CN105743004A - 一种变电站巡检机器人集群管控系统 - Google Patents

一种变电站巡检机器人集群管控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种变电站巡检机器人集群管控系统,巡检机器人可通过巡检调配车的运输在多个变电站之间转运,从而一巡检机器人可以用来巡检多个变电站,巡检机器人和巡检调配车监控后台通过无线局域网连接起来,巡检调配车监控后台可实时接收巡检数据以监控变电站的即时状态,且该无线局域网可随巡检调配车的转移而转移,因而可使用于多个变电站中,无需在各变电站内重新建网,局域网的网络延时较小,能够实现实时监控变电站,而巡检调配车监控后台和远程集控后台之间则通过专网连接起来,总体的网络环境更为安全,同时可以实现多个变电站的集中管控,且一机多站式巡检提高了资源利用率。

Description

一种变电站巡检机器人集群管控系统
技术领域
[0001]本发明涉及变电站巡检领域,特别涉及的是一种变电站巡检机器人集群管控系统。
背景技术
[0002] 变电站(Substat1n)是把一些设备组装起来,用以切断或接通、改变或者调整电压,在电力系统中,变电站是输电和配电的集结点。变电站的设备需要日常的巡检与维护,传统的方式是通过作业人员去现场进行巡检,但是存在浪费人力的问题,另外由于变电站产生强电,作业人员的不小心有可能导致触电等危害。因而现有的改进方式是通过巡检机器人来实现自动化的变电站巡检,但是依然存在不足,巡检机器人的活动范围有限,只能巡检一个地区的变电站,造成机器人资源的不充分利用或者说是浪费,相应的监控模式也只限于一对一的监控,一个监控后台一般用来通过在设定范围内活动的巡检机器人来监控一个变电站现场,通常没有对于这些监控现场的集中管控后台,因若集中管控后台向监控后台开设的网口越多,传输数据的对象越多,网络安全越无法保障。
发明内容
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种变电站巡检机器人集群管控系统,能够实现一机多站式巡检,实现多个变电站点的集中管控。
[0004]为解决上述问题,本发明提出一种变电站巡检机器人集群管控系统,包括至少一巡检机器人、至少一巡检调配车监控后台和远程集控后台,所述巡检调配车监控后台设置在巡检调配车上,所述巡检机器人可通过所述巡检调配车在变电站之间转运,所述巡检机器人和负责转运的巡检调配车监控后台之间通过无线局域网进行信息交互,所述巡检调配车监控后台和所述远程集控后台之间通过专网进行信息交互;
[0005]所述巡检机器人具有行走底盘、激光雷达、摄像机和视频服务器,所述行走底盘用以实现所述巡检机器人的行走,所述激光雷达用以在所述巡检机器人行走过程中探测变电站的障碍标记物以生成探测信息及将探测信息上传给所述巡检调配车监控后台,所述摄像机用以变电站的图像采集,所述视频服务器用以在巡检机器人本地存储采集的图像信息及将图像信息上传给所述巡检调配车监控后台;
[0006] 所述巡检调配车监控后台具有本地上位机、数据服务器和录像硬盘,所述本地上位机用以接收所述探测信息而形成巡检地图从而得以控制所述巡检机器人的行走、定位,还用以接收所述图像信息而进行相应显示从而得以监控所述变电站,以及用以将监控信息上传给所述远程集控后台,所述数据服务器用以所述本地上位机的数据存储与调用,所述录像硬盘用以存储所述图像信息;
[0007] 所述远程集控后台具有至少一运维站上位机,所述运维站上位机用以接收各巡检调配车监控后台的监控信息而还原相应巡检调配车监控后台的监控。
[0008]根据本发明的一个实施例,所述巡检机器人首次进入巡检的变电站时,所述本地上位机实时接收激光雷达对变电站环境进行扫描获得的探测信息,通过同步地图构建与定位算法形成巡检地图;所述巡检机器人后续进入巡检的变电站时,所述本地上位机实时接收激光雷达对变电站环境进行扫描获得的探测信息,通过实时扫描的探测信息与所述巡检地图进行匹配,以确定所述巡检机器人的位置。
