本發(fā)明涉及一種基于變電站巡檢機(jī)器人集中監(jiān)控仿真系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

變電站巡檢是有效保證變電站設(shè)備安全運(yùn)行、提高供電可靠性的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。變電站巡檢機(jī)器人可以取代運(yùn)行人員自動(dòng)完成變電站日常設(shè)備巡視、紅外測溫、操作前后設(shè)備狀態(tài)檢查等工作，變電站巡檢機(jī)器人已經(jīng)成為變電站設(shè)備巡檢的重要輔助手段。

變電站巡檢集中監(jiān)控系統(tǒng)依托于變電站智能巡檢機(jī)器人技術(shù)、輔助系統(tǒng)集成技術(shù)，完成了統(tǒng)一管理多個(gè)變電站的巡檢機(jī)器人，并且將面向單一變電站某設(shè)備數(shù)據(jù)項(xiàng)的分析展現(xiàn)策略轉(zhuǎn)換成為面向多變電站多設(shè)備的分析展現(xiàn)方式。從而切實(shí)提高設(shè)備巡視的工作效率和質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和工作風(fēng)險(xiǎn)，提升變電站智能化水平，為變電站無人值守提供支撐。變電站巡檢集中監(jiān)控系統(tǒng)在迅速發(fā)展的同時(shí)，也存在以下技術(shù)問題：

(1)各變電站之間距離較遠(yuǎn)，集中監(jiān)控操作人員對(duì)各個(gè)站情況并非完全熟悉，各站端設(shè)備并非完全一致，存在差異性，可能產(chǎn)生誤操作，對(duì)變電站設(shè)備及機(jī)器人的安全運(yùn)行造成隱患。

(2)現(xiàn)有技術(shù)給出了基于單個(gè)變電站的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)，但無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)站的互動(dòng)展示，及多機(jī)器人的聯(lián)動(dòng)控制，無法應(yīng)用于集中監(jiān)控。

(3)現(xiàn)存在的集中監(jiān)控系統(tǒng)使用二維界面進(jìn)行展示，巡檢結(jié)果采用列表式瀏覽，使用不直觀、不真實(shí)，無法和真實(shí)的對(duì)象相對(duì)應(yīng)，無法給操作者帶來操作上的便利，無法立體展示設(shè)備的運(yùn)行趨勢及機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種基于變電站巡檢機(jī)器人集中監(jiān)控仿真系統(tǒng)及其方法，該系統(tǒng)考慮到集中監(jiān)控的地理距離、設(shè)備差異和人員信息等要素，通過三維建模技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，利用傳感器技術(shù)等輔助手段，在計(jì)算機(jī)中對(duì)真實(shí)的集中監(jiān)控環(huán)境進(jìn)行逼真的仿真模擬，建立了能夠精確表示物體狀態(tài)模型的虛擬環(huán)境，讓操作人員在虛擬空間中有身臨其境之感，使得監(jiān)控設(shè)備及操作環(huán)境高度可視化。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于變電站巡檢機(jī)器人集中監(jiān)控仿真系統(tǒng)，包括：

監(jiān)控中心服務(wù)器，用于接收集控管轄范圍內(nèi)機(jī)器人巡檢系統(tǒng)上送的運(yùn)行指令及數(shù)據(jù)；

圖像處理模塊，用于接收監(jiān)控中心服務(wù)器傳送的圖像數(shù)據(jù)并分析出圖像變化生成仿真描述數(shù)據(jù)并建立內(nèi)部對(duì)象響應(yīng)，發(fā)送有效數(shù)據(jù)至展示模塊；

三維模擬模塊，用于描述當(dāng)前集中監(jiān)控所管轄變電站的場景和電力環(huán)境，實(shí)時(shí)展示機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)和巡檢方式；

控制管理模塊，用于根據(jù)調(diào)度員操作生成模擬操作序列，發(fā)送數(shù)據(jù)指令實(shí)現(xiàn)機(jī)器人歷史控制策略的重演和調(diào)度方式的預(yù)演，并發(fā)送命令至圖像處理模塊及三維模擬模塊；

