CN106710001B - 一种基于变电站巡检机器人集中监控仿真系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于变电站巡检机器人集中监控仿真系统及其方法，通过三维建模技术和计算机图形学技术，利用传感器技术等辅助手段，在计算机中对真实的集中监控环境进行逼真的仿真模拟，建立了能够精确表示物体状态模型的虚拟环境，让操作人员在虚拟空间中有身临其境之感，使得监控设备及操作环境高度可视化；具有三维显示，实时交互，动态仿真的特点，真实模拟了集中监控变电站环境，给调度人员的操作提供了准确性和便利性、也提高了设备集中巡检的可靠性和安全性。且具备大数据分析结果展示，设备状态趋势、集中调度结果一目了然，具备调度的预演和复演能力，从而为变电站集中监控提供重要的安全保障。

Description

一种基于变电站巡检机器人集中监控仿真系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种基于变电站巡检机器人集中监控仿真系统及其方法。

背景技术

变电站巡检是有效保证变电站设备安全运行、提高供电可靠性的一项基础工作。变电站巡检机器人可以取代运行人员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，变电站巡检机器人已经成为变电站设备巡检的重要辅助手段。

变电站巡检集中监控系统依托于变电站智能巡检机器人技术、辅助系统集成技术，完成了统一管理多个变电站的巡检机器人，并且将面向单一变电站某设备数据项的分析展现策略转换成为面向多变电站多设备的分析展现方式。从而切实提高设备巡视的工作效率和质量，降低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支撑。变电站巡检集中监控系统在迅速发展的同时，也存在以下技术问题：

(1)各变电站之间距离较远，集中监控操作人员对各个站情况并非完全熟悉，各站端设备并非完全一致，存在差异性，可能产生误操作，对变电站设备及机器人的安全运行造成隐患。

(2)现有技术给出了基于单个变电站的虚拟现实仿真系统，但无法实现多个站的互动展示，及多机器人的联动控制，无法应用于集中监控。

(3)现存在的集中监控系统使用二维界面进行展示，巡检结果采用列表式浏览，使用不直观、不真实，无法和真实的对象相对应，无法给操作者带来操作上的便利，无法立体展示设备的运行趋势及机器人运行状态。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于变电站巡检机器人集中监控仿真系统及其方法，该系统考虑到集中监控的地理距离、设备差异和人员信息等要素，通过三维建模技术和计算机图形学技术，利用传感器技术等辅助手段，在计算机中对真实的集中监控环境进行逼真的仿真模拟，建立了能够精确表示物体状态模型的虚拟环境，让操作人员在虚拟空间中有身临其境之感，使得监控设备及操作环境高度可视化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于变电站巡检机器人集中监控仿真系统，包括：

监控中心服务器，用于接收集控管辖范围内机器人巡检系统上送的运行指令及数据；

图像处理模块，用于接收监控中心服务器传送的图像数据并分析出图像变化生成仿真描述数据并建立内部对象响应，发送有效数据至展示模块；

三维模拟模块，用于描述当前集中监控所管辖变电站的场景和电力环境，实时展示机器人运行状态和巡检方式；

控制管理模块，用于根据调度员操作生成模拟操作序列，发送数据指令实现机器人历史控制策略的重演和调度方式的预演，并发送命令至图像处理模块及三维模拟模块；

数据处理模块，用于接收监控中心服务器传输的设备检测数据与虚拟环境中设备相关联，并对产生异常的设备与历史数据对比，进行一致性分析，确定是否发生异常；

大数据分析模块，对集中监控所管辖范围内的机器人及设备数据进行真实性分析，并预测设备运行趋势、机器人状态趋势。

所述监控中心服务器与各站级机器人智能巡检系统、视频监控子系统通过电力专用光缆连接，所述各站级机器人智能巡检系统分别与至少一个智能巡检机器人采用无线通讯连接；所述视频监控子系统通过网络连接有一个或者多个固定点检测机器人。

所述三维模拟模块与图像处理模块、数据存处理模块双向通讯；所述图像处理模块、三维模拟模块与控制管理模块连接，接收命令输入。

所述监控中心服务器，连接站级机器人智能巡检系统、视频监控子系统作为外部信号输入，外部信号输入送至用于模拟集控环境的图像处理模块、数据处理模块和三维模拟模块，其中，用于展示电力场景的三维模拟模块与所述图像处理模块互联，依据接收到命令提取图像处理模块的数据图像，生成仿真描述数据，以描述当前变电站的场景和电力环境。

