CN112418461A - 一种智慧输电的巡检系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智慧输电的巡检系统及方法，通过系统中的各个功能模块自动分配巡视方式，同时返回巡视数据，并通过层次分析法和的模糊判断法提供一套自动评估和分析巡视数据的判断标准，自动对巡视数据进行判断，做到电网运行一体化要求、设备监测与环境监测一体化要求、设备全生命周期一体化要求，强化技术标准体系建设，推广智能巡视、智能操作、信息建模业务发展应用，推动输电数字化转型和高质量发展，实现人员解放，使输电线路更加智能、安全、可靠、绿色、高效。

Description

一种智慧输电的巡检系统及方法

技术领域

本发明涉及巡线技术领域，具体是一种智慧输电的巡检系统及方法。

背景技术

随着数字电网建设的深入推进，智慧输电线路建设有待进一步完善。

一是数字化转型承接不足，数据分析手段较为单一，未能结合设备全生命周期进行深度挖掘，融合分析能力有待加强。

二是智慧输电总体策划不足，智慧输电未能系统性考虑推进方案、实施策略，尚未形成技术支撑团队。

三是智慧输电标准体系不完善，有待结合公司数字化转型等战略规划，及时修编智慧输电标准体系。

四是管理体系亟需优化，智慧输电将对生产运维带来深远影响，目前的运维管理模式、班组设置等与智慧输电建设存在不适应性，管理系统尚待进一步优化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种智慧输电的巡检系统及方法，能够解决背景技术提出的问题。

本发明的一种智慧输电的巡检系统，包括监控指挥单元、智能决策单元、执行单元和数据处理单元；

监控指挥单元用于对智能决策单元发送巡视任务的具体内容信息，并从智能决策单元接收分析结果；

智能决策单元用于接收来自监控指挥单元的巡视任务，并根据巡视任务的具体内容向执行单元确定具体的巡视方式；

执行单元用于接收并执行来自智能决策单元的巡视任务，并按照智能决策单元确定的巡视方式进行巡视；

数据处理单元用于采集来自执行单元的巡视数据，并将巡视数据发送至智能决策单元进行分析。

本发明还提出一种智慧输电的巡检方法，包括步骤：

S101、通过监控指挥单元下单巡视任务，监控指挥单元将巡视任务的具体内容发送至智能决策单元；

S201、智能决策单元根据巡视任务的具体内容确定以卫星巡检、机巡、人工巡视中的一种或者多种方式执行，并发送给执行单元实际执行，执行单元将巡检数据输入到数据处理单元；

S301、数据处理单元对数据进行处理后返回至智能决策单元进行分析，分析方法采用层次分析法和模糊判断法；

层次分析法和的模糊判断法具体过程如下：

S30101、建立层次关系，对待处理的输电线路以及对应的数据分为三层，层次由高到低分别为目标层、准则层和指标层，每个层次中根据数据的分析需要设置不多于9个的子层次；

S30102、建立判断矩阵，使用1-9标度法对不同层次和子层次之间的相对重要程度进行定量化描述，数字越大表示越重要，同时通过将不同层次或者子层次之间进行两两对比形成判断矩阵G：

S30103、层次单排序一致性校验，利用一致性指标CR公式进行一致性校验:

其中，max为判断矩阵的最大特征值，n为指标数，RI为同阶平均随机一致性指标；当CR＜0.1则认为判断矩阵一致性校验通过，否者需要对判断矩阵进行修正；

S30104、将输电线路分为三个层次后，需要将每个层次对于上一级层次的影响的权重进行确定；

确定时，首先针对该层次中各个子层次进行状态评价，结合权重得出该层次的上一级层次的状态评价，最终得到最高层次的状态评价，同时将1-9标度法改为1.0-1.9标度法，同时划分标度后利用公式(2)进行一致性检验，若一致性检验通过则权重划分合理，若不通过，则再次划分；

