CN113077161A

CN113077161A - 一种配电室应急机器人抢修决策方法

Info

Publication number: CN113077161A
Application number: CN202110398618.8A
Authority: CN
Inventors: 支敬文; 闫星成; 王孝伟; 杨国田; 李新利
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2021-07-06

Abstract

一种配电室应急机器人抢修决策方法，通过应急机器人传感器获取的现场实时数据，采用层次分析法，将抢修设备按给定准则指标计算出优先顺序以制定抢险方案，利用系统库内抢险知识以及该场景下设备运行历史数据，给出应急抢险策略及提示，并基于增强现实技术，进行增强信息叠加，为应急抢险作业提供指导，完成交互抢修，实现电力设备事故环境下的应急快速抢修响应，最大程度在抢修过程中对电力设备损失程度降到最低。

Description

一种配电室应急机器人抢修决策方法

技术领域

本发明涉及电力安全技术领域，尤其涉及一种配电室应急机器人抢修决策方法。

背景技术

电力设备现场存在消防、洪涝及异常气体产生等需要紧急抢险的场景，其中，电力故障应急现场火灾产生的高温、设备绝缘击穿引发的隐藏高温点和影响视线的浓烟、障碍物等危险因素，会给现场执行工作任务的移动作业终端的安全带来极大的风险隐患。同时，电力设备现场设备繁多、结构复杂，基于人工的基础采用表单式和普通数据库管理电网设备，面临电力设备之间层次不清晰、关联复杂等困难。

随着信息技术的高速发展，虚拟现实、增强现实等逐渐火热。增强现实，旨在增强人类能力，为人类提供各种辅助信息，成为沟通人类个体与信息世界的重要枢纽。目前已经在医疗、交通、教育培训、航天、通信、工业维修等领域发挥作用。

目前，对配电室应急机器人抢修决策方法的研究还比较少，大多是研究增强现实显示技术，以及利用层次分析法挑选旅游地等，很少考虑该技术以及该方法如何为电力应急抢修作业提供指导帮助。将层次分析法应用到险情下如何决策出优先抢修设备，以最大程度减小抢修过程中受到的损失，而利用增强现实技术可以清晰险情下电力设备之间层次关联，为电力应急抢修作业提供帮助。因此，有必要发明一种配电室应急机器人抢修决策方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配电室应急机器人抢修决策方法，基于增强现实技术，收集险情的相关数据信息，进行分析及处理，通过层次分析法决策出抢修设备，根据历史数据，提出策略为应急抢险提供作业指导。

为了达到上述目的，本发明提供一种配电室应急机器人抢修决策方法，包含以下步骤：

步骤S0、通过传感器采集数据；

步骤S1、判断各项数据是否在安全范围指标内，若是则重复步骤S0继续采集数据；若否则启动报警并进行步骤S2；

步骤S2、对采集到的数据进行数据处理；

步骤S3、根据处理后的数据，利用层次分析法计算得分，得到计算结果后在备选设备中选取出得分最高的设备，即优先抢修的目标设备；

步骤S4、根据选取出的目标设备，在系统库内调用相关抢险知识以及该设备在该场景下的相关历史数据；

步骤S5、给出应急抢险策略，并基于增强现实技术，为应急抢险作业提供指导，完成交互抢修任务；

所述步骤S0：通过现场应急机器人传感器以及场景内摄像头实时获取场景感知信息，采集数据包括：图像信息、视频信息、温度信息、湿度信息、气体信息、距离信息等；

所述步骤S1：判断各项数据是否在安全范围指标内，设定安全值，低于安全值不开启报警模式，继续采集数据；超出安全值10％及以内低级预警，超出安全值20％及以内中级预警，超出安全值20％以外高级预警；

所述步骤S2：对采集到的数据进行数据处理，如滤波处理和信息融合处理等，确定影响选取抢修设备因素指标；

所述步骤S3：利用层次分析法计算，层次分析法包含三层，底层为方案层，即备选设备；中层为准则层，即影响选取目标的各项因素；上层为目标层，即通过准则层各项影响因素计算得到结果后，从方案层备选设备中选取出优先抢修的目标设备。包含以下步骤：

步骤S31：针对本评价方法中环境温度、巡检机器人距设备的距离、设备重要程度以及过火面积四个基础指标，将其在评估中的权重通过判断矩阵进行初始化，以决定各项指标在评估过程中的作用；

