CN111129995A - 一种变电站协同智能巡检系统及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站协同智能巡检系统及其应用方法，装置包括固定式图像采集单元、移动式巡检机器人和智能作业终端，假设目标电力设备为立方体结构，该立方体的底面为四边形ABCD、顶面为四边形FHEF，则所述目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面、EFGH面位于固定式图像采集单元的监测区域内，所述目标电力设备的ABHE面位于移动式巡检机器人的行走轨道一侧。本发明通过固定式图像采集单元与巡检机器人确定各自的巡检区域和目标，二者配合，实现了精准巡检；在配合运维人员，从而实现无死角巡检监测，科学合理地确定机器巡检和人工运维的工作任务和周期，实现了人机协同的高效变电运维。
Description
技术领域
本发明涉及变电站巡检技术，具体涉及一种变电站协同智能巡检系统及其应用方法。
背景技术
目前，随着智能变电站建设的稳步推进，大量变电站都配备了在线监测传感器、固定式红外、高清视频监测装置和室内、室外巡检机器人等智能作业终端，以实现变电设备立体感知、状态辅助预判和运维管控。上述智能作业终端提升了变电站运维的自动化水平，为变电站生产管理模式变革提供了技术基础，但由于缺乏对智能作业终端的有效管控手段，大量原本由智能作业终端可以完成的工作，仍然需要依赖人员到现场查看和反馈，使得智能作业终端的优势未能充分发挥。如何建立人机协同的智能巡检与智能管控机制与模式，科学合理地确定机器巡检和人工运维的工作任务和周期，实现人机协同的高效变电运维，对变革电网生产管理模式，提高运检效率效益，保障安全作业具有重要意义。
在线监测传感器能对变电设备电气参数、环境参数进行实时采集，具有响应快速、可采数据量大的特点，便于融合运检专业的其他多源系统数据，实现设备本体及运行环境的深度感知、风险预警和全景展示。但在线监测传感器不能感知设备外观变化和设备主要部件的大面积发热，也不能检测没有电信号输出的表计读数。固定式红外、高清视频监测装置实时性好，能够在线监测位置高的设备和设备顶部的外观、发热、表计读数等状态，受环境影响小、精度高，但存在监测死角。巡检机器人监测范围大，可消除固定式高清视频监控存在的死角，但监测精度受环境影响较大，巡视时间受机器人续航时间和充电时间的限制，实时性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种变电站协同智能巡检系统及其应用方法，本发明通过固定式图像采集单元与巡检机器人确定各自的巡检区域和目标，二者配合，实现了精准巡检；在配合运维人员，从而实现无死角巡检监测，科学合理地确定机器巡检和人工运维的工作任务和周期，实现了人机协同的高效变电运维。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种变电站协同智能巡检系统，包括固定式图像采集单元、移动式巡检机器人和智能作业终端，所述固定式图像采集单元、移动式巡检机器人分别与智能作业终端相连，假设目标电力设备为立方体结构，该立方体的底面为四边形ABCD、顶面为四边形FHEF，且四边形ABCD、四边形FHEF的顶点一一对应，则所述目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面、EFGH面位于固定式图像采集单元的监测区域内，所述目标电力设备的ABHE面位于移动式巡检机器人的行走轨道一侧，所述固定式图像采集单元、移动式巡检机器人上均设有用于采集目标电力设备检测图像的红外、高清视频监测装置。
