關(guān)于深化應(yīng)用智能巡檢機器人的方法研究

1   巡檢機器人簡介

變電站智能巡檢機器人是用于變電巡檢作業(yè)的移動巡檢裝置，主要由移動載體、通訊設(shè)備、檢測設(shè)備組成。智能機器人巡檢系統(tǒng)能夠以全自主、本地或遠(yuǎn)方遙控模式代替或輔助人工進(jìn)行巡檢，巡檢內(nèi)容包括設(shè)備溫度、儀表等，具有檢測方式多樣化、智能化、巡檢工作標(biāo)準(zhǔn)化、客觀性強等特點。同時，系統(tǒng)集巡視內(nèi)容、時間、路線、報表管理與一體，實現(xiàn)了巡檢全過程自動管理，并能夠提供數(shù)據(jù)分析與決策支持。^[1]

2   機器人應(yīng)用中存在的主要問題

變電站智能巡檢機器人在一定程度上能幫助我們巡視檢查設(shè)備，能夠減輕一部分運維人員的工作量，但是國內(nèi)變電站巡檢機器人研發(fā)時間相對起步較晚，在實際應(yīng)用中還存在一些技術(shù)問題需要優(yōu)化，并且現(xiàn)場實際使用經(jīng)驗也不是很豐富，導(dǎo)致機器人應(yīng)用中存在較多問題，下面將對某變電機器人運行中存在的問題進(jìn)行闡述。

2.1 機器人運行穩(wěn)定性差

機器人目前主要通過激光導(dǎo)航來確定機器人在變電站中的位置，利用傳感器識別出道路區(qū)域和障礙物區(qū)域。機器人激光導(dǎo)航容易受環(huán)境影響，在實際應(yīng)用過程中機器人多次出現(xiàn)了偏離巡視軌道問題，而且由于傳感器及算法問題，機器人容易將正常道路區(qū)域判斷為障礙物區(qū)域，待在原地，這樣就導(dǎo)致機器人常常有去無回。

在特殊天氣，當(dāng)空氣中水分、雜質(zhì)增加時，變電站電暈放電現(xiàn)象相應(yīng)加重，若電暈放電源的頻率與機器人通訊頻率間距足夠接近，容易出現(xiàn)干擾，導(dǎo)致機器人通訊中斷，圖片傳輸不清晰等問題。

2.2 機器人巡檢質(zhì)量不高

機器人雖然已搭載了較好的紅外測溫攝像頭，但由于變電站環(huán)境背景相對復(fù)雜，機器人拍攝的部分圖片仍不清晰，并且在拍攝中極易受到太陽的干擾，拍攝的紅外圖片，在后期的應(yīng)用分析上存在較多問題；機器人相對較小，拍攝的角度相對較低，而且容易受遮擋，雖然從多個角度都觀測設(shè)備，但是路線相對固定，對設(shè)備某些部位的發(fā)熱拍攝不到，即使能拍到，由于觀測角度的不同與實際溫度誤差還是較大。^[2]

機器人目前對標(biāo)記的識別極易受光線和拍攝位置的影響，標(biāo)記的綜合識別能力還需提升，對目前所轄變電站機器人巡檢數(shù)據(jù)而言，對于SF6 標(biāo)記及避雷器示數(shù)的識別率可以達(dá)到95% 左右，準(zhǔn)確率可以達(dá)到90% 以上，但隨著機器人投運后使用時間不斷增加及標(biāo)記老化，巡檢結(jié)果的識別率及準(zhǔn)確率呈下降趨勢；而對于充油設(shè)備油位的識別能力低于70%，準(zhǔn)確率較低，誤差較大。

2.3   巡檢數(shù)據(jù)利用率低

機器人后臺巡檢系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的分析告警不準(zhǔn)確，后臺報警信息都是大量的無用告警信息，設(shè)備實際狀態(tài)正常；機器人巡檢數(shù)據(jù)導(dǎo)出后無法使用，與目前使用的五通巡視模板不同；機器人目前的巡檢結(jié)果報表只是作為輔助，目前無法真正的代替人工巡視。^[3]

機器人目前能對標(biāo)記及紅外測溫有效識別和分析，但是對于設(shè)備外觀缺陷、設(shè)備上懸掛的異物、設(shè)備漏油等問題無法識別，功能需要完善。

3   巡檢機器人深化應(yīng)用的基礎(chǔ)方法

變電站智能巡檢機器人在實際使用中遇到了一些問題，這些問題導(dǎo)致機器人使用效率不高，機器人應(yīng)用得不夠深，無法將機器人的作用發(fā)揮到最大化。下面將闡述深化應(yīng)用機器人的基礎(chǔ)方法。

