覃善西

摘 要：在配電網(wǎng)發(fā)展過程中，相應(yīng)增加了變電站數(shù)量，開始實(shí)行無人值守模式。由于人工巡檢工作量比較大，變電站應(yīng)用機(jī)器人輔助巡檢方式，可以明顯降低安全隱患，提升設(shè)備巡檢的可靠性。此次研究主要是探討分析巡檢機(jī)器人在無人值守變電站中的應(yīng)用，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員起到參考性價(jià)值。

關(guān)鍵詞：巡檢機(jī)器人;無人值守;變電站;運(yùn)營(yíng)維護(hù)

在電力技術(shù)發(fā)展過程中，持續(xù)擴(kuò)大電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模，相應(yīng)提升電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平。某地區(qū)變電站值班方式開始轉(zhuǎn)為無人值守模式，全面確保變電站生產(chǎn)與運(yùn)營(yíng)安全。由于傳統(tǒng)巡檢工作需要定期檢查變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，然而隨著變電站數(shù)量的持續(xù)增加，相應(yīng)加大變電站日常維護(hù)與巡檢難度。在機(jī)器人技術(shù)發(fā)展過程中，電力企業(yè)開始應(yīng)用機(jī)器人進(jìn)行變電站巡檢，可以使電力人員遠(yuǎn)離帶電設(shè)備，可以為無人值守變電站提供新的巡檢模式，不僅能夠提升變電站巡檢效率，還能夠維護(hù)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量。

1、機(jī)器人巡檢系統(tǒng)

1.1系統(tǒng)總框架

機(jī)器人巡檢系統(tǒng)主要包括基層系統(tǒng)層、移動(dòng)站系統(tǒng)層?；鞠到y(tǒng)層組成包括無線通訊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)集線器、后臺(tái)工程機(jī)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)。后臺(tái)工程機(jī)系統(tǒng)主要采用C語言，具備交互界面功能、狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)功能、運(yùn)動(dòng)路線規(guī)劃功能。移動(dòng)站系統(tǒng)層主要包括控制檢測(cè)系統(tǒng)和移動(dòng)本體系統(tǒng)，具備云臺(tái)控制功能、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制功能、超聲采集功能、導(dǎo)航定位功能、無線通信功能。移動(dòng)站控制程序主要采用C語言開發(fā)，功能涉及到導(dǎo)航定位信息處理、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、狀態(tài)信息傳輸?shù)?。移?dòng)站和基站可以通過無線通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接，可以有效傳輸數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人。系統(tǒng)可以連接電力系統(tǒng)內(nèi)部光纖通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程控制。

1.2軟件控制系統(tǒng)

巡檢機(jī)器人軟件控制系統(tǒng)主要包括基站軟件、移動(dòng)站軟件、微型嵌入式軟件等三類子系統(tǒng)。不同系統(tǒng)可以分工協(xié)作，全面完成巡檢任務(wù)。移動(dòng)站系統(tǒng)和其余系統(tǒng)存在交互性，高度融合功能會(huì)使系統(tǒng)設(shè)計(jì)出現(xiàn)妥協(xié)，全面維護(hù)項(xiàng)目可擴(kuò)展性。該控制系統(tǒng)屬于實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效處理系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)作為狀態(tài)量展示?；鞠到y(tǒng)屬于控制中心，可以將指令下發(fā)給其他系統(tǒng)。

2、巡檢機(jī)器人在無人值守變電站中的應(yīng)用

2.1設(shè)備模式識(shí)別

機(jī)器人啟動(dòng)巡檢任務(wù)時(shí)，到達(dá)指定位置拍攝紅外圖像和可見光圖像，將圖像通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給基站，利用基站設(shè)備模式識(shí)別系統(tǒng)，可以對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，從而識(shí)別斷路器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)指定設(shè)備溫度。由于機(jī)器人?？课恢么嬖谄?，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)容忍拍攝圖像誤差，只需要確保無漏檢設(shè)備即可。在良好光照條件下，按照可見光圖像讀取儀表數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行判斷。

第一，建立設(shè)備圖片庫(kù)。在識(shí)別設(shè)備模式時(shí)，必須建立完整的圖片庫(kù)，圖片庫(kù)建設(shè)質(zhì)量會(huì)對(duì)后續(xù)匹配與識(shí)別精度造成影響。為了確保機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)時(shí)，可以有效匹配拍攝圖片與庫(kù)存圖片，提升圖片拍攝速度。圖片庫(kù)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)圖片必須具備高清晰度，避免外界因素影響圖片質(zhì)量。為了消除影響因素，降低匹配錯(cuò)誤率，必須將不同時(shí)間段與不同環(huán)境拍攝的圖片存入到圖片庫(kù)中。

在圖像匹配過程中，系統(tǒng)可以自動(dòng)確認(rèn)?？奎c(diǎn)，按照?qǐng)D像拍攝時(shí)間與季節(jié)，通過溫濕度計(jì)、光敏傳感器和圖像分析法判斷環(huán)境氣候，在圖片庫(kù)中尋找對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖片，全面提升結(jié)果準(zhǔn)確性，減少匹配搜索時(shí)間。

