变电站机器人巡检系统
在配电室区域采用智能巡检机器人替代人工巡检，减少人员投入，保障巡检有效执行。通过机器人智能巡检，实现机器人视觉检测、红外测温、远程控制、智能分析、缺陷管理、闸刀和开关状态判别、跑冒滴漏检测、微气象数据采集分析及自主充电等功能的应用，辅助巡检人员开展例行巡检等工作。可根据机器人特点，增加巡视深度，扩大巡视范围，加强后台管理，对后台进行统一；要考虑机器人通道、表计等，加强数据分析和管理，强化机器人本身的智能分析和后台分析，尤其做好纵向分析。
机器人可代替人工实现对配电室作区域不间断巡检、智能识别表计、开关、状态指示等工作；成为配电室智慧化的有力帮手。
智能巡检机器人系统整体由巡检机器人本体、后台监控系统及远程集控管理系统组成，系统整体架构如图2-1所示：
智能巡检机器人系统的设计制造遵循如下原则：
机器人满足工业智能化改造中提出的智能化、无人化要求，为智能工厂提供创新性的技术检测手段和全方位的安全保障。
机器人运行安全可靠，选用工业级部件，通过功能和性能测试，保证系统可靠性。
机器人自主运行程度高，减少对巡检工作人员的依赖。
机器人适配工业场景外环境，减少布设工作对现场环境的改造。
机器人及其系统操作简便，人性化。
机器人及其系统后期运维升级便捷。
室内挂轨机器采用采用里程计+RFID导航方式，云台具备伸缩升降功能，可精准定位至检测点位。机器人本体搭载了可见光相机、红外热像仪、局放传感器、温湿度、噪声、超声波避障等多种传感器，可实现自主导航、自动避障、局部放电检测、仪表读数自动识别、状态指示识别、热红外测温、现场环境及气体检测、音频采集分析、双向语音对讲等功能，可代替人工巡视，实现对配电室、继保室和开关室等场景的全自动智能巡检。室内挂轨机器人采用滑触线供电，并配备有后备电池，当外部断电时，机器人可以安全回到初始位置，无需人工干预。
室内挂轨机器人采用电力载波通信系统（兼容WIFI/5G），通过滑触线传递网络信号。通信系统为机器人提供不小于50Mbps有效网络带宽，可以保证巡检机器人系统所有的控制信号、视频数据、音频数据及报警信息等各类数据实时可靠传输。
图3-1室内挂轨机器人示意图
此款智能巡检轮式机器人专为配电室环境所设计，采用SLAM激光导航与两级升降设计，最大1.8m升降高度，可精准定位检测点，实现配电室巡检区域的全面覆盖。本机器人具有自主导航、自动避障、自动充电、局部放电检测、仪表读数自动识别、状态指示识别、热红外测温、设备噪声检测、环境监测等功能，支持多种巡检模式、智能告警、历史数据分析，可代替人工巡视，实现对配电室全自动智能巡检，保障企业用电安全。
图3-2 配电室智能巡检机器人外观及结构图
机器人本地后台管理软件平台是布置在本地的客户终端，使用者主要是运维人员，所以系统界面设计简洁、方便，通过Web界面即可进行浏览和操作，界面简洁美观，操作快捷方便，功能丰富，运行安全可靠。本统通过简单的鼠标操作即可完成对机器人的控制操作和任务管理，同时可一目了然的查看到巡检机器人相关的所有信息，并通过智能分析导出数据。具有机器人管理、巡检任务管理、远程实时监控、数据管理分析、系统设置等功能。
远程集控管理软件平台系统将智能分析并存储所有数据，同时具备一定的扩展接口能力，提供与一体化资产管理信息系统、已有在线监测系统、消防系统等的接口，利用软件平台实现对配电室智能巡检机器人的远程控制，系统提供WEB页面，可以方便的集成到电力生产管理系统中，在浏览器内输入地址，即可进入监控界面。在操控界面中可以实现视频查看、设备控制、运动控制、数据采集、巡检模式切换等功能。
