CN110850881A

CN110850881A - 一种变电站巡检机器人的离线巡检系统及方法

Info

Publication number: CN110850881A
Application number: CN201911201762.7A
Authority: CN
Inventors: 孙凯; 孙志周; 贾同辉; 黄亮; 裴淼; 巩方彬; 陈姣; 袁立国; 吕向阳; 李健; 梁涛
Original assignee: State Grid Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: State Grid Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2020-02-28

Abstract

本发明公开了一种变电站巡检机器人的离线巡检系统及方法，包括：机器人工控机和后台服务器，后台服务器数据库中的配置信息对机器人工控机的数据库进行同步；机器人工控机与后台服务器通信链路正常时，机器人工控机接收并执行后台服务器发送的巡检任务指令，同时将巡检数据发送给后台服务器；机器人工控机与后台服务器通信链路异常时，机器人工控机自行检测并执行巡检任务，完成巡检数据以及巡检任务执行记录的采集与暂存，等待网络通信正常后，将暂存的数据传送至后台服务器。本发明有益效果：对检测设备的控制全部由离线巡检系统完成，不需要后台服务器直接参与。在离线状态下，机器人能够全自主方式启动巡检任务进行设备检测。

Description

一种变电站巡检机器人的离线巡检系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统的运行检修技术领域，尤其涉及一种变电站巡检机器人的离线巡检系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着变电站巡检机器人相关技术的不断发展，变电站工作人员的工作效率得到了大幅提高，从而降低了劳动负荷，降低了电力设备的维护成本，同时对巡检的质量和机器人可靠性要求也随之增高。目前，几乎所有巡检机器人本体与巡检后台的通讯都是通过无线网络实现的，由于受到变电站场地过大、强电磁场等因素的影响，会出现无线通信异常导致巡检任务中断或者巡检信息丢失的情况。

发明人经过分析发现，现有技术公开的变电站智能机器人离线检测系统存在以下技术问题：

(1)在离线场景下，机器人无法做到以全自主方式启动巡检任务。

(2)在离线场景下，当光线条件较差、相机对焦不清晰时，无法进行相机曝光度和焦距校正，从而导致抓取的图像模糊。

(3)需要检测设备与后台系统之间的通信，当无线通信异常时，会导致检测失败。

(4)对第三方检测设备的硬件要求较高，需要检测设备都安装SD卡。

发明内容

本发明的目的是为了解决以上技术问题，提出了一种变电站巡检机器人的离线巡检系统及方法，对于通信链路出现中断的场景，变电站巡检机器人能够按预先设置好的行走路线和停靠点继续执行任务，并能将链路断开后的任务数据保存在机器人本体中。待链路恢复后，变电站巡检机器人能将断开后的任务数据自动上传至后台系统。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种变电站巡检机器人的离线巡检系统，包括：机器人工控机和后台服务器，其特征在于，机器人工控机与后台服务器通信链路异常时，机器人工控机启动自身路径规划，自行检测任务，匹配巡检路径，通过自身导航定位，并执行巡检任务，完成巡检数据以及巡检任务执行记录的采集与暂存，等待网络通信正常后，将暂存的数据传送至后台服务器。

机器人工控机和后台服务器，机器人工控机的数据库与后台服务器中的配置信息进行同步；

机器人工控机与后台服务器通信链路正常时，机器人工控机接收并执行后台服务器发送的巡检任务指令，并通过后台服务器的路径规划，匹配巡检路径，通过自身导航定位，并执行巡检任务，同时将巡检数据发送给后台服务器；

机器人工控机与后台服务器通信链路异常时，机器人工控机自行检测并执行巡检任务，完成巡检数据以及巡检任务执行记录的采集与暂存，等待网络通信正常后，将暂存的数据传送至后台服务器。

变电站巡检机器人的离线巡检系统具体为：机器人工控机上分别设有离线服务端、检测设备和下位机；离线服务端与检测设备和下位机分别通信；后台服务器上分别设有离线客户端、模式识别单元和上位机；所述上位机与离线客户端通信；所述离线服务端和离线客户端进行通信，所述下位机与上位机进行通信；所述上位机与模式识别单元通信。