可选地，所述固定式图像采集单元包括三组用于采集目标电力设备信息的红外、高清视频监测装置，所述目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面均具有一组单独的红外、高清视频监测装置，且前述的各个单独的红外、高清视频监测装置共同覆盖目标电力设备的EFGH面以实现对目标电力设备的EFGH面的检测。
可选地，所述目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面的红外、高清视频监测装置均位于目标电力设备的中上侧高度位置上。
可选地，所述红外、高清视频监测装置均带有云台。
可选地，所述智能作业终端还连接有智能指挥平台。
此外，本实施例还提供一种前述变电站协同智能巡检系统的应用方法，实施步骤包括：
1)智能作业终端接收智能指挥平台下达的巡视任务和巡视方案；
2)智能作业终端遍历选择一个电力设备作为目标电力设备，开始执行巡视任务；
3)智能作业终端通过该对固定式图像采集单元获取目标电力设备AEFD面、FDCG面、BCGH面、EFGH面的检测图像，通过移动式巡检机器人获取目标电力设备ABHE面的检测图像，并通过检测图像进行图像识别获取巡视数据，所述巡视数据包括外观、发热、表计读数，判断目标电力设备的巡视数据是否存在异常，如果存在异常，则跳转执行步骤4)；否则，跳转执行步骤5)；
4)智能作业终端识别目标电力设备的数据异常类型：如果异常类型为漏检，则在巡视方案中插入漏检点，跳转执行步骤2)；如果异常类型为数据差异大，则在巡视方案中增加巡视频次，跳转执行步骤2)；如果异常类型为巡视数据超过预设阈值，则等待运维人员进行缺陷确认，如果等待超时则，跳转执行步骤4)，否则根据运维人员设置调整巡视方案，跳转执行步骤2)；
6)智能作业终端将目标电力设备的巡视数据存储到智能指挥平台；
7)智能作业终端判断巡视方案中是否仍有未巡视电力设备，如果仍有未巡视电力设备则跳转执行步骤2)；否则，跳转执行步骤8)；
8)智能作业终端判断是否已经到达巡视方案的下一轮巡视的时间，如果已经到达下一轮巡视的时间，则跳转执行步骤2)；否则，跳转执行步骤5)继续等待。
可选地，步骤1)之前还包括管理人员和运维人员配合进行规划巡视任务和制定巡视方案的步骤，详细步骤包括：智能指挥平台接收管理人员针对变电站规划制定的巡视任务和巡视方案，并将巡视任务和巡视方案推送给运维人员进行审核，如果审核不通过则返回管理人员进行巡视任务和巡视方案的修改；如果审核通过则将巡视任务和巡视方案下达至运维人员的智能作业终端。
可选地，步骤3)中还包括确定固定式图像采集单元的各组红外、高清视频监测装置的最佳确定角度，并将固定式图像采集单元的各组红外、高清视频监测装置调整至最佳确定角度的步骤。
可选地，所述固定式图像采集单元的各组红外、高清视频监测装置的最佳确定角度为：
上式中，θ为该组红外、高清视频监测装置在水平面上的最佳确定角度，β为该组红外、高清视频监测装置在垂直面上的最佳确定角度，(x,y,z)为该组红外、高清视频监测装置对应的单独检测面上的指定表计的空间坐标，该组红外、高清视频监测装置的初始坐标P(r,0,0)、最终确定坐标为(rcosθ,rsinθ,rsinβ)，其中r为云台半径的长度。
可选地，步骤3)中还包括智能作业终端获取运维人员人工输入目标电力设备的ABCD面的巡视数据的步骤。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明假设目标电力设备为立方体结构，该立方体的底面为四边形ABCD、顶面为四边形FHEF，则所述目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面、EFGH面位于固定式图像采集单元的监测区域内，所述目标电力设备的ABHE面位于移动式巡检机器人的行走轨道一侧。本发明通过固定式图像采集单元与巡检机器人确定各自的巡检区域和目标，二者配合，实现了精准巡检；在配合运维人员，从而实现无死角巡检监测，科学合理地确定机器巡检和人工运维的工作任务和周期，实现了人机协同的高效变电运维。
