一种基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法及系统与流程

[0001]
本发明涉及电力物联网巡检的技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法及系统。


背景技术：

[0002]
21世纪以来，电力物联网的迅速建设，为国民的日常生活带来了非常多的便利。而电力物联网的正常运行，离不开电力工人对输电线路与电力设备的日常巡检与维修。无人机技术的发展，电网的巡检方式从单一的人工巡检逐渐变为无人机、机器人、人工巡检互相配合的多样化巡检方式，极大地克服了传统人工巡检在山区进行巡检作业时的不足。但如何合理的安排巡检方式，使得无人机、机器人、巡检人员互相配合，寻求最优巡检方式成为了一大难题，因此需要一套能够进行智能巡检管理的电力物联网平台。


技术实现要素：

[0003]
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
[0004]
鉴于上述现有存在电力物联网智能巡检的问题，提出了本发明。
[0005]
因此，本发明解决的技术问题是：巡检过程中数据处理不智能、巡检设备调控盲目以及对于现有数据利用不充分的问题。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，将终端感知数据实时映射至管控平台，促使管控人员切换不同虚拟对象；利用所述终端感知数据和所述不同虚拟对象建立数字孪生巡检优化模型；基于所述管控人员下发的巡检任务将巡检指令传输至所述虚拟对象，结合所述数字孪生巡检优化模型进行仿真巡检；根据仿真巡检判断所述巡检任务是否存在作业风险，并按照所述虚拟对象反馈信息对所述巡检任务安排做出调整。
[0007]
作为本发明所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法的一种优选方案，其中：采集输电线路监测信息与设备参数信息；利用所述数字孪生巡检优化模型实现物理对象与虚拟对象之间的映射，将所述物理对象中的实时数据映射至所述虚拟对象；对所述实时对象数据中出现的故障发出预警。
[0008]
作为本发明所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法的一种优选方案，其中：所述构建数字孪生巡检优化模型包括，根据所述采集到的输电线路监测信息与设备参数信息，利用3d建模工具构建虚拟对象，并建立物理对象与虚拟对象之间的映射关系，实现所述输电线路监测信息与设备参数信息实时映射至虚拟对象中。
[0009]
作为本发明所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法的一种优选方案，其中：所述通过对所述虚拟对象的管控实现电网的巡检包括，利用所述输电线路监测信息与设备参数信息的实时数据映射至虚拟对象中，通过切换不同的虚拟对象可以实现对电网的巡检。
[0010]
作为本发明所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法的一种优选方案，其中：所述电网的巡检还包括，对所述采集的输电线路监测信息与设备参数信息进行预处理，提取数据的特征值，去除静态数据，将动态数上传至平台管控层；根据所述动态数利用巡检任务安排优化算法与可视化故障巡检预测算法，根据所处边缘节点合理的调度巡检设备。
[0011]
作为本发明所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法的一种优选方案，其中：所述巡检设备包括，无人机、机器人以及巡检人员，其中无人机负责输电线路的巡检任务；机器人负责线路巡检、隧道电缆巡检以及站内巡检；巡检人员配合所述机器人和无人机完成巡检任务。
[0012]
本发明解决的另一个技术问题是，提出一种基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检系统，解决巡检平台的数据处理以及巡检过程不够智能化的问题。
[0013]
为解决上述问题，本发明提出如下技术方案：一种基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检系统，包括终端感知层用于对电力设备的正常运行进行监测，并采集其监测的信息；边缘管控层与所述终端感知层相连接，用于对所述终端感知层采集到的数据进行预处理并对巡检设备进行边缘管控；平台管控层与所述终端感知层相连接，接收所述终端感知层采集到的数据，用于对整个智能巡检系统进行管控。
[0014]