數(shù)據(jù)處理模塊，用于接收監(jiān)控中心服務(wù)器傳輸?shù)脑O(shè)備檢測數(shù)據(jù)與虛擬環(huán)境中設(shè)備相關(guān)聯(lián)，并對(duì)產(chǎn)生異常的設(shè)備與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，進(jìn)行一致性分析，確定是否發(fā)生異常；

大數(shù)據(jù)分析模塊，對(duì)集中監(jiān)控所管轄范圍內(nèi)的機(jī)器人及設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行真實(shí)性分析，并預(yù)測設(shè)備運(yùn)行趨勢、機(jī)器人狀態(tài)趨勢。

所述監(jiān)控中心服務(wù)器與各站級(jí)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過電力專用光纜連接，所述各站級(jí)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)分別與至少一個(gè)智能巡檢機(jī)器人采用無線通訊連接；所述視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接有一個(gè)或者多個(gè)固定點(diǎn)檢測機(jī)器人。

所述三維模擬模塊與圖像處理模塊、數(shù)據(jù)存處理模塊雙向通訊；所述圖像處理模塊、三維模擬模塊與控制管理模塊連接，接收命令輸入。

所述監(jiān)控中心服務(wù)器，連接站級(jí)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)作為外部信號(hào)輸入，外部信號(hào)輸入送至用于模擬集控環(huán)境的圖像處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和三維模擬模塊，其中，用于展示電力場景的三維模擬模塊與所述圖像處理模塊互聯(lián)，依據(jù)接收到命令提取圖像處理模塊的數(shù)據(jù)圖像，生成仿真描述數(shù)據(jù)，以描述當(dāng)前變電站的場景和電力環(huán)境。

所述數(shù)據(jù)處理模塊與大數(shù)據(jù)分析模塊雙向通訊，所述數(shù)據(jù)處理模塊依據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，提取變電站或機(jī)器人的有效數(shù)據(jù)，將其與模擬環(huán)境中模型依據(jù)約定的設(shè)備標(biāo)識(shí)進(jìn)行一一匹配，發(fā)送描述信息至三維模擬模塊，展示當(dāng)前各集中監(jiān)控變電站的設(shè)備和機(jī)器人參數(shù)。

所述變電站巡檢機(jī)器人集中監(jiān)控仿真系統(tǒng)，還包括控制管理服務(wù)器，所述控制管理服務(wù)器作為內(nèi)部輸入信號(hào)完成操作人員對(duì)各個(gè)變電站設(shè)備的模擬統(tǒng)一管理，所述控制管理服務(wù)器將輸入信號(hào)發(fā)送至圖像處理模塊與三維模擬模塊，進(jìn)行現(xiàn)實(shí)模擬展示和歷史調(diào)度策略重演，并將有效數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

基于上述系統(tǒng)的同步仿真方法，包括以下步驟：

(1)監(jiān)控中心服務(wù)器接收集中監(jiān)控系統(tǒng)或者是站內(nèi)巡檢系統(tǒng)的外部輸入信號(hào)，將有效數(shù)據(jù)送入圖像處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和三維模擬模塊；

(2)分離機(jī)器人的運(yùn)行坐標(biāo)與狀態(tài)圖形參數(shù)，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的圖形描述并判斷其有效性，獲取機(jī)器人檢測測點(diǎn)隊(duì)列并形成檢測路線，在三維模型中生成對(duì)應(yīng)的巡檢路線描述；

(3)分離當(dāng)前集控管轄范圍內(nèi)的所有變電站的環(huán)境參數(shù)及當(dāng)前檢測站點(diǎn)的設(shè)備的檢測結(jié)果，根據(jù)站點(diǎn)和設(shè)備ID標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)到三維模擬模塊的模擬設(shè)備，并判斷其有效性；

(4)檢測結(jié)果有效的情況下，根據(jù)獲取的設(shè)備參數(shù)判斷設(shè)備結(jié)果，并與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)合工作票順序，進(jìn)行一致性分析，確定是否發(fā)生異常；