所述上位机的配置信息同步到离线服务端，下位机与上位机通信链路正常时，上位机向下位机发送巡检任务指令；下位机与上位机通信链路异常时，离线服务端定时读取配置信息判断需要执行的任务，并向下位机发送巡检任务指令。

需要说明的是，上位机的配置信息包括机器人配置信息、检测设备信息以及巡检任务信息；上位机向下位机发送的巡检任务指令包括：巡检任务启动指令、停止指令、暂停指令、继续指令等。离线服务端与检测设备和下位机之间的通信均是有线局域网，上位机与离线客户端和模式识别单元之间的通信也是有线局域网，稳定性高，受到网络通信链路异常影响的可能性较小。

通信链路正常时，离线服务端和离线客户端通过无线网络进行通信，下位机与上位机通过无线网络进行通信；通信链路异常时，由于无法进行无线通信，因此，离线服务端与离线客户端之间或者下位机与上位机之间便无法进行正常的通信。上述技术方案保证了在通信链路异常时，巡检任务的执行以及数据的采集、存储均不会受到影响，避免了因为通信链路异常导致的数据丢失以及巡检任务失败等问题。

在另外一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种变电站巡检机器人的离线巡检方法，包括：

后台服务器数据库中的配置信息同步到机器人工控机的数据库；

机器人工控机与后台服务器通信链路正常时，机器人工控机接收并执行后台服务器发送的巡检任务指令，同时将巡检数据发送给后台服务器；

后台服务器与机器人工控机通信链路异常时，机器人运动到第N个停靠点，下位机向离线服务端反馈停靠点到位的信息，离线服务端接收到停靠点到位的信息后，记录停靠点位置；检测机器人是否在该停靠点配置了音频播放信息，如果配置了音频播放信息，则机器人播放指定的音频文件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明创新性提出了一种机器人巡检作业离线自主调度方法，在离线状态下，机器人启动自身路径规划，自行检测巡检任务，匹配巡检路径，通过自身导航定位，执行巡检任务，实现全自主方式启动巡检任务进行设备检测。机器人自身路径规划功能仅在机器人工控机与后台服务器通信链路异常时才自行启动，能够节约机器人的功耗。攻克了通信链路中断场景下变电站巡检机器人无法继续执行任务的技术难题，实现巡检数据以及巡检任务执行记录的离线采集与暂存，保证数据的连续性。

2、本发明创新性提出了图像数据前置智能分析技术，新增曝光伺服和聚焦伺服，能够在光线条件较差、对焦不清晰的情况下，对可见光相机进行校正，使拍出来的可见光图片更加清晰。解决了变电站光线差、雨雾天情况下机器人采集设备图片模糊不清的技术难题，提高机器人拍摄设备照片的清晰度。

3、本发明对检测设备的控制全部由离线服务端完成，不需要后台服务器直接参与。

4、本发明采集的文件保存在机器人工控机硬盘上，运行的记录保存在数据库中，上传完成后全部删除，不要求检测设备扩展存储外设。

5、本发明采集文件和巡检记录的传输使用断点续传处理，提高了传输效率和稳定性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例一中变电站巡检机器人的离线巡检系统及方法的结构图；

图2为实施例二中变电站巡检机器人的离线巡检系统及方法的任务启动流程图；

图3为实施例二中变电站巡检机器人的离线巡检系统及方法的离线巡检任务流程图；

图4为实施例二中变电站巡检机器人的离线巡检系统及方法的数据传输和处理流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，提出了一种变电站巡检机器人的离线巡检系统，对于通信链路出现中断的场景，变电站巡检机器人能够按预先设置好的行走路线和停靠点继续执行任务，并能将链路断开后的任务数据保存在机器人本体中。待链路恢复后，变电站巡检机器人能将断开后的任务数据自动上传至后台系统。