S401、将S30101-S30104的分析结果返回至监控指挥单元。

进一步地，所述目标层为输电线路；

所述准则层包括杆塔、导地线、绝缘子、金具和基础；

其中杆塔对应的所述指标层包括杆塔倾斜、横担歪斜、主材弯曲和拉线棒锈蚀；

导地线对应的所述指标层包括导地线损伤、弧垂和异物悬挂；

绝缘子对应的所述指标层包括玻璃绝缘子自爆、瓷绝缘子零值、憎水性和积污；

金具对应的所述指标层包括变形、锈蚀和裂纹；

基础对应的所述指标层包括表面损坏、基础埋深和拉线锈蚀。

本发明的有益效果是：本发明的一种智慧输电的巡检系统及方法，通过系统中的各个功能模块自动分配巡视方式，同时返回巡视数据，并通过层次分析法和的模糊判断法提供一套自动评估和分析巡视数据的判断标准，自动对巡视数据进行判断，做到电网运行一体化要求、设备监测与环境监测一体化要求、设备全生命周期一体化要求，强化技术标准体系建设，推广智能巡视、智能操作、信息建模业务发展应用，推动输电数字化转型和高质量发展，实现人员解放，使输电线路更加智能、安全、可靠、绿色、高效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图：

图1为本发明的系统结构图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为本发明的目标层、准则层和指标层的划分示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

如图1所示：本实施例的一种智慧输电的巡检系统，包括监控指挥单元、智能决策单元、执行单元和数据处理单元顺序相连，数据处理单元还与智能决策单元相连；

其中，监控指挥单元包括输入模块、显示模块和存储模块；

智能决策单元包括信息综合接收模块、中央处理器和智能决策模块；信息综合接收模块、中央处理器和智能决策模块顺序连接；

执行单元包括卫星巡检模块、机巡模块和人工巡视模块；

数据处理单元包括多源数据融合模块、变化检测的评估模块和基于大规模迁移学习的目标识别模块；多源数据融合模块、变化检测的评估模块和基于大规模迁移学习的目标识别模块顺序连接。

输入模块用于输入巡检任务，之后将巡检任务下达至信息综合接收模块中；

信息综合接收模块用于将收到的巡检任务传输至中央处理器；

中央处理器用于判断巡检任务中是否含有明确需启动的巡检模块，如有，则控制执行单元中相应的巡检模块执行巡检任务；若没有，则将巡检任务传输至智能决策模块；

智能决策模块用于按照任务内容、性质、工作量、时限要求、自然环境信息对巡检任务进行分析，根据分析结果分别分配给执行单元中的卫星巡检模块、机巡模块和人工巡视模块中的一个模块或者多个模块执行巡检任务；

智能决策模块分析判断具体任务分配原则：

1)根据巡检任务内容、性质、工作量、时限要求、自然环境情况信息判断，如果为大尺度、远距离、全天候、长时间、快时效、多频次、环境恶劣、禁飞区巡检工作，如山火监测、台风监测、覆冰监测、外力破坏巡查、地质沉降监测、山体滑坡巡查、洪涝灾害巡查、路径规划的任务，则优先分配到卫星巡检模块执行；

2)根据巡检任务内容、性质、工作量、时限要求、自然环境情况信息判断，如果为中距离(无人机飞行高度120米以下)、多维度、高效率、精细化的巡检工作，如测温工作、通道详细查看、交叉跨越详细查看、输电设备三维建模、故障查找的任务，则优先分配到机巡模块执行；另外，如果卫星巡检模块巡检后有变化或者存在变化的，需要无人机核实，则分配到机巡模块执行；

3)根据巡检任务内容、性质、工作量、时限要求、自然环境情况信息判断，如果卫星巡检模块、机巡模块均不能满足巡视要求，如精细化巡检、近距离核查、地面巡检工作，则分配到人工巡检模块执行；另外，如果卫星巡检模块巡检后有变化或者存在变化需要核实的，机巡模块巡检需要核实的，则分配到人工巡检模块执行；

卫星巡检模块用于通过卫星进行巡检，之后将巡检数据发送至数据处理单元的多源数据融合模块；

机巡模块用于通过机器进行巡检，之后将巡检数据发送至数据处理单元的多源数据融合模块；

人工巡视模块用于通过人工进行巡检，之后将巡检数据发送至数据处理单元的多源数据融合模块；

多源数据融合模块用于对接收到的巡检数据进行数据融合，数据按巡视内容和设备部件分类，同类数据进行合并；

变化检测的评估模块用于对有对比参考量的各类巡检数据通过图片、参数的识别并进行变化比对，判断是否存在变化，如果有变化则为异常；

基于大规模迁移学习的目标识别模块用于对无对比参照量的巡检数据进行基于机器学习的识别，再判断是否存在变化，如果有变化则为异常；并将识别结果传输至作为变化检测的评估模块中作为下次评估的对比参考量；

