柔性安全触边24就会传送信号给电源系统以停止机器人移动，为智能巡检机器人5意外碰撞提供重要的安全防护。

所述的固定点辅助设备监控子系统7包括在变电站设有至少一个高清网络摄像机8；所述高清网络摄像机8通过光缆与基站29连接；高清网络摄像机8设置在智能巡检机器人5巡视盲区，高清网络摄像机8直接监视智能巡检机器人5漏检设备，将数据上传到基站29，进行统一的监控和分析存储；

所述的机器人充电设施4包括充电室和充电定位机构，所述充电室采用通道式小屋，充电室对开两个门，安装自动门禁，智能巡检机器人5可以通过无线通信模块，控制自动门禁的开合；充电室铺设有智能巡检机器人导航定位设施3，便于智能巡检机器人5自动充电定位；充电室内安装充电箱。所述充电室自动门控制系统的结构采用中国专利申请号为2011201896988实用新型专利中的结构，充电定位机构采用中国授权专利号为ZL200920290409.6的结构；

所述移动平台13采用轮式结构，前两轮为驱动轮，由两电机分别驱动，差速转向，后两轮为万向轮，随动。结构简单，易加工，直线运动性与转弯性能好，能够以两驱动轮中心点做原地转弯，且无侧滑。适应性强，且便于控制系统的设计。

站级机器人智能巡检系统2，执行远程数据采集的流程是：首先智能巡检机器人利用自身的数据采集装置将采集到的巡检数据(包括电池电量、驱动器状态和速度、云台状态、障碍物信息、磁传感器信息、图像信息、音频信息、温湿度数据)，通过无线通信模块传输到基站系统；然后基站系统利用自身的各个功能模块将巡检数据处理后生成巡检日志、巡检事项和巡检实时数据，通过移动通信模块将巡检日志、巡检事项和巡检实时数据上报到远程的监控中心，方便技术人员及时了解智能巡检机器人状况，并对智能巡检机器人故障进行及时准确的维护。

变电站智能巡检机器人安全防护的工作原理为：距离信息采集装置通过超声检测模块检测智能巡检机器人5前行方向上的障碍物信息，并采用安全触边24作智能巡检机器人的碰撞防护，保证智能巡检机器人5即使发生碰撞事故也不会损坏外壳及设备，智能巡检机器人5遇到障碍物或发生碰撞后，通过工业控制计算机的信息采集处理，能够命令智能巡检机器5人进行正确的动作。视频服务器主要用来对智能巡检机器人进行远程操控时，通过前置摄像头22和后置摄像头23对智能巡检机器人5行进道路情况进行监控，并将视频信号通过无线方式传回监控室后台计算机，使操作人员能够对智能巡检机器人5进行安全操作，避免发生意外。

变电站智能机器人全时段故障检测的原理：智能巡检机器人5具有可见光检测单元、红外检测单元和紫外检测单元；可见光检测单元包含可见光视频服务器和可见光检测装置，可见光检测装置采集设备图像得到的模拟视频通过可见光视频服务器接入网络通信单元，从机器人基站29后台监控计算机下发的控制指令经网络通信单元通过可见光视频服务器传送至可见光检测装置。红外检测单元包含红外视频服务器和红外检测装置，红外检测装置采集设备图像得到的模拟视频通过红外视频服务器接入网络通信单元，红外检测装置与智能巡检机器人下位机的其它数据交换可经由红外视频服务器传送或者直接通过网络通信单元完成；紫外检测单元包含紫外视频服务器和紫外检测装置，紫外检测装置采集设备图像得到的模拟视频通过紫外视频服务器接入网络通信单元，紫外检测装置与智能巡检机器人下位机的其它数据交换可经由紫外视频服务器传送或者直接通过网络通信单元完成。通过在智能巡检机器人变配电设备检测单元中结合紫外、红外、可见光检测的优势，可提高设备缺陷检测的效率，准确可靠的对设备缺陷进行定位。

图5中，上位机后台监控分析软件由界面层、控制层和数据层组成。

所述界面层，分为视频展示模块、信息展示模块、报警显示模块、报表生成模块、电子地图模块、数据查询模块、数据配置模块和设备控制模块。界面层提供友好的操作交互界面，完成智能巡检机器人自身状态及检测系统的实时数据的监测。