(5)結(jié)合獲取的有效的變電站設(shè)備及異常情況，與數(shù)據(jù)庫中存在的歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，并由大數(shù)據(jù)分析模塊處理并給出設(shè)備運(yùn)行的整體趨勢分析；

(6)將分析結(jié)果與三維建模模塊中的模擬設(shè)備、站點(diǎn)、機(jī)器人進(jìn)行一一匹配上傳；根據(jù)匹配結(jié)果，對(duì)仿真系統(tǒng)內(nèi)模型進(jìn)行填充，并將填充結(jié)果返回步驟(5)，進(jìn)行回歸匹配優(yōu)化。

所述步驟(1)中，外部輸入信號(hào)為變電站內(nèi)巡檢系統(tǒng)的所有有效數(shù)據(jù)，包括環(huán)境檢測參數(shù)、機(jī)器人運(yùn)行、自檢參數(shù)和設(shè)備檢測結(jié)果，所述設(shè)備檢測結(jié)果包括儀表讀數(shù)、分合狀態(tài)、溫度和有無異物。

所述步驟(4)中，設(shè)備結(jié)果需要查看其是否存在超出預(yù)設(shè)的最高溫度、儀表值越上下限、溫升越限或設(shè)備有異物的異常情況。

基于上述系統(tǒng)的異步仿真方法，包括以下步驟：

(1)調(diào)度員在三維虛擬環(huán)境中選擇要檢測的線路或者具體設(shè)備或者根據(jù)查找的歷史調(diào)度記錄發(fā)送調(diào)度命令；

(2)控制管理模塊根據(jù)接收的調(diào)度命令計(jì)算出需要調(diào)度的站內(nèi)機(jī)器人及機(jī)器人的巡檢并展示在三維虛擬空間內(nèi)；

(3)根據(jù)展示結(jié)果判斷巡檢機(jī)器人和路線的調(diào)度正確性，如果符合調(diào)度需求，啟動(dòng)調(diào)度模擬；

(4)三維模擬模塊自動(dòng)預(yù)演或者重現(xiàn)所調(diào)度機(jī)器人的運(yùn)行路線，并模擬真實(shí)環(huán)境，調(diào)度員根據(jù)檢測調(diào)度的結(jié)果和效率隨時(shí)集中控制調(diào)整調(diào)度方式。

所述步驟(2)中，巡檢路線的生成方式包括兩種，一種選擇站內(nèi)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)預(yù)設(shè)好的巡檢路線，一種為根據(jù)調(diào)度員選擇的需要檢測的設(shè)備系統(tǒng)采用最優(yōu)路徑規(guī)劃方法自動(dòng)計(jì)算出巡檢策略。

進(jìn)一步的，此處最優(yōu)路徑規(guī)劃方法應(yīng)用為現(xiàn)有技術(shù)，并不限于具體實(shí)現(xiàn)算法。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)設(shè)有三維模擬模塊，具有三維顯示，實(shí)時(shí)交互，動(dòng)態(tài)仿真的特點(diǎn)，真實(shí)模擬了集中監(jiān)控變電站環(huán)境，給通調(diào)度人員的操作提供了準(zhǔn)確性和便利性、也提高了設(shè)備集中巡檢的可靠性和安全性；

(2)具備大數(shù)據(jù)分析結(jié)果展示，設(shè)備狀態(tài)趨勢、集中調(diào)度結(jié)果一目了然，具備調(diào)度的預(yù)演和復(fù)演能力，從而為變電站集中監(jiān)控提供重要的安全保障；