系统结构如图1所示，包括：机器人工控机和后台服务器，机器人工控机上设置有检测设备、离线服务端和下位机，检测设备和离线服务端通信，离线服务端和下位机通信；后台服务器上分别设有离线客户端、上位机和模式识别单元；上位机与离线客户端和模式识别单元分别通信；上述的通信方式都是有线局域网通信，稳定性较高，受到网络通信链路异常影响的可能性小。

检测设备包括：可见光高清网络摄像机、红外热像仪和音频板。其中，可见光高清网络摄像机主要实现抓取电力设备的可见光图片，进行视频录像的功能；红外热像仪主要实现抓取电力设备的红外热图数据；音频板主要实现录音功能和播放音频功能。

离线服务端和离线客户端通过无线网络方式进行通信，下位机与上位机通过无线网络方式进行通信。

后台服务器设定的配置信息经由MySQL的主从数据同步，从后台服务器上的MySQL数据库同步到机器人工控机上的MySQL数据库中。其中，配置信息包括机器人配置信息、检测设备信息和巡检任务信息等。

上位机启动任务的状态或者离线服务端定时启动任务的状态通过下位机反馈给离线服务端。离线服务端解析收到的任务状态指令，完成巡检数据的采集，并将采集的文件保存在机器人工控机硬盘上，任务运行的记录存储到机器人工控机的数据库中；通信链路正常的情况下，采集文件和运行记录会实时传输到离线客户端；链路断开的情况下，待链路恢复后，再将巡检数据和巡检任务运行记录实时传输到离线客户端。

其中，巡检数据包括电力设备的可见光图片、红外热图、视频信息以及音频信息等。巡检任务运行记录包括巡检任务的启动时间、结束时间以及停靠点信息等。

离线客户端收到巡检数据和巡检任务运行记录以后进行数据处理，并通过调用上位机的ICE接口进行模式识别。最后，上位机收到模式识别单元反馈的识别结果后保存到后台服务器的数据库中。

进行模式识别的目的是通过图像处理、图像分析、视频处理、音频识别，完成电力仪表设备的读数，电力设备的温度分析，电力设备的外观分析，电力设备的故障诊断。具体的方法是离线服务端把巡检数据上传给离线客户端，离线客户端把巡检数据中的设备图片文件、设备红外热图文件、设备视频文件、设备音频文件保存在后台服务器本地，然后离线客户端调用上位机的ICE接口，上位机把设备图片文件、设备红外热图文件、设备音频文件发送给模式识别单元，模式识别单元通过图像处理、图像分析、视频处理、音频识别，分析出来的设备仪表读数、设备温度、设备外观分析结果、设备故障信息并发给上位机，最后上位机把分析出来的设备巡检结果保存到后台服务器的数据库中。

上位机和下位机通信链路正常的情况下，由上位机发送巡检任务指令给下位机；下位机检测到与上位机通信链路异常的情况下，发送链路状态异常通知给离线服务端。离线服务端收到上位机与下位机链路中断的通知后，开始检测定时任务模型并启动自身的路径规划功能。检测到有到时间执行的任务后，离线服务端发送相应的任务指令给下位机。下位机通过自身的路径规划功能匹配出巡检路径。

实施例二

在一个或多个实施方式中，提出了一种变电站巡检机器人的离线巡检方法，参照图2，进行巡检任务启动时，包括如下步骤：

步骤2-1：后台服务器设定的配置信息经由MySQL的主从数据同步，从后台服务器上的MySQL数据库同步到机器人工控机上的MySQL数据库中。其中，配置信息包括机器人配置信息、检测设备信息及巡检任务信息等。

步骤2-2：上位机将配置文件推送给下位机。其中，配置文件主要包括巡检任务信息。

步骤2-3：上位机和下位机通信链路正常的情况下，由上位机发送巡检任务启动指令给下位机；下位机检测到与上位机通信链路异常的情况下，发送链路状态异常通知给离线服务端。离线服务端收到上位机与下位机链路中断的通知后，开始检测定时任务模型。检测到有到时间执行的任务后，离线服务端发送任务启动指令给下位机。下位机通过自身的路径规划功能匹配出巡检路径。