步骤S32：针对本评价方法中环境温度、巡检机器人距设备的距离、设备重要程度以及过火面积四个基础指标，将各个指标下现场环境中设备的权重进行确定，给定不同指标评估下各台设备抢修的优先级；

步骤S33：针对以上所得到的各指标两两之间的判断矩阵、不同指标下各台设备两两之间的判断矩阵，分别进行一致性检验以满足现实场景的需求。一致性检验的过程如下

首先计算一致性指标CI：

其中，λ_max为该判断矩阵的最大特征值，n为该判断矩阵的阶数

其次计算一致性比例CR：

其中，RI为查表可得的针对不同阶数的平均随机一致性指标，当CR<0.1时，判断矩阵通过一致性检验；当CR≧0.1时，调整初始化值再次进行一致性检验，直至通过检验；

步骤S34：根据获得的判断矩阵，分别计算四种指标的权重，现场环境中设备对于各种评价指标的权重，计算各台设备的最终得分，获得设备应急抢修的先后顺序。

所述步骤S4：历史数据包含设备属性信息、设备运行参数信息、场景空间信息、三维模型信息以及常见元件故障处理方法。其中设备属性信息包含：设备名称、设备作用、设备组成；设备运行参数信息包含：设备工作状态、已工作时长、工作负载以及历史维护信息；场景空间信息包含：机器人位置、电力设备位置、路径规划信息；三维模型信息包含：各电力设备的三维模型、模型编号、模型格式、模型存储路径；常见元件故障处理方法包含：元件快速查询编号、常见故障现象以及操作步骤。

所述步骤S5：根据步骤S3选取出的抢修设备，调用步骤S4中的历史数据信息，基于增强现实技术，在应急抢修作业中进行操作提示以及增强信息叠加，如导航指引机器人到达目的地，完成对异常设备的抢修交互，具体步骤为：

步骤S51：系统切换为应急抢修模式，并弹出提示框：“设备故障，请选择抢修设备”，根据步骤S3获得的抢修先后顺序选择进行抢修设备；

步骤S52：从系统库内调用设备相关历史数据，定位到设备所在位置，并给出机器人路径规划信息，通过箭头导航指引其到达目的地；

步骤S53：机器人到达目的地后，停止运动，对该设备进行全面扫描查看，并弹出提示框：“是否进行设备三维模型及增强信息叠加”；

步骤S54：叠加信息显示后，并弹出提示框：“请发送指令命令机器人进行抢修操作”；

步骤S55：机器人操作完毕后机器人停止运动，并弹出提示框：“请等待工作人员进一步抢修”。

本发明具有如下优点，根据当前应急场所设备运行状态和应急机器人获取的现场实时数据，利用层次分析法计算决策出抢修设备先后顺序，能够最大程度的对电力设备抢修过程中损失程度降到最低，并根据系统库内抢险知识以及该场景设备运行历史数据，基于增强现实技术，叠加虚拟场景，在险情下能够清晰设备之间的层次和关联等情况，给出应急抢险策略及提示，为应急抢险作业提供指导，实现电力设备事故环境下的应急事故快速抢修响应。

附图说明

附图1是本发明实施例中一种配电室应急机器人抢修决策方法的示意图。

附图2是本发明实施例中层次分析法决策示意图。

附图3是判断矩阵初始化示意图。

附图3说明，图中数值为各项指标两两之间相比较的重要程度，t表示环境温度、d表示巡检机器人距设备的距离、i表示设备的重要程度、s表示过火面积、Axy表示x指标相较于y指标在评价该问题时所占的重要程度。如设备重要程度这一指标较设备距火源距离这一指标而言明显重要，则令Aid的值为5，以此类推完成评价指标权重初始化表格的填写。

附图4评估权重标度及其含义示意图。

附图5各台设备相对温度指标的权重示意图。

附图6环境中N台设备评价指标得分情况示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“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、物品或者现场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、物品或者现场设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者现场设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

利用增强现实技术，并基于同步定位与地图构建（SLAM）技术可以实现应急抢险现场电力设备的全景展示。根据不同电力设备的具体状态信息、固有信息与位置信息，采用层次分析法，计算指标选取出优先抢修设备，可以最大程度的减少抢修过程中受到的损失；通过增强现实技术将虚拟模型直接叠加至相应的真实电力设备上，可以充分体现设备对象的空间位置关系与电力联接关系，进而使得巡检人员通过远程指导机器人作业，实现电力设备事故环境下的应急事故快速抢修响应。

