Paarautojamās pārvežņu inspekcijas: Kā robotika uzlabo uzticību un samazina izmaksas

1. Projekta fons un pētījumu nepieciešamība

Ar tehnoloģisko progresu un elektrotīklu reformu dziļināšanos, elektrotīklu automatizācijas līmenis ir būtiski uzlabojies. Pārveidotnes strādā ar "bez cilvēka" vai "ar mazāku personāla skaitu" operatīvo modeļu. Pašlaik pārveidotnes galvenokārt uzticas "četrām telemetrijas" funkcijām (telemetrija, teleinformācija, telekontrole, telerregulācija) un SCADA sistēmām, lai monitorētu iekārtu elektriskos signālus. Tomēr šis tradicionālais pieejas nespēj nodrošināt reāllaika uztveri un apzināšanos par iekārtu vietas fizisko stāvokli (piemēram, izskatu, temperatūru, neērtus troksniņus utt.).

Pārējo operatīvo un uzturēšanas modeļu ir acīmredzami trūkumi: kad pārveidotnē notiek kāda neatbilstība, dispečeri vispirms jāinformē attālināti pārveidotņu darbinieki, lai tie dodotos uz vietas, un tikai tad organizē remontdarbus. Šis process būtiski aizkavē defektu novēršanu, ietekmējot elektrosniedzības drošumu un servisa kvalitāti. Turklāt tradicionālās attālinātās video monitorēšanas sistēmas tikai realizē audio un video datus digitālā formā, trūkst intelektuālo analīzes spēju un ir ierobežotas ar vienādiem kameru skatiem un ierobežoto tīkla platumu, kas padara to lielapjoma izmantošanu grūtu.

2. Kopējā robotu sistēmas struktūra

Šajā sistēmā tiek izmantota divslāņu "Bāzes stacija – Mobilais aģents" arhitektūra, lai sasniegtu koordinētu attālināto monitorēšanu un vietas inspekciju darbību.

2.1 Bāzes stacijas sistēma

Bāzes stacijas sistēma tiek instalēta attālinātā monitorēšanas centrā un kļūst par veselās sistēmas cilvēka-datora interakcijas un komandu pamatu.

2.2 Mobiilais aģents (robots)

Mobiilais aģents ir inteliģentais terminālis, kas veic vietējās inspekcijas uzdevumus, īpaši autonomijas un vides pielāgošanās līmenim.

• Mobiilās platformas dizains: Izmanto četrām riteņu diferenciālo pārvadi. Divi priekšējie riteņi ir neatkarīgi pārvades riteņi, katrs ar atsevišķu dzinēju, kas ļauj elastīgu diferenciālo virzieni; divi aizmugurē esošie riteņi ir griešanas riteņi. Šis dizains piedāvā priekšrocības, piemēram, labu taisnas kustības stabilitāti, mazu pagriešanas rādiusu (var pagriezties ap priekšējo riteņu centru), stipru ceļu pielāgošanos, bez sānu slīdēšanas un vienkāršu, uzticamu struktūru.
• Kustības kontroles apakšsistēma: Hardversa pamats ir PC104 galvenā plāne, aprīkota ar PCL-839 kustības kontrolles karti un dzinēju vadītājiem. Šī apakšsistēma atbild par visām robotu kustībām. Saņemot komandas no augstākā plānotāja un integrējot transportlīdzekļa dinamikas modeli, tā precīzi sadala ātruma komandas katram pārvades dzinējam, sasniedzot vieglu un precīzu kustības kontrolēšanu.
• Uzdevumu izpildes apakšsistēma: Darbojas kā robotu "senses" un " rokuves". Galvenās funkcijas ietver:
• Datu iegūšana: Integrē redzamus CCD kameras, infrasarkanās termiskās kameras un augstas veiktspējas virziena mikrofonu (MEMS) elektrotehniskā iekārtu attēlu (redzams un infrasarkans) un skaņas datu iegūšanai.
• Automātiska uzlāde: Spēj automātiski atgriezties uz uzlādes dokam, nodrošinot nepārtrauktu 7x24 stundu darbību.

3. Galvenās tehnoloģijas un funkciju realizācija

3.1 Inteliģenta reāllaika maršruta plānošanas tehnoloģija

• Globālais maršruta plānošana: Pamatojas uz iepriekš iestatītu pārveidotnes elektronisko karti, aprēķina optimālo iekārtu aptaukošanas punktu secību un iespējamos maršrutus, balstoties uz stratēģijām, piemēram, "ārkārtīgi īsā maršruta", "mazākā griešanās" vai "kopējā optimālā."
• Lokālais maršruta plānošana:
  • Šķēršņu izvairīšanās: Izmanto VFF (virtuālā spēka lauka histogramma) algoritmu, kombinējot to ar sensoru datiem, piemēram, LiDAR, lai ģenerētu reāllaika izvairīšanās komandas, nodrošinot drošu navigāciju dinamiskās vidē.
  • Līnijas sekotājs: Izmanto klasisko PID kontrolles algoritmu, lai nodrošinātu robotu precīzu sekošanu noteiktajiem maršrutiem.
  • Vides pielāgošanās: Izmanto EM algoritmu un klasterēšanas algoritmus, lai apstrādātu sensoru datus, efektīvi pielāgojot ceļu robežas un pārvarot pozicionēšanas novirzes.