所述控制层，分为路径规划、模式识别、顺控配合、音频处理模块、网络通信模块、视频处理模块、报警处理模块、报表处理模块。路径规划模块可以智能巡检机器人巡检线路的自动优化，也可以在制定设备的特定巡检任务时和智能巡检机器人低压报警自动返回充电时提供最短路径。路径规划时首先对变电站环境建模，形成拓扑网状图和连通关系矩阵；接着利用Floyd弗洛伊德算法确定搜索路径矩阵，即最短路径矩阵，并通过迭代优化，提高运算速度；然后通过对节点和边的遍历，计算始发点到目标点序列的最短连通路径；最后将最短连通路径转换到以RFID序列标示的行驶路线；在每个路口RFID，根据路径连通性，计算出智能巡检机器人的转动角度。模式识别技术可以实现设备的自动识别，可以在红外图像中精确定位设备，自动准确判断设备温度；模式识别技术也可以自动识别设备的状态，如隔离开关的状态和仪表的读数。顺控配合模块综合上述功能模块，与变电站顺序控制平台交互，利用最优路径规划算法、图像分析、模式识别算法实现变电站倒闸操作后的设备状态的自动检测，并将识别结果发送给变电站顺序控制平台，实现倒闸操作后设备状态的自动校合，并驱动倒闸操作的自动、顺利执行，真正实现变电站倒闸操作的一键式顺序控制。

所述数据层，分为实时数据库、系统配置文件、录像文件和历史数据库。对检测数据进行分类存储，并实现历史数据的排序、筛选等检索。

如图8中，机器人巡检方法，包括以下步骤：

步骤1、充电；智能巡检机器人5在没有收到无线通讯网络或遥控传输的巡检任务指令时，在智能巡检机器人5充电室进行设备充电，等待巡检任务下发；

步骤2、路径规划：路径规划时，首先对变电站环境建模，形成拓扑网状图和连通关系矩阵；接着利用Floyd弗洛伊德算法确定搜索路径矩阵，即最短路径矩阵，并通过迭代优化，提高运算速度；然后通过对节点和边的遍历，计算始发点到目标点序列的最短连通路径；最后将最短连通路径转换到以RFID序列标示的行驶路线；在每个路口的RFID，根据路径连通性，计算出智能巡检机器人5的转动角度；

步骤3、任务下发及执行；基站29的上位机9根据巡检要求，路径规划模块规划出任务信息，并将定时任务通过无线通讯系统发送到智能巡检机器人5下位机12；到达任务时间后，智能巡检机器人5脱离充电设施开始巡检；智能巡检机器人5导航定位模块3采集导航定位信息，将位置姿态信号发送下位机12，在主控系统的控制下在变电站行驶；

步骤4、停靠点检测；当导航定位模块探测到到达目标检测点时，停止移动平台，根据任务，调用检测系统的云台相应预制位，对准变电站设备进行检测，并将检测到的视频和图像数据通过无线通讯系统发送至基站29的上位机9进行数据处理、分析、存储；

步骤5、模式识别；基于机器人可见光检测采集的视频和图像数据，利用模板匹配的技术，对变电站的断路器状态进行识别；基于机器人红外检测采集的视频和图像数据，利用Sift特征对变电站刀闸状态进行识别；基站29的后台监控计算机即上位机9对检测数据进行分析判断，必要时发出超温警报；

步骤6、顺序执行任务，直至巡检任务完成，智能巡检机器人5返回机器人充电设施4，充电等待下个定时巡检任务；

步骤7、固定点监控辅助巡检；通过把不同固定点的多个摄像机都添加到固定点检测序列中，配置成巡检路线，所述的各摄像机按照规划对准机器人漏检设备并将视频信息上传至基站；基站29的上位机将上传的固定点辅助视频利用模式识别识别后判断设备的故障状态；系统对需要监控的区域设置触发条件，即按需设置穿越警戒面检测、进入、离开入侵区域检测，在布防状态下一旦触发，系统就能联动报警；

