一种基于路径动态规划的变电站巡检方法及系统与流程

本发明涉及电力系统与设备维护，具体为一种基于路径动态规划的变电站巡检方法及系统。

背景技术：

1、变电站是整个电网正常运行的关键因素，是连接电源和用户的中心枢纽，变电站发生安全风险将直接影响用户端与电源端的正常连接，如若处理不及时将影响电网的稳定性，严重的会导致大规模的停电。目前巡检工作主要以人工巡检为主，但变电站建筑面积较大，且作为典型的高危工作区域，站内巡检线路纵横交错，电器设备相似，巡检人员单次巡检工作量大，耗时长，在实际巡检执行过程中，巡视人员自身知识水平、责任意识以及巡视路线合理性都对人员的安全性有着较高的要求，同时也影响变电站的巡检效果。

2、现有方法包括：可穿戴mr设备模块，扫描巡检变电站的室内信息，获取粗糙的表面数据；后台服务器，包括unity图像处理模块以及遗传算法模块，unity图像处理模块对可穿戴mr设备模块获取的粗糙表面数据进行处理，后台服务器根据巡检任务清单上列出的设备以及unity图像处理模块的处理结果，调取遗传算法模块生成室内路径规划；通信层模块，可穿戴mr设备模块通过通信层模块与后台服务器模块进行信息的双向传输。

3、上述方法是基于静态的地图生成室内路径规划，并未考虑到变电站的电气设备故障时也存在较大的安全隐患，若按原路径进行巡检，将会为巡检人员带来危险。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的变电站巡检路径规划方法存在现场信息采集不全面，故障响应慢，成本较高，以及动态路径规划不合理的优化问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于路径动态规划的变电站巡检方法，包括：采集深度图像和定位信息，构建电子地图，基于电子地图和环境调整巡检路径规划，通过实时监控对巡检执行进行指导，并对设备故障响应。

4、作为本发明所述的一种基于路径动态规划的变电站巡检方法的一种优选方案，其中：所述采集深度图像和定位信息包括通过双目摄像头采集深度图像，通过北斗定位器采集位置信息。

5、作为本发明所述的一种基于路径动态规划的变电站巡检方法的一种优选方案，其中：所述构建电子地图包括基于orb-slam2算法框架，通过引入动态特征点剔除和语义建图构建变电站的电子地图；

6、输入深度图像序列，选择第一帧作为初始化帧，提取orb特征点和描述子，等待下一帧；

7、对于后续的图像帧，提取orb特征点和描述子，与初始化帧进行匹配；

8、若匹配的特征点数量达到2000个，选择帧作为第二帧，否则继续等待下一帧；

9、根据初始化帧和第二帧的匹配点，使用ransac算法输出基础矩阵和单应矩阵，根据重投影误差和场景假设选择模型，根据的模型，使用三角化或dlt算法恢复相机位姿和地图点；

10、基于yolov3检测深度图像中的潜在动态目标，利用lk光流估算目标运动并通过对极几何判断动态特征点，判断保留或剔除特定区域的特征；

11、根据帧的位姿搜索局部地图的关键帧和地图点，使用orb匹配和优化算法调整帧位姿，并判断是否加入关键帧；

12、基于关键帧，使用yolov3检测结果为图像赋予语义信息，标记动态目标并利用相邻帧弥补丢失信息，产生三维点云；

13、将关键帧插入局部地图并更新关系，对关键帧内的特征点进行融合或添加，并进行外点剔除和冗余关键帧删除；

14、三维点云构成关键帧三维点云pckf，表示为：

15、pckf＝{pi|pi＝π-1(pi,dpi)}

16、其中，π-1(·)表示二维到三维的逆投影变换，pi为像素点，dpi为深度值，k为定位坐标，pi为相机坐标系下形成三维点。

17、作为本发明所述的一种基于路径动态规划的变电站巡检方法的一种优选方案，其中：所述基于电子地图和环境调整巡检路径规划包括控制中心基于电子地图和预设的巡检安排生成全息投影巡检路径图，并根据环境感应调整；

18、当巡检人员戴上设备，设备进行生物识别，确定巡检员的身份，根据巡检员的过去记录，生成巡检路径，并实时显示在全息投影中；

19、可穿戴设备实时感知周围环境，温度、湿度、气体浓度，并根据环境变化动态调整巡检路径，若环境出现异常，设备将全息投影一个虚拟安全路径，指引巡检员离开危险区域；

20、在全息投影的路径中，除了显示基础的路径和禁区，根据控制中心的任务安排，显示虚拟任务标志，当巡检员靠近标志，设备会展开一个任务链，同时完成一个任务，都会有相应的反馈音效和视觉效果，鼓励巡检员按计划完成任务；