如附图1所示，以某配电室为例，包含两个摄像头以及六种类型配电柜：进线柜、出线柜、计量柜、PT柜、隔离柜、联络柜，以火情险情环境下的抢修方法为例。

本发明提供一种配电室应急机器人抢修决策方法，包含以下步骤：

步骤S0、采集数据。通过配电室现场应急机器人传感器，包含摄像头ZED2双目立体相机（感测器：加速度计、陀螺仪、晴雨表、磁力计）、温度传感器、湿度传感器、气体传感器获取火灾险情场景中产生的关键信息，如：温度信息、湿度信息、有害气体信息以及图像、视频信息等；通过配电室场景内两个摄像头实时获取场景信息，如：配电室内图像信息、视频信息；

步骤S1、判断是否处于安全范围。判断温度、湿度数据是否在安全范围指标内，所述安全范围，环境温度：-5℃～40℃、相对湿度：10%，处于安全范围内不开启报警模式，重复步骤S0继续采集数据；一旦有一项数据超出安全值范围，则启动报警模式，超出安全值10％及以内低级报警；超出安全值20％及以内中级报警；超出安全值20％以外高级报警；并进行步骤S2；

步骤S2、数据处理。对采集到的数据进行数据处理：滤波处理和信息融合处理后，确定影响选取抢修设备因素指标，得到各个设备温度、机器人到各个设备距离、过火面积等，并根据配电室内各个设备重要程度确定权重；

步骤S3、选取优先抢修设备。利用层次分析法计算，根据步骤S2中所述的各项评价指标准则的侧重，从备选设备方案当中选择对当前任务最优的选择。

层次分析法包含三层，如附图2所示。底层为方案层，即备选设备，包含：进线柜、出线柜、计量柜、PT柜、联络柜、隔离柜；中层为准则层，即影响选取目标的各项因素，包含：设备温度、机器人到设备距离、设备重要程度、过火面积；上层为目标层，即通过准则层各项影响因素计算得到结果后，从方案层备选设备中选取出优先抢修的目标设备。

步骤S31、针对本评价方法中环境温度、巡检机器人距设备的距离、设备重要程度以及过火面积四个不同的基础指标，需要将其在评估中的权重通过判断矩阵进行初始化，以决定各项指标在评估过程中的作用。权重的初始化部分通过判断矩阵来完成如附图3所示，评估权重标度及其含义如附图4所示；

步骤S32、针对本评价方法中环境温度、巡检机器人距火焰的距离、设备重要程度以及过火面积四个不同的基础指标，需要将各个指标下现场环境中N台设备的权重进行确定，以决定在不同指标的评估下各台设备抢修的优先级。下面以环境温度的指标为例计算现场环境中N台设备所占的权重，如附图5所示；

以此类推可得到巡检机器人距火焰的距离、设备重要程度以及过火面积三种评价指标下现场环境中N台设备的判断矩阵；

步骤S33、针对以上所得到的各指标两两之间的判断矩阵、不同指标下各台设备两两之间的判断矩阵，需要分别进行一致性的检验以满足现实场景中的需求。一致性检验的过程如下：

首先需要计算一致性指标CI：

其中，

为该判断矩阵的最大特征值，n为该判断矩阵的阶数。

之后进行一致性比例CR的计算：

其中，RI为查表可得的针对不同阶数的平均随机一致性指标，当CR<0.1时表示判断矩阵通过一致性检验。若CR≧0.1时则需要对事先确定的初始化值进行一定的调整，然后再次进行一致性检验；

步骤S34、根据以上获得的通过一致性检验的判断矩阵，利用特征值法通过判断矩阵计算权重，具体步骤如下：

首先，求取判断矩阵的最大特征值

以及其对应的特征向量γ；

之后，对各个矩阵求取的特征向量γ进行归一化得到该判断矩阵所要求取的权重，即得到各个指标在评估问题中的权重

、环境温度指标下N台设备所占权重

、巡检机器人距火焰的距离指标下N台设备所占权重

、设备重要程度指标下N台设备所占权重

以及过火面积指标下N台设备所占权重

；

最后根据得到的权重计算各台设备的得分，如附图6所示，根据得分大小安排巡检机器人进行先后抢修，其中设备i的得分

为

。

步骤S4、根据选取出的目标设备，在系统库内调看相关抢险知识以及该设备在该场景下的相关历史数据，包含：设备属性信息、设备运行参数信息、场景空间信息、三维模型信息以及常见元件故障处理方法。

