一种应用于海上升压站的无人智能巡检系统及方法

摘要

本发明提供一种应用于海上升压站的无人智能巡检系统及方法，包括巡检终端和监管中心，巡检终端包括机器人本体、监测仪器、供电系统和通信系统，监测仪器设置在机器人本体上，监测仪器包括可见光摄像机、红外热像仪、气体检测仪和拾音器；供电系统为机器人本体、监测仪器和通信系统供电；通信系统包括机器人上安装的网桥装置和场站多个无线网桥所组成的无线工作组，监管中心与巡检终端通信连接；机器人本体上还设置有激光雷达；完成巡检终端采集数据的接入和存储，基于图像识别分析方法对采集数据进行处理，获得升压站各个舱室的运行状态，实现对海上升压站重点监控区域和巡检内容的全面覆盖，减少现场人员漏检误检等人为因素带来的潜在损失。

说明书

技术领域

本发明属于智能巡检技术领域，具体涉及一种应用于海上升压站的无人智能巡检系统及方法。

背景技术

风能资源丰富，海上风电由于发电利用小时数高、单机容量大等优势得到了快速的发展。海上升压站作为海上风电场的电能汇集中心，是整个海上风电场输变电的关键设施。由于海上升压站离岸较远，其设备容易受到海上盐雾的腐蚀，导致设备故障率偏高。

在风电机组发生故障或者运行维护时，传统的巡检方式需要运维人员搭乘运维船直接登靠海上风电平台，而恶劣海况导致运维船舶难以停靠风电机组。因此，这种巡检方式很难适应恶劣的海洋环境，稳定性较差，巡检频率和效率不能保证。

为了满足海上升压站远程巡检的需要，并且充分考虑海上升压站结构特点，本专利采用一种海上升压站无人智能巡检系统来进行无人智能巡检，实现对海上升压站环境、设备、仪表等监测，从而达到无人值班、少人值守的目标。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种应用于海上升压站的无人智能巡检系统及方法，针对海上升压站特殊的舱室布局优化设计巡检路线，实现对海上升压站重点监控区域和巡检内容的全面覆盖，减少现场人员漏检误检等人为因素带来的潜在损失。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种应用于海上升压站的智能巡检系统，包括巡检终端和监管中心，巡检终端包括机器人本体、监测仪器、供电系统和通信系统，监测仪器设置在机器人本体上，监测仪器包括可见光摄像机、红外热像仪、气体检测仪和拾音器；供电系统为机器人本体、监测仪器和通信系统供电；通信系统包括机器人上安装的网桥装置和场站多个无线网桥所组成的无线工作组，监管中心与巡检终端通信连接；机器人本体上还设置有激光雷达。

巡检机器人安装的网桥装置设置为客户端模式，场站的多个无线网桥接入交换机，所述多个无线网桥均设置为AP工作模式。

机器人采用自主控制的机器人，机器人本体上设置有控制器，监测仪器与控制器双向通信连接，供电系统包括蓄电池和可伸缩充电机构，可伸缩充电机构的驱动信号输入端连接控制器的输出端，激光雷达连接控制器的输入端，可伸缩充电机构与蓄电池的充电端连接，可伸缩充电机构上设置有适配充电座极片夹的极片。

机器人本体中设置有存储器，控制器与存储器通过I/O接口连接；存储器中存储有升压站的三维图和所述三维图中的巡检目标点的属性信息，目标点的属性信息包括目标点在三维图中的位置、与所述目标点对应的海上升压站舱室结构、所述海上升压站舱室结构对应的监测参数信息。

机器人本体上还设置有环境温度监测传感器，所述环境温度监测传感器连接控制器的输入端。

基于本发明所述系统的海上升压站智能巡检方法，具体如下：

巡检终端对海上升压站舱室定期巡检，获取用于反映海上升压站运行状态的数据；

巡检终端的巡检路线采用基于SLAM的机器人自主定位导航方法得到；

从巡检终端获取所述数据，基于图像识别分析方法对所述数据进行处理，得到海上升压站中仪器仪表读数、刀闸状态、开关位置和指示灯状态；

将所述海上升压站中仪器仪表读数、刀闸状态、开关位置和指示灯状态与数据库中的标准参数进行对比，判断出海上升压站中设备的运行状态，如有异常，则发出报警指令或信息。

定期巡检的海上升压站舱室包括开关柜室、主变室、通信继保室、GIS室、柴油机房、应急配电室以及消防泵房。

基于SLAM的机器人自主定位导航方法具体如下：

激光雷达获取机器人的位置信息，基于所述位置信息采用点云匹配算法将局部点云数据与海上升压站内部的地图相对应位置进行匹配，将点云数据与实际地图融合，得到升压站的三维地图；

在所述三维地图中标注巡检目标点；

巡检终端对所述巡检目标点进行逐个巡检，获得反映海上升压站运行状态的数据。

基于所述三维地图及所述三维地图中标注巡检目标点规划机器人的最优巡检路线。

反映海上升压站运行状态的数据包括可见光摄像机获取的图像数据、红外热像仪获取的温度分布图像数据拾音器获取的音频数据以及气体检测仪获取的气体浓度数据。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的海上升压站的无人智能巡检系统设置监测仪器以及激光雷达，监测仪器包括可见光摄像机、红外热像仪、气体检测仪和拾音器，监测仪器能获取海上升压站舱室中设备运行状态图像和温度，同时还能监测到绝缘气体的状态，采用激光雷达能够用于采集海上升压站舱室的三维点云数据，为构建海上升压站舱室三维地图提供准确数据，巡检终端能够充分代替人工巡检，有助于减少现场人员漏检误检等人为因素带来的潜在损失。