与此同时本系统支持手机APP远程查询巡检信息。在项目依托机器人本机后台管理系统的开发接口，实现了移动终端上机器人巡检信息和报警信息管理应用，有效提升电厂运维人员对机器人状态查询与管理的效率，同时电厂人员可通过手机实时监控电厂输煤系统现场情况，提升电力企业综合化管理水平。
智能巡检机器人采用无线电台、WIFI方式或5G实现与整套控制系统通信。通信系统为机器人提供不小于50Mbps有效网络带宽，可以保证巡检机器人系统所有的控制信号、视频数据、音频数据及报警信息等各类数据实时可靠传输。
配电室智能巡检机器人系统预留有5G通信模块接口，可支持接入5G专网。
配电室智能巡检机器人采用锂电池的方式进行供电，机器人执行完巡检任务自动寻找就近的充电房或充电座进行充电。
智能巡检机器人支持低电量检测功能，并可人工设置电池低电量阈值，一旦机器人检测到电池电量低于设置值时则会自动停止当前巡检任务，同时发出警报，并自主运行到充电点进行充电。
本方案识别系统采用了分布式神经网络图像算法，大量引入AI深度学习方法，建立高精度AI识别算法库与电力、能源、工业生产等示范项目的数据库，可实现字符类、指针类、状态显示类、开关类、刻度类等多种检测功能，室内综合识别率可达95%以上，室外综合识别率75%～80%以上。
相比传统图像算法，AI深度学习图像算法具有如下优势：
自动学习模式特征，减少了人为设计特征造成的不完备性
采用端到端的识别方式，适应性强
高并行度，可适用于优化加速
在许多应用场景中可超越现有算法的识别性能
准确率提高了10%-30%以上
与此同时，AI深度学习图像算法对原有的单侧点单目标巡检方式进行识别升级，智能巡检机器人通过单侧点位即可实现多个表计的数据采集，极大的减少了机器人前期配置时间和人力成本，机器人运行效率也大大提升。
智能巡检机器人可以替代人工自动完成所有表计的读取工作，设备上面的仪表通常有粗指针仪表、细指针仪表、双指针仪表、数字仪表、开关分合、状态指示灯等，并实时将读取结果自动上传至后台监控系统并形成报表形式。通过自身搭载的高清可见光摄像机、全向旋转云台，配合超算平台实时捕捉发电厂内表计的高清图像，识别指针式、数字式等各类仪表，通过数字图像处理算法、模式识别检测算法，通过局部不变特征的SURF的图像配准技术、最近邻匹配、粗匹配和RANSAC精匹配相结合的方法，从而达到高精确度识别，与人工相比误差不超过3%。若检测得到的读数不满足阈值要求，则可进行告警。可见光相机提供1080p视频，200万像素照片，32倍的镜头变倍，支持自动对焦，对待测仪表、开关、状态指示智能识别，将读数、状态转化成数字读数。
巡检机器人搭载的先进的红外热相仪，对监控区域进行红外普测和精确测温，并将测温结果回传到后台监控中心进行显示，实时对温度异常进行报警。机器人红外普测，是通过预先设置多个检测点，由运维人员设置红外普测任务，代替人工对相关设备进行整体性扫描式温度采集，并有效避免区域设备被遗漏。使用巡检机器人进行精确测温，运维人员综合机器人巡检能力以及测温覆盖率和准确性，分析总结每类设备可能发生缺陷的关键测温点，并在机器人客户端设定相应的测温点位。机器人精确测温，可以自动对设备进行多方位、多角度的检测诊断，测温精度更高，同时针对同一设备，每次都可确保在位置、角度、配置参数方面的高度一致性，结果可对比性强。
同时对存在重要或紧急缺陷的设备进行定期的监视。系统可自动保存测温数据，形成历史分析曲线，和多样化的分析报表，便于运维人员进行诊断分析。如发现明显突变的情况，运维人员将收到提示信息进行人工核对。
红外相机提供30米的测温范围，可以达到±2℃的测温精度，支持自动对焦，可以选定视场范围内的单独区域进行测温，提高目标设备的锁定效率。提供红外伪彩色的视频和照片，同时本地端保存有对应的热图数据。