21、若场地存在三名以上巡检员同时进行任务，可穿戴设备互相感知，展示巡检员的位置，若一个巡检员进入另一个巡检员的预定巡检区域，两者的设备受到警告，并提示调整路径以避免重复工作；

22、在巡检前，可穿戴设备模拟设备故障、突发火灾，巡检员在模拟情境中进行训练。

23、作为本发明所述的一种基于路径动态规划的变电站巡检方法的一种优选方案，其中：所述基于电子地图和环境调整巡检路径规划包括通过d算法从目标点出发，输出路径，表示为：

24、f(n)＝g(n)+h(n)

25、其中，f(n)为节点n的总代价，g(n)为从起始点到节点n的实际代价，h(n)为从节点n到目标点的启发代价；

26、定义节点状态向量，表示为：

27、

28、其中，为定义节点状态向量；

29、利用旋转矩阵来表示节点间的关系，表示为:

30、

31、

32、其中，θ为基于节点间代价变化的角度，c(n,m)为从节点n到m的代价；

33、更新函数，表示为:

34、

35、其中，为节点间代价的变化；

36、环境变化下的代价修正表示为，当节点间代价c(n,m)发生变化时，根据代价的增加和减少，更新raise或lower集合；

37、对于raise集合中的每个元素，重新计算影响路径的代价并更新；

38、对于lower集合中的每个元素，重新寻找路径。

39、作为本发明所述的一种基于路径动态规划的变电站巡检方法的一种优选方案，其中：所述通过实时监控对巡检执行进行指导包括通过检测巡检人员的位置信息与预设巡检路线进行比较，对于巡检人员偏离巡检路径做出预警；

40、若巡检员即将偏离预定路径，设备的全息投影上会显示动态红色警告标记，并伴随语音提示；

41、设备将根据周围环境的亮度自动调整全息投影的亮度；

42、若巡检员靠近禁区或高风险区，设备会进行振动和声音警告，并全息投影显示危险，同时自动发送紧急消息到控制中心；

43、巡检员在检查电气设备时，设备将自动记录并同步检查状态到控制中心；

44、若巡检员遇到紧急情况，按下可穿戴设备上设置的一个虚拟sos按钮，控制中心将立刻收到紧急信号，同时设备会根据最近的安全出口全息投影出一个逃生路径。

45、作为本发明所述的一种基于路径动态规划的变电站巡检方法的一种优选方案，其中：所述对设备故障响应包括设备监测装置监测电气设备的健康状态，上报控制中心同时更新电子地图，引导巡检人员按照更新后的路线继续进行巡检，以确保人员安全；

46、当设备监测到电器故障，可穿戴设备会提示巡检员进行确认，巡检员通过语音或手势反馈确认信息；

47、若确认设备故障，电子地图寻找附近巡检员，发出全息投影任务提示，同时，其他巡检员的路径也会进行微调以适应新的情况；

48、巡检员靠近故障设备时，可穿戴设备显示设备的维护记录、故障历史信息；

49、若巡检员无法处理故障，巡检员通过穿戴设备发起实时的协作请求，在线的技术专家实时观测巡检员的视角并给出建议。

50、本发明的另外一个目的是提供一种基于路径动态规划的变电站巡检系统，其能通过设备监测装置、可穿戴设备和控制中心引导各巡检人员按照规划的路径完成巡检，解决了目前的变电站巡检路径规划方法未考虑到变电站的电气设备故障时也存在较大安全隐患的问题。

51、作为本发明所述的一种基于路径动态规划的变电站巡检系统的一种优选方案，其中：包括电子地图构建模块，变电站巡检模块，故障反应模块；所述电子地图构建模块用于通过引入动态特征点剔除和语义建图构建变电站的电子地图；所述变电站巡检模块用于检测设备健康状态，对环境实时监测，并对数据收集上传；所述故障反应模块用于快速对故障设备区域做出反应，确保实时响应、安全防护和优化资源分配。

52、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序是实现一种基于路径动态规划的变电站巡检方法的步骤。

53、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现一种基于路径动态规划的变电站巡检方法的步骤。

54、本发明的有益效果：本发明提供的一种基于路径动态规划的变电站巡检方法通过采集深度图像和定位信息构建电子地图，引入动态特征点的剔除机制，可以排除因动态目标带来的误差，从而提高地图的准确性为变电站巡检系统提供了空间信息基础，确保了系统的高效、安全和准确运行，同时通过巡检，可以定期对变电站内的设备进行健康状态检查，确保它们正常、稳定地运行，及时发现潜在的问题或故障，从而避免更大的损失或事故，本发明在效率、准确性和安全性方面都取得更加良好的效果。