设备属性信息包含：设备名称、设备作用、设备组成，具体为：

进线柜：进线柜是外部引进电源的开关柜，从供电网络引入10KV电源，经过进线柜将电能送到母线。进线柜由真空断路器、隔离开关、电流互感器、避雷器、带电显示器、电压互感器等元器件构成。

出线柜：出线柜是从母线分配电能的开关柜，将主电源分配到各用电支路开关上,并对各支路过流过载保护盒接通断开支路电源。出线柜主要由电流互感器、隔离开关、断路器、刀闸与带电显示器等构成。

计量柜：计量柜是电能计量装置，通过电流互感器、电压互感器、电能表、熔断器和带电显示器等装置来反映负载的用电量。

PT柜叠加信息包含：PT柜是电压互感器柜，直接装设到母线上，用于检测电压，PT柜主要由电压互感器、隔离开关、熔断器与避雷器等器件构成。

联络柜：联络柜又称母线分段柜，用来连接两段母线的设备。当两路电源同时送电时，联络柜则断开，当其中某一电源因故停断电时，联络柜则自动接通，以保障用户用电，而恢复通电时，联络柜则自动断开，处于备用状态。联络柜主要由隔离开关、断路器、电流互感器与带电显示器等构成。

隔离柜：隔离柜主要隔离两端母线或受电设备与供电设备，给运行人员提供可见端点，方便检修与维护作业。隔离柜主要由断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器与带电显示器等构成。

设备运行参数信息包含：设备工作状态、已工作时长、工作负载以及历史维护信息；

场景空间信息包含：机器人位置、进线柜、出线柜、计量柜、PT柜、联络柜、隔离柜各个设备位置以及路径规划信息；

三维模型信息包含：进线柜、出线柜、计量柜、PT柜、联络柜、隔离柜各个设备三维模型、模型编号、模型格式、模型存储路径；

常见元件故障处理方法包含：元件名称、元件快速查询编号、常见故障现象以及操作步骤。例如：

（1）元件名称：电压互感器

元件快速查询编号：“1”

常见故障现象：一次侧或二次侧保险熔断一相、冒烟并发出焦臭味、内部放电和外壳漏油；

操作步骤：当通过机器人发现为保险熔断时，就可以根据数据库中的操作指示——拉开电压互感器的隔离开关，详细检查其外部是否有元件故障现象，同时检查二次保险，若无故障征象则换好保险后投入使用

（2）元件名称：电流互感器

元件快速查询编号：“2”

常见故障现象：电流互感器产生过热、内部有放电声或与外壳之间有火花放电现象、外绝缘破裂放电；

操作步骤：立即汇报调度，申请停电处理。随后对故障电流互感器进行隔离，并将该电流互感器的二次侧所接保护及自动装置停用。若电流互感器着火，则在切断电源后，用干粉、1211灭火器灭火

（3）元件名称：避雷器

元件快速查询编号：“3”

常见故障现象：避雷器爆炸、避雷器阀片击穿、避雷器内部闪络、避雷器受潮造成内部故障、避雷器断裂

操作步骤：当发现避雷器爆炸及阀片击穿或内部闪络故障时，运行人员须到现场进行检查，初步判断故障的类别、故障相，巡视避雷器引流线、均压环、外绝缘、放电动作计数器及泄漏电流在线监测装置、接地引下线的状态，向调度及上级部门汇报。不得接触故障避雷器及其附件，若避雷器爆炸已造成接地，须停电更换，禁止用隔离开关停用故障避雷器。

步骤S5、根据步骤S3选取出的抢修设备，调用步骤S4中的历史数据，给出应急抢险策略，基于增强现实技术，在应急抢修作业中进行操作提示以及信息叠加，完成对异常设备的抢修交互。具体步骤为：

步骤S51、系统切换为应急抢修模式，弹出提示框：“设备故障，请选择抢修设备”，根据步骤S3计算得到的抢修先后顺序选择进行抢修设备，如：选择进线柜；

步骤S52、从系统库内调用进线柜相关历史数据，定位到进线柜所在位置，并命令机器人根据路径规划信息，通过箭头导航指引到达目的地；

步骤S53、机器人到达目的地后，停止运动，对该设备进行全面扫描查看，系统弹出提示框：“是否进行进线柜三维模型及增强信息叠加”。增强信息叠加内容即步骤S4中设备属性信息；