[0009]根据本发明的一个实施例,所述巡检机器人还具有惯性测量装置,所述惯性测量装置包括用以测量巡检机器人的加速度与角速度的惯性传感器、及用以融合所述加速度与角速度以输出惯性测量数据的编码器,所述惯性测量装置将所述惯性测量数据上传至所述巡检调配车监控后台;所述本地上位机接收所述惯性测量数据,并根据所述惯性测量数据中的异常数据而对同时接收到的探测信息进行选择性隔离。
[0010]根据本发明的一个实施例,所述本地上位机根据巡检地图确定一巡检路线,并将巡检路线下发给所述巡检机器人,以控制所述行走底盘的行走。
[0011]根据本发明的一个实施例,还包括充电装置,其与所述巡检调配车监控后台一同设置在巡检调配车上;所述巡检调配车监控后台响应于巡检机器人的充电信号而控制所述巡检机器人行走至充电区域;所述巡检机器人通过图像阈值算法和边界提取实时处理采集的图像而定位电极连接目标,从而行走至充电准备位置与所述充电装置进行电极连接实现自主充电。
[0012]根据本发明的一个实施例,各巡检机器人上均设置有标识唯一的RFID标签,在变电站的检测点处均设置有RFID读取设备;每个RFID读取设备读取到巡检机器人的RFID标签后将标识通过无线网络上传至所述巡检调配车监控后台,从而所述巡检调配车监控后台根据接收到的标识监控所述巡检机器人的动作。
[0013]根据本发明的一个实施例,所述巡检机器人还具有红外热像仪,用以在定位被巡检线路点后检测相应位置的红外线路温度,形成线路温度信息上传至所述巡检调配车监控后台,作为监控信息显示和/或上传至所述远程集控后台。
[0014]根据本发明的一个实施例,所述巡检机器人还具有拾音器,用以在定位后拾取变电站被巡检设备的音频数据,形成音频信息上传至所述巡检调配车监控后台,作为监控信息显示和/或上传至所述远程集控后台。
[0015]根据本发明的一个实施例,所述巡检机器人和负责转运的巡检调配车监控后台之间的无线局域网,通过分设在巡检机器人的工业级无线AP和巡检调配车监控后台的无线AP建立网络连接而形成,所述巡检机器人和巡检调配车监控后台之间为C/S架构,采用Suro-OS-RT分布式协议进行分布式实时数据交互;所述巡检调配车监控后台通过硬件防火墙与专网连接到所述远程集控后台,所述巡检调配车监控后台和所述远程集控后台之间为B/S架构,采用通用的Web Service协议及IEC61850标准协议进行数据交互。
[0016]根据本发明的一个实施例,所述本地上位机为双网卡堡皇主机,双网卡分时开启:当巡检调配车监控后台与巡检机器人进行通信时,相应的第一网卡开启而第二网卡关闭,使得网络攻击无法通过专网进入远程集控后台或电力内部网络;当巡检调配车监控后台与所述远程集控后台通信时,相应的第二网卡开启而第一网卡关闭,使得巡检机器人与巡检调配车监控后台的通信中断。
[0017]采用上述技术方案后,本发明相比现有技术具有以下有益效果:巡检机器人可通过巡检调配车的运输在多个变电站之间转运,从而一巡检机器人可以用来巡检多个变电站,巡检机器人和巡检调配车监控后台通过无线局域网连接起来,巡检调配车监控后台可实时接收巡检数据以监控变电站的即时状态,且该无线局域网可随巡检调配车的转移而转移,因而可使用于多个变电站中,无需在各变电站内重新建网,局域网的网络延时较小,能够实现实时监控变电站,而巡检调配车监控后台和远程集控后台之间则通过专网连接起来,总体的网络环境更为安全,同时可以实现多个变电站的集中管控,且一机多站式巡检提高了资源利用率。
附图说明
[0018]图1是本发明实施例的变电站巡检机器人集群管控系统的结构框图。
[0019] 图中标记说明:
