CN111540077B - 基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种换流站阀厅监测方法，特别是一种基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法，其要点在于，提供了后台服务器和移动巡检装置，将阀厅建筑及设备的三维立体模型作为移动巡检装置的输入，将阀厅及设备的三维坐标作为移动巡检装置移动的定位依据；在阀厅及设备的三维坐标体系的基础上，移动巡检装置利用自身运动计数与定位计算，以与设备保持安全电气距离为约束，实现移动巡检装置对阀厅整体环境和目标设备的自动巡检测温。优点在于：无轨式三维定位，经济方便，移动测温响应速度快、定点精度高，精确考虑到电气安全距离的约束条件，充分利用安全裕度空间获取最佳视角，运行可靠性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种换流站阀厅监测方法，特别是一种基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法。
背景技术
换流站阀厅内布置有换流阀、直流断路器、直流启动电阻等电力电子器件组成的设备，这些设备工作的适宜环境温度范围较窄，维持恒温对保证设备的运行可靠性至关重要；另外设备的表面温度随着运行工况变化，而设备表面温度的监测是及时发现设备异常、乃至直流系统运行状态异常的重要手段之一，有助于保障直流系统安全运行，因此监测换流站阀厅内的环境温度和重点设备的表面温度，对保障阀厅内设备的安全稳定运行具有重要意义。
现有技术采用红外测温摄像机对阀厅内的环境温度和重要设备表面温度进行监测，监测方式有两种：一是“固定+轨道式”，即在重要设备附近安装固定式红外摄像机，同时在阀厅墙面安装有固定上下走向的轨道，数台红外摄像机可在轨道中上下移动，用以兼顾设备整体；二是“移动巡检式”，在巡检区域的地面上铺设轨道，轨道上设置可沿着轨道移动的基座，基座上安装红外摄像机，采用半固定的自动移动定位导航技术——“固定电磁轨道式”。上述技术的不足之处在于：
1）“固定+轨道式”的方案中，固定位置以及固定轨道的设置导致监测存在盲区，目标定点精度不高，为了尽可能地消除监测盲区，需要配置数量较多的红外摄像机，经济性较差，且轨道式摄像机的维修工作量也远大于普通摄像机；
2）“固定电磁轨道式”巡检摄像机需要在地面设置轨道，对阀厅地面改造量较大，这对设备紧凑、场地紧张的阀厅提出较大的要求；另外电磁轨道还存在轨道逐渐消磁的问题，甚至影响设备的正常运行，使得运行可靠性不足。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种经济方便、定点精度高、运行可靠性好的基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法。
本发明所述目的是通过以下途径来实现的：
基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法，其要点在于，包括如下步骤：
1）提供后台服务器，其包括有三维定位模块、数据存储与建模模块、数据分析与预警模块，还包括有分别连接三维定位模块和数据分析与预警模块的人机交互模块；数据存储与建模模块中存储有阀厅三维模型文件，三维模型文件中包括三维坐标体系，所述三维坐标体系是指根据阀厅本体建筑及阀厅内所有设备、构筑物的三维模型信息提炼出的三维坐标数据；
2）三维定位模块将阀厅划分成若干个环温监测区域，并在每个环温监测区域设置一个充电定位点；从三维模型文件中提取监控区域及区域中设备对象的三维坐标数据，数据存储与建模模块根据阀厅内的每一个设备对象进行三维模型分解，分成若干个部分，并从每个部分提取相应的三维坐标，作为该部分的温度监测坐标点，每个部分为一个监控目标；
3）提供移动巡检装置，其数据部分包括有依序连接的定位驱动模块、红外测温模块、数据输出模块以及为上述各模块供电的电源模块；移动巡检装置的结构部分包括连接定位驱动模块的驱动行走机构、安装于驱动行走机构上的摄像云台、安装于摄像云台上并内设红外测温模块的红外摄像头；数据输出模块与后台服务器连接，所述移动巡检装置在充电定位点设置对应的充电定位装置；