(3)具有多種調(diào)度方法，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)換。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的同步仿真方法流程圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，基于變電站巡檢機(jī)器人集中監(jiān)控仿真系統(tǒng)，包括監(jiān)控中心服務(wù)器，用于接收集控管轄范圍內(nèi)機(jī)器人巡檢系統(tǒng)上送的運(yùn)行指令及數(shù)據(jù)；圖像處理模塊，用于接收監(jiān)控中心傳送的圖像數(shù)據(jù)并分析出圖像變化生成仿真描述數(shù)據(jù)并建立內(nèi)部對(duì)象響應(yīng)機(jī)制，發(fā)送有效數(shù)據(jù)至展示模塊。三維模擬模塊，用于描述當(dāng)前集中監(jiān)控所管轄變電站的所有場景和電力環(huán)境，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)展示站級(jí)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)和巡檢策略，可根據(jù)控制管理模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)指令實(shí)現(xiàn)歷史策略的重演和調(diào)度操作的預(yù)演；數(shù)據(jù)處理模塊，用于接收監(jiān)控中心服務(wù)器傳輸?shù)脑O(shè)備檢測數(shù)據(jù)與虛擬環(huán)境中設(shè)備相關(guān)聯(lián)，并對(duì)產(chǎn)生異常的設(shè)備與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，進(jìn)行一致性分析，確定是否發(fā)生異常；大數(shù)據(jù)分析模塊，對(duì)集中監(jiān)控所管轄范圍內(nèi)的大量機(jī)器人及設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、有效的真實(shí)性分析，并預(yù)測設(shè)備運(yùn)行趨勢、機(jī)器人狀態(tài)趨勢；控制管理模塊，用于根據(jù)調(diào)度員操作生成模擬操作序列，并發(fā)送命令至圖像處理模塊及三維模擬模塊。

監(jiān)控中心服務(wù)器與各站級(jí)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過電力專用光纜連接，所述各站級(jí)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)與至少一個(gè)智能巡檢機(jī)器人采用無線通訊連接；所述視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接有一個(gè)或者多個(gè)固定點(diǎn)檢測機(jī)器人；

三維模擬模塊與圖像處理模塊、數(shù)據(jù)存處理模塊雙向通訊；

圖像處理模塊、三維模擬模、數(shù)據(jù)處理模塊與集中處理服務(wù)器連接，接受信號(hào)輸入；

圖像處理模塊、三維模擬模塊與控制管理模塊連接，接受命令輸入；

數(shù)據(jù)處理模塊與大數(shù)據(jù)分析模塊雙向通訊；

控制管理模塊和大數(shù)據(jù)分析模塊連接用于存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)模塊的輸出端，獲取來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的歷史數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合分析和調(diào)度策略規(guī)劃。

集中處理服務(wù)器，連接站級(jí)機(jī)器人智能巡檢系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)作為外部信號(hào)輸入，外部信號(hào)輸入上送至用于模擬集控環(huán)境的圖像處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和三維模擬模塊，其中所述用于展示電力場景的三維模擬模塊與所述圖像處理模塊互聯(lián)，依據(jù)接收到的外部命令提取所述圖像處理模塊的數(shù)據(jù)圖像變化生成仿真描述數(shù)據(jù)，以描述當(dāng)前變電站的場景和電力環(huán)境，所述數(shù)據(jù)處理模塊依據(jù)接受到的外部數(shù)據(jù)提取所述變電站或機(jī)器人的有效數(shù)據(jù)并與模擬環(huán)境中依據(jù)唯一標(biāo)識(shí)進(jìn)行匹配，發(fā)送描述信息至三維模擬模塊，用于展示的當(dāng)前各集中監(jiān)控變電站的設(shè)備和機(jī)器人參數(shù)。

變電站巡檢機(jī)器人集中監(jiān)控仿真系統(tǒng)，還包括控制管理服務(wù)器，而所述控制管理服務(wù)器則是作為內(nèi)部輸入信號(hào)完成操作人員對(duì)多個(gè)變電站設(shè)備的模擬統(tǒng)一管理，當(dāng)操作人員對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行處理時(shí)，所述控制管理將輸入信號(hào)發(fā)送至用于三維模擬的圖像處理模塊與所述三維模擬模塊，從而觸發(fā)上述一系列虛擬現(xiàn)實(shí)模擬展示和歷史調(diào)度策略重新，并將有效數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

上述未詳細(xì)描述的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系、位置關(guān)系等均為本領(lǐng)域的常規(guī)設(shè)置，屬于公知常識(shí)，在此不再贅述。