附图说明
图1为本发明实施例的系统结构示意图。
图2为本发明实施例中的固定式图像采集单元的布局示意图。
图3为本发明实施例方法的基本流程图。
图4为本发明实施例确定红外、高清视频监测装置的最佳确定角度的原理示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例的变电站协同智能巡检系统包括固定式图像采集单元1、移动式巡检机器人2和智能作业终端3，固定式图像采集单元1、移动式巡检机器人2分别与智能作业终端3相连，假设目标电力设备为立方体结构，该立方体的底面为四边形ABCD、顶面为四边形FHEF，且四边形ABCD、四边形FHEF的顶点一一对应，则目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面、EFGH面位于固定式图像采集单元1的监测区域内，目标电力设备的ABHE面位于移动式巡检机器人2的行走轨道一侧，固定式图像采集单元1、移动式巡检机器人2上均设有用于采集目标电力设备检测图像的红外、高清视频监测装置。
参见图1可知，本实施例的变电站协同智能巡检系统既可以针对单个目标电力设备进行巡视，也可以对多个目标电力设备进行巡视，对多个目标电力设备进行巡视则需要针对每一个目标电力设备分别布置一一对应的固定式图像采集单元1。而且为了降低成本，部分相邻目标电力设备的固定式图像采集单元1可根据需要进行采用共用。
如图2所示，本实施例中的固定式图像采集单元1包括三组用于采集目标电力设备信息的红外、高清视频监测装置(1#1～1#3)，目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面均具有一组单独的红外、高清视频监测装置(AEFD面、FDCG面、BCGH面分别和红外、高清视频监测装置1#1～1#3一一对应)，且前述的各个单独的红外、高清视频监测装置共同覆盖目标电力设备的EFGH面以实现对目标电力设备的EFGH面的检测。
如图2所示，本实施例中的目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面的红外、高清视频监测装置均位于目标电力设备的中上侧高度位置上。
如图2所示，本实施例中的红外、高清视频监测装置均带有云台。
如图1所示，本实施例中的智能作业终端3还连接有智能指挥平台4。
在本实施例的变电站协同智能巡检系统上述结构的基础上，可根据本实施例的变电站协同智能巡检系统的特点，合理规划巡视任务，结合上述智能作业终端的优点并与人工结合，实现高效巡视，达到减员、增效目的。
作为一种可选的实施方式，如图3所示，本实施例还提供一种前述变电站协同智能巡检系统的应用方法，实施步骤包括：
1)智能作业终端接收智能指挥平台4下达的巡视任务和巡视方案；
2)智能作业终端遍历选择一个电力设备作为目标电力设备，开始执行巡视任务；
3)智能作业终端通过该对固定式图像采集单元1获取目标电力设备AEFD面、FDCG面、BCGH面、EFGH面的检测图像，通过移动式巡检机器人2获取目标电力设备ABHE面的检测图像，并通过检测图像进行图像识别获取巡视数据，巡视数据包括外观、发热、表计读数，判断目标电力设备的巡视数据是否存在异常，如果存在异常，则跳转执行步骤4)；否则，跳转执行步骤5)；
4)智能作业终端识别目标电力设备的数据异常类型：如果异常类型为漏检，则在巡视方案中插入漏检点，跳转执行步骤2)；如果异常类型为数据差异大，则在巡视方案中增加巡视频次，跳转执行步骤2)；如果异常类型为巡视数据超过预设阈值，则等待运维人员进行缺陷确认，如果等待超时则，跳转执行步骤4)，否则根据运维人员设置调整巡视方案，跳转执行步骤2)；
