CN115922697A - 基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法，用于使机器人能够自动巡视变电站的设备，并通过机器人摄像头拍摄巡检影像，包含步骤：S1、对变电站实景进行1:1三维建模生成变电站三维模型；S2、在变电站三维模型上建立机器人停留点位，以及与各机器人停留点位关联的设备巡视点位；S3、基于各机器人停留点位及其关联的设备巡视点位，生成巡视路线；S4、机器人按照巡视路线执行巡视任务，录制各设备巡视点位的巡检影像并回传；S5、基于回传的巡检影像进行视频图像分析，判定各设备巡视点是否存在缺陷。本发明基于数字孪生技术，实现了机器人的自动巡视，提高了变电站巡检智慧化程度，降低了人工运维成本，提升了设备巡检效率。

Description

基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法

技术领域

本发明涉及电力设施维护领域，特别涉及一种基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法。

背景技术

变电站传统设备巡检普遍采用人工巡视、手工纸介质记录的工作方式，该方式存在着人为因素多、管理成本高、无法准确考核巡检人员工作状态等明显缺陷。为解决以上问题，目前已有科研单位制造出巡检机器人替代人工执行巡检任务，但是巡检机器人需要人工实时控制行进路线以及转向角度，从而增大了巡检机器人使用方的技术难度以及人员成本。

发明内容

本发明提供的一种基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法，基于数字孪生技术，实现了机器人的自动巡视，提高了变电站巡检智慧化程度，降低了人工运维成本，提升了设备巡检效率。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法，用于使机器人能够自动巡视变电站的设备，并通过机器人摄像头拍摄巡检影像，包含步骤：

S1、对变电站实景进行1:1三维建模生成变电站三维模型；

S2、在所述变电站三维模型上建立机器人停留点位，以及与各所述机器人停留点位关联的设备巡视点位；

S3、基于各所述机器人停留点位及其关联的设备巡视点位，生成巡视路线；

S4、机器人按照所述巡视路线执行巡视任务，录制各所述设备巡视点位的巡检影像并回传；

S5、基于回传的所述巡检影像进行视频图像分析，判定各所述设备巡视点是否存在缺陷。

可选地，所述变电站三维模型包括该变电站内的建筑布局、所有实体设备及机器人的三维模型，所述变电站三维模型与变电站实景的三维空间位置坐标具有一一映射关系，生成的所述变电站三维模型在显示终端显示。

可选地，步骤S2包括：

S21、选择变电站内其中一个巡视设备，所述变电站三维模型跳转至所述巡视设备的三维模型；

S22、在所述巡视设备的三维模型上选择若干个设备巡视点位；

S23、在机器人巡视通道上选择一个对各所述设备巡视点位最佳的观察点位作为机器人停留点位，并将所述机器人停留点位与步骤S22中的各设备巡视点位建立关联映射；

S24、重复步骤S21～S23，直至完成变电站内所有的巡视设备的选择，生成该变电站内全部的机器人停留点位及与各机器人停留点位关联的设备巡视点位。

可选地，步骤S3包括：

S31、按照机器人的走行顺序，基于各所述机器人停留点位的位置、以及与各所述机器人停留点位关联的设备巡视点位的位置，对各所述机器人停留点位及其关联的设备巡视点位配置巡视顺序号；

S32、按照所述巡视顺序号的顺序，将各所述机器人停留点位及其关联设备巡视点位串联起来生成巡视路线。

可选地，步骤S4包括：

S41、机器人按照所述巡视路线，依序停留在各所述机器人停留点位；

S42、机器人按照所述巡视路线，依次解析与当前机器人停留点位关联的各设备巡视点位的空间位置信息，通过摄像头转向角度算法，自动控制机器人摄像头录制各所述设备巡视点位，获得巡检影像；

S43、机器人将所述巡检影像实时回传至显示终端；

S44、重复步骤S41～S43，直至按照所述巡视路线完成全部巡视任务。

可选地，步骤S41中，机器人按照所述巡视顺序号依次解析各机器人停留点位的空间位置信息，控制机器人的巡视轨迹，自动停在各所述机器人停留点位。

可选地，步骤S42中，当机器人到达所述机器人停留点位准备对其进行巡视时，机器人基于所述设备巡视点位的空间位置坐标、机器人摄像头位置坐标和摄像头当前旋转角度信息，通过摄像头转向角度算法，计算出机器人摄像头的转向角度。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法，具有如下有益效果：