机器人通过先进的神经网络和深度学习图像识别算法，根据采集得到的视频，检测得到水管、油管是否滴漏，若检测发现跑冒滴漏现象，则进行告警预警。
通过可见光视频或图片检测，可对发电厂现场环境进行实施监控，通过对采集的视频进行图像分析，实时发现发电厂设备及发电厂环境的未带安全帽、烟头、障碍物等异常数据，实现异常信息自动上报告警。
4.1.5 局部放电检测（配电室机器人专用）
配电室智能巡检机器人内部搭载三合一局部放电检测传感器，对超声波、地电波、电磁波进行识别。当检测到开关柜等设备内局部放电处于异常状态时，能立即触发报警，提示管理人员到达现场处置。
局放检测设备数据模块及控制后台具备局放数据自主识别和诊断的能力，在局放出现异常情况下可以实时报警、应急模式巡检及系统联动功能，同时管理后台能够对单点检测数据进行历史分析，并进行归档和诊断等处理。
4.1.6 环境监测（配电室机器人选配）
机器人配置多种先进数据采集传感器，提供温度、湿度、有害气体、风速、烟雾、粉尘等多种环境的监测数据，实时排查工作环境的安全隐患。
本方案导航定位系统采用了我司自主研发的2.5D车体导航控制器，通过高精度激光雷达对电厂巡检区域场地进行3D扫描，构建形成数字地图，并按照需检测设备分布以及环境监测要求设置固定的停车点和检测点。车体导航控制器结合无迹卡尔曼滤波融合码盘与IMU精准里程计信息、大幅面回环检测的SLAM算法、自适应优化的定位算法，实现了智能巡检机器人自主可控的模块化导航定位系统，支持一体化架构（部署、配置、调参的工具化和产品化）。
与此同时，车体导航器支持搭载二驱、四驱、八驱车体平台，实现机器人的阿克曼多运动模型+自传+横移+斜移与差分运动模型。
智能巡检机器人与激光雷达、超声波智能融合，实现实现三维智能避障功能，机器人通过人工规划路径或自动计算最短路径，按照工作任务要求，依次到达指定位置进行巡检任务。同时支持一机多站、自动切换地图、智能最短路径规划等功能。
配电室智能机器人具有激光雷达防碰撞系统、超声波避障系统、防跌落传感器、防撞条（霍尔传感器）多项措施防止与厂区内设备发生碰撞。
配电室智能机器人具有激光雷达防碰撞系统、超声波避障系统相配合，防止与配电室内柜体或人员相撞。
机器人运行过程中发生异常状态将立刻响起报警灯提醒现场运维人员，同时将报警信息和故障类型上传至本地后台管理系统和远程集控管理系统，辅助运维人员进行故障判断。
机器人支持充电4小时，满电后持续工作8小时以上。机器人支持低电量检测功能，可人工设置电池低电量阈值，一旦机器人检测到电池电量低于设置值时则会自动停止当前巡检任务，同时发出警报，并自主运行到充电点进行充电。
智能巡检机器人本体搭载高灵敏度的拾音器，并随云台一同转动，定向采集电力设备的音频信息。机器人采用国际领先的音频降噪算法和声音识别技术，减轻环境噪音干扰，增强音频信息识别的准确性和可靠性。与此同时，本方案充分结合频谱分析的噪声算法，对设备产生的噪声进行过滤和频域分析，音频数据经过软件压缩后传回服务器进行存储，可以有效监测设备运行故障，进而实现对设备状态整体的预测性维护。
机器人系统可通过 PC、平板、手机进行登录及相关监控操作，支持机器人巡检状态查看、历史数据浏览、机器人监控等功能，各平台客户端可配合监控管理平台使得用户进行系统管理及巡检任务的部署。
双向语音功能指的是对讲和广播功能。对讲是指站内工作人员能够在巡检机器人管理后台和机器人之间进行对讲，本功能的实现是通过开启巡检机器人管理后台的语音对讲，同时前方工作人员需打开机器人的语音按钮。广播则可用于管理后台对现场工作远程指挥或紧急情况下要求快速撤离等。