参照图3，进行离线巡检任务时，包括如下步骤：

步骤3-1：下位机收到巡检任务启动指令后，发送任务启动完成的状态通知给离线服务端。

步骤3-2：离线服务端收到任务启动完成的状态通知后，建立任务模式，保存任务运行记录。

步骤3-3：下位机控制机器人运动到第N个停靠点，下位机探测到机器人运动到位后，下位机通知离线服务端停靠点到位。

步骤3-4：离线服务端收到停靠点到位通知，记录停靠点位置。探测该停靠点是否配置了音频播放，如果配置了音频播放，则播放指定的音频文件。比如：机器人运行到某个电力设备对应的停靠点后，希望机器人在这个位置播放该设备的相关信息，可以为人工检修时提供一些辅助信息，从而提高人工检修的效率。

步骤3-5：下位机控制机器人云台开始转动到第K个检测点，下位机通知离线服务端云台开始转动。

步骤3-6：离线服务端收到云台开始转动通知，通过调用可见光高清网络摄像机厂家提供的SDK(软件开发工具包)，进行录像操作，录制提前配置好的时间，记录从云台开始转动的视频信息；并同时进行变倍和聚焦操作，变倍值和聚焦值使用提前配置好的信息。

步骤3-7：下位机探测到云台转动到位后，下位机通知离线服务端云台转动到位。

步骤3-8：离线服务端收到云台转动到位通知，开始进行设备检测。

步骤3-9：离线服务端录制音频，抓拍伺服图片；进行云台伺服操作，使目标设备居于视野中央，开始抓取可见光图片、红外图片；

离线服务端在云台转动到位后，通过调用音频板厂家提供的SDK进行录制音频操作，录制提前配置好的时间，并保存到音频文件中。

离线服务端在云台转动到位后，通过调用可见光高清网络摄像机厂家提供的SDK，抓拍电力设备的可见光图片，然后与该设备提前配置的模板图片进行匹配，获取图像偏移量，并计算出云台偏移量，从而进行后续云台伺服操作。

进行曝光伺服和聚焦伺服，通过调用可见光高清网络摄像机厂家提供的SDK，进行制定区域的曝光和指定区域的聚焦，调整相机曝光强度和聚焦值，使关注的设备区域更加清晰，然后抓拍校正后的清晰图片。

步骤3-10：采集文件保存在工控机硬盘上，巡检记录保存到数据库中。

步骤3-11：下位机程序判断当前检测点是否是该停靠点下的最后一个检测点，如果是，则执行步骤3-12；如果不是，则执行步骤3-5。

步骤3-12：下位机程序判断当前停靠点是否是该巡检任务的最后一个停靠点，如果是，则停止任务，并通知离线服务端；如果不是，则执行步骤3-3。

参照图4，进行数据传输与处理时，包括如下步骤：

步骤4-1：离线服务端判断与离线客户端通信是否正常。通信正常时，巡检数据和巡检任务运行记录实时传输到离线客户端；通信链路异常的情况下，等检测到链路恢复后再将巡检数据和巡检任务运行记录逐一传输到离线客户端。数据传输采用断点续传的方式。

步骤4-2：离线客户端收到巡检数据和巡检任务运行记录后，将采集文件保存到后台服务器硬盘上，巡检记录保存到后台服务器的数据库中。

步骤4-3：离线客户端通过调用上位机的ICE接口，进行巡检数据的模式识别处理，上位机把巡检数据的文件(可见光图片、红外热图、视频、音频)发送给模式识别单元。

步骤4-4：模式识别单元通过图像处理、图像分析、视频处理、音频识别技术完成巡检数据的识别处理，其中，通过模式识别的图像处理、图像分析、视频处理，进行电力仪表设备的读数，读取当前电力仪表设备的数值，进行电力设备的外观分析，分析电力设备外观是否有破损或异常；音频识别技术具体为与提前录制的异常设备音频信息进行匹配分析，来分析电力设备是否存在相应的异常。然后把识别结果返回给上位机，上位机将识别结果保存到数据库。