6)智能作业终端将目标电力设备的巡视数据存储到智能指挥平台4；
7)智能作业终端判断巡视方案中是否仍有未巡视电力设备，如果仍有未巡视电力设备则跳转执行步骤2)；否则，跳转执行步骤8)；
8)智能作业终端判断是否已经到达巡视方案的下一轮巡视的时间，如果已经到达下一轮巡视的时间，则跳转执行步骤2)；否则，跳转执行步骤5)继续等待。
本实施例中，步骤1)之前还包括管理人员和运维人员配合进行规划巡视任务和制定巡视方案的步骤，详细步骤包括：智能指挥平台4接收管理人员针对变电站规划制定的巡视任务和巡视方案，并将巡视任务和巡视方案推送给运维人员进行审核，如果审核不通过则返回管理人员进行巡视任务和巡视方案的修改；如果审核通过则将巡视任务和巡视方案下达至运维人员的智能作业终端。
参见图2可知，本实施例步骤3)中通过红外、高清视频监测装置1#1～1#3对目标电力设备进行监控，如对目标电力设备AEFD面、FDCG面、BCGH面及EFGH面的外观、发热、表计读数等状态进行在线监测，对于顶面EFGH，用一个红外、高清视频监测装置无法全方位监测，因此通过红外、高清视频监测装置1#1～1#3协调配合采用某确定的方位和角度对此面进行监测，在后台控制中心通过对视频监测装置的操控，对依附在目标电力设备的在线监测传感器的读数进行全方位、全角度进行监测，并将数据进行保存。需要说明的是，进行仪表识别均现有图像识别技术，可根据需要各类现有的深度神经学习分类模型，能够达到99％以上的识别精度。同时，对于未被固定式图像采集单元1监测的电力设备，如ABHE面则用移动式巡检机器人2沿轨迹所携带的红外、高清视频监测装置进行巡视监控，利用移动式巡检机器人2携带的云台视频对未被监控的电力设备ABHE面进行巡视，实现精准巡视。
本实施例中，步骤3)中还包括确定固定式图像采集单元1的各组红外、高清视频监测装置的最佳确定角度，并将固定式图像采集单元1的各组红外、高清视频监测装置调整至最佳确定角度的步骤。
本实施例中，固定式图像采集单元1的各组红外、高清视频监测装置的最佳确定角度为：
上式中，θ为该组红外、高清视频监测装置在水平面上的最佳确定角度，β为该组红外、高清视频监测装置在垂直面上的最佳确定角度，(x,y,z)为该组红外、高清视频监测装置对应的单独检测面上的指定表计的空间坐标，该组红外、高清视频监测装置的初始坐标P(r,0,0)、最终确定坐标为(rcosθ,rsinθ,rsinβ)，其中r为云台半径的长度，参见图4。
以设于顶面EFGH上的表计坐标为(x,y,z)为例，该组红外、高清视频监测装置对应的单独检测面上的指定表计的空间坐标(x,y,z)可以通过根据距离高清视频监控装置位置大概测量出各个坐标系值，对于所求的最佳角度，可列出红外、高清视频监测装置和对应的单独检测面上的指定表计的距离函数：
上式中，d表示红外、高清视频监测装置和对应的单独检测面上的指定表计的距离，(x,y,z)为该组红外、高清视频监测装置对应的单独检测面上的指定表计的空间坐标，θ为该组红外、高清视频监测装置在水平面上的最佳确定角度，β为该组红外、高清视频监测装置在垂直面上的最佳确定角度，r为云台半径的长度。
想所求d值最小，令z＝rsinβ，可求出垂直角度β值。
令令sin(θ+α)为1，则有：
而
因此则有该组红外、高清视频监测装置在水平面上的最佳确定角度θ的函数表达式为：
同理此计算方法可适用于求红外、高清视频监测装置(1#2、1#3)的最佳确定角度。
本实施例步骤3)中还包括智能作业终端获取运维人员人工输入目标电力设备的ABCD面的巡视数据的步骤，从而可实现对目标电路设备的死角区域、盲区的人工巡视，从而实现全方位无死角监测。