4）定位驱动模块从后台服务器中导入目标监测区域的三维坐标数据、监控目标，取得监测目标的三维坐标值，导入阀厅内各个设备的电气安全距离；
5）以移动巡检装置的充电定位点为初始定位点，并根据三维坐标数据读取该初始定位点坐标，设为起点坐标（Xq，Yq，Zq）=初始定位点坐标（X0，Y0，Z0）；
6）设第一个监测目标n=1，并根据三维坐标数据读取该监测目标的坐标值（Xn,Yn,Zn）；令移动巡检装置的终点坐标（Xz,Yz,Zz）=（Xn,Yn,Zn），
7）计算终点坐标与起点坐标之间的坐标差值（Xz-Xq,Yz-Yq,Zz-Zq）；定位驱动模块以阀厅内三维坐标数据和电气安全距离为基础进行监控路径规划，获得移动巡检装置在规划路径中需要行进的步数，进一步判断电源模块的电量是否充足，如充足，则根据规划路径触发驱动机构移动至监测目标坐标值处；如电源模块电量不足，则移动巡检装置回到初始定位点进行充电，并返回步骤5）；
8）移动巡检装置到达监测目标坐标值处，启动红外测温模块，使其对准监测目标进行测温，并将测温数据经数据输出模块传送到后台服务器并存储到数据存储与建模模块中；
9）完成测温后，判断监测目标是否全部完成，如未完成则设定下一个监测目标n=n+1，令起点坐标为当前监测目标的坐标，即（Xq,Yq,Zq）=（Xn,Yn,Zn），终点坐标为下一个监测目标的坐标，即（Xz,Yz,Zz）=（Xn+1,Yn+1,Zn+1）；如全部完成，则回充电定位点等待下一次巡检任务。
所述摄像云台为水平面和垂直面的360°旋转云台，由此实现红外摄像头在水平面360度旋转和从平行于水平面到垂直于水平面的俯仰旋转。
所述测温数据包括测温坐标、测温时间和测温温度。
数据存储与建模模块与站内监控系统通信以获取直流系统运行的实时工况信息，包括功率、电流和电压，根据运行功率、电流电压大小划分为不同的运行工况，并据此将相应的测温数据分类存储和分别建立预警分析数据模型。
模型主要由一组历史数据组成，每次获取新的测温数据后，运行工况-温度数据模型将不断自动迭代更新。
数据分析与预警模块根据预警分析数据模型，在接收实时测温数据后，进行数据分析和温度异常预警。
综上所述，本发明提供了一种基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法，采用无轨式的三维模型定位方式，设备目标的实际状态能够与对应的三维坐标完全相符合，由此使得移动巡检装置的响应速度更快、定点精度更高；另一方面，在进行监控路径规划时能够精确考虑到电气安全距离的约束条件，充分利用安全裕度空间获取最佳视角，同时又不影响设备的正常运行；最后针对不同的运行工况建立了设备温度数据模型，该模型内的数据相关程度更高，更符合历史规律，从而提升了运行温度预警的可靠性。
附图说明
图1为本发明所述基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法的流程框架示意图。
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施方式
最佳实施例：
本发明所述基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法的基本原理包括：
1）将阀厅建筑及设备的三维立体模型作为移动巡检装置的输入，将阀厅及设备的三维坐标作为移动巡检装置移动的定位依据；2）在阀厅及设备的三维坐标体系的基础上，利用自身运动计数与定位计算，以与设备保持安全电气距离为约束，实现移动巡检装置对阀厅整体环境和目标设备的自动巡检测温；3）建立历史测温数据库，特别是针对需重点测温的设备，建立温度-运行工况关联分析模型，在获得实时测温结果后，结合上述关联分析模型、应用专家库算法，实现在不同运行工况下的设备超温预警，从而尽早发现设备异常。
系统组成：后台服务器、移动巡检装置、充电定位装置；根据监视区域的分区可设置一台或多台移动式智能巡检装置，每台移动巡检装置与后台服务器之间均通过无线通信，传输测温数据及控制相关命令信息。移动巡检装置负责各个区域和设备的红外测温和数据输出，后台服务器负责测温指令下达、数据存储建模和分析。