步骤S54、叠加信息显示后，系统弹出提示框：“请发送指令命令机器人进行抢修操作”。操作内容包含：断路器拉闸、断开隔离开关、切断避雷器；

步骤S55、机器人操作完毕后机器人停止运动，弹出提示框：“请等待工作人员进一步抢修”。工作人员操作可根据互感器故障类型分为：接头发热→拧紧端子或将端子短路；保险熔断→更换保险，断路器合闸。

应急抢修作业结束后，参考火源起因评估，对现场进行检查，排除其他火灾隐患，防止遗漏，造成再次事故，同时保护好现场，以便查清事故原因。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims

1.一种配电室应急机器人抢修决策方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤S0、通过传感器采集数据；

步骤S2、对采集到的数据进行数据处理；

步骤S5、给出应急抢险策略，并基于增强现实技术，为应急抢险作业提供指导，完成交互抢修任务。

2.如权利要求1所述的一种配电室应急机器人抢修决策方法，其特征在于，通过现场应急机器人传感器以及场景内摄像头实时获取场景感知信息，采集数据包括图像信息、视频信息、温度信息、湿度信息、气体信息、距离信息等。

3.如权利要求1所述的一种配电室应急机器人抢修决策方法，其特征在于，判断各项数据是否在安全范围指标内，设定安全值，低于安全值不开启报警模式，继续采集数据；超出安全值10％及以内低级预警，超出安全值20％及以内中级预警，超出安全值20％以外高级预警。

4.如权利要求1所述的一种配电室应急机器人抢修决策方法，其特征在于，对采集到的数据进行数据处理，如滤波处理和信息融合处理等，确定影响选取抢修设备因素指标。

5.如权利要求1所述的一种配电室应急机器人抢修决策方法，其特征在于，利用层次分析法计算，层次分析法包含三层，底层为方案层，即备选设备；中层为准则层，即影响选取目标的各项因素；上层为目标层，即通过准则层各项影响因素计算得到结果后，从方案层备选设备中选取出优先抢修的目标设备，包含以下步骤：

步骤S31、针对本评价方法中环境温度、巡检机器人与设备的距离、设备重要程度以及过火面积四个基础指标，将其在评估中的权重通过判断矩阵进行初始化；

步骤S32、针对本评价方法中环境温度、巡检机器人距设备的距离、设备重要程度以及过火面积四个基础指标，将各个指标下现场环境中设备的权重进行确定，给定不同指标评估下各台设备抢修的优先级；

步骤S33、针对以上所得到的各指标两两之间的判断矩阵、不同指标下各台设备两两之间的判断矩阵，分别进行一致性检验以满足现实场景的需求

首先，计算一致性指标CI：

其中，

为该判断矩阵的最大特征值，n为该判断矩阵的阶数；

其次，计算一致性比例CR：

步骤S34、根据获得的判断矩阵，分别计算四种指标的权重，现场环境中设备对于各种评价指标的权重，计算各台设备的最终得分，获得设备应急抢修的先后顺序。

6.如权利要求1所述的一种配电室应急机器人抢修决策方法，其特征在于，历史数据包含设备属性信息、设备运行参数信息、场景空间信息、三维模型信息以及常见元件故障处理方法，所述设备属性信息包含设备名称、设备作用、设备组成；所述设备运行参数信息包含：设备工作状态、已工作时长、工作负载以及历史维护信息；所述场景空间信息包含：机器人位置、电力设备位置、路径规划信息；所述三维模型信息包含：各电力设备的三维模型、模型编号、模型格式、模型存储路径；所述常见元件故障处理方法包含元件快速查询编号、常见故障现象以及操作步骤。

7.如权利要求1所述的一种配电室应急机器人抢修决策方法，其特征在于，根据权利要求5选取出的抢修设备，调用权利要求6中的历史数据信息，基于增强现实技术，在应急抢修作业中进行操作提示以及增强信息叠加，完成对异常设备的抢修交互，步骤为：

步骤S51、系统切换为应急抢修模式，并弹出提示框：“设备故障，请选择抢修设备”，根据步骤S3获得的抢修先后顺序选择进行抢修设备；

步骤S52、从系统库内调用设备相关历史数据，定位到设备所在位置，并给出机器人路径规划信息，通过箭头导航指引其到达目的地；

步骤S53、机器人到达目的地后，停止运动，对该设备进行全面扫描查看，并弹出提示框：“是否进行设备三维模型及增强信息叠加”；

步骤S54、叠加信息显示后，并弹出提示框：“请发送指令命令机器人进行抢修操作”；

步骤S55、机器人操作完毕后机器人停止运动，并弹出提示框：“请等待工作人员进一步抢修”。