3.1 安裝調(diào)試因地制宜

機器人初期設(shè)計道路時，要根據(jù)設(shè)備位置修建道路，道路不僅要在施工質(zhì)量上符合平整堅固的要求，更重要的是滿足所有設(shè)備點位需求，道路修建時要以機器人觀測角度考慮道路與設(shè)備的距離，盡可能地避免機器人觀測視角被遮擋。機器人選擇拍攝點位時，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)備特點來選擇機器人位置，例如對隔離開關(guān)動靜觸頭的拍攝，要根據(jù)運維人員平日測溫經(jīng)驗來選取機器人拍攝角度，要使機器人能拍攝到相對隱蔽部位的發(fā)熱，這樣能保證機器人的檢測數(shù)據(jù)相對可靠和全面。

3.2 驗收過程質(zhì)量為首

機器人在驗收過程中要把好質(zhì)量關(guān)，要確保機器人各項功能正常，各傳感器工作正常，有沒有傳感器誤告警導(dǎo)致機器人無法移動的情況；要反復(fù)驗證機器人在執(zhí)行任務(wù)過程中的穩(wěn)定性，記錄好機器人偏離導(dǎo)航軌道次數(shù)，及時督促廠家查找原因并整改；在驗收巡檢點位時應(yīng)觀測同一點位不同時期的巡檢數(shù)據(jù)，進(jìn)行對比判斷機器人拍攝數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性，對有時能準(zhǔn)確識別有時識別不準(zhǔn)的設(shè)備，要進(jìn)行優(yōu)化，確保每個巡檢點位數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)確的，這樣可以保證機器人后期運行的穩(wěn)定性及巡檢數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3 現(xiàn)場環(huán)境定期勘查

機器人目前使用的激光導(dǎo)航攝像頭，可能會因為周圍環(huán)境的變化，而使導(dǎo)航出現(xiàn)偏差，因此要經(jīng)常評估周圍環(huán)境變化情況，如果變化大時，應(yīng)重新掃激光地圖更新至數(shù)據(jù)庫；機器人在行駛過程中可能會由于壓到石子發(fā)生偏移而導(dǎo)致偏航，或者因為雜草、樹枝等而告警，因此巡檢道路上的異物要及時清理，對于不平整路面要及時修整，電纜溝有工作時應(yīng)暫停執(zhí)行任務(wù)，這樣可以有效避免機器人常常有去無回的問題，提高機器人運行穩(wěn)定性。

3.4 巡檢任務(wù)合理計劃

機器人的巡檢任務(wù)不易太長，盡量設(shè)置一個任務(wù)在8 小時內(nèi)，這樣即使巡檢過程中遇到異常問題，還留有足夠的電量讓機器人返回充電房，在后期機器人應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)機器人多次因為電量不足問題沒有返回充電房；對于自動任務(wù)的設(shè)計應(yīng)盡量避免重疊，給機器人留有足夠的充電時間，按照合理計劃執(zhí)行巡檢任務(wù)，可以大大提高機器人使用效率。

3.5 多舉并措彌補不足

對變電站的設(shè)備標(biāo)記較密集、標(biāo)記遮擋嚴(yán)重、電磁干擾、標(biāo)記臟污等問題，可以通過加裝反光鏡、巡視路線調(diào)整、標(biāo)記擦拭等措施，進(jìn)一步提升標(biāo)記覆蓋率和識別率。在后期變電站建設(shè)過程中為提高機器人巡檢效率，應(yīng)將設(shè)備標(biāo)記朝向便于機器人觀測的位置。

3.6 異常處理規(guī)范高效

機器人目前在出現(xiàn)異常時，廠家無法及時的到現(xiàn)場處理解決，在此期間機器人停運，極大地降低了機器人的使用率。變電站應(yīng)建立規(guī)范的機器人異常處理流程，將機器人的典型問題處理流程整理成冊，由運維人員學(xué)習(xí)處理，這樣可以縮短異常處理時間，提高機器人使用效率。

4   巡檢機器人深化應(yīng)用的改進(jìn)方法

機器人的深化應(yīng)用還要從機器人本身存在的問題進(jìn)行解決，對機器人本身無法解決的問題應(yīng)與其他設(shè)備相聯(lián)系，構(gòu)建類似于物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同聯(lián)動機制，互相配合，達(dá)到深化應(yīng)用機器人的目的。