智能作业终端3将固定式图像采集单元1、移动式巡检机器人2与读取设备的“实物ID”，获取图像、设备台账、巡视项目、传感器及表计读数等信息，传输至智能指挥平台4进行整合，如：智能指挥平台4在后台建立一个对目标电力设备的立体虚拟投影，从而在投影上面，能清晰直观的将各面所需信息体现出来，从而更方便的进行分析。
通过后台将本次巡视数据与历史巡视数据对比，发现异常主动预警并提示运维人员开展相关工作，若发现漏检和巡视数据差异较大异常，则跳转执行步骤A1；若发现巡视数据超过预警阈值，则跳转执行步骤A2；若没有发现异常，则跳转执行步骤A3；
A1、通过后台将本次巡视数据与历史巡视数据对比，发现异常主动预警并提示运维人员开展相关工作，若发现漏检和巡视数据差异较大异常，则跳转执行步骤8；若发现巡视数据超过预警阈值，则跳转执行步骤9；若没有发现异常，则跳转执行步骤10；
A2、发现漏检和巡视数据差异较大异常时，智能指挥平台主动发出预警信号、自动读取异常设备的PMS台账信息，并对异常设备采用加大在线监测传感器检测频次、增加现有巡检机器人和固定式高清视频监控的调用频次或临时调配其他巡检机器人等方式，重新规划巡视任务、制定巡视方案，并报运维人员审批执行；
A3、发现巡视数据超过预警阈值时，结合运维人员进行配合，提示运维人员开展现场确认并根据实际情况，组织开展带电检测、停电检修等相关工作，智能指挥平台根据运行工况、运行信息、停电试验等多状态量，进行历史数据纵向分析、各相设备和同类同型设备横向比较，基于机器学习等大数据分析技术，实现对设备状态和缺陷、故障类型的快速诊断与识别。对于异常设备，及时向运行人员报送预警信息，调整设备状态监控策略，并上传至网公司、市公司级集控平台进行更精确的诊断和分析。
综上所述，本实施例的变电站协同智能巡检系统通过固定式图像采集单元1、移动式巡检机器人2各自负责对应的巡检区域和目标，二者配合实现了精准巡检；在配合运维人员，从而实现无死角巡检监测，科学合理地确定机器巡检和人工运维的工作任务和周期，实现了人机协同的高效变电运维。本实施例的变电站协同智能巡检系统的应用方法包括：以变电站立体场景最大覆盖为准则，确定固定式高清视频监控装置与巡检机器人各自的巡检区域和目标，以此为基础，规划巡检机器人的巡视路线并确定固定式视频监测装置的监测方向与监测角度，通过建立空间坐标系，二者配合，实现精准巡视。而固定式视频监测装置与巡检机器人巡视不到的区域，采用人工巡视。通过三者相互配合，读取设备的监测数据并与历史数据相对比，识别并判断电气设备是否出现异常，从而实现对整个变电站设备的有效监控与缺陷、隐患、故障问题的及时诊断。本发明利用智能作业终端与人工巡检相结合，实现了变电站高效巡视运维、提高了运检效率、为保障变电站安全作业具有重要意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种变电站协同智能巡检系统，其特征在于，包括固定式图像采集单元(1)、移动式巡检机器人(2)和智能作业终端(3)，所述固定式图像采集单元(1)、移动式巡检机器人(2)分别与智能作业终端(3)相连，假设目标电力设备为立方体结构，该立方体的底面为四边形ABCD、顶面为四边形FHEF，且四边形ABCD、四边形FHEF的顶点一一对应，则所述目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面、EFGH面位于固定式图像采集单元(1)的监测区域内，所述目标电力设备的ABHE面位于移动式巡检机器人(2)的行走轨道一侧，所述固定式图像采集单元(1)、移动式巡检机器人(2)上均设有用于采集目标电力设备检测图像的红外、高清视频监测装置。