如圖2所示，本發(fā)明還提供兩種仿真方法，一為同步仿真方法，步驟如下：

1通過接受外部輸入信號(hào)，外部輸入信號(hào)可以是集中監(jiān)控系統(tǒng)或者是站內(nèi)巡檢系統(tǒng)，其中包括變電站內(nèi)巡檢系統(tǒng)的所有有效數(shù)據(jù)，如環(huán)境檢測參數(shù)、機(jī)器人運(yùn)行、自檢參數(shù)、設(shè)備檢測結(jié)果如儀表讀數(shù)、分合狀態(tài)、溫度閾值等。

2集中分析外部輸入數(shù)據(jù)，分析機(jī)器人運(yùn)行坐標(biāo)、電量、巡檢策略、檢測結(jié)果如儀表讀數(shù)等有效參數(shù)分別上送。

3分離機(jī)器人運(yùn)行坐標(biāo)、狀態(tài)等圖形參數(shù)，其中包括機(jī)器人當(dāng)前坐標(biāo)、電量值、電源狀態(tài)、電機(jī)命令、網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、控制模式、行走速度等，轉(zhuǎn)換為圖形描述并判斷其有效性。

4獲取機(jī)器人檢測測點(diǎn)隊(duì)列并形成檢測策略，對(duì)應(yīng)三維模型中生成巡檢線路描述。

5分離當(dāng)前集控管轄范圍內(nèi)的所有變電站的環(huán)境參數(shù)及當(dāng)前檢測站點(diǎn)的設(shè)備的檢測結(jié)果，根據(jù)站點(diǎn)和設(shè)備ID唯一標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)到三維模型的模擬設(shè)備，并判斷其有效性。

6根據(jù)獲取的設(shè)備參數(shù)判斷設(shè)備結(jié)果是否存在報(bào)警等異常情況，并與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果工作票順序，進(jìn)行一致性分析，確定是否發(fā)生異常。

7把上述5中分析的有效設(shè)備結(jié)果及6中分析的異常情況與數(shù)據(jù)庫中存在的歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，關(guān)聯(lián)設(shè)備狀態(tài)對(duì)比得到最終檢測結(jié)果和預(yù)警信息，并由大數(shù)據(jù)分析模塊處理并給出設(shè)備運(yùn)行的整體趨勢分析。

8把由上述步驟得出的各參數(shù)與分析結(jié)果與三維建模中的模擬設(shè)備、站點(diǎn)、機(jī)器人進(jìn)行一一匹配上傳。

9根據(jù)匹配結(jié)果，對(duì)仿真系統(tǒng)內(nèi)模型進(jìn)行填充，并判斷填充結(jié)果返回給8，進(jìn)行回歸匹配優(yōu)化。三維模擬環(huán)境展示機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、以不同顏色或圖片展示報(bào)警數(shù)據(jù)及大數(shù)據(jù)分析趨勢。

二為異步仿真方法，為集中巡檢系統(tǒng)的調(diào)度重現(xiàn)及策略預(yù)演。

1調(diào)度員在三維虛擬環(huán)境中選擇要檢測的線路或者具體設(shè)備或者根據(jù)查找的歷史調(diào)度記錄發(fā)送調(diào)度命令。

2控制管理模塊根據(jù)接受到的調(diào)度命令自動(dòng)計(jì)算出需要調(diào)度的站內(nèi)機(jī)器人、及機(jī)器人的巡檢策略并展示在三維虛擬空間內(nèi)。

3調(diào)度員根據(jù)展示結(jié)果判斷巡檢機(jī)器人和路線的調(diào)度正確性，結(jié)果符合調(diào)度需求可啟動(dòng)調(diào)度模擬。

4三維虛擬環(huán)境會(huì)自動(dòng)預(yù)演或者重現(xiàn)所調(diào)度機(jī)器人的運(yùn)行路線，并模擬真實(shí)環(huán)境，調(diào)度員可檢測調(diào)度的結(jié)果和效率，以便隨時(shí)集中控制調(diào)整調(diào)度方式。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。