所述数据处理模块与大数据分析模块双向通讯，所述数据处理模块依据接收到的数据，提取变电站或机器人的有效数据，将其与模拟环境中模型依据约定的设备标识进行一一匹配，发送描述信息至三维模拟模块，展示当前各集中监控变电站的设备和机器人参数。

所述变电站巡检机器人集中监控仿真系统，还包括控制管理服务器，所述控制管理服务器作为内部输入信号完成操作人员对各个变电站设备的模拟统一管理，所述控制管理服务器将输入信号发送至图像处理模块与三维模拟模块，进行现实模拟展示和历史调度策略重演，并将有效数据存储至数据库服务器。

基于上述系统的同步仿真方法，包括以下步骤：

(1)监控中心服务器接收集中监控系统或者是站内巡检系统的外部输入信号，将有效数据送入图像处理模块、数据处理模块和三维模拟模块；

(2)分离机器人的运行坐标与状态图形参数，转换为对应的图形描述并判断其有效性，获取机器人检测测点队列并形成检测路线，在三维模型中生成对应的巡检路线描述；

(3)分离当前集控管辖范围内的所有变电站的环境参数及当前检测站点的设备的检测结果，根据站点和设备ID标识对应到三维模拟模块的模拟设备，并判断其有效性；

(4)检测结果有效的情况下，根据获取的设备参数判断设备结果，并与历史数据对比，结合工作票顺序，进行一致性分析，确定是否发生异常；

(5)结合获取的有效的变电站设备及异常情况，与数据库中存在的历史数据对比，并由大数据分析模块处理并给出设备运行的整体趋势分析；

(6)将分析结果与三维建模模块中的模拟设备、站点、机器人进行一一匹配上传；根据匹配结果，对仿真系统内模型进行填充，并将填充结果返回步骤(5)，进行回归匹配优化。

所述步骤(1)中，外部输入信号为变电站内巡检系统的所有有效数据，包括环境检测参数、机器人运行、自检参数和设备检测结果，所述设备检测结果包括仪表读数、分合状态、温度和有无异物。

所述步骤(4)中，设备结果需要查看其是否存在超出预设的最高温度、仪表值越上下限、温升越限或设备有异物的异常情况。

基于上述系统的异步仿真方法，包括以下步骤：

(1)调度员在三维虚拟环境中选择要检测的线路或者具体设备或者根据查找的历史调度记录发送调度命令；

(2)控制管理模块根据接收的调度命令计算出需要调度的站内机器人及机器人的巡检并展示在三维虚拟空间内；

(3)根据展示结果判断巡检机器人和路线的调度正确性，如果符合调度需求，启动调度模拟；

(4)三维模拟模块自动预演或者重现所调度机器人的运行路线，并模拟真实环境，调度员根据检测调度的结果和效率随时集中控制调整调度方式。

所述步骤(2)中，巡检路线的生成方式包括两种，一种选择站内巡检机器人系统预设好的巡检路线，一种为根据调度员选择的需要检测的设备系统采用最优路径规划方法自动计算出巡检策略。

进一步的，此处最优路径规划方法应用为现有技术，并不限于具体实现算法。

本发明的有益效果为：

(1)设有三维模拟模块，具有三维显示，实时交互，动态仿真的特点，真实模拟了集中监控变电站环境，给通调度人员的操作提供了准确性和便利性、也提高了设备集中巡检的可靠性和安全性；

(2)具备大数据分析结果展示，设备状态趋势、集中调度结果一目了然，具备调度的预演和复演能力，从而为变电站集中监控提供重要的安全保障；

(3)具有多种调度方法，可以根据实际情况进行灵活调换。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的同步仿真方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，基于变电站巡检机器人集中监控仿真系统，包括监控中心服务器，用于接收集控管辖范围内机器人巡检系统上送的运行指令及数据；图像处理模块，用于接收监控中心传送的图像数据并分析出图像变化生成仿真描述数据并建立内部对象响应机制，发送有效数据至展示模块。三维模拟模块，用于描述当前集中监控所管辖变电站的所有场景和电力环境，实现实时展示站级机器人运行状态和巡检策略，可根据控制管理模块发送的数据指令实现历史策略的重演和调度操作的预演；数据处理模块，用于接收监控中心服务器传输的设备检测数据与虚拟环境中设备相关联，并对产生异常的设备与历史数据对比，进行一致性分析，确定是否发生异常；大数据分析模块，对集中监控所管辖范围内的大量机器人及设备数据进行快速、有效的真实性分析，并预测设备运行趋势、机器人状态趋势；控制管理模块，用于根据调度员操作生成模拟操作序列，并发送命令至图像处理模块及三维模拟模块。

