丁寧 陳波 蔡鈞宇 譚文正

摘 要：本項(xiàng)目研究一種基于具有視覺識(shí)別功能的自動(dòng)巡線機(jī)器人，以及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)集中監(jiān)控服務(wù)，構(gòu)成電力生產(chǎn)部門嵌入式智慧集控模式。系統(tǒng)具有現(xiàn)場(chǎng)采集圖像信息、信號(hào)故障自動(dòng)識(shí)別、故障報(bào)警、區(qū)域溫度報(bào)警、趨勢(shì)分析及報(bào)警、自動(dòng)生成巡檢報(bào)告功能。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；智能巡檢；實(shí)施方案

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）24-0086-02

Abstract： This project studies a kind of automatic inspection robot with vision recognition function and corresponding data centralized monitoring service， which forms embedded intelligent centralized control mode in power production department. The system has the functions of collecting image information on the spot， automatic identification of signal faults， fault alarm， regional temperature alarm， trend analysis and alarm， automatic generation of inspection report.

Keywords： robot； intelligent inspection； implementation scheme

引言

視頻監(jiān)控很早已被引入電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)視中。早期利用“遙視”和機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)環(huán)境中圖像監(jiān)測(cè)，只實(shí)現(xiàn)了圖像、聲音信號(hào)的數(shù)字化以及遠(yuǎn)距離傳送，為解決生產(chǎn)環(huán)境中遠(yuǎn)程多媒體監(jiān)控系統(tǒng)提供了全面的技術(shù)支持。但是缺乏對(duì)信息進(jìn)行處理的功能，不能對(duì)監(jiān)控目標(biāo)進(jìn)行智能化的主動(dòng)識(shí)別分析，需要操作員隨時(shí)觀察分析圖像，無(wú)形中增加了調(diào)度人員的負(fù)擔(dān)[1]。另外，人工判斷具有主觀性，人眼容易疲勞，很難達(dá)到電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的要求。并在一定程度上忽略了事后對(duì)事故發(fā)展的準(zhǔn)確判斷并降低了對(duì)事故處理的快速反應(yīng)能力。延誤了排除缺陷的時(shí)間，影響了售電量和服務(wù)承諾。[2]

圖像分析技術(shù)可從根本上解決目前電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)中存在的一些實(shí)際問題。智能化巡檢設(shè)備可實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化信息紀(jì)錄并對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析， 可以有效的提高規(guī)范程度和真實(shí)性。既克服了傳統(tǒng)巡檢管理中存在的各種弊端， 同時(shí)又加強(qiáng)了傳統(tǒng)巡檢工作所追求的效果。[3]

本方案設(shè)計(jì)具有視覺識(shí)別功能的智能巡檢機(jī)器人和相關(guān)巡檢信息管理系統(tǒng)?？稍O(shè)置智能巡檢機(jī)器人按時(shí)按指定路線在現(xiàn)場(chǎng)巡檢。智能巡檢機(jī)器人識(shí)別待檢測(cè)區(qū)域設(shè)備，通過(guò)高清攝像機(jī)采集圖像，識(shí)別出設(shè)備類型和當(dāng)前狀態(tài)，判斷設(shè)備運(yùn)行情況。識(shí)別出故障后，給出告警信號(hào)。對(duì)有故障趨勢(shì)的設(shè)備，給出預(yù)警信號(hào)。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 整體框架圖（見圖1）

2.2 主要實(shí)現(xiàn)的功能

（1）研究實(shí)現(xiàn)利用工業(yè)相機(jī)實(shí)時(shí)采集的圖像定位各種數(shù)顯及動(dòng)圈儀表監(jiān)測(cè)設(shè)備，并獲取儀表圖像信息，通過(guò)圖像識(shí)別，分析監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)讀數(shù)，在儀表讀數(shù)發(fā)生異常時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。（2）集中上傳巡檢中采集的數(shù)據(jù)結(jié)果，分析數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，對(duì)有故障趨勢(shì)的設(shè)備，給出預(yù)警信號(hào)。（3）研制輪式機(jī)器人，具有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控功能。機(jī)器人系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程遙控以及溫度濕度監(jiān)測(cè)功能。（4）建設(shè)智能巡檢信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行管理中現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備信息采集分析和數(shù)據(jù)集中監(jiān)控服務(wù)器的信息機(jī)房嵌入式智慧集控模式。