步骤8、巡检报表生成；全部任务完成，基站29后台监控计算机即上位机9接收到巡检结束消息，分析处理本次巡检数据，形成巡检报表，本次巡检结束；巡检人员可以在基站29的巡检时间实时监控巡检全程；也可以在巡检完成后浏览巡检报表；也可以定期通过历史数据检索，查看巡检历史数据。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种变电站智能机器人巡检系统，其特征是，它包括监控中心，所述监控中心与至少一个变电站的站级机器人智能巡检系统通过网络连接；所述各站级机器人智能巡检系统包括至少一个基站，基站则与至少一个智能巡检机器人无线通信；同时在变电站内还设有至少一个智能巡检机器人充电设施，在变电站还铺设有与智能巡检机器人相配合的用于行走的巡检机器人导航定位设施，同时在变电站内还设有环境信息采集子系统以及安装在变电站内各个需要监控设备处的固定点辅助监控子系统，环境信息采集子系统、固定点辅助监控子系统与基站通信；所述智能巡检机器人上设有智能巡检机器人下位机，它通过网络通信单元与基站通信；所述智能巡检机器人下位机还与检测单元连接，所述检测单元包括红外检测单元和紫外检测单元，所述紫外检测单元包含紫外视频服务器和紫外检测装置，紫外检测装置采集设备图像得到的模拟视频通过紫外视频服务器接入交换机，并通过无线通信传送至基站后台监控计算机即上位机；紫外检测装置与紫外视频服务器连接，紫外检测装置与紫外视频服务器均与智能巡检机器人下位机连接并受控于下位机。

2.如权利要求1所述的一种变电站智能巡检机器人巡检系统，其特征是，所述监控中心包含至少一台服务器、至少一台监控主机和相应的报警装置；其中，所述监控主机具有视频监控中心所有的监视、控制和管理功能，并利用模式识别技术对视频和图片进行智能分析；所述的服务器存储时间信息、照片和视频文件，供快速检索；报警装置为系统软硬件异常报警装置或/和检测报警装置，其中，监测报警装置选自环境信息异常报警装置、消防报警装置、非法闯入报警装置、视频移动报警装置中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种变电站智能机器人巡检系统，其特征是，所述监控中心与各基站通过电力专用光缆连接。

4.如权利要求1所述的一种变电站智能巡检机器人巡检系统，其特征是，所述的基站包括后台监控计算机即上位机，它通过无线通讯模块I与智能巡检机器人通讯；

所述上位机通过防火墙与变电站SCADA系统和MIS系统连接；

所述上位机通过移动通信模块与远程的监控中心连接，所述移动通信模块为GSM模块、CDMA模块、GPRS模块或3G模块；

所述环境信息采集子系统采用温度、湿度和风速传感器，采用RS485串行通讯协议通过电缆将数据发送给基站后台监控计算机；进行显示存储。

5.如权利要求1或4所述的一种变电站智能机器人巡检系统，其特征是，所述的智能巡检机器人包括机器人本体；机器人本体包括下位机以及与下位机相连接的导航定位模块、电源模块、云台控制模块、信息采集模块、显示模块、安全防护模块、检测模块、网络通信单元；其中所述的网络通信单元包括无线通讯模块II，无线通讯模块II与基站的无线通讯模块I通讯；

所述导航定位模块包括两个RFID阅读器、一个GPS单元、一个磁导航单元与一个激光测距单元，所述GPS单元接收GPS定位信息，通过RFID阅读器读取RFID导航信息，通过磁导航单元读取磁导航标识，通过激光测距单元读取目标/障碍物距离信息，信息采集后传送至下位机；

所述电源模块包括输入电源，输入电源与电源处理模块连接，电源处理模块分八路电源输出，其中包括两路12V输出和六路28V输出；12V输出中的一路为无线通信模块和交换机供电，另一路为信息采集模块供电；所述六路28V输出则分别与散热装置、机器人下位机、安全防护模块、云台控制模块、机器人行走设备和充电定位机构供电；

所述信息采集模块包括以下单元：影像信息采集单元、声音信息采集单元、温/湿度信息采集单元；所述影像信息采集单元除红外热像仪、紫外成像仪、视频服务器外，还包括：可见光摄像机，所述可见光摄像机、红外热像仪、紫外成像仪分别或组合安装在相应的云台上；所述声音信息采集单元为拾音器；所述温/湿度信息采集单元为温湿度传感器；

所述无线通信模块I、无线通信模块II均为基于802.11N的无线网桥；

所述的下位机采用嵌入式工业控制计算机，内建嵌入式Linux操作系统，下位机通过无线通信模块II与上位机通讯，传送到上位机的通讯数据包括影像信息采集单元、声音信息采集单元、温/湿度信息采集单元的数据；同时还传输导航定位模块采集到的RFID数据、GPS数据、目标/障碍物距离数据。

6.如权利要求5所述的一种变电站智能机器人巡检系统，其特征是，所述安全防护模块包括超声故障检测单元、安全触边单元，另外包括与视频服务器连接的前置摄像头和后置摄像头，所采集的信息通过受控于下位机的视频编码器压缩编码后，经无线通信模块I、无线通信模块II传送给基站；后置摄像头提供智能巡检机器人后方实时视频、辅助遥控智能巡检机器人后退。