智能决策模块还用于接收变化检测的评估模块、基于大规模迁移学习的目标识别模块传来的处理后的巡检数据，并将其传输至中央处理器中；

中央处理器还用于通过传来的巡检数据，判断是否已经达到巡检任务要求，如果已经达到要求，则将巡检数据传回到监控指挥单元的存储模块中存档。

本实施例中具体地，当中央处理器判断未达到巡检任务要求时，则将巡检数据作为新的巡检任务，判断其中是否含有明确需启动的巡检模块；如果巡检数据异常或者智能决策模块无法判断采用何模块执行巡检任务时，将巡检数据返回到显示模块，由人工进行判断决策。

本实施例中具体地，智能决策单元根据传来的处理后的巡检数据，如果处理后的巡检数据存在判断为异常的情况，则形成输电线路检修维护策略，回传到监控指挥单元的显示模块，为检修维护任务提供依据。

本实施例中具体地，卫星巡检模块包括多星组网子模块；

机巡模块包括直升机巡检子模块、无人机巡检子模块、机器人巡检子模块、在线监测巡检子模块；

人工巡视模块包括人工定期巡检子模块、人工核实子模块；

多星组网子模块用于将巡检任务分配给不同卫星中心，通过卫星中心相互协作，完成巡检任务；

直升机巡检子模块用于控制直升机进行巡检；

无人机巡检子模块用于控制无人机进行巡检；

机器人巡检子模块用于控制机器人进行巡检；

在线监测巡检子模块用于采用在线监测装置进行巡检；

人工定期巡检子模块用于开展人工地面巡检；

人工核实子模块用于人工核查卫星巡检、直升机巡检、无人机巡检、机器人巡检数据存在不确定的情况。

如图2所示，为了具体实施本发明中提出的一种智慧输电的巡检系统，本发明还提出一种智慧输电的巡检方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：根据需求，巡检任务通过监控指挥单元输入模块下达，输入到智能决策单元信息综合接收模块；

步骤(2)：智能决策单元信息综合接收模块收到巡检任务后，通过中央处理器后，如果已经明确需启动的巡检模块，则直接输入到执行单元相应巡检模块执行巡检任务，否则将输入到智能决策模块；

步骤(3)：智能决策模块接收到上述输入的巡检任务，按照任务内容、性质、工作量、时限要求、自然环境情况，对巡检任务进行智能规划分析，分别分配给执行单元卫星巡检模块、机巡模块、人工巡视模块中的一个模块或者多个模块执行，巡检数据输入到数据处理单元；

步骤(4)：数据处理单元接收步骤(3)输入的巡检数据，首先进行数据融合，数据按巡视内容和设备部件分类，同类数据进行合并；然后通过图片、参数的识别并进行变化比对，判断是否存在变化，如果有变化则为异常；对于无比对参照量的数据，则进行基于机器学习的识别，再判断是否存在变化，如果有变化则为异常，并将识别结果作为下次评估的对比参考量；处理完成的数据输入到智能决策单元；

步骤(5)：智能决策模块接收步骤(4)输入的处理后数据，通过中央处理器判断是否已经达到巡检任务要求，如果已经达到要求，则将巡检数据传回到监控指挥单元的存储模块存档，巡检工作闭环；经判断，如果需要进一步开展巡检核实，则巡检数据作为新的巡检任务根据需要分配到执行单元相应巡检模块进行巡检；经判断，如果巡检数据异常或者智能决策模块不能确定的，则将结果返回到监控指挥单元的显示模块，由人工进行判断决策；

步骤(6)：智能决策单元根据步骤(5)的巡检数据判断，如果存在数据异常，则形成输电线路检修维护策略，回传到监控指挥单元的显示模块，为检修维护任务提供依据。在硬件设备条件允许的情况下，还能实现直接指挥无人机、无人机群、无人机巢等的集群作业，真正实现巡检工作的无人化。

其中步骤(5)中智能决策模块接收步骤(4)输入的处理后数据后，将层次分析法和模糊判断的方法引入到输电线路的状态评价中来，同时对传统的层次分析法进行相应的改进，使其能够方便的应用到对输电线路状态评估上，使用层次分析法和模糊判断结合的方法对输电线路的状态评价进行评估具有系统、灵活、准确的特点。