[0020] 1-巡检机器人,11-激光雷达,12-摄像机,13-视频服务器,14-无线AP,2-巡检调配车监控后台,21-本地上位机,22-数据服务器,23-录像硬盘,24-无线AP,3-远程集控后台,31 -运维站上位机,4_防火墙。
具体实施方式
[0021]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0022]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0023]参看图1,本实施例的变电站巡检机器人集群管控系统,包括至少一巡检机器人1、至少一巡检调配车监控后台2和远程集控后台3,巡检调配车监控后台2设置在巡检调配车(图中未示出)上,巡检机器人I可通过巡检调配车在变电站之间转运,一辆巡检调配车可以运输多个巡检机器人I,车上的巡检调配车监控后台2设置为可和运输的巡检机器人I之间进行通信,巡检机器人I的巡检数据通过巡检调配车监控后台2集中管理监控、传输给远程管控后台3。
[0024] 巡检机器人I和负责转运的巡检调配车对应的巡检调配车监控后台2之间通过无线局域网进行信息交互,无线局域网的信号至少覆盖巡检机器人对变电站的巡检范围,巡检调配车监控后台2和远程集控后台3之间通过专网进行信息交互。
[0025]巡检机器人I具有行走底盘(图中未示出)、激光雷达11、摄像机12和视频服务器
13。行走底盘用以实现巡检机器人I的行走,激光雷达11、摄像机12和视频服务器13设置在行走底盘之上,由行走底盘携带。
[0026]行走底盘可以是轮式或履带式的行走工具。具体而言,行走底盘可以包括大功率无刷直流电机、工业级电机驱动模块、高效率电机传动机构以及耐高温耐磨的实心橡胶轮胎。行走控制信号输入到电机驱动模块中,电机驱动模块响应于该行走控制信号而控制电机工作,从而控制电机传动机构带动轮胎行走。电机自带高分辨率码盘,实现电机的精确控制,保证智能巡检机器人的运动能力,其中巡检机器人的爬坡坡度可达25°,越障高度可达120mm,最大彳丁进速度可达lm/s以上,大大提尚了巡检变电站的效率,可ί两足室内、室外、地下等多种变电站的地形要求。电机驱动模块通过导热硅胶安装于大铝板之上,并通过空气对流等散热措施,以充分发挥出驱动模块大功率驱动的良好性能,保证智能巡检机器人四驱底盘的驱动能力以适应各种路况。
[0027]激光雷达11是扫描二维平面地形的传感器件,通过激光照射到障碍物返回的飞行时间,来精确计算周边障碍物到传感器间的距离。在本实施例中,在巡检机器人I行走过程中,激光雷达11探测变电站的障碍标记物,以生成探测信息,并将探测信息上传给巡检调配车监控后台2。通过激光雷达11获知巡检机器人I的精确定位信息,进一步可采用最优路径规划算法和精确轨迹规划算法规划一条巡检路线,控制巡检机器人I自主行走到目标检测位置。
[0028]摄像机12进行图像拍摄,用来实现变电站的图像采集,摄像机12可以采用日夜型网络高清一体机,像素达210万,最大分辨率可达1920*1080,具有曝光补偿、白平衡自调节等功能,支持ICR红外滤片式自动切换,支持3D-DNR、低码率,可应用于各种光照拍摄和数据传输环境。
[0029]视频服务器13用来为巡检机器人I在本地存储采集的图像信息,将图像信息上传给巡检调配车监控后台2,并可进行需要的图像处理工作。
[0030] 巡检调配车监控后台2具有本地上位机21、数据服务器22和录像硬盘23。本地上位机21作为本地客户端,另一方面还可起到搭建网络的作用。
[0031]本地上位机21可以通过无线局域网接收巡检机器人I的激光雷达11关于变电站环境的探测信息,根据这些探测信息可以形成巡检地图,从而可以制定巡检路线,控制巡检机器人I按照巡检路线行走,以及在后期激光雷达11再次探测到相应环境时,可以根据探测信息和巡检地图比对实现巡检机器人I的行走定位。本地上位机21还可通过无线局域网接收巡检机器人I上传的图像信息,可以对监控画面进行相应显示,从而得以监控变电站,在监控的同时还可根据需要对画面进行一定的操控,实现与巡检机器人I的互动,监控画面也不限于只显示图像信息。本地上位机21还将监控信息上传给远程集控后台3,监控信息包括但不限于图像信息。