基于数字孪生技术，对变电站实景进行1:1三维模型还原，通过配置机器人巡视路线以及机器人摄像头转向角度算法，进行机器人的自动巡视，提高了变电站巡检智慧化程度，降低了人工运维成本，提升了设备巡检效率。

附图说明

图1为本发明的基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法的其中一个实施例的流程图；

图2为本发明的机器人摄像机三维笛卡尔坐标轴的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本发明中，诸如和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明确列出的要素，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。

结合附图1～2，本发明提供一种基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法，基于数字孪生技术配置机器人的巡视路线，使机器人能够自动巡视并拍摄巡检影像；如附图1所示，包含步骤：

S1、对变电站实景进行1:1三维建模生成变电站三维模型；

其中，变电站三维模型包括该变电站内的建筑布局、所有实体设备及机器人的三维模型，变电站三维模型与变电站实景的三维空间位置坐标具有一一映射关系，生成的变电站三维模型在显示终端显示。

S2、在变电站三维模型上建立机器人停留点位，以及与各机器人停留点位关联的设备巡视点位；包括步骤：

S21、在显示终端选择变电站内其中一个巡视设备，变电站三维模型跳转至该巡视设备的三维模型；

S22、在该巡视设备的三维模型上选择若干个设备巡视点位；

S23、在机器人巡视通道(供机器人通行的通道)上选择一个对各设备巡视点位最佳的观察点位作为机器人停留点位，并将该机器人停留点位与步骤S22中的各设备巡视点位建立关联映射；

S24、重复步骤S21～S23，直至完成变电站所有的巡视设备的选择，生成该变电站内全部的机器人停留点位及与各机器人停留点位关联的设备巡视点位。

S3、基于各机器人停留点位及其关联的设备巡视点位，生成巡视路线；包括步骤：

S31、按照机器人的走行顺序，基于各机器人停留点位的位置、以及与各机器人停留点位关联的设备巡视点位的位置，对各机器人停留点位及其关联的设备巡视点位配置巡视顺序号；

S32、按照巡视顺序号的顺序，将各机器人停留点位及其关联设备巡视点位串联起来生成巡视路线。

S4、机器人按照巡视路线执行巡视任务，录制各设备巡视点位的巡检影像并回传；包括步骤：

S41、机器人按照巡视路线，依序停留在各机器人停留点位；

机器人按照巡视顺序号依次解析各机器人停留点位的空间位置信息，控制机器人的巡视轨迹，自动停在各机器人停留点位。

S42、机器人按照巡视路线，依次解析与当前机器人停留点位关联的各设备巡视点位的空间位置信息，通过摄像头转向角度算法，自动控制机器人摄像头录制各设备巡视点位，获得巡检影像；

其中，当机器人按照巡视顺序号到达某一机器人停留点位准备对某个设备巡视点位进行巡视时，机器人基于该设备巡视点位的空间位置坐标、机器人所搭载的摄像头位置坐标和摄像头当前旋转角度信息，通过摄像头转向角度算法，计算出机器人摄像头的转向角度，从而自动控制机器人摄像头指向该设备巡视点位进行影像录制获得巡检影像；其中，所述摄像头转向角度算法基于现有技术的向量角度等算法计算得到。

作为举例说明，本实施例提供一种机器人摄像头转向角度算法，用于在机器人摄像头初始化后，计算使机器人摄像头的发射点A对准某一设备巡视点位B的摄像头转向角度，包括步骤：

A1、初始化；

根据机器人摄像机模型配置文件动态加载模型及初始化摄像机；

A2、如附图2所示，判断机器人摄像机能否看到该设备巡视点位B，如能够看到则进入步骤A3；

实现原理：基于机器人所搭载的摄像头的发射点A和该设备巡视点位B，两点之间拉一条射线，若起点到终点中间有其它物体隔挡则不可视，如果没有则可视；

A3、获取机器人摄像机三维模型的三维笛卡尔坐标(X，Y，Z)各轴朝向；包括步骤：

A31、通过模型矩阵元素归一化获取机器人摄像机三维模型z轴朝向，摄像机初始化后y轴默认朝向为垂直向上；

A32、基于z轴和y轴朝向，通过叉乘获得x轴朝向；

A4、计算摄像头转向角度；包括步骤：

A41、基于机器人摄像机三维模型的三维笛卡尔坐标轴，构建出机器人摄像机发射点A至设备巡视点位B的向量A2B；

A42、计算摄像头转向的水平角：向量A2B做xoz面投影得出OB向量，再使用点乘求OB和z轴的夹角，即得水平角；

A43、计算摄像头转向的俯仰角：当计算出的水平角绝对值大于45°时，向量A2B做xoy面投影得出AC向量，再使用点乘求AC和y轴的夹角，即得俯仰角；当水平角绝对值小于45°时，向量A2B做yoz面投影得出AD向量，再使用点乘求AD和y轴的夹角，即得俯仰角。