监控中心服务器与各站级机器人智能巡检系统、视频监控子系统通过电力专用光缆连接，所述各站级机器人智能巡检系统与至少一个智能巡检机器人采用无线通讯连接；所述视频监控子系统通过网络连接有一个或者多个固定点检测机器人；

三维模拟模块与图像处理模块、数据存处理模块双向通讯；

图像处理模块、三维模拟模、数据处理模块与集中处理服务器连接，接受信号输入；

图像处理模块、三维模拟模块与控制管理模块连接，接受命令输入；

数据处理模块与大数据分析模块双向通讯；

控制管理模块和大数据分析模块连接用于存储历史数据的数据库存储模块的输出端，获取来自数据存储模块的历史数据并进行数据的综合分析和调度策略规划。

集中处理服务器，连接站级机器人智能巡检系统、视频监控子系统作为外部信号输入，外部信号输入上送至用于模拟集控环境的图像处理模块、数据处理模块和三维模拟模块，其中所述用于展示电力场景的三维模拟模块与所述图像处理模块互联，依据接收到的外部命令提取所述图像处理模块的数据图像变化生成仿真描述数据，以描述当前变电站的场景和电力环境，所述数据处理模块依据接受到的外部数据提取所述变电站或机器人的有效数据并与模拟环境中依据唯一标识进行匹配，发送描述信息至三维模拟模块，用于展示的当前各集中监控变电站的设备和机器人参数。

变电站巡检机器人集中监控仿真系统，还包括控制管理服务器，而所述控制管理服务器则是作为内部输入信号完成操作人员对多个变电站设备的模拟统一管理，当操作人员对变电站设备进行处理时，所述控制管理将输入信号发送至用于三维模拟的图像处理模块与所述三维模拟模块，从而触发上述一系列虚拟现实模拟展示和历史调度策略重新，并将有效数据存储至数据库服务器。

上述未详细描述的结构、连接关系、位置关系等均为本领域的常规设置，属于公知常识，在此不再赘述。

如图2所示，本发明还提供两种仿真方法，一为同步仿真方法，步骤如下：

1通过接受外部输入信号，外部输入信号可以是集中监控系统或者是站内巡检系统，其中包括变电站内巡检系统的所有有效数据，如环境检测参数、机器人运行、自检参数、设备检测结果如仪表读数、分合状态、温度阈值等。

2集中分析外部输入数据，分析机器人运行坐标、电量、巡检策略、检测结果如仪表读数等有效参数分别上送。

3分离机器人运行坐标、状态等图形参数，其中包括机器人当前坐标、电量值、电源状态、电机命令、网络连接状态、控制模式、行走速度等，转换为图形描述并判断其有效性。

4获取机器人检测测点队列并形成检测策略，对应三维模型中生成巡检线路描述。

5分离当前集控管辖范围内的所有变电站的环境参数及当前检测站点的设备的检测结果，根据站点和设备ID唯一标识对应到三维模型的模拟设备，并判断其有效性。

6根据获取的设备参数判断设备结果是否存在报警等异常情况，并与历史数据对比，结果工作票顺序，进行一致性分析，确定是否发生异常。

7把上述5中分析的有效设备结果及6中分析的异常情况与数据库中存在的历史数据对比，关联设备状态对比得到最终检测结果和预警信息，并由大数据分析模块处理并给出设备运行的整体趋势分析。

8把由上述步骤得出的各参数与分析结果与三维建模中的模拟设备、站点、机器人进行一一匹配上传。

9根据匹配结果，对仿真系统内模型进行填充，并判断填充结果返回给8，进行回归匹配优化。三维模拟环境展示机器人运行状态、设备实时数据、以不同颜色或图片展示报警数据及大数据分析趋势。

二为异步仿真方法，为集中巡检系统的调度重现及策略预演。

1调度员在三维虚拟环境中选择要检测的线路或者具体设备或者根据查找的历史调度记录发送调度命令。

2控制管理模块根据接受到的调度命令自动计算出需要调度的站内机器人、及机器人的巡检策略并展示在三维虚拟空间内。

3调度员根据展示结果判断巡检机器人和路线的调度正确性，结果符合调度需求可启动调度模拟。

4三维虚拟环境会自动预演或者重现所调度机器人的运行路线，并模拟真实环境，调度员可检测调度的结果和效率，以便随时集中控制调整调度方式。

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 (8)