3.2 Daudzmodālā iekārtu detektora un diagnosticēšanas sistēma

1. Attālināta infrasarkana monitorēšana un diagnosticēšana
• Konfigurācija: Tiešsaistes infrasarkana termiskā kamera, ietver attēlu iegūšanu, apstrādi, attēlošanu, glabāšanu un ziņojumu ģenerēšanu moduļus.
• Funkcijas: Automātiski detektē iekārtu virsmas temperatūru, salīdzina to ar iepriekš iestatītām robežvērtībām un tūlītēji aktivizē akustiskos/vizuālos signālus, ja notiek neatbilstības; var ģenerēt iekārtu temperatūras gradienta kartes, temperatūras-laika krivās utt., lai palīdzētu kļūdu analīzei; izmanto attēlu kompresijas tehnoloģiju, lai atbalstītu vairāku pārveidotņu reāllaika infrasarkanās plūsmas kopīgu monitorēšanu dispečera centrā.
2. Attālināta attēla monitorēšana un diagnosticēšana
• Konfigurācija: Redzamais gaismas CCD kamera un video serveris.
• Funkcijas: Bāzes stacijas sistēma veic inteliģento analīzi (piemēram, atšķirīgu attēlu analīzi, korrelācijas analīzi) atgrieztajiem redzamās gaismas attēliem, lai automātiski identificētu elektrotehnisko iekārtu izskatu un instrumentu rādījumus. Parasti tā automātiski maina monitorēšanas punktus; tā tikai glabā attēlus un aktivizē signālus, ja notiek neatbilstības, būtiski uzlabojot kanālu izmantošanu un monitorēšanas efektivitāti.
3. Attālināta skaņas monitorēšana un diagnosticēšana
• Konfigurācija: Augstas veiktspējas virziena MEMS mikrofons.
• Funkcijas: Reāllaikā iegūst iekārtu darbības troksniņus, to komprimē un nosūta atpakaļ. Sistēma inteliģenti novērtē iekārtu darbības stāvokli un neatbilstību veidus (piemēram, nogurtums, izplūde), salīdzinot reāllaika troksniņus ar vēsturiskiem normālajiem datiem, un sniedz interaktīvu interfeisu uzturēšanas personālam, lai tos meklētu un analizētu.
4. Kustīgo objektu iebrukuma detektors un signālsistēma
• Princips: Balstās uz videostreama kustīgo mērķu detektāru algoritmiem, automātiski identificē un izvelk zonas videostribā, kurās satur objektus, kas kustas attiecībā pret fonu.
• Funkcijas: Kad tiek detektēts neatbilstošs kustīgais mērķis, piemēram, nelegāls iebrukums, sistēma tūlītēji aktivizē signālu un saglabā vietējos attēlus, nodrošinot pierādījumus drošības izmeklēšanai, ļaujot patiesi bez cilvēka drošības monitorēšanu.

4. Lauka darbība un lietošanas rezultāti

Galvenā lietošanas vērtība: Šis robotu sistēma inovatīvi integre "bezkontaktu mobilās detektāru" ar esošo "kontaktu balstīto fiksēto monitorēšanu" pārveidotnēs, veidojot visaptverošu monitorēšanas sistēmu, kas ietver gan telpu, gan stāvokli, efektīvi kompensējot tradicionālo inspekcijas modeļu trūkumus.

Darbības rezultāti:

• Būtiski uzlabota drošība un uzticamība: Spēj laikus detektēt potenciālas kļūdas, piemēram, siltas defektus, virsma ārējus objektus, naftas izplūdes un skaņas neatbilstības, likvidējot avārijas agrīnā stadijā.
• Uzlabota operatīvā un uzturēšanas efektivitāte: Aizstāj manuālas atkārtotās un garīgas rutīnas inspekcijas, un sniedz dispečeriem reāllaiku un precīzu atgriezeni par vietas stāvokli, nodrošinot būtiskus datu atbalstu ārkārtas lēmumu pieņemšanai, būtiski samazinot kļūdu risināšanas laiku.
• Samazinātie operatīvie izdevumi: Kļūst par galveno tehnoloģisko aprīkojumu, lai realizētu "bez cilvēka" pārveidotnes modeli, palīdzot elektrosniedzējiem optimizēt cilvēka resursu piešķiršanu un samazināt ilgtermiņa operatīvos izdevumus.