作为本发明所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检系统的一种优选方案，其中：所述终端感知层包括，输电线路监测单元将电路架设时的地理位置信息与设备参数信息传输至所述平台管控层，用于构建数字孪生巡检优化模型，包含线路数据采集设备和环境数据采集设备，其中所述线路数据采集设备实时采集输电线路的运行数据，所述环境数据采集设备用于监测输电线路初步的环境状态；室内电力设备监测单元包括设备环境监测传感器、设备状态监测传感器和设备运行监测传感器用于检测包括但不限于各级变电站、各类型发电厂、新能源充电桩；隧道电缆监测单元包括电缆线路运行传感器与隧道电缆环境监测传感器，其中所述电缆线路运行传感器主要用于监测电缆运行实时参数，隧道电缆环境监测传感器主要用于监测电缆线路周围环境情况。
[0015]
作为本发明所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检系统的一种优选方案，其中：所述边缘管控层包括，所述边缘管控层连接于所述终端感知层，用于进行终端数据边缘处理与巡检设备的边缘管控，包括边缘管控模块和巡检设备控制终端；其中所述边缘管控模块连接于所述终端设备，搭建管控平台，所述边缘管控模块包括终端监测数据边缘处理模块和巡检设备的边缘管理模块；其中所述终端监测数据边缘处理模块，连接于所述终端感知层用于对终端采集数据在边缘管控平台进行数据的预处理，提取数据的特征量，将动态数上传至平台管控层，静态数据直接去除不更新，并且接收所述平台管控层下发的巡检指令，适当调整数据处理策略；所述巡检设备的边缘管理模块，连接于所述终端监测数据边缘处理模块用于根据所述预处理后的数据合理的调度巡检设备；所述巡检设备控制终端连接于所述边缘管控模块，接收所述边缘管控模块的调度指令，完成巡检作业；所述巡检设备控制终端包括无人机控制终端、机器人控制终端与巡检人员调度平台，所述无人机控制终端用于调度边缘节点各自无人机，负责输电线路的巡检任务，所述机器人控制终端用于调度边缘节点各自机器人，所述巡检人员调度平台用于调度边缘节点各自工作人员，配合所述机器人与无人机完成巡检任务。
[0016]
作为本发明所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检系统的一种优选方案，其中：所述平台管控层包括，数字孪生管理模块用于建立数字孪生巡检优化模型并管理智能巡检功能，包括数字孪生巡检优化模型的创建管理模块与数字孪生的运行管理模块，其中所述数字孪生巡检优化模型的创建管理模块建立所述数字孪生巡检优化模型，所述数字孪生的运行管理模块连接于所述数字孪生巡检优化模型的创建管理模块，管理创建好的所述数字孪生巡检优化模型并配合巡检指令完成基于数字孪生的智能巡检功能；巡检管理模块用于管理电力物联网巡检系统的巡检功能，包括常规巡检功能模块与基于数字孪生的智能巡检功能模块，其中所述常规巡检功能模块用于管理传统的电力物联网巡检功能，以及在数字孪生巡检优化模型构建过程中的过渡巡检功能，所述基于数字孪生的智能巡检功能模块用于实现数字化的职场巡检。
[0017]
本发明的有益效果：巡检工作简化：本发明基于数字孪生技术，利用电力设备采集的数据实时交互，可以实现“无人巡检”的日常巡检工作与可视化远程巡检任务，大大减少了人力物力资源的消耗；巡检功能本地化：本发明通过在网络边缘部署边缘管控平台，一方面巡检任务根据边缘管控平台可进行区域划分，各区域巡检任务同步进行；另一方面通过在边缘端部署服务器，终端数据可以在边缘管控平台进行处理，提高数据的传输效率与安全性；巡检任务优化部署：本发明通过数字孪生技术，在每一次下发巡检任务指令时可以通过在虚拟对象进行仿真巡检，排除作业安全隐患，优化巡检任务。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
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图1为本发明第一个实施例所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法的流程示意图；
[0020]
图2为本发明第一个实施例所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法的可视化故障巡检；
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图3为本发明第一个实施例所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法的巡检任务安排优化；
[0022]
图4为本发明第二个实施例所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检系统的总体架构框图；
[0023]
图5为本发明第二个实施例所述的基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检系统的模块结构分布示意图。
具体实施方式