[0032]数据服务器22用来实现本地上位机21的数据存储与调用,数据服务器22存储的数据例如是巡检地图以及一些事务性指令、传感器的信息等,而图像数据所需容量大,而数据格式也较单一,因而采用录像硬盘23用来存储图像信息。
[0033] 远程集控后台3具有至少一运维站上位机31,图1中示出3个运维站上位机31。运维站上位机31可以通过专网接收各巡检调配车监控后台2的监控信息,而还原相应巡检调配车监控后台2的监控。巡检调配车监控后台2的监控信息可以一定格式导出。运维站上位机31接收后可通过导入后以相应格式还原监控信息,快速呈现监控画面。
[0034]具体的,巡检机器人I通过激光雷达11来实现行走定位。在巡检机器人I首次进入巡检的变电站时,行走没有路径规划,激光雷达11在巡检机器人I行走过程中,对变电站环境进行扫描。本地上位机21实时接收激光雷达11扫描获得的探测信息,通过同步地图构建与定位算法(SLAM)形成巡检地图。在巡检机器人I后续进入巡检的变电站时,可以根据巡检地图确定一条巡检路线,激光雷达11在巡检机器人行走过程中,同样对变电站环境进行扫描。本地上位机21实时接收激光雷达11扫描获得的探测信息,通过实时扫描的探测信息与巡检地图进行匹配,以确定巡检机器人I的位置。获知巡检机器人I的精确定位信息后,通过最优路径规划算法和精确轨迹规划算法控制巡检机器人I自主行走到目标位置。
[0035]较佳的,巡检机器人I还具有惯性测量装置(图中未示出)。惯性测量装置可以包括用以测量巡检机器人I的加速度与角速度的惯性传感器、及用以融合加速度与角速度以输出惯性测量数据的编码器。编码器经惯性传感器生成的加速度和角速度数据编码融合成一条惯性测量数据。惯性测量装置将惯性测量数据上传至巡检调配车监控后台。本地上位机21接收惯性测量数据,根据惯性测量数据中的异常数据而对同时接收到的探测信息进行选择性隔离。
[0036]通过激光雷达11行走定位,以及惯性测量单元与编码器的信息融合对于行走过程中异常数据进行删除隔离,使得巡检机器人I能够在复杂室外环境中,或者激光数据受到干扰,或者车轮打滑等复杂情况下,对受到干扰的信号进行隔离,进而保证巡检机器人I导航的可靠性。
[0037] 本地上位机21可以根据形成的巡检地图,确定一条适合巡检机器人I对相应变电站巡检的巡检路线,并将巡检路线下发给巡检机器人I,以控制行走底盘的行走。巡检路线可以根据路径规划算法确定、或者人工设定。
[0038]在一个实施例中,变电站巡检机器人集群管控系统还可以包括充电装置(图中未示出)。充电装置与巡检调配车监控后台2—同设置在巡检调配车上,实现巡检机器人I在转运过程中的自主充电。巡检调配车监控后台2响应于巡检机器人I的充电信号而控制巡检机器人I行走至充电区域,充电信号可以根据电量剩余量来自动生成、或者也可由人工控制生成。巡检机器人I进入充电区域后,通过图像阈值算法和边界提取实时处理采集的图像而定位电极连接目标,行走至充电准备位置与充电装置进行电极连接实现自主充电。
[0039]当巡检机器人I准确到达充电装置时,位于巡检机器人I下方的信号探头检测到充电机的信后触发接头后,充电装置感应通电。若巡检机器人I没有准确到充电装置的位置,则调整位置,调整角度重复充电动作。
[0040]由于在转运过程中车载充电电池不断为巡检机器人充电,充电装置可能会出现电量低的情况。可以在通讯调配车上设置外接电源口。通过对外电源口可对充电装置进行充电。当车辆到达目标变电站后,可以利用巡检机器人I执行巡检任务的时间,通过外接电源口对车载充电电池进行充电,此本地充电的模式可以大大提高调配车转运时充电功能的效率,更好地成为巡检变电站全覆盖的保障。
