基于多智能體的變電站機(jī)器人巡檢遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)

基于多智能體的變電站機(jī)器人巡檢遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)

Summary：巡檢機(jī)器人利用可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外熱成像儀、聲音傳感器開展設(shè)備外觀檢查、表計(jì)讀取、紅外測(cè)溫、聲音檢測(cè)等設(shè)備巡視和監(jiān)視工作。如利用可見(jiàn)光攝像機(jī)巡視斷路器分合閘指示及相關(guān)表計(jì)指示是否正常；利用紅外熱成像儀檢測(cè)引線接頭過(guò)熱情況。巡檢機(jī)器人雖然具備可見(jiàn)光、紅外、噪聲等基本檢測(cè)功能，但若在現(xiàn)有生產(chǎn)作業(yè)流程閉環(huán)，還需要遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)與其他生產(chǎn)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)互聯(lián)互通、融合處理相關(guān)數(shù)據(jù)，減少人工設(shè)置、操作和比對(duì)環(huán)節(jié)，以便充分發(fā)揮自主巡檢的優(yōu)勢(shì)。Keys：巡檢機(jī)器人；集控；Java2平臺(tái)企業(yè)版；多智能體系統(tǒng)一、遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)架構(gòu)1.1集控主站從企業(yè)管理信息系統(tǒng)統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)（4A平臺(tái)）、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、電網(wǎng)氣象系統(tǒng)等相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入作業(yè)計(jì)劃、設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)行工況等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備臺(tái)賬、巡視計(jì)劃、用戶權(quán)限等與機(jī)器人作業(yè)流程的融合及統(tǒng)一，確保能夠按作業(yè)指導(dǎo)書要求，獲取巡視計(jì)劃，并將巡檢結(jié)果導(dǎo)入消缺、檢修等任務(wù)模塊。1.2集控主站通過(guò)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)向轄區(qū)內(nèi)的子站及其管轄的機(jī)器人發(fā)布巡檢任務(wù)（巡檢時(shí)間、待檢設(shè)備）指令，如圖2所示。指揮巡檢機(jī)器人開展紅外熱成像、可見(jiàn)光圖像、聲音等檢測(cè)，巡檢機(jī)器人完成巡檢作業(yè)后，再依次向子站、主站反饋巡檢結(jié)果。1.3主站結(jié)合設(shè)備運(yùn)行工況數(shù)據(jù)判斷設(shè)備狀態(tài)，向資產(chǎn)管理系統(tǒng)報(bào)送設(shè)備缺陷、巡檢記錄等信息，并基于Web方式，面向電網(wǎng)公司本部、供電局等用戶，提供全景展示與統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)。二、數(shù)據(jù)歸集2.1主站的分層結(jié)構(gòu)J2EE在組件技術(shù)、分布式計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供分布式企業(yè)應(yīng)用體系。本文基于J2EE設(shè)計(jì)主站，并按照“緊耦合系統(tǒng)一體化，松耦合系統(tǒng)集成化”的理念，定義數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、表示層，如圖3所示。解決主站面臨的多源信息融合、數(shù)據(jù)交互異構(gòu)難題，并通過(guò)表示層為工作人員提供集中管理、集中監(jiān)視、集中控制等遠(yuǎn)程集控功能。其中，通過(guò)系統(tǒng)管理、拓展配置及資源調(diào)配模塊，實(shí)現(xiàn)人員權(quán)限和機(jī)器人資源的管理；通過(guò)設(shè)備告警、機(jī)器人狀態(tài)及數(shù)據(jù)分析模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備及機(jī)器人數(shù)據(jù)的監(jiān)視分析；通過(guò)變電站巡檢和任務(wù)管理模塊，下達(dá)日常巡視、特殊巡視作業(yè)任務(wù)，并自動(dòng)/手動(dòng)控制機(jī)器人。主站在SOA基礎(chǔ)上，遵循平臺(tái)與應(yīng)用分離的理念，其數(shù)據(jù)模型基于CIM統(tǒng)一信息模型建立。同時(shí)，采用可擴(kuò)展標(biāo)志語(yǔ)言（ExtensibleMarkupLanguage，XML）、資源描述框架（ResourceDescriptionFramework，RDF）及WebService