后台服务器包括有三维定位模块、数据存储与建模模块、数据分析与预警模块，还包括有分别连接三维定位模块和数据分析与预警模块的人机交互模块；三维定位模块内置有信息包括阀厅三维坐标体系以及面向各个区域和设备的测温策略，阀厅三维坐标体系是指：根据阀厅本体建筑及阀厅内所有设备、构筑物的三维模型信息提炼出的三维坐标数据，该三维坐标体系是巡检测温装置移动定位的基础。面向各个区域和设备的测温策略是指：将阀厅划分为若干个环温监测区域，针对每个环温监测区域和需测温的设备，事先优化预制移动巡检装置的测温策略，包括最佳测温点，抵达最佳测温点后摄像云台的旋转角度和红外摄像头的俯仰角度，以及测温动作持续时间。系统是通过人机交互平台接收巡检任务，由若干个区域环温监测和若干个设备表面温度监测的子任务组成。在三维定位模块的基础内置信息表中搜索每个子任务的测温策略，根据多个测温点的坐标，结合电气安全距离约束，自动规划巡检路线。每台移动巡检装置配备一个充电定位装置，固定装设在阀厅内交流220V电源处，该装置可实现为移动巡检装置充电和起始坐标定位的功能，在移动过程中，移动巡检装置利用自身运动计数及与起始坐标差值定位计算获知自身实时坐标，当巡检测温装置缺电时可自动回充，参照附图1，其步骤具体如下：
1) 移动巡检装置，其数据部分包括有依序连接的定位驱动模块、红外测温模块、数据输出模块以及为上述各模块供电的电源模块；移动巡检装置的结构部分包括连接定位驱动模块的驱动行走机构、安装于驱动行走机构上的摄像云台、安装于摄像云台上并内设红外测温模块的红外摄像头；数据输出模块与后台服务器连接，所述移动巡检装置在充电定位点设置对应的充电定位装置；
2）定位驱动模块从后台服务器中导入三维设计模型文件，从三维设计模型文件取得监控目标区域及设备的三维坐标信息；根据监控颗粒度要求从人机交互平台取得监控目标的三维坐标值，并读取测温策略；另外从人机交互平台读取电气安全距离要求；
3）以移动巡检装置的充电定位点为初始定位点，并根据三维坐标数据读取该初始定位点坐标，设为起点坐标（Xq，Yq，Zq）=初始定位点坐标（X0，Y0，Z0）；
4）设第一个监测目标n=1，并根据三维坐标数据读取该监测目标的坐标值（Xn,Yn,Zn）；令移动巡检装置的终点坐标（Xz,Yz,Zz）=（Xn,Yn,Zn），
5）计算终点坐标与起点坐标之间的坐标差值（Xz-Xq,Yz-Yq,Zz-Zq）；定位驱动模块以阀厅内三维坐标数据和电气安全距离为基础进行监控路径规划，获得移动巡检装置在规划路径中需要行进的步数，进一步判断电源模块的电量是否充足，如充足，则根据规划路径触发驱动机构移动至监测目标坐标值处；如电源模块电量不足，则移动巡检装置回到初始定位点进行充电，并返回步骤3）；
6）移动巡检装置到达监测目标坐标值处，启动红外测温模块，使其对准监测目标进行测温，并将测温数据经数据输出模块传送到后台服务器并存储到数据存储与建模模块中；
7）完成测温后，判断监测目标是否全部完成，如未完成则设定下一个监测目标n=n+1，令起点坐标为当前监测目标的坐标，即（Xq,Yq,Zq）=（Xn,Yn,Zn），终点坐标为下一个监测目标的坐标，即（Xz,Yz,Zz）=（Xn+1,Yn+1,Zn+1）；如全部完成，则回充电定位点等待下一次巡检任务。
红外摄像头装设在摄像云台上，云台可实现水平面360度旋转。同时，红外摄像头可实现从平行于水平面到垂直于水平面的俯仰旋转。每次测温结束后，数据输出模块将测温坐标、测温时间、测得温度等数据输出至后台服务器存储并分析。后台服务器的数据分析与预警模块可针对重点设备的重点区域利用历史模型数据库通过专家库算法进行数据分析和温度异常预警。
数据存储与建模模块可实现按设备及运行工况分类存储建模，具体实现方式是：后台服务器针对每一个设备对象进行三维模型分解，分成若干个部分，并从每个部分提取相应的三维坐标，作为该部分的温度监视坐标点，必要时该坐标点也可由运行人员自行设定；同时，后台服务器可与站内监控系统通信获取直流系统运行的功率、电流、电压等实时工况信息，根据运行功率、电流电压大小划分为不同的运行工况，并据此将相应的测温数据分类存储和分别建立预警分析数据模型，模型主要由一组历史数据组成，每次获取新的测温数据后，运行工况-温度数据模型将不断自动迭代更新。后台服务器可按不同的设备的运行工况及温度状态进行实时显示。