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)與機器人聯(lián)動

對于機器人觀測不到的一些設(shè)備，可由視頻監(jiān)控系統(tǒng)來拍照，照片發(fā)送至機器人識別處理，或建立后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來識別。在目前正是建設(shè)一鍵順控的時期，智能巡檢機器人提供與站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)和信息一體化平臺接口，能夠與監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動。在設(shè)備操控和事故處理時，通過最優(yōu)路徑規(guī)劃自動移動到目標(biāo)位置，實時顯示被操作對象的圖像信息，將極大地縮短現(xiàn)場人員工作量。

4.2 優(yōu)化機器人導(dǎo)航方式

機器人偏航問題，是目前無軌道機器人應(yīng)用過程中存在的主要問題，但是目前以普遍采用的激光導(dǎo)航為例，容易受周圍環(huán)境變化影響，即使廠家不斷地在優(yōu)化和更新算法，但都沒有徹底解決機器人偏航問題。機器人在巡檢過程中常常遇到拐彎問題，而機器人在對于拐彎處點位選擇十分重要，早或遲都可能導(dǎo)致機器人脫軌，機器人系統(tǒng)自帶有里程記錄功能，但是精度較差，可以單獨加裝精度高的里程表用于輔助機器人導(dǎo)航，變電站機器人巡檢路線相對固定，從一個點到另一個點的里程也固定，可以設(shè)定從一個拐彎處到另一個拐彎處為固定里程，作為激光導(dǎo)航的參考，到達(dá)這個里程后激光導(dǎo)航進(jìn)行位置微調(diào)與判斷然后進(jìn)行轉(zhuǎn)彎；同時也可考慮激光導(dǎo)航與GPS 導(dǎo)航相配合，GPS 導(dǎo)航負(fù)責(zé)大的方向指引，激光導(dǎo)航負(fù)責(zé)局部位置調(diào)整，兩者互相協(xié)調(diào)，可以改善機器人偏航問題。

4.3 運用遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)

目前，機器人任務(wù)的派發(fā)和管理都是現(xiàn)場人員到各站去執(zhí)行，目前，很多變電站都是無人值守變電站，如果運維人員不去現(xiàn)場，機器人的運行狀況及巡檢數(shù)據(jù)無法獲取。如果運用智能巡檢機器人遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)，在運維主站實現(xiàn)多個變電站機器人系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和集中控制，將極大地方便機器人的運行和管理，并且在特殊天氣，運維人員無法到站巡視時，可在運維站利用機器人遠(yuǎn)程巡視，實時掌握設(shè)備運行情況，為變電站無人值守模式的推廣打下堅實的基礎(chǔ)。

圖1 變電站智能巡檢機器人遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)圖

4.4 建立數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)

針對目前巡檢數(shù)據(jù)利用率低問題，可以建立一個集中的數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)，將各變電站的數(shù)據(jù)都匯總起來，由數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)進(jìn)行處理，該系統(tǒng)存有較完整的缺陷定義標(biāo)準(zhǔn)，具有歷史數(shù)據(jù)對比，三相對比，設(shè)備部位對比等功能，能夠綜合判定設(shè)備狀況是否正常，對有缺陷的設(shè)備能夠準(zhǔn)確判斷缺陷等級，生成缺陷報告；對于巡檢數(shù)據(jù)該系統(tǒng)可以自動生成五通模板的巡視卡直接使用，巡檢結(jié)果可以經(jīng)數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)處理后上傳至PMS 系統(tǒng)里對應(yīng)的巡視維護(hù)項目內(nèi)；每年各個變電站都要進(jìn)行精確紅外測溫圖庫拍攝及紅外測溫報告報告制作，為此付出了較多的精力，如果通過數(shù)據(jù)綜合分析系統(tǒng)對機器人上傳的紅外圖庫照片進(jìn)行分析處理，生成精確紅外測溫報告，將會節(jié)省較多的人力，此系統(tǒng)的使用能夠極大的減小生產(chǎn)一線人員的工作壓力，達(dá)到機器人代替部分人工巡視的目的。

5   總結(jié)

智能巡檢機器人的應(yīng)用有較大的前景，雖然在目前實際應(yīng)用中存在較多問題，但隨著對智能巡檢機器人的優(yōu)化和改進(jìn)，機器人的應(yīng)用范圍會更加廣泛，能夠真正地代替人工巡視，輔助人們遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)備故障的處理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 董吉文,馮立強,魯守銀.變電站巡檢機器人控制系統(tǒng)設(shè)計[J].微計算機信息,2013,(5).

[2] 魯守銀,蘇建軍.機器人在變電站設(shè)備巡檢中的應(yīng)用[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用,2014,(5).

[3] 周立輝,張永生,孫勇,梁濤,魯守銀.智能變電站巡檢機器人研制及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化,2011,(19).

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年4月期）