[0041] 可选的,各巡检机器人I上均设置有标识唯一的RFID(Rad1 FrequencyIdentificat1n,射频识别)标签,相应的,在变电站的检测点处均设置有RFID读取设备。也可在调配车上搭载RFID读取设备。每个RFID读取设备读取到巡检机器人的RFID标签后,将标识通过无线网络上传至巡检调配车监控后台。从而巡检调配车监控后台根据接收到的标识监控巡检机器人的动作。
[0042]可选的,巡检机器人I还具有红外热像仪,用以在定位被巡检线路点后检测相应位置的红外线路温度,形成线路温度信息上传至巡检调配车监控后台,作为监控信息显示和/或上传至远程集控后台。
[0043]可选的,巡检机器人I还具有拾音器,用以在定位后拾取变电站内的被巡检设备的音频数据,形成音频信息上传至巡检调配车监控后台,作为监控信息显示和/或上传至远程集控后台。巡检调配车监控后台2可以对接收的音频进行频谱分析、数字化处理后进行异常分析等,从而分析设备正常与否。
[0044]在一个实施例中,巡检机器人I和负责转运的巡检调配车监控后台2之间的无线局域网,通过分设在巡检机器人I的工业级无线AP14和巡检调配车监控后台2的无线AP 24建立网络连接而形成,巡检机器人I和巡检调配车监控后台2之间为C/S架构,采用Suro-OS-RT(一种实时通信协议;Suro是数据管道服务,用来收集,聚合和调度大数据应用事件,包括日志记录数据)分布式协议进行分布式实时数据交互,可以保证数据的传输速率,实时监控变电站。巡检调配车监控后台2通过硬件防火墙4与专网连接到远程集控后台,巡检调配车监控后台2和远程集控后台3之间为B/S架构,采用通用的Web Service(网络服务)协议及IEC61850标准协议进行数据交互,方便与PMIS(pro ject management informat1nsystem,项目管理信息系统)、安监、消防、以及其他支持标准协议的第三方系统进行数据交互。
[0045] 本地上位机21优选为双网卡堡皇主机。双网卡分时开启:当巡检调配车监控后台2与巡检机器人I进行通信时,相应的第一网卡开启而第二网卡关闭,使得网络攻击无法通过专网进入远程集控后台3或电力内部网络;当巡检调配车监控后台2与远程集控后台3通信时,相应的第二网卡开启而第一网卡关闭,使得巡检机器人I与巡检调配车监控后台2的通信中断,进而从物理层面根本性保障网络安全。
[0046]本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定权利要求,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种变电站巡检机器人集群管控系统,其特征在于,包括至少一巡检机器人、至少一巡检调配车监控后台和远程集控后台,所述巡检调配车监控后台设置在巡检调配车上,所述巡检机器人可通过所述巡检调配车在变电站之间转运,所述巡检机器人和负责转运的巡检调配车监控后台之间通过无线局域网进行信息交互,所述巡检调配车监控后台和所述远程集控后台之间通过专网进行信息交互; 所述巡检机器人具有行走底盘、激光雷达、摄像机和视频服务器,所述行走底盘用以实现所述巡检机器人的行走,所述激光雷达用以在所述巡检机器人行走过程中探测变电站的障碍标记物以生成探测信息及将探测信息上传给所述巡检调配车监控后台,所述摄像机用以变电站的图像采集,所述视频服务器用以在巡检机器人本地存储采集的图像信息及将图像信息上传给所述巡检调配车监控后台; 所述巡检调配车监控后台具有本地上位机、数据服务器和录像硬盘,所述本地上位机用以接收所述探测信息而形成巡检地图从而得以控制所述巡检机器人的行走、定位,还用以接收所述图像信息而进行相应显示从而得以监控所述变电站,以及用以将监控信息上传给所述远程集控后台,所述数据服务器用以所述本地上位机的数据存储与调用,所述录像硬盘用以存储所述图像信息; 所述远程集控后台具有至少一运维站上位机,所述运维站上位机用以接收各巡检调配车监控后台的监控信息而还原相应巡检调配车监控后台的监控。
