基于变电站三维实景的机器人特巡平台

叶海峰 麦立 栾喜臣 贾伟 李淼 朱刚刚 吕学增

摘 要：随着集中监控无人值守变电站数量的急增，监控人员对变电站现场实景及设备情况越来越陌生，特别是在变电站设备发生异常及故障情况下，受制于目前视频监视系统的局限性，监控人员缺乏及时可视化查看现场设备状况的必要手段。基于变电站三维实景的机器人特巡平台是通过在三维场景中配合检测机器人巡检位置，从而可以有效定位目标设备，确保检测数据的准确性，为及时掌握设备的运行状况提供可靠信息。

关键词：三维实景 机器人 特巡

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0082-02

1 平台应用背景

随着集中监控无人值守变电站数量的急增，智能机器人代替人工巡检渐成趋势，但伴随而来的是监控人员对变电站现场实景及设备情况越来越陌生，特别是在变电站设备发生异常及故障情况下，受制于目前视频监视系统的局限性，监控人员缺乏及时可视化查看现场设备状况的必要手段。

在变电站运行中，智能机器人的应用确实给变电站巡检工作带来了一些实际便利，同时也存在一些缺陷和不足， 主要表现在：系统相对孤立、难以实现全覆盖、极端环境适应能力不强、难以开展较复杂工作。

基于变电站三维实景的机器人特巡平台是利用激光扫描技术构建三维实景模型，以具备精确三维空间坐标的实景点云呈现精确真实场景与设备部署，消除机器人巡检系统孤立运行的历史，可与安防视频、火灾报警、PMIS系统等实现数据关联和共享，实现多系统的异常联动的功能。平台展示SCADA系统、在线监测系统、安消防系统、视频监视系统、机器人巡检系统等数据信息，实现调控人员远方执行日常巡检、特巡或故障设备可视化查看等工作任务。全方位提高基于机器人的“智慧+”综合巡检各个环节的信息感知深度和广度，由此形成智能电力大数据融合承载以及结构化数据展示，最终实现“智慧+”变电站的一体化、智能化综合巡检应用能力。

变电站设备长期处于运行状态下，为了确保电气设备的安全稳定运行，及时发现设备的缺陷或隐患，积累状态检修原始数据，往往要求现场运行人员定期或不定期对现场设备进行巡视检查或采用红处线测温手段对设备状态进行监。目前，系统内各变电站上述两项工作大部分由现场运行人员完成，采用人工模式，手工抄录，工作量大，且受环境因素、人员素质等各方面的影响，容易造成巡视不到位，核对不到位情况发生，巡视效率和质量往往达不到预期效果。基于变电站三维实景的机器人特巡平台可以自动记录巡视路线及巡视结果，可以高效地进行文件管理和搜索。

机器人巡检由于运动控制精度、导航停靠精度的限制，对于具体检测点的被检设备，机器人不可能每次都能完全对准目标；同时由于观测距离的不同，一次可能会检测到多个设备，从而影响整个检测结果。通过在三维场景中配合检测位置，可以有效定位目标设备，确保检测数据的准确性，为及时掌握设备的运行状况提供可靠信息。

2 平台技术实现

第一步：建立机器人二维激光地图和三维场景之間的转换关系，以3点确定一个基准面的方式，在二维激光地图中选择3个点，在三维场景中选择同坐标的3个点；匹配关联，如此：可实现在三维场景的任意x、y、z坐标转换为机器人二维激光地图中的x、y点。

第二步：拿到所有的机器人的巡检点的xy坐标，同步转换为三维的x、y、z坐标并记录，统称为三维巡检库。

第三步：执行机器人特巡流程，三维场景中选中xyz坐标执行特巡任务->判定该点是否为在三维巡检库中 -> 如果在则执行流程3，不在则以当前点xyz坐标找到最近的巡检点。

高精度三维激光雷达扫描设备，可以对真实场景合成高逼真度彩色（RGB）点云，将现实中的物质抽象为真实物质形态，可以准确地计算出每一个地面光斑的座标X，Y，Z，将现实场景按1∶1的比例还原，见图1。

3 平台功能

3.1 三维建模覆盖

三维建模覆盖变电站室外所有电气设备、塔架、导线、端子箱等，室内则主要针对保护室各类柜屏等，实景展现应细化到设备铭牌、标识、各类表计等，全视角操作流畅，画面清晰逼真，立体感强，无锯齿、变形等。

3.2 展示机器人运行状态

当前是行走还是停止：

（1）充电状况：当前是否处于充电状态、当前电量、电量过低预警。

（2）实时数据：车速、环境温度、车体温度、风速等。

（3）超声停障：超声探测障碍物与停止行走告警。

（4）通讯状态：基站和移动站、基站和红外热像仪之间通讯状态。

（5）机器人识别的温度、压力表、油位等。

（6）机器人拍摄的可见光和热红外图片数据。

（7）机器人采集的声音数据。

（8）机器人巡检对象的SCADA数据、图像系统数据以及在线监测系统数据。

（9）设备的多系统巡检数据对比分析查看以及生成多系统巡检报告。

3.3 巡检任务查看

查看已有巡检任务和相关的巡检点信息：

（1）执行手动巡检：给机器人下发手动巡检任务，可针对某个任务执行特巡操作。

（2）任务执行状态反馈：机器人巡检中途遇到障碍时，反馈执行状态信息。

（3）巡检异常展示：机器人巡检过程中发现异常设备，立即直观告警。

（4）数据导出：机器人拍摄的热红外图像和可见光图像可以导出。

3.4 工业视频图像监控

将视频监控摄像机按照真实场景中的位置在三维实景中展示，迅速进行设备关联绑定，方便调控人员直观、高效地查找所需视频图像。

为精确定位展示断路器分合指示、隔离开关分合状态、主变油温、SF6压力表等，现场通过立杆、上墙、柱上绑定等方式，对主变等重要设备间隔扩充高清视频布点范围，以弥补现有视频系统的监视盲区。

4 平台应用意义

融合智能机器人巡检技术的三维实景平台在系统功能方面立足变电站智能化管理和安全运行的实际情况，以解决电力机器人巡检系统相对孤立，难以做到场景全覆盖，系统适应能力不强，难以承担较复杂巡检任务的难题。为提高智能机器人的操控友好性、直观性，提高机器人使用效率以及对机器人巡检数据的深度挖掘做出了贡献。同时，面向数据融合，克服过去各系统数据条块分割、人工关联的弊端，从变电站监控指挥、运行诊断、检修操作等实际使用的角度出发，实现变电运行设备数据准确及时的采集，电气设备、各种监控装置等真实位置场景及实时状态进行直观、立体、逼真的集中再现及变电站巡检机器人巡检巡视的漫游、数据记录、外观记录、巡检分析报告录入等数据的直观统一，为智能电力的智能物联网奠定坚实的平台基础。

参考文献

[1] 毛琛琳，张功望，刘毅.智能机器人巡检系统在变电站中的应用[J].电网与清洁能源，2009，25（9）：30-32.