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

1.一种变电站巡检机器人的离线巡检系统，包括：机器人工控机和后台服务器，其特征在于，机器人工控机与后台服务器通信链路异常时，机器人工控机启动自身路径规划，自行检测任务，匹配巡检路径，通过自身导航定位，并执行巡检任务，完成巡检数据以及巡检任务执行记录的采集与暂存，等待网络通信正常后，将暂存的数据传送至后台服务器。

2.如权利要求1所述的一种变电站巡检机器人的离线巡检系统，其特征在于，所述机器人工控机上分别设有离线服务端、检测设备和下位机；离线服务端与检测设备和下位机分别通信；后台服务器上分别设有离线客户端、模式识别单元和上位机；所述上位机与离线客户端通信；所述离线服务端和离线客户端进行通信，所述下位机与上位机进行通信；所述上位机与模式识别单元通信；

3.如权利要求1所述的一种变电站巡检机器人的离线巡检系统，其特征在于，所述检测设备至少包括：可见光高清网络摄像机、红外热像仪和音频板。

4.如权利要求1所述的一种变电站巡检机器人的离线巡检系统，其特征在于，离线服务端接收下位机反馈的巡检任务启动状态，完成巡检数据以及巡检任务运行记录的采集与存储，离线服务端与离线客户端通信链路正常时，存储数据实时传输至离线客户端，所述通信链路异常时，数据暂存在离线服务端，等待通信链路恢复正常后，再传输至离线客户端。

5.如权利要求4所述的一种变电站巡检机器人的离线巡检系统，其特征在于，离线客户端接收到巡检数据以及巡检任务运行记录以后进行数据处理，并进行模式识别。

6.一种变电站巡检机器人的离线巡检方法，其特征在于，包括：

机器人工控机与后台服务器通信链路正常时，机器人工控机接收并执行后台服务器发送的巡检任务指令，同时将巡检数据以及巡检任务运行记录发送给后台服务器；

7.如权利要求6所述的一种变电站巡检机器人的离线巡检方法，其特征在于，后台服务器与机器人工控机通信链路异常时，机器人运动到第N个停靠点，下位机向离线服务端反馈停靠点到位的信息，离线服务端接收到停靠点到位的信息后，记录停靠点位置；检测机器人是否在该停靠点配置了音频播放信息，如果配置了音频播放信息，则机器人播放指定的音频文件。

8.如权利要求6所述的一种变电站巡检机器人的离线巡检方法，其特征在于，机器人云台开始转动时，离线服务端开始录像，机器人转动云台到达设定检测点后，进行设备检测，具体检测包括：

离线服务端录制音频，抓拍伺服图片；

进行云台伺服操作，使目标设备居于视野中央，开始抓取可见光图片、红外图片；

通过曝光伺服和聚焦伺服，调整相机曝光强度和聚焦值，使关注的设备区域更加清晰，然后抓拍校正后的清晰图片。

9.如权利要求8所述的一种变电站巡检机器人的离线巡检方法，其特征在于，后台服务器接收到设备检测数据后，通过图像处理、图像分析、视频处理、音频识别技术完成巡检数据的识别处理；其中，通过模式识别的图像处理、图像分析、视频处理进行电力仪表设备的读数，读取当前电力仪表设备的数值，进行电力设备的外观分析，分析电力设备外观是否有破损或异常；音频识别技术具体为与提前录制的异常设备音频信息进行匹配分析，来分析电力设备是否存在相应的异常。

10.如权利要求6所述的一种变电站巡检机器人的离线巡检方法，其特征在于，网络通信正常后，暂存的数据通过断点续传的方式传送至后台服务器。