[0024]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0025]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0026]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0027]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0028]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030]
实施例1
[0031]
参照图1～3，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检方法，包括：
[0032]
s1：将终端感知数据实时映射至管控平台，促使管控人员切换不同虚拟对象。其中需要说明的是，
[0033]
由于输电线路大多在山区，不适合部署大量监测设备，因此采集在电力线路架设时的输电线路地理位置信息与设备本身参数信息，在输电线路架设完成后，一方面实时采集输电线路运行数据，另一方面在电力线路上进行隔断部署户外摄像头与天气监测传感器，用于监测输电线路初步的环境状态；对于室内电力设备的监测场景包括但不限于各级有/无人值守变电站、各类型发电厂以及新能源充电桩，监测电力设备周围环境，主要包括设备周围人员异常检测、设备火灾监测、操作人员对设备进行作业时的规范监测并且监测设备机械损耗、绝缘电阻、设备温度和电力设备运行时的实时参数。
[0034]
s2：利用终端感知数据和不同虚拟对象建立数字孪生巡检优化模型，基于管控人员下发的巡检任务将巡检指令传输至虚拟对象，结合数字孪生巡检优化模型进行仿真巡检。其中需要说明的是，
[0035]
构建数字孪生巡检优化模型包括，根据采集到的输电线路监测信息与设备参数信息以及设备周围的环境参数，利用3d建模工具构建虚拟对象，调度人员下发巡检任务时，将巡检指令传送至虚拟对象，虚拟对象在数字孪生巡检优化模型中进行仿真巡检，判断巡检任务是否存在作业风险。
[0036]
s3：根据仿真巡检判断巡检任务是否存在作业风险，并按照虚拟对象反馈信息对巡检任务安排做出调整。本步骤需要说明的是：
[0037]
判断巡检设备电量是否充足，计算巡检最优路线，故障地点天气是否适合进行巡检作业，数字孪生巡检优化模型针对仿真巡检的反馈信息做出相应调整。
[0038]
s4：线路故障时，故障数据传输至所述虚拟对象并应映射至所述管控平台，实现可视化故障巡检。其中需要说明的是，
[0039]
进行可视化故障巡检包括采集输电线路监测信息与设备参数信息；利用所述数字孪生巡检优化模型实现物理对象与虚拟对象之间的映射，将所述物理对象中的实时数据映射至所述虚拟对象；对所述实时对象数据中出现的故障发出预警。
[0040]
通过对虚拟对象的管控实现电网的巡检包括，利用输电线路监测信息与设备参数信息的实时数据映射至虚拟对象中，通过切换不同的虚拟对象可以实现对电网的巡检。
[0041]
进一步的是，电网的巡检还包括，对采集的输电线路监测信息与设备参数信息进行预处理，提取数据的特征值，去除静态数据，将动态数上传至平台管控层；根据动态数利用巡检任务安排优化算法与可视化故障巡检预测算法，根据所处边缘节点合理的调度巡检设备，其巡检设备包括，无人机、机器人以及巡检人员，其中无人机负责输电线路的巡检任务；机器人负责线路巡检、隧道电缆巡检以及站内巡检；巡检人员配合机器人和无人机完成巡检任务。
[0042]
为了更好地对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例中选择传统巡检管理方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果；
[0043]
本发明方法是一种边云协同的电力物联网智能巡检方法，选取三种不同数量的电力设备实验组验证本发明，分别为10件、20件和50件的电力设备，其中使用传统巡检管理方法，通过拍照、录像等方式采集电力设备的信息并进行存储，巡检人员针对采集到的信息进行远程查看并分析，判断是否出现异常情况；而使用本发明方法，通过构建一个数字孪生巡检优化模型，根据实时数据对、进行虚拟对象的映射，利用虚拟对象完成巡检过程；在三组电力设备实验组使用两种方法进行巡检后，利用matlb软件实现两种方法的巡检完整性的测试，测试结果以完整度为指标，测试结果如下表1所示，
[0044]
表1：电力线实验组的实验结果
[0045][0046]
从表1可以看出，在三组实验数据中，使用两种巡检方法都随着电力设备数量的增长所能巡检设备的完整度也随之减少，但是在使用传统可视化巡检方法时，巡检所用的时间与使用本发明方法所用的时间相比，使用本发明方法的巡检完整度明显更高，并且其完整度变化也相对稳定，本发明方法使用数字孪生巡检优化模型，将实时对象数据映射至虚拟对象中，可以能够减少巡检时间，。