S43、机器人将巡检影像实时回传至显示终端；

S44、重复步骤S41～S43，直至完成巡视路线；

S5、基于回传的巡检影像进行视频图像分析，判定各设备巡视点是否存在缺陷，并在显示终端显示。

本发明提供的基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法，基于数字孪生技术，对变电站实景进行1:1三维模型还原，通过配置机器人巡视路线以及机器人摄像头转向角度算法，进行机器人的自动巡视，提高了变电站巡检智慧化程度，降低了人工运维成本，提升了设备巡检效率。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种基于变电站数字孪生技术的智能化机器人自动巡检方法，用于使机器人能够自动巡视变电站的设备，并通过机器人摄像头拍摄巡检影像，其特征在于，包含步骤：

S1、对变电站实景进行1:1三维建模生成变电站三维模型；

S2、在所述变电站三维模型上建立机器人停留点位，以及与各所述机器人停留点位关联的设备巡视点位；

S3、基于各所述机器人停留点位及其关联的设备巡视点位，生成巡视路线；

S4、机器人按照所述巡视路线执行巡视任务，录制各所述设备巡视点位的巡检影像并回传；

S5、基于回传的所述巡检影像进行视频图像分析，判定各所述设备巡视点是否存在缺陷。

2.如权利要求1所述的智能化机器人自动巡检方法，其特征在于，

所述变电站三维模型包括该变电站内的建筑布局、所有实体设备及机器人的三维模型，所述变电站三维模型与变电站实景的三维空间位置坐标具有一一映射关系，生成的所述变电站三维模型在显示终端显示。

3.如权利要求1所述的智能化机器人自动巡检方法，其特征在于，步骤S2包括：

S21、选择变电站内其中一个巡视设备，所述变电站三维模型跳转至所述巡视设备的三维模型；

S22、在所述巡视设备的三维模型上选择若干个设备巡视点位；

S23、在机器人巡视通道上选择一个对各所述设备巡视点位最佳的观察点位作为机器人停留点位，并将所述机器人停留点位与步骤S22中的各设备巡视点位建立关联映射；

S24、重复步骤S21～S23，直至完成变电站内所有的巡视设备的选择，生成该变电站内全部的机器人停留点位及与各机器人停留点位关联的设备巡视点位。

4.如权利要求1所述的智能化机器人自动巡检方法，其特征在于，步骤S3包括：

S31、按照机器人的走行顺序，基于各所述机器人停留点位的位置、以及与各所述机器人停留点位关联的设备巡视点位的位置，对各所述机器人停留点位及其关联的设备巡视点位配置巡视顺序号；

S32、按照所述巡视顺序号的顺序，将各所述机器人停留点位及其关联设备巡视点位串联起来生成巡视路线。

5.如权利要求1所述的智能化机器人自动巡检方法，其特征在于，步骤S4包括：

S41、机器人按照所述巡视路线，依序停留在各所述机器人停留点位；

S42、机器人按照所述巡视路线，依次解析与当前机器人停留点位关联的各设备巡视点位的空间位置信息，通过摄像头转向角度算法，自动控制机器人摄像头录制各所述设备巡视点位，获得巡检影像；

S43、机器人将所述巡检影像实时回传至显示终端；

S44、重复步骤S41～S43，直至按照所述巡视路线完成全部巡视任务。

6.如权利要求5所述的智能化机器人自动巡检方法，其特征在于，

步骤S41中，机器人按照所述巡视顺序号依次解析各机器人停留点位的空间位置信息，控制机器人的巡视轨迹，自动停在各所述机器人停留点位。

7.如权利要求6所述的智能化机器人自动巡检方法，其特征在于，

步骤S42中，当机器人到达所述机器人停留点位准备对其进行巡视时，机器人基于所述设备巡视点位的空间位置坐标、机器人摄像头位置坐标和摄像头当前旋转角度信息，通过摄像头转向角度算法，计算出机器人摄像头的转向角度。

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