2.3 主要研究?jī)?nèi)容

（1）研制輪式現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控機(jī)器人系統(tǒng)，具有遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程遙控以及溫度濕度監(jiān)測(cè)功能。（2）巡檢機(jī)器人的工業(yè)相機(jī)定位獲取各種監(jiān)控設(shè)備圖像，基于計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，對(duì)采集的圖像進(jìn)行圖像處理、自動(dòng)識(shí)別所需信息，自動(dòng)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。（3）設(shè)計(jì)相關(guān)信息管理系統(tǒng)，存儲(chǔ)和查詢檢測(cè)數(shù)據(jù)，管理設(shè)備基本信息、機(jī)柜基本信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)包括智能巡檢機(jī)器人。還包括后臺(tái)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)通訊等設(shè)備。

智能巡檢機(jī)器人和主控室的控制端軟件協(xié)同實(shí)現(xiàn)智能巡檢功能。智能巡檢機(jī)器人為輪式移動(dòng)機(jī)器人，具有巡線、遙控等移動(dòng)方式。巡線方式是按照事先標(biāo)記的線路移動(dòng)，在特定位置停留并測(cè)量數(shù)據(jù)，并可以設(shè)置按時(shí)巡檢。智能巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀取儀表讀數(shù)、顯示巡檢結(jié)果、操作員確認(rèn)結(jié)果、趨勢(shì)分析、各事故報(bào)警等巡檢功能。

4 信息處理功能

以智能設(shè)備為基礎(chǔ)的智能巡檢系統(tǒng)，包含以下關(guān)鍵信息的計(jì)算和處理：圖像識(shí)別、趨勢(shì)判斷、巡檢數(shù)據(jù)記錄、信息系統(tǒng)管理。

4.1 圖像識(shí)別

智能巡檢系統(tǒng)中，圖像識(shí)別技術(shù)部分是系統(tǒng)的核心技術(shù)，分為四部分：儀表刻度識(shí)別和設(shè)備編號(hào)二維碼識(shí)別。

根據(jù)在電廠的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，電廠儀表盤分為5大類：液柱、電子表、指針表、油壺、液晶屏。

不同的儀表盤，計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別特征不同，因此設(shè)計(jì)不同的圖像分析識(shí)別算法來(lái)識(shí)別不同類型的儀表盤讀數(shù)。研究每種類型儀表盤的表盤布局、刻度范圍、指針位置和移動(dòng)等特點(diǎn)，運(yùn)用圖像識(shí)別理論和開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)不同算法程序。

所有圖像識(shí)別算法程序配置在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用服務(wù)器中運(yùn)行。應(yīng)用服務(wù)器獲得智能巡檢機(jī)器人拍攝的儀表盤圖像后，通過(guò)圖像識(shí)別算法分析圖像，識(shí)別出當(dāng)前儀表盤讀數(shù)。

所有巡檢觀測(cè)的生產(chǎn)設(shè)備，基本信息不同，包括設(shè)備位置、設(shè)備類型、測(cè)量值安全范圍、測(cè)量值單位等。數(shù)據(jù)中心記錄所有基本信息，在巡檢過(guò)程中，巡檢機(jī)器人和巡檢控制臺(tái)程序通過(guò)基本信息獲得被檢測(cè)設(shè)備特征。設(shè)備特征通過(guò)設(shè)備編號(hào)唯一標(biāo)識(shí)。巡檢系統(tǒng)安裝階段，為所有巡檢觀測(cè)設(shè)備安裝設(shè)備編號(hào)二維碼。智能巡檢機(jī)器人通過(guò)識(shí)別二維碼，獲得編號(hào)，將編號(hào)和被識(shí)別圖像傳至數(shù)據(jù)中心應(yīng)用服務(wù)器。

