CN210757743U - 一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，包括机器人远程集控后台、本地监控后台、巡视机器人、转运车辆，通过部署在设备状态监测评价中心的集控子站系统交换机与多个部署在不同变电站的巡视机器人交互数据，指挥巡视机器人在不同的变电站内巡视设备状态。本实用新型率先建立了可靠、统一、具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，实现了巡视机器人在不同户外式变电站之间调配使用，破解了应用范围、覆盖站点有限等瓶颈，显著提高了巡视机器人的使用效率，降低巡视工作的人力物力成本，适于在电网企业内推广应用。

Description

一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统

技术领域

本实用新型涉及电力设备状态监测评价技术领域，具体涉及“一机多用”的具备物理实体边缘计算能力的变电站无轨式巡视作业机器人系统。

背景技术

变电站是电力系统的核心枢纽，巡视站内设备是保证系统安全、设备安全运行的基本措施。随着电力系统稳定性的要求不断提高，人工巡视模式存在劳动强度大、任务重等缺点，凸显出不适应透明电网发展趋势的客观问题。

针对上述情况，国内电网企业均提出了实现“机巡+人巡”探索应用智能作业的新目标，旨在通过研制灵活搭载多种类、高性能、高精度传感器的智能机器人，推动向“装备智能化、运行智慧化”转型升级，缓解结构性缺员压力，提升生产运行质量和设备健康水平。特别是《中国制造2025》规划，明确将工业机器人列入大力推动突破发展十大重点领域之一，促进机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用，这将有力促进机器人新兴市场的成长。国际机器人联合会统计数据显示，我国机器人市场规模在2012年至2017年的平均增长率（31.1%）高于全球增长率（17%），工业机器人密度也达到了88台/万人，但目前亟待实现数字化、网络化、智能化的开放式资源共享平台，促进机器人技术的推广落地。为更好地推广应用巡视机器人，电网企业纷纷着手研发变电站巡视机器人远程集控后台、本地监控后台，并面向多座变电站集中转移应用无轨式巡视机器人。其中，远程集控后台通常部署在省级电网设备状态监测评价中心或电力检修公司，是指用于集中监控、管理多个变电站的变电站机器人巡检系统的计算机系统。而本地监控后台部署在变电站内，是指由计算机（服务器）、无线通信设备、监控分析软件和数据库等组成，安装于变电站本地用于监控机器人运行的计算机系统。由于本地监控后台组成部件多，电网企业变电站数量大，如大范围推广应用，则需要高昂的资金投入，阻碍巡视机器人技术进一步推广应用。此外，本地监控后台增加机器人巡视信息流转的数据链路节点，而且完全集中化的远程集控后台模式由于在数据传输过程中网络延迟，处理过程中的计算能力限制，能量消耗等缺点，其关键技术无法满足强实时性要求以及大数据量的交互、处理，并导致系统故障概率及维护工作任务答复增加。

当前，全球物联网和无线网络的快速发展推动了移动终端和“边缘计算”的发展，使得网络边缘设备的数量迅速增加，从而产生了海量的实时数据。通过将应用、数据和服务从机器人远程集控后台这类集中式节点推向网络边缘，在巡视机器人这类网络边缘处理数据，边缘计算能够有效缩短响应时间，提高处理效率并降低网络压力，从而满足实时性要求。鉴于此，须针对集约化应用巡视机器人的痛点难点问题，研发可部署在省级电网设备状态监测评价中心的巡视机器人集中转移应用系统，完善巡视机器人转运应用管理模式，利用转运车辆充分发挥巡视机器人的效能，进而为实现设备统一信息平台管理和全方面实时监测与展现提供技术支撑。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，具体技术方案如下：

一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，包括巡视机器人、转运车辆、机器人室、远程集控后台；所述巡视机器人以NVIDIA生产的Tegra Parker系列的6核处理器作为主控芯片，并搭载红外热成像传感器、可见光传感器、微气象传感器、无线通信终端；

所述巡视机器人部署在变电站并在设备状态监测评价中心所辖不同变电站之间转移应用，用于对变电站内的设备进行可见光检测、红外检测、微气象检测，并通过搭载的无线通信终端与远程集控后台交互数据；