[0047]
实施例2
[0048]
参照图4和5，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于数字孪生技术的电力物联网智能巡检系统，包括：终端感知层100、边缘管控层
200和平台管控层300，其中需要说明的是，
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终端感知层100用于对电力设备的正常运行进行监测，并采集其监测的信息，包括输电线路监测单元101、室内电力设备监测单元102和隧道电缆监测单元103，其中输电线路监测单元101将电路架设时的地理位置信息与设备参数信息传输至平台管控层300，用于构建数字孪生巡检优化模型，包含线路数据采集设备101a和环境数据采集设备101b，其中线路数据采集设备101a实时采集输电线路的运行数据，环境数据采集设备101b用于监测输电线路初步的环境状态；室内电力设备监测单元102包括设备环境监测传感器102a、设备状态监测传感器102b和设备运行监测传感器102c用于检测包括但不限于各级变电站、各类型发电厂、新能源充电桩；隧道电缆监测单元103包括电缆线路运行传感器103a与隧道电缆环境监测传感器103b，其中电缆线路运行传感器103a主要用于监测电缆运行实时参数，隧道电缆环境监测传感器103b主要用于监测电缆线路周围环境情况。
[0050]
边缘管控层200与终端感知层100相连接，用于对终端感知层100采集到的数据进行预处理并对巡检设备进行边缘管控；边缘管控层200连接于终端感知层100，用于进行终端数据边缘处理与巡检设备的边缘管控，包括边缘管控模块201和巡检设备控制终端202；其中边缘管控模块201连接于终端设备，搭建管控平台，边缘管控模块201包括终端监测数据边缘处理模块201a和巡检设备的边缘管理模块201b；其中终端监测数据边缘处理模块201a，连接于终端感知层100用于对终端采集数据在边缘管控平台进行数据的预处理，提取数据的特征量，将动态数上传至平台管控层，静态数据直接去除不更新，并且接收平台管控层300下发的巡检指令，适当调整数据处理策略；巡检设备的边缘管理模块201b，连接于终端监测数据边缘处理模块201a用于根据预处理后的数据合理的调度巡检设备；巡检设备控制终端202连接于边缘管控模块201，接收边缘管控模块201的调度指令，完成巡检作业；巡检设备控制终端202包括无人机控制终端202a、机器人控制终端202b与巡检人员调度平台202c，无人机控制终端202a用于调度边缘节点各自无人机，负责输电线路的巡检任务，机器人控制终端202b用于调度边缘节点各自机器人，巡检人员调度平台202c用于调度边缘节点各自工作人员，配合机器人与无人机完成巡检任务。
[0051]
平台管控层300与终端感知层100相连接，接收终端感知层100采集到的数据，用于对整个智能巡检系统进行管控，平台管控层300包括，数字孪生管理模块301用于建立数字孪生巡检优化模型并管理智能巡检功能，包括数字孪生巡检优化模型的创建管理模块301a与数字孪生的运行管理模块103b，其中数字孪生巡检优化模型的创建管理模块301a建立数字孪生巡检优化模型，数字孪生的运行管理模块103b连接于数字孪生巡检优化模型的创建管理模块301a，管理创建好的数字孪生巡检优化模型并配合巡检指令完成基于数字孪生的智能巡检功能；巡检管理模块302用于管理电力物联网巡检系统的巡检功能，包括常规巡检功能模块302a与基于数字孪生的智能巡检功能模块302b，其中常规巡检功能模块302a用于管理传统的电力物联网巡检功能，以及在数字孪生巡检优化模型构建过程中的过渡巡检功能，基于数字孪生的智能巡检功能模块302b用于实现数字化的职场巡检。
[0052]
不难理解的是，本实施例中所提供的系统，其涉及终端感知层100、边缘管控层200和平台管控层300的连接关系，例如可以是运行在计算机可读程序，通过提高各模块的程序数据接口实现。
[0053]
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存
储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
[0054]
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
[0055]
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
[0056]
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
[0057]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。