使用层次分析法主要是利用已知的规则和经验对定量和非定量因素进行统一测度，通过对比不同因素或者方案么间的重要程度，得到某一因素或者方案相对重要程度的定量化描述。

使用层次分析法主要是利用已知的规则和经验对定量和非定量因素进行统一测度，通过对比不同因素或者方案么间的重要程度，得到某一因素或者方案相对重要程度的定量化描述。

层次分析法在使用过程中主要包括了以下步骤：

(1)建立层次关系

层次分析法在使用过程中，首先要将待分析的问题系统化、条理化、层次化，问题的层次化可分为了目标层，准则层和指标层，每个层次里面还可根据问题的需要设置不大于9个的子层次。

(2)建立判断矩阵

层次分析法为了实现对不同因素之间的相对重要程度的定量化描述，采用了1-9的标度法，1-9的数字分别代表了重要程度相同一直到极度重要的渐变，数字越大，表示越重要。通过使用1-9标度法，实现了对重要程度的定量化描述，进而可通过将不同因素之间进行两两对比形成判断矩阵G：

(3)层次单排序一致性校验

利用一致性指标CR公式进行一致性校验:

其中，λmax为判断矩阵的最大特征值，n为指标数，RI为同阶平均随机一致性指标，且RI与n的对应关系如下表所示：

阶数	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										RI	0	0	0.58	0.9	1.12	1.24	1.31	1.41	1.45

通常认为CR＜0.1则认为判断矩阵一致性校验通过，否者需要对判断矩阵进行修正。所涉及的输电线路状态检修智能决策单元中，将整条输电线路分为了三个层次，分别是目标层、准则层、指标层。目标层指的是整个输电线路的状态，准则层则包含了输电线路中被监测的设备，指标层主要输电线路中被监测的具体指标，如图3所示，具体情况如下：

目标层为输电线路；

准则层包括杆塔、导地线、绝缘子、金具和基础；

其中杆塔对应的所述指标层包括杆塔倾斜、横担歪斜、主材弯曲和拉线棒锈蚀；

导地线对应的所述指标层包括导地线损伤、弧垂和异物悬挂；

绝缘子对应的所述指标层包括玻璃绝缘子自爆、瓷绝缘子零值、憎水性和积污；

金具对应的所述指标层包括变形、锈蚀和裂纹；

基础对应的所述指标层包括表面损坏、基础埋深和拉线锈蚀。

在层次分析法中将输电线路分为了三个层次后，需要将每个子层次对于上一个层次的影响的权重确定下来。在进行状态评价时，首先是针对各个子系统进行状态评价，结合权重得出子层次的上一级层次的状态评价，最终得到最髙层次的状态评价。对层次分析法采用的标度进行改进，将传统1-9标度法改为1.0-1.9标度法，标度法具体内容如下表所示：

a<sub>ij</sub>	1.0	1.3	1.5	1.7	1.9
						标度含义	重要性相同	略重要	重要	很重要	非常重要

采用的层次分析法，将输电线路分成了三个层次，层次之间子层次对上一级层次权重的确定采用了专家咨询法，根据多位输电线路检修专家给出的权重意见，对杆塔、绝缘子、导地线、金具，基础的权重进行划分，划分后进行一致性检验，若一致性检验通过则权重划分合理，若不通过，则再次划分。

以杆塔的指标层权重划分为例，根据专家的意见，对杆塔指标层权重划分如下表：

指标	杆塔倾斜	横担歪斜	主材弯曲	拉线棒锈蚀
					权重	0.31	0.24	0.25	0.2

根据杆塔指标层权重划分的结果，形成判断矩阵G对权重进行一致性校验，判断矩阵中的元素表示下一层因素对上一层因素而言，各个因素之间的相对重要程度，其中判断矩阵中Gij表示i因素对j因素的重要程度，具体重要程度标度如下表所示：

G<sub>ij</sub>	1	1.3	1.5	1.7	1.9
						重要程度	相同	略重要	重要	很重要	极重要

形成杆塔指标层判断矩阵G为：

求得判断矩阵G的特征向量为：＝(0.62520 0.44460 0.50690 0.3931)

求得判断矩阵最大特征值为：＝4.0029

带入到指标权重的一致性指标公式得到：

其中n＝4为指标数，RI＝0.9，由一致性指标CR＜0.1可知，杆塔的权重分配满足了一致性要求。同样的对导地线、绝缘子、金具、基础指标层进行权重划分，且都通过一致性校验。