进一步的，实时监测环境温度能为监测状态提供参考温度，而且能避免由于环境温度变化较大对判断造成影响。

基于本发明所述巡检方法，针对海上升压站特殊的舱室布局优化设计巡检路线，实现对海上升压站重点监控区域和巡检内容的全面覆盖，减少现场人员漏检误检等人为因素带来的潜在损失；巡检路线采用基于SLAM的机器人自主定位导航方法，能够实现同步定位与地图构建、路径规划及运动控制两部分功能，更加灵活稳定且所需存储量较小。

进一步的，机器人的通信系统采用更为可靠和稳定的多网桥组网方式进行无线网络通信，能够实现数据的稳定可靠传输。

附图说明

图1是智能巡检系统的结构示意图。

图2是海上升压站二层设备巡检路线示意图。

图3是海上升压站三层设备巡检路线示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施对本专利做详细叙述：

参考图1，一种适用于海上升压站的无人智能巡检系统，系统包括巡检终端和监管中心，其中巡检终端是整个系统的移动载体和信息采集控制载体，巡检终端包括机器人本体、监测仪器、供电系统和通信系统。巡检终端实现功能包括但不限于可见光和红外图像采集、移动定位、电机驱动控制和云台控制。机器人本体包括驱动机构、底盘和外壳，可以采用市售机器人，为机器人装载激光雷达和监测仪器，监测仪器包括可见光摄像机、红外热像仪、气体检测仪和拾音器，供电系统包括充电座和充电机构，充电时，机器人通过电机驱动板控制充电机构电机转动，电机通过齿轮齿条与传动丝杠配合，完成充电机构的伸出或收回动作，从而实现充电机构极片与充电座极片夹的电气连接。通信系统采用多网桥组网的方式，通信系统包括机器人上安装的网桥装置和场站多个无线网桥所组成的无线工作组。巡检机器人安装的网桥装置设置为客户端模式，支持使用高速无线漫游客户端的产品，场站的多个无线网桥接入交换机后均设置为AP模式，其认证和加密方式相同，能够保证通信网络自动从信号较弱的网桥切换至信号较好的网桥，保障数据的稳定可靠传输。

监管中心包括后台服务器系统和智能分析系统，后台服务器系统用于完成巡检终端采集数据的获取和存储，智能分析系统则是对巡检采集得到的图像、音频等非结构化数据进行处理分析，基于图像识别分析算法获得仪器仪表读数、刀闸状态、开关位置和指示灯状态，通过与数据库存储的标准参数进行对比，判断设备运行状态，如有异常则发出报警指令或信息。

智能巡检系统的工作流程一般是在监管中心设置巡检模式，巡检模式包括定时自动巡检和手动遥控巡检两种模式。定时自动巡检是根据预先设置好的巡检内容、时间、周期、路线等参数信息，达到执行时间，机器人自动触发启动监测仪器，并按照定义路线进行巡检。手动遥控巡检则通过遥控界面，制定特定的巡检路线和巡检设备，按照预先设定的巡检点，快速完成数据采集。规划巡检路线采用机器人自主定位导航，机器人自主定位导航包括同步定位与地图构建(也称SLAM技术)、路径规划及运动控制两部分。机器人本体挂载的激光雷达及内置编码器和惯性测量单元通过直接测量距离数据绘制地图，实现机器人实时定位，具体原理是首先对激光雷达采集的原始数据点进行滤波等预处理，得到某一时刻所在位置信息(也称点云)，再采用点云匹配算法将局部点云数据与地图相对应位置进行匹配，然后完成点云数据与实际地图的融合，建立起三维地图。基于SLAM技术构建的地图中标注海上升压站需要巡检的目标点，有助于全局规划机器人巡检的最优路线。

由于海上升压站舱室结构较为紧凑，监控范围集中在海上升压站的二层和三层，基于其中一例海上升压站的二层实际舱室布局，需要巡检的舱室包括GIS室①、通信继保室②、第一主变室④、第二主变室⑤、第一开关柜室⑦和第二开关柜室⑧。这里需要说明的是，由于GIS室①、第一主变室④和第二主变室⑤内电气设备较高，室内高度占据两层，而巡检范围主要集中在二层。规划具体巡检路线为：机器人从固定的充电桩位置⑨出发，途径第一开关柜室⑦的两排开关柜，巡检完毕经由二层第二通道⑥进入开关柜室⑧，两间开关柜室巡检内容一致，具体巡检内容包括开关柜内的仪器仪表读数、刀闸状态、开关位置、指示灯、异常气体或者声响、接地变绕组及柜体温度等；开关柜室巡检结束后，机器人通过二层第二通道⑥进入第二主变室⑤，主变室巡检内容包括油温、油位、绕组温度、感温电缆指示灯、异常气体或者声响等；主变室巡检结束后机器人经由二层第一通道③进入通信继保室②，按照之字形路线对充电柜及电源柜进行巡检，巡检内容包括仪器仪表读数、指示灯状态、开关位置、压差、环境等；结束通信继保室的巡检后，机器人进入第一GIS室进行巡检，巡检内容包括开关、闸刀、地刀、避雷器气室压力、SF6气体压力、控制柜指示状态、开关分合状态、避雷次数、温度、环境等；从GIS室出来，机器人经由二层第一通道③进入第一主变室④，巡检内容包括油温、油位、绕组温度、感温电缆指示灯、异常气体或者声响等；之后机器人经由二层第二通道⑥进入第一开关柜室⑦回到充电桩⑨，至此，机器人完成对海上升压站二层的巡检。

基于其中一例海上升压站的三层实际舱室的布局，需要巡检的舱室包括消防泵房