所述主控芯片以Tegra Parker为核心，搭配8吉字节的LPDDR4型内存，32吉字节容量的e MMC闪存，作为Soc架构的边缘计算平台；

所述机器人室部署在变电站主控楼附近，用于为巡视机器人提供充电服务；

所述转运车辆部署在变电站停车场内，用于搭载巡视机器人在不同变电站之间转移；

所述机器人远程集控后台部署在省级电网设备状态监测评价中心，用于监控、管理巡视机器人的巡检情况并归集、存储巡视机器人的检测数据；

所述巡视机器人与远程集控后台通过无线通信专网连接。

优选地，所述红外热成像传感器采用非制冷焦平面微热型探测器，镜头焦距为18至39毫米，波长范围为8至14.5微米；所述可见光传感器采用高清摄像机，镜头焦距为4.5至140毫米、30倍光学变倍；所述微气象传感器采用温湿度计，温度测量范围是-40到+125摄氏度、湿度测量范围是相对湿度0至100%；所述无线通信终端选用1.8吉赫兹CPE型或者230兆赫兹嵌入式CPE型无线通信终端。

优选地，所述远程集控后台包括交换机、数据库服务器、目录服务器、应用服务器、无线通信基站；

所述交换机部署在设备状态监测评价中心信息机房内，用于通过电力综合数据网连接数据库服务器、目录服务器、应用服务器；

所述数据库服务器部署在设备状态监测评价中心的信息机房内，用于通过交换机采集和存储巡视机器人的检测数据，为应用服务器提供数据服务；

所述目录服务器部署在设备状态监测评价中心的信息机房内，用于存储设备状态监测评价中心所属不同变电站的电子地图以及巡检区域、巡检路径、巡检任务点、巡检设备、巡检项目，并为应用服务器提供数据服务；

所述应用服务器部署在设备状态监测评价中心的信息机房内，用于集中监控、管理巡视机器人；

所述无线通信基站部署在设备状态监测评价中心的通信机房内，用于通过基于LTE技术的无线通信专网与巡视机器人交互数据、指令；

所述应用服务器分别与交换机、数据库服务器、目录服务器、无线通信基站通过光纤连接，所述数据库服务器、目录服务器分别与交换机通过光纤连接。

优选地，所述应用服务器配置有4颗8核Xeon E7 V4 系列CPU。

优选地，所述数据库服务器、目录服务器分别配置有4颗10核Xeon E7 V4系列CPU。

优选地，所述交换机配置有24个10/100/1000兆字节自适应电口。

优选地，所述无线通信基站可选用1.8吉赫兹频段的TD-LTE型、230兆赫兹频段的LTE230型无线通信基站设备。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供了一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，包括机器人远程集控后台、本地监控后台、巡视机器人、转运车辆，通过部署在设备状态监测评价中心的集控子站系统交换机与多个部署在不同变电站的变电站交换机交互数据，指挥巡视机器人在不同的变电站内巡视设备状态。本实用新型率先建立了可靠、统一、具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，实现了巡视机器人在不同户外式变电站之间调配使用，破解了应用范围、覆盖站点有限的瓶颈，显著提高了巡视机器人的使用效率，降低巡视工作的人力物力成本，适于在电网企业内推广应用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，包括巡视机器人、转运车辆、机器人室、远程集控后台；

所述巡视机器人部署在变电站并在设备状态监测评价中心所属不同变电站之间转移应用，用于对变电站内的设备进行可见光检测、红外检测、微气象检测，并与远程集控后台交互数据；