7.如权利要求5所述的一种变电站智能机器人巡检系统，其特征是，所述超声障碍检测单元包括设置在机器人前端的超声传感器探头，以及与超声传感器探头连接的超声信号处理板卡，它将检测到的距离信息传给工业控制计算机，所述超声传感器探头有四个，并列安装在机器人前端，用于检测智能巡检机器人行进方向的障碍物、防止自动运行时的意外碰撞；

所述安全触边单元为柔性可弯折的带状物，固定在智能巡检机器人的边沿位置上，实现安全保护，当智能巡检机器人移动撞击到障碍物时，柔性安全边就会传送信号给电源系统以停止机器人移动，为智能巡检机器人意外碰撞提供重要的安全防护。

8.如权利要求1所述的一种变电站智能机器人巡检系统，其特征是，所述的固定点辅助设备监控子系统包括在变电站设有至少一个高清网络摄像机；所述高清网络摄像机通过光缆与基站连接；高清网络摄像机设置在智能巡检机器人巡视盲区，高清网络摄像机直接监视智能巡检机器人漏检设备，将数据上传到基站，进行统一的监控和分析存储。

9.如权利要求1所述的一种变电站智能机器人巡检系统，其特征是，所述的智能巡检机器人充电设施包括充电室和充电定位机构，所述充电室采用通道式小屋，充电室对开两个门，安装自动门禁，智能巡检机器人可以通过无线通信模块，控制自动门禁的开合；充电室铺设有智能巡检机器人导航定位设施，便于智能巡检机器人自动充电定位；充电室内安装充电箱。

10.如权利要求1所述的一种变电站智能巡检机器人巡检方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、充电；智能巡检机器人在没有收到无线通讯网络或遥控传输的巡检任务指令时，在智能巡检机器人充电室进行设备充电，等待巡检任务下发；

步骤2、路径规划：路径规划时，首先对变电站环境建模，形成拓扑网状图和连通关系矩阵；接着利用Floyd弗洛伊德算法确定搜索路径矩阵，即最短路径矩阵，并通过迭代优化，提高运算速度；然后通过对节点和边的遍历，计算始发点到目标点序列的最短连通路径；最后将最短连通路径转换到以RFID序列标示的行驶路线；在每个路口的RFID，根据路径连通性，计算出智能巡检机器人的转动角度；

步骤3、任务下发及执行；基站上位机根据巡检要求，路径规划模块规划出任务信息，并将定时任务通过无线通讯系统发送到智能巡检机器人下位机；到达任务时间后，智能巡检机器人脱离充电设施开始巡检；智能巡检机器人导航定位模块采集导航定位信息，将位置姿态信号发送下位机，在主控系统的控制下在变电站行驶；

步骤4、停靠点检测；当导航定位模块探测到到达目标检测点时，停止移动平台，根据任务，调用检测系统的云台相应预制位，对准变电站设备进行检测，并将检测到的视频和图像数据通过无线通讯系统发送至基站上位机进行数据处理、分析、存储；

步骤5、模式识别；基于机器人可见光检测采集的视频和图像数据，利用模板匹配的技术，对变电站的断路器状态进行识别；基于机器人红外检测采集的视频和图像数据，利用Sift特征对变电站刀闸状态进行识别；基站后台监控计算机对检测数据进行分析判断，必要时发出超温警报；

步骤6、顺序执行任务，直至巡检任务完成，智能巡检机器人返回巡检机器人充电设施，充电等待下个定时巡检任务；

步骤7、固定点监控辅助巡检；通过把不同固定点的多个摄像机都添加到固定点检测序列中，配置成巡检路线，所述的各摄像机按照规划对准机器人漏检设备并将视频信息上传至基站；基站的上位机将上传的固定点辅助视频利用模式识别模块识别后判断设备的故障状态；系统对需要监控的区域设置触发条件，即按需设置穿越警戒面检测、进入、离开入侵区域检测，在布防状态下一旦触发，系统就能联动报警；

步骤8、巡检报表生成；全部任务完成，基站后台监控计算机接收到巡检结束消息，分析处理本次巡检数据，形成巡检报表，本次巡检结束；巡检人员可以在基站的巡检时间实时监控巡检全程；也可以在巡检完成后浏览巡检报表；也可以定期通过历史数据检索，查看巡检历史数据。

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