2.根据权利要求1所述的变电站协同智能巡检系统，其特征在于，所述固定式图像采集单元(1)包括三组用于采集目标电力设备信息的红外、高清视频监测装置，所述目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面均具有一组单独的红外、高清视频监测装置，且前述的各个单独的红外、高清视频监测装置共同覆盖目标电力设备的EFGH面以实现对目标电力设备的EFGH面的检测。
3.根据权利要求1所述的变电站协同智能巡检系统，其特征在于，所述目标电力设备的AEFD面、FDCG面、BCGH面的红外、高清视频监测装置均位于目标电力设备的中上侧高度位置上。
4.根据权利要求2所述的变电站协同智能巡检系统，其特征在于，所述红外、高清视频监测装置均带有云台。
5.根据权利要求1所述的变电站协同智能巡检系统，其特征在于，所述智能作业终端(3)还连接有智能指挥平台(4)。
6.一种权利要求1～5中任意一项所述的变电站协同智能巡检系统的应用方法，其特征在于实施步骤包括：
1)智能作业终端接收智能指挥平台下达的巡视任务和巡视方案；
2)智能作业终端遍历选择一个电力设备作为目标电力设备，开始执行巡视任务；
3)智能作业终端通过该对固定式图像采集单元(1)获取目标电力设备AEFD面、FDCG面、BCGH面、EFGH面的检测图像，通过移动式巡检机器人(2)获取目标电力设备ABHE面的检测图像，并通过检测图像进行图像识别获取巡视数据，所述巡视数据包括外观、发热、表计读数，判断目标电力设备的巡视数据是否存在异常，如果存在异常，则跳转执行步骤4)；否则，跳转执行步骤5)；
4)智能作业终端识别目标电力设备的数据异常类型：如果异常类型为漏检，则在巡视方案中插入漏检点，跳转执行步骤2)；如果异常类型为数据差异大，则在巡视方案中增加巡视频次，跳转执行步骤2)；如果异常类型为巡视数据超过预设阈值，则等待运维人员进行缺陷确认，如果等待超时则，跳转执行步骤4)，否则根据运维人员设置调整巡视方案，跳转执行步骤2)；
6)智能作业终端将目标电力设备的巡视数据存储到智能指挥平台；
7)智能作业终端判断巡视方案中是否仍有未巡视电力设备，如果仍有未巡视电力设备则跳转执行步骤2)；否则，跳转执行步骤8)；
8)智能作业终端判断是否已经到达巡视方案的下一轮巡视的时间，如果已经到达下一轮巡视的时间，则跳转执行步骤2)；否则，跳转执行步骤5)继续等待。
7.根据权利要求6所述的变电站协同智能巡检系统的应用方法，其特征在于，步骤1)之前还包括管理人员和运维人员配合进行规划巡视任务和制定巡视方案的步骤，详细步骤包括：智能指挥平台接收管理人员针对变电站规划制定的巡视任务和巡视方案，并将巡视任务和巡视方案推送给运维人员进行审核，如果审核不通过则返回管理人员进行巡视任务和巡视方案的修改；如果审核通过则将巡视任务和巡视方案下达至运维人员的智能作业终端。
8.根据权利要求6所述的变电站协同智能巡检系统的应用方法，其特征在于，步骤3)中还包括确定固定式图像采集单元(1)的各组红外、高清视频监测装置的最佳确定角度，并将固定式图像采集单元(1)的各组红外、高清视频监测装置调整至最佳确定角度的步骤。
9.根据权利要求7所述的变电站协同智能巡检系统的应用方法，其特征在于，所述固定式图像采集单元(1)的各组红外、高清视频监测装置的最佳确定角度为：
上式中，θ为该组红外、高清视频监测装置在水平面上的最佳确定角度，β为该组红外、高清视频监测装置在垂直面上的最佳确定角度，(x,y,z)为该组红外、高清视频监测装置对应的单独检测面上的指定表计的空间坐标，该组红外、高清视频监测装置的初始坐标P(r,0,0)、最终确定坐标为(rcosθ,rsinθ,rsinβ)，其中r为云台半径的长度。
10.根据权利要求6所述的变电站协同智能巡检系统的应用方法，其特征在于，步骤3)中还包括智能作业终端获取运维人员人工输入目标电力设备的ABCD面的巡视数据的步骤。
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