1.一种基于变电站巡检机器人集中监控仿真系统的同步仿真方法，该方法基于一种基于变电站巡检机器人集中监控仿真系统，包括：监控中心服务器，用于接收集控管辖范围内机器人巡检系统上送的运行指令及数据；图像处理模块，用于接收监控中心服务器传送的图像数据并分析出图像变化生成仿真描述数据并建立内部对象响应，发送有效数据至展示模块；三维模拟模块，用于描述当前集中监控所管辖变电站的场景和电力环境，实时展示机器人运行状态和巡检方式；控制管理模块，用于根据调度员操作生成模拟操作序列，发送数据指令实现机器人历史控制策略的重演和调度方式的预演，并发送命令至图像处理模块及三维模拟模块；数据处理模块，用于接收监控中心服务器传输的设备检测数据与虚拟环境中设备相关联,并对产生异常的设备与历史数据对比，进行一致性分析，确定是否发生异常；大数据分析模块，对集中监控所管辖范围内的机器人及设备数据进行真实性分析，并预测设备运行趋势、机器人状态趋势；其特征是：包括以下步骤：

(1)监控中心服务器接收集中监控系统或者是站内巡检系统的外部输入信号，将有效数据送入图像处理模块、数据处理模块和三维模拟模块；

(2)分离机器人的运行坐标与状态图形参数，转换为对应的图形描述并判断其有效性，获取机器人检测测点队列并形成检测路线，在三维模型中生成对应的巡检路线描述；

(3)分离当前集控管辖范围内的所有变电站的环境参数及当前检测站点的设备的检测结果，根据站点和设备ID标识对应到三维模拟模块的模拟设备，并判断其有效性；

(4)检测结果有效的情况下，根据获取的设备参数判断设备结果，并与历史数据对比，结合工作票顺序，进行一致性分析，确定是否发生异常；

(5)结合获取的有效的变电站设备及异常情况，与数据库中存在的历史数据对比，并由大数据分析模块处理并给出设备运行的整体趋势分析；

(6)将分析结果与三维建模模块中的模拟设备、站点、机器人进行一一匹配上传；根据匹配结果，对仿真系统内模型进行填充，并将填充结果返回步骤(5)，进行回归匹配优化。

2.如权利要求1所述的同步仿真方法，其特征是：所述监控中心服务器与各站级机器人智能巡检系统、视频监控子系统通过电力专用光缆连接，所述各站级机器人智能巡检系统分别与至少一个智能巡检机器人采用无线通讯连接；所述视频监控子系统通过网络连接有一个或者多个固定点检测机器人。

3.如权利要求1所述的同步仿真方法，其特征是：所述三维模拟模块与图像处理模块、数据存处理模块双向通讯；所述图像处理模块、三维模拟模块与控制管理模块连接，接收命令输入。

4.如权利要求1所述的同步仿真方法，其特征是：所述监控中心服务器，连接站级机器人智能巡检系统、视频监控子系统作为外部信号输入，外部信号输入送至用于模拟集控环境的图像处理模块、数据处理模块和三维模拟模块，其中，用于展示电力场景的三维模拟模块与所述图像处理模块互联，依据接收到命令提取图像处理模块的数据图像，生成仿真描述数据，以描述当前变电站的场景和电力环境。

5.如权利要求1所述的同步仿真方法，其特征是：所述数据处理模块与大数据分析模块双向通讯，所述数据处理模块依据接收到的数据，提取变电站或机器人的有效数据，将其与模拟环境中模型依据约定的设备标识进行一一匹配，发送描述信息至三维模拟模块，展示当前各集中监控变电站的设备和机器人参数。

6.如权利要求1所述的同步仿真方法，其特征是：所述变电站巡检机器人集中监控仿真系统，还包括控制管理服务器，所述控制管理服务器作为内部输入信号完成操作人员对各个变电站设备的模拟统一管理，所述控制管理服务器将输入信号发送至图像处理模块与三维模拟模块，进行现实模拟展示和历史调度策略重演，并将有效数据存储至数据库服务器。

7.如权利要求1所述的同步仿真方法，其特征是：所述步骤(1)中，外部输入信号为变电站内巡检系统的所有有效数据，包括环境检测参数、机器人运行、自检参数和设备检测结果，所述设备检测结果包括仪表读数、分合状态、温度和有无异物。

8.如权利要求1所述的同步仿真方法，其特征是：所述步骤(4)中，设备结果需要查看其是否存在超出预设的最高温度、仪表值越上下限、温升越限或设备有异物的异常情况。

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