导地线权重划分如表下表所示：

指标	导地线损伤	弧垂	异物悬挂
				权重	0.30	0.20	0.10

绝缘子指标层权重划分如下表：

指标	玻璃绝缘子自爆	瓷绝缘子零值	憎水性	积污
					权重	0.13	0.25	0.25	0.37

金具指标层权重划分如下表：

指标	变形	锈蚀	裂纹
				权重	0.25	0.5	0.25

基础指标层权重划分：

指标	表面损坏	基础埋深	拉线锈蚀
				权重	0.2	0.4	0.4

为了方便确定系统所处的状态隶属于哪个状态，智能决策单元中将设备目前所处的状态分为了四种，分别是正常状态、注意状态、异常状态和严重事故状态，且对四种不同的状态设定评分区间，如下表所示：

本发明中的一种智慧输电的巡检系统及方法按照设备运维与电网运行一体化要求、设备监测与环境监测一体化要求、设备全生命周期一体化要求，强化技术标准体系建设，推广智能巡视、智能操作、信息建模业务发展应用，推动输电数字化转型和高质量发展，实现人员解放，使输电线路更加智能、安全、可靠、绿色、高效。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种智慧输电的巡检系统，其特征在于：包括监控指挥单元、智能决策单元、执行单元和数据处理单元；

监控指挥单元用于对智能决策单元发送巡视任务的具体内容信息，并从智能决策单元接收分析结果；

智能决策单元用于接收来自监控指挥单元的巡视任务，并根据巡视任务的具体内容向执行单元确定具体的巡视方式；

执行单元用于接收并执行来自智能决策单元的巡视任务，并按照智能决策单元确定的巡视方式进行巡视；

数据处理单元用于采集来自执行单元的巡视数据，并将巡视数据发送至智能决策单元进行分析。

2.一种智慧输电的巡检方法，其特征在于：包括步骤：

S101、通过监控指挥单元下单巡视任务，监控指挥单元将巡视任务的具体内容发送至智能决策单元；

S201、智能决策单元根据巡视任务的具体内容确定以卫星巡检、机巡、人工巡视中的一种或者多种方式执行，并发送给执行单元实际执行，执行单元将巡检数据输入到数据处理单元；

S301、数据处理单元对数据进行处理后返回至智能决策单元进行分析，分析方法采用层次分析法和模糊判断法；

层次分析法和的模糊判断法具体过程如下：

S30101、建立层次关系，对待处理的输电线路以及对应的数据分为三层，层次由高到低分别为目标层、准则层和指标层，每个层次中根据数据的分析需要设置不多于9个的子层次；

S30102、建立判断矩阵，使用1-9标度法对不同层次和子层次之间的相对重要程度进行定量化描述，数字越大表示越重要，同时通过将不同层次或者子层次之间进行两两对比形成判断矩阵G：

S30103、层次单排序一致性校验，利用一致性指标CR公式进行一致性校验:

其中，max为判断矩阵的最大特征值，n为指标数，RI为同阶平均随机一致性指标；当CR＜0.1则认为判断矩阵一致性校验通过，否者需要对判断矩阵进行修正；

S30104、将输电线路分为三个层次后，需要将每个层次对于上一级层次的影响的权重进行确定；

确定时，首先针对该层次中各个子层次进行状态评价，结合权重得出该层次的上一级层次的状态评价，最终得到最高层次的状态评价，同时将1-9标度法改为1.0-1.9标度法，同时划分标度后利用公式(2)进行一致性检验，若一致性检验通过则权重划分合理，若不通过，则再次划分；

S401、将S30101-S30104的分析结果返回至监控指挥单元。

3.根据权利要求2所述的一种智慧输电的巡检方法，其特征在于：所述目标层为输电线路；

所述准则层包括杆塔、导地线、绝缘子、金具和基础；

其中杆塔对应的所述指标层包括杆塔倾斜、横担歪斜、主材弯曲和拉线棒锈蚀；

导地线对应的所述指标层包括导地线损伤、弧垂和异物悬挂；

绝缘子对应的所述指标层包括玻璃绝缘子自爆、瓷绝缘子零值、憎水性和积污；

金具对应的所述指标层包括变形、锈蚀和裂纹；

基础对应的所述指标层包括表面损坏、基础埋深和拉线锈蚀。

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