4.2 趨勢(shì)判斷

除了巡檢獲得的測(cè)量值超出安全范圍發(fā)生故障報(bào)警，智能巡檢系統(tǒng)還會(huì)對(duì)每個(gè)測(cè)量值的變化趨勢(shì)做出分析，預(yù)判可能將要發(fā)生的故障，并給出預(yù)判警報(bào)。

趨勢(shì)判斷功能由數(shù)據(jù)中心趨勢(shì)判斷應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)圖像識(shí)別應(yīng)用服務(wù)或巡檢數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用服務(wù)將巡檢測(cè)量值提交至數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)后，趨勢(shì)判斷應(yīng)用服務(wù)對(duì)每個(gè)測(cè)量值進(jìn)行趨勢(shì)判斷，當(dāng)某一測(cè)量值在定義時(shí)間段內(nèi)，發(fā)生連續(xù)上升或下降變化時(shí)，變化速度或范圍超出經(jīng)驗(yàn)范圍，則生成趨勢(shì)預(yù)判警報(bào)，警報(bào)信息被立即發(fā)送到主控室巡檢控制臺(tái)。

4.3 巡檢數(shù)據(jù)記錄

當(dāng)智能巡檢機(jī)器人在執(zhí)行巡檢過(guò)程中，識(shí)別到設(shè)備編號(hào)二維碼，拍攝儀表等設(shè)備圖像，發(fā)送至數(shù)據(jù)中心圖像識(shí)別應(yīng)用服務(wù)器，該服務(wù)器將識(shí)別的測(cè)量值，作為巡檢測(cè)量數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄標(biāo)注為機(jī)器人自動(dòng)巡檢生成。

4.4 信息管理系統(tǒng)

智能巡檢后臺(tái)信息管理系統(tǒng)具有對(duì)部門、機(jī)柜設(shè)備、巡檢機(jī)器人以及相關(guān)人員的基本信息管理，匯總和分析各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，自動(dòng)生成巡檢報(bào)告等功能。滿足生產(chǎn)運(yùn)行管理中監(jiān)控設(shè)備信息采集分析和數(shù)據(jù)集中監(jiān)控服務(wù)器的嵌入式智慧集控模式。

5 軟件設(shè)計(jì)

智能巡檢系統(tǒng)中軟件功能包括5部分：智能巡檢機(jī)器人軟件部分、圖像識(shí)別應(yīng)用服務(wù)器軟件、趨勢(shì)判斷應(yīng)用服務(wù)器軟件、事故判斷應(yīng)用服務(wù)、信息管理系統(tǒng)服務(wù)器軟件部分。

智能巡檢機(jī)器人除移動(dòng)控制功能外，在主控室的控制端軟件的指揮和配合下，可以完成巡檢工作的自動(dòng)讀取儀表讀數(shù)、顯示巡檢結(jié)果、操作員確認(rèn)結(jié)果、趨勢(shì)分析、各事故報(bào)警等功能。

智能巡檢機(jī)器人和主控室的控制端軟件協(xié)同實(shí)現(xiàn)智能巡檢功能。智能巡檢機(jī)器人軟件部分控制高清攝像頭完成圖像信息采集功能。軟件對(duì)獲取圖像實(shí)時(shí)分析，尋找其中的二維碼信息，當(dāng)識(shí)別到有二維碼出現(xiàn)在圖像中，立刻截取當(dāng)前包括儀表結(jié)構(gòu)等的完整影像或電源背板熱量分布等紅外熱成像影像。初步判斷影像符合識(shí)別要求后，將二維碼影像和設(shè)備影像通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至圖像識(shí)別應(yīng)用服務(wù)器。

其中巡線方式是按照事先標(biāo)記的線路移動(dòng)，在特定位置停留并測(cè)量數(shù)據(jù)，并可以設(shè)置按時(shí)巡檢。遙控方式是操作人員在主控室通過(guò)操作控制端軟件，遙控機(jī)器人完成巡檢任務(wù)。

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