第二，實(shí)時(shí)匹配與檢測(cè)識(shí)別：機(jī)器人在巡檢過程中，會(huì)將拍攝圖片傳輸?shù)交鞠到y(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)匹配和識(shí)別圖像信息。然而機(jī)器人拍攝照片所?？课恢门c云臺(tái)角度存在偏差，可能會(huì)與圖片庫(kù)的圖片存在差異，此時(shí)需要通過歸一法和投影法消除偏差。機(jī)器人實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)可以成功匹配圖片庫(kù)圖像，說明系統(tǒng)正確識(shí)別圖像包含設(shè)備，明確設(shè)備在圖像中的位置。

應(yīng)用匹配算法的運(yùn)算速度可以決定檢測(cè)識(shí)別過程時(shí)間，匹配1張圖片所需時(shí)間為4s，在巡檢任務(wù)中主要由機(jī)器人行駛完成整個(gè)運(yùn)算過程。1張圖片中存在多個(gè)設(shè)備，當(dāng)機(jī)器人?？奎c(diǎn)拍攝圖像包含設(shè)備數(shù)量越多，則每個(gè)設(shè)備的拍攝時(shí)間就越短。采用高精度匹配算法可以確保設(shè)備識(shí)別的準(zhǔn)確性，可以應(yīng)用于多個(gè)設(shè)備匹配檢測(cè)中。

第三，圖片配準(zhǔn)與狀態(tài)輸出：將紅外熱像儀和可見光攝像頭安裝在機(jī)器人云臺(tái)上，攝像頭焦距調(diào)節(jié)范圍大，可以拍攝不同距離的圖片。熱像儀無法調(diào)節(jié)焦距，視角比較小，然而可以觀察設(shè)備細(xì)微狀態(tài)。當(dāng)攝像頭的焦距比較短時(shí)，且設(shè)備處于并排放置，熱像儀可以拍攝攝像頭無法拍攝的部位。

可見光拍攝圖像經(jīng)過系統(tǒng)匹配后，通過紅外熱圖可以獲得設(shè)備溫度數(shù)值。盡管不同攝像頭屬于并排安裝，然而在實(shí)際拍攝時(shí)存在微小角度差，因此在匹配圖像時(shí)必須做好調(diào)整。由于算法上不存在新誤差，所得出的結(jié)果誤差主要是由于運(yùn)算誤差所致，可以忽略不計(jì)。

第四，全天候識(shí)別：通過建立圖片庫(kù)，可以充分考慮區(qū)域內(nèi)環(huán)境因素，標(biāo)準(zhǔn)圖片比較完整。機(jī)器人在不同時(shí)間段、不同氣候環(huán)境下所拍攝的圖片，都可以高度匹配圖片庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)圖片，實(shí)現(xiàn)全天候識(shí)別。

2.2設(shè)備聲音采集

變電站設(shè)備正常運(yùn)行與故障運(yùn)行的聲音存在差別，通過分析聲音可以判斷變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。巡檢機(jī)器人具備聲音識(shí)別功能，通過該功能可以實(shí)現(xiàn)無人值守，全面提升巡檢安全性。

（1）技術(shù)原理：矢量量化屬于重要分類方式，在識(shí)別系統(tǒng)中可以針對(duì)不同識(shí)別對(duì)象進(jìn)行建模。通過LBG算法，可以實(shí)現(xiàn)聲音特征的無導(dǎo)師聚類，形成不同碼本。在識(shí)別過程中，可以尋找測(cè)試語音和不同碼本的平均量化失真距離，將最小距離作為識(shí)別結(jié)果，對(duì)音頻數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行判別。

（2）技術(shù)開發(fā)：第一，描述聲音功能。在機(jī)器人巡檢數(shù)據(jù)界面中，可以查詢聲音識(shí)別功能。在巡檢過程中采集設(shè)備音頻信息，可以在界面內(nèi)顯示音頻。如果檢測(cè)設(shè)備聲音異常，則會(huì)發(fā)出聲音異常報(bào)警聲。第二，音頻訓(xùn)練。在聲音識(shí)別中音頻訓(xùn)練屬于重要基礎(chǔ)，可以有效采集設(shè)備正常運(yùn)行聲音，并開展集中式訓(xùn)練，以此獲得聲音特征庫(kù)。第三，音頻識(shí)別。音頻識(shí)別主要是按照檢測(cè)聲音特征，對(duì)比音頻庫(kù)中的聲音，以此獲得識(shí)別結(jié)果。

通過巡檢機(jī)器人的運(yùn)行實(shí)況可知，聲音識(shí)別功能有效作用于高抗設(shè)備與變壓器異常聲音識(shí)別中，功能運(yùn)行狀態(tài)具備高穩(wěn)定性，可以高度集成到機(jī)器人大程序中。通過聲音識(shí)別功能，可以促進(jìn)變電站無人值守模式的發(fā)展。

3、結(jié)束語

綜上所述，巡檢機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)無人值守變電站設(shè)備檢測(cè)，及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行溫度和故障隱患，不僅可以降低人工成本，還可以提升效率，加強(qiáng)設(shè)備巡檢質(zhì)量，排除設(shè)備安全隱患。此次研究通過分析巡檢機(jī)器人在無人值守變電站的應(yīng)用，討論機(jī)器人在變電站運(yùn)行工作中的應(yīng)用可行性，介紹巡檢機(jī)器人的總體框架與軟件控制系統(tǒng)，全面提升變電站設(shè)備巡檢質(zhì)量，降低人工風(fēng)險(xiǎn)與勞動(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)用價(jià)值比較高。

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