所述机器人室部署在变电站主控楼附近，用于为巡视机器人提供充电服务；

所述转运车辆部署在变电站停车场内，用于搭载巡视机器人在不同变电站之间转移；

所述机器人远程集控后台部署在省级电网设备状态监测评价中心，数量为1套，用于监控、管理巡视机器人的巡检情况并归集、存储巡视机器人的检测数据；

所述巡视机器人与远程集控后台通过无线通信专网连接。

所述巡视机器人以NVIDIA生产的Tegra Parker系列的6核处理器作为主控芯片，并搭载红外热成像传感器、可见光传感器、微气象传感器、无线通信终端。

所述主控芯片以Tegra Parker为核心，搭配8吉字节的LPDDR4型内存，32吉字节容量的e MMC闪存，作为Soc架构的边缘计算平台。所述红外热成像传感器采用非制冷焦平面微热型探测器，镜头焦距为18至39毫米，波长范围为8至14.5微米；所述可见光传感器采用高清摄像机，镜头焦距为4.5至140毫米、30倍光学变倍；所述微气象传感器采用温湿度计，温度测量范围是-40到+125摄氏度、湿度测量范围是相对湿度0至100%；所述无线通信终端选用1.8吉赫兹CPE型或者230兆赫兹嵌入式CPE型无线通信终端。其中1.8吉赫兹CPE型无线通信终端支持1785至1805兆赫兹工作频率范围，该频段对应的频段号规定为59；230兆赫兹嵌入式CPE型无线通信终端支持223.025至235兆赫兹工作频率范围，发射功率为23±2dBm。巡视机器人可选用S-RB-ZX-A100、DL-RC63、LER-3000A、GZRobot-patrol-Ⅲ、LC-GR1000、XRS004S六种型号中的一种类型机器人。巡视机器人最大行驶速度为2.2米每秒，行走定位误差不大于1.5厘米。

机器人室采用交流220伏特±20%、50赫兹电源供电，3孔插头，线长1米。

转运车辆采用四轮驱动模式，货箱形式为栏板式，货箱体积为1.80×1.55×1.05米，并可同时搭载2台巡视机器人在设备状态监测评价中心所属不同变电站之间转移。

巡视机器人部署在变电站并在各供电局巡维中心所属的不同变电站之间转移应用，数量为不大于80台，用于对变电站内的设备进行可见光检测、红外检测、微气象检测，并通过本地后台无线基站与本地监控后台交互数据。

转运车辆部署在变电站，用于搭载巡视机器人在各供电局巡维中心所属的不同变电站之间转移，可同时搭载2台巡视机器人，数量为不大于80台。

所述远程集控后台包括交换机、数据库服务器、目录服务器、应用服务器、无线通信基站；

所述交换机部署在设备状态监测评价中心信息机房内，数量为1套，用于通过电力综合数据网连接数据库服务器、目录服务器、应用服务器；

所述数据库服务器部署在设备状态监测评价中心的信息机房内，数量为1套，用于通过交换机采集和存储巡视机器人的的可见光、红外热成像、温湿度检测数据，为应用服务器提供数据服务；

所述目录服务器部署在设备状态监测评价中心的信息机房内，数量为1套，用于存储设备状态监测评价中心所属不同变电站的电子地图以及巡检区域、巡检路径、巡检任务点、巡检设备、巡检项目，并为应用服务器提供数据服务；

所述应用服务器部署在设备状态监测评价中心的信息机房内，数量为1套，用于信息交互、指令交互、状态分析、路径分析、发布电子地图，通过无线通信基站实现集中监控、管理巡视机器人；

所述无线通信基站部署在设备状态监测评价中心的通信机房内，数量为1套，用于通过基于LTE技术的无线通信专网与巡视机器人交互数据、指令；

所述应用服务器分别与交换机、数据库服务器、目录服务器、无线通信基站通过光纤连接，所述数据库服务器、目录服务器分别与交换机通过光纤连接。交换机与本地监控后台的变电站交换机连接。

远程集控后台的应用服务器配置有4颗8核Xeon E7 V4 系列CPU，支持超线程，缓存不小于25兆字节，原始主频不小于1.9吉赫兹；内存配置为不小于128吉字节的DDR4型内存，最大内存插槽总数不小于64；硬盘配置为4块600吉字节、10000转/分钟的串行连接SCSI硬盘；网卡配8个独立10/100/1000M-BaseT的以太网口。应用服务器还可作为人机交互Web应用设备，可远程监控2台巡视机器人，并用于巡检的任务、数据、报表及监测数据历史曲线等查询和分析。