本发明未述部分与现有技术相同。
Claims (4)
1.基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）提供后台服务器，其包括有三维定位模块、数据存储与建模模块、数据分析与预警模块，还包括有分别连接三维定位模块和数据分析与预警模块的人机交互模块；数据存储与建模模块中存储有阀厅三维模型文件，三维模型文件中包括三维坐标体系，所述三维坐标体系是指根据阀厅本体建筑及阀厅内所有设备、构筑物的三维模型信息提炼出的三维坐标数据；
2）三维定位模块将阀厅划分成若干个环温监测区域，并在每个环温监测区域设置一个充电定位点；从三维模型文件中提取监控区域及区域中设备对象的三维坐标数据，数据存储与建模模块根据阀厅内的每一个设备对象进行三维模型分解，分成若干个部分，并从每个部分提取相应的三维坐标，作为该部分的温度监测坐标点，每个部分为一个监控目标；
3）提供移动巡检装置，其数据部分包括有依序连接的定位驱动模块、红外测温模块、数据输出模块以及为上述各模块供电的电源模块；移动巡检装置的结构部分包括连接定位驱动模块的驱动行走机构、安装于驱动行走机构上的摄像云台、安装于摄像云台上并内设红外测温模块的红外摄像头；数据输出模块与后台服务器连接，所述移动巡检装置在充电定位点设置对应的充电定位装置；
4）定位驱动模块从后台服务器中导入目标监测区域的三维坐标数据、监控目标，取得监测目标的三维坐标值，导入阀厅内各个设备的电气安全距离；
5）以移动巡检装置的充电定位点为初始定位点，并根据三维坐标数据读取该初始定位点坐标，设为起点坐标（Xq，Yq，Zq）=初始定位点坐标（X0，Y0，Z0）；
6）设第一个监测目标n=1，并根据三维坐标数据读取该监测目标的坐标值（Xn,Yn,Zn）；令移动巡检装置的终点坐标（Xz,Yz,Zz）=（Xn,Yn,Zn）
7）计算终点坐标与起点坐标之间的坐标差值（Xz-Xq,Yz-Yq,Zz-Zq）；定位驱动模块以阀厅内三维坐标数据和电气安全距离为基础进行监控路径规划，获得移动巡检装置在规划路径中需要行进的步数，进一步判断电源模块的电量是否充足，如充足，则根据规划路径触发驱动机构移动至监测目标坐标值处；如电源模块电量不足，则移动巡检装置回到初始定位点进行充电，并返回步骤5）；
8）移动巡检装置到达监测目标坐标值处，启动红外测温模块，使其对准监测目标进行测温，并将测温数据经数据输出模块传送到后台服务器并存储到数据存储与建模模块中；
9）完成测温后，判断监测目标是否全部完成，如未完成则设定下一个监测目标n=n+1，令起点坐标为当前监测目标的坐标，即（Xq,Yq,Zq）=（Xn,Yn,Zn），终点坐标为下一个监测目标的坐标，即（Xz,Yz,Zz）=（Xn+1,Yn+1,Zn+1）；如全部完成，则回充电定位点等待下一次巡检任务。
2.根据权利要求1所述的基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法，其特征在于，所述摄像云台为水平面和垂直面的360°旋转云台。
3.根据权利要求1所述的基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法，其特征在于，所述测温数据包括测温坐标、测温时间和测温温度。
4.根据权利要求1所述的基于三维模型坐标定位的换流站阀厅移动式智能巡检方法，其特征在于，数据存储与建模模块与站内监控系统通信以获取直流系统运行的实时工况信息，包括功率、电流和电压，根据运行功率、电流电压大小划分为不同的运行工况，并据此将相应的测温数据分类存储和分别建立预警分析数据模型。
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| CN111540077A (zh) | 2020-08-14 |
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