智能化管理系统为巡检过程中或巡检后，可以通过后台监控系统和远程集控系统对巡检过程中所采集的所有数据进行统计、分析、查询、检索、报表等功能，给运检部门提供第一手的数据资源。
机器人系统提供完善的报警及故障指示措施。机器人车体端配有声光报警系统。机器人后台监控后台具有声光和代码的报警及记录功能。系统的报警分类两大类，机器人本体故障报警和检测设备报警：
机器人本体故障报警：电池电源、驱动模块、检测设备、遥控遥测信号。
检测设备报警包括：热型缺陷或故障分析、振动分析、各类表计及油位计拍照读取识别、跑冒滴漏识别等等，执行设备分合状态识别等各类状态自主分析判断，并报警。
智能巡检机器人具备辅助照明功能，能保证在夜间或光照强度低的情况下正常运行。
智能巡检机器人具有三色状态指示灯功能，在作业时能提供状态信号。
智能巡检机器人具备自检功能，自检内容包括电源、驱动、通信和检测设备等部件的工作状态，发生异常时应能就地指示，并能上传故障信息。
机器人智能巡检管理软件平台由实时监控、巡检管理、智能分析、系统设备四部分功能模块组成。
1）实时监控
包括巡检监控和机器人控制功能。
2）巡检管理
包括全面巡检、例行巡检、红外测温、自定义巡检及任务展示功能模块。
3）智能分析
包含巡检结果浏览、巡检报告生成、对比分析功能。
4）系统设置
包含告警阈值设置、权限管理、软件设置、机器人设置、机器人信息查询等功能。
软件平台构架为对等网络的监控站，由基于B/S模式的WEB数据浏览与运行平台构成，利用网络技术将上述系统集成为一个整体，利用机器人、图像识别技术有效补充在线监测设备、人员巡检的不足，并通过大数据分析等对象建模的方法，建立了一套适用于配电室安全及管理的一种方法，实现资源共享和信息互通，建立各子系统的联动和快速反应机制，达到各系统协调运行。
实时监控模块可实时展示可见光及红外视频监控、机器人行走位置、巡检信息、巡检任务信息、环境实时监控信息等相关信息，并可在机器人遥控区域对机器人进行远程遥控操作，完成机器人及云台遥控、录像、双向语音、截图、暂停巡检、恢复巡检、终止巡检、一键返航等操作。
巡检管理模块可完成任务设置、任务管理等功能。
点击巡检管理模块会出现下拉菜单，选择其中的任务管理中的自定义任务，出现任务管理界面如下图。
对于已经创建好的任务可以点击立即执行、定期执行和周期执行。
l定期执行
需要设定时间，当时间到达用户设定的时间的时候，机器人开始巡检。
l周期执行
可设置天数和时间去执行巡检。
用户也可以自己创建任务，在上图界面上的任务名称一栏，给任务命名，完后点击保存，会在任务列表栏中出现用户者命名的任务。
智能分析模块可完成巡检结果浏览、巡检报告导出、数据分析等功能。
当机器人在执行任务过程中，用户可进入智能分析—巡检结果浏览界面，可实时查看机器人巡检结果。
进入智能分析，可查看相应时间的巡检记录，并对仪表状态进行审核。所有巡检记录可按照巡检任务生成巡检报告，报告可以导出。
进入智能分析，可对各巡检点历史数据进行数据分析，并以折线图形式展示查询时间段内所有的数据信息。
系统设置模块可完成软件设置、机器人设置、告警阈值设置、权限管理等功能。
1）软件设置：进入系统设置-软件设置，可对机器人监控系统完成升级、路径设置、密码修改等操作。
2）机器人设置：进入系统设置-机器人设置，可对机器人监控系统完成机器人信息中断及告警设置、环境报警设置、密码修改等操作。
3）告警阈值设置：进入系统设置-告警阈值设置，可对机器人监控系统完成告警阈值设置。
4）权限管理：进入系统设置-权限管理，可对机器人监控系统完成添加删除部门、人员操作，并可查询人员角色权限。