远程集控后台的数据库服务器、目录服务器分别配置有4颗10核Xeon E7 V4系列CPU，支持超线程，缓存不小于20兆字节，原始主频不小于2.0吉赫兹；内存配置为不小于128吉字节的DDR4型内存，最大内存插槽总数不小于64；硬盘配置为2块600吉字节、10000转/分钟的串行连接SCSI硬盘。

远程集控后台的交换机配置有16个10/100/1000兆字节自适应电口，交换容量不小于150兆位/秒，二、三层包转发能力不小于95兆位/秒。

无线通信基站可选用1.8吉赫兹（1785-1805兆赫兹）频段的TD-LTE型、230兆赫兹频段的LTE230型无线通信基站设备。

当远程集控后台的无线通信基站采用选用1.8吉赫兹频段的TD-LTE型无线通信基站设备时，采用室内基带处理单元（Base Band Unit，BBU）+射频拉远单元（Remote RaidoUnit，RPU）分布式架构，支持的频段为1785至1805兆赫兹，子载波间隔为15千赫兹，基站需支持1.4兆赫兹、3兆赫兹、5兆赫兹、10兆赫兹和20兆赫兹的工作带宽。无线通信基站单通道正常工作发射功率最大不低于12瓦（36通道配置）或20瓦（18通道），并支持以1dB的颗粒度调整发射功率。

当远程集控后台的无线通信基站选用230兆赫兹频段的LTE230型无线通信基站设备时，采用室内基带处理单元（Base Band Unit，BBU）+射频拉远模块（Remote Raido Unit，RPU）分布式架构，支持的频段为223.025至235兆赫兹，频率间隔为25千赫兹。无线通信基站单通道正常工作发射功率最大不低于6瓦。

在本实施中，远程集控后台与巡视机器人之间的数据交互关系、扩展接口满足《变电站机器人巡检系统扩展接口技术规范》（T/CEC 159）《电力无线专网技术规范》（Q/CSG1204022-2017）的要求，机器人远程集控后台的功能要求、性能指标满足《变电站机器人巡检系统集中监控技术导则》（T/CEC 160）的要求。远程集控后台中的交换机、应用服务器、数据库服务器、目录服务器、交换机、无线通信基站的配置、设置、分区要求满足《电力监控系统安全防护管理办法》（Q/CSG212001）《电力监控系统安全防护技术规范》（Q/CSG1204009）《220kV～500kV变电站计算机监控系统技术规范》（Q/CSG1203029）规定。

在具体安装部署过程中，首先将应用服务器、数据库服务器、目录服务器、交换机部署在设备状态监测评价中心的信息机房内屏柜内，数量是有且仅有一套。其次，将无线通信基站部署在设备状态监测评价中心通信机房屏柜内，经身份鉴别、数据加密后远程归集巡视机器人采集的数据，并进行远程监控。再次，将巡视机器人搭载在转运车辆内，使之按既定的工作计划在省级电网所属的不同变电站之间转移运用，巡视变电站内的高压电气设备。巡视机器人的运行模式分为遥控或全自主两种模式，巡视区域分为500千伏区域、220千伏区域、110千伏区域、35千伏区域、主变区域和其他区域，巡视类型分为正常巡检、特殊巡检、故障巡检。

1至2名设备巡维中心的工作人员（至少1名是兼职驾驶员）通过转运车辆将巡视机器人搭载转运至目标变电站，并按照《变电站机器人巡检系统通用技术条件》（DL/T 1610）《变电站机器人巡检技术导则》（DL/T 1637）《110kV及以上变电站运行管理标准》（Q/CSG211021）等相关要求使用巡视机器人完成巡视设备、跟踪缺陷、应急处置等工作任务。首先，巡维中心的工作人员登录远程监控系统，根据巡检时间、周期、路线、目标、类型（红外、可见光等）等灵活定制任务，并根据巡检机器人所在变电站的情况，将巡视指令、电子地图、任务点等相关数据通过无线通信基站发送至巡视机器人，巡视机器人按照接收的任务完成巡检任务。在此期间，工作人员根据巡视机器人巡视结果分析判断一次设备状态的作业标准是外观正常、信号指示正常、表计指示在合格范围内、二次元件位置在规定的位置，且设备区的杂草、异物、悬挂物；数据库服务器、目录服务器为应用服务器提供数据支持。其次，在跟踪设备缺陷、确认设备操作情况时，巡维中心的工作人员登录远程监控系统，选择部分设备进行巡检，应用服务器在数据库服务器的支持下自动生成最佳巡检路线，并执行定点任务。最后，在应急处置、重大活动或特殊时段保供电等情况下，巡维中心的工作人员登录远程监控系统，通过本地后台工作站手动控制界面，控制巡视机器人执行巡检任务。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，其特征在于：包括巡视机器人、转运车辆、机器人室、远程集控后台；所述巡视机器人以NVIDIA生产的Tegra Parker系列的6核处理器作为主控芯片，并搭载红外热成像传感器、可见光传感器、微气象传感器、无线通信终端；