2.如权利要求1所述的变电站巡检机器人集群管控系统,其特征在于,所述巡检机器人首次进入巡检的变电站时,所述本地上位机实时接收激光雷达对变电站环境进行扫描获得的探测信息,通过同步地图构建与定位算法形成巡检地图;所述巡检机器人后续进入巡检的变电站时,所述本地上位机实时接收激光雷达对变电站环境进行扫描获得的探测信息,通过实时扫描的探测信息与所述巡检地图进行匹配,以确定所述巡检机器人的位置。
3.如权利要求2所述的变电站巡检机器人集群管控系统,其特征在于,所述巡检机器人还具有惯性测量装置,所述惯性测量装置包括用以测量巡检机器人的加速度与角速度的惯性传感器、及用以融合所述加速度与角速度以输出惯性测量数据的编码器,所述惯性测量装置将所述惯性测量数据上传至所述巡检调配车监控后台;所述本地上位机接收所述惯性测量数据,并根据所述惯性测量数据中的异常数据而对同时接收到的探测信息进行选择性隔离。
4.如权利要求2或3所述的变电站巡检机器人集群管控系统,其特征在于,所述本地上位机根据巡检地图确定一巡检路线,并将巡检路线下发给所述巡检机器人,以控制所述行走底盘的行走。
5.如权利要求1所述的变电站巡检机器人集群管控系统,其特征在于,还包括充电装置,其与所述巡检调配车监控后台一同设置在巡检调配车上;所述巡检调配车监控后台响应于巡检机器人的充电信号而控制所述巡检机器人行走至充电区域;所述巡检机器人通过图像阈值算法和边界提取实时处理采集的图像而定位电极连接目标,从而行走至充电准备位置与所述充电装置进行电极连接实现自主充电。
6.如权利要求1所述的变电站巡检机器人集群管控系统,其特征在于,各巡检机器人上均设置有标识唯一的RFID标签,在变电站的检测点处均设置有RFID读取设备;每个RFID读取设备读取到巡检机器人的RFID标签后将标识通过无线网络上传至所述巡检调配车监控后台,从而所述巡检调配车监控后台根据接收到的标识监控所述巡检机器人的动作。
7.如权利要求1所述的变电站巡检机器人集群管控系统,其特征在于,所述巡检机器人还具有红外热像仪,用以在定位被巡检线路点后检测相应位置的红外线路温度,形成线路温度信息上传至所述巡检调配车监控后台,作为监控信息显示和/或上传至所述远程集控后台。
8.如权利要求1所述的变电站巡检机器人集群管控系统,其特征在于,所述巡检机器人还具有拾音器,用以在定位后拾取变电站被巡检设备的音频数据,形成音频信息上传至所述巡检调配车监控后台,作为监控信息显示和/或上传至所述远程集控后台。
9.如权利要求1所述的变电站巡检机器人集群管控系统,其特征在于,所述巡检机器人和负责转运的巡检调配车监控后台之间的无线局域网,通过分设在巡检机器人的工业级无线AP和巡检调配车监控后台的无线AP建立网络连接而形成,所述巡检机器人和巡检调配车监控后台之间为C/S架构,采用Suro-OS-RT分布式协议进行分布式实时数据交互;所述巡检调配车监控后台通过硬件防火墙与专网连接到所述远程集控后台,所述巡检调配车监控后台和所述远程集控后台之间为B/S架构,采用通用的Web Service协议及IEC61850标准协议进行数据交互。
10.如权利要求1所述的变电站巡检机器人集群管控系统,其特征在于,所述本地上位机为双网卡堡皇主机,双网卡分时开启:当巡检调配车监控后台与巡检机器人进行通信时,相应的第一网卡开启而第二网卡关闭,使得网络攻击无法通过专网进入远程集控后台或电力内部网络;当巡检调配车监控后台与所述远程集控后台通信时,相应的第二网卡开启而第一网卡关闭,使得巡检机器人与巡检调配车监控后台的通信中断。
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