所述巡视机器人部署在变电站并在设备状态监测评价中心所辖不同变电站之间转移应用，用于对变电站内的设备进行可见光检测、红外检测、微气象检测，并通过搭载的无线通信终端与远程集控后台交互数据；

所述主控芯片以Tegra Parker为核心，搭配8吉字节的LPDDR4型内存，32吉字节容量的e MMC闪存，作为Soc架构的边缘计算平台；

所述机器人室部署在变电站主控楼附近，用于为巡视机器人提供充电服务；

所述转运车辆部署在变电站停车场内，用于搭载巡视机器人在不同变电站之间转移；

所述机器人远程集控后台部署在省级电网设备状态监测评价中心，用于监控、管理巡视机器人的巡检情况并归集、存储巡视机器人的检测数据；

所述巡视机器人与远程集控后台通过无线通信专网连接。

2.根据权利要求1所述的一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，其特征在于：所述红外热成像传感器采用非制冷焦平面微热型探测器，镜头焦距为18至39毫米，波长范围为8至14.5微米；所述可见光传感器采用高清摄像机，镜头焦距为4.5至140毫米、30倍光学变倍；所述微气象传感器采用温湿度计，温度测量范围是-40到+125摄氏度、湿度测量范围是相对湿度0至100%；所述无线通信终端选用1.8吉赫兹CPE型或者230兆赫兹嵌入式CPE型无线通信终端。

3.根据权利要求1所述的一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，其特征在于：所述远程集控后台包括交换机、数据库服务器、目录服务器、应用服务器、无线通信基站；

所述交换机部署在设备状态监测评价中心信息机房内，用于通过电力综合数据网连接数据库服务器、目录服务器、应用服务器；

所述数据库服务器部署在设备状态监测评价中心的信息机房内，用于通过交换机采集和存储巡视机器人的检测数据，为应用服务器提供数据服务；

所述目录服务器部署在设备状态监测评价中心的信息机房内，用于存储设备状态监测评价中心所属不同变电站的电子地图以及巡检区域、巡检路径、巡检任务点、巡检设备、巡检项目，并为应用服务器提供数据服务；

所述应用服务器部署在设备状态监测评价中心的信息机房内，用于集中监控、管理巡视机器人；

所述无线通信基站部署在设备状态监测评价中心的通信机房内，用于通过基于LTE技术的无线专网与巡视机器人交互数据、指令；

所述应用服务器分别与交换机、数据库服务器、目录服务器、无线通信基站通过光纤连接，所述数据库服务器、目录服务器分别与交换机通过光纤连接。

4.根据权利要求3所述的一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，其特征在于：所述应用服务器配置有4颗8核Xeon E7 V4 系列CPU。

5.根据权利要求3所述的一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，其特征在于：所述数据库服务器、目录服务器分别配置有4颗10核Xeon E7 V4系列CPU。

6.根据权利要求3所述的一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，其特征在于：所述交换机配置有24个10/100/1000兆字节自适应电口。

7.根据权利要求3所述的一种具备边缘计算能力的巡视作业机器人系统，其特征在于：所述无线通信基站可选用1.8吉赫兹频段的TD-LTE型、230兆赫兹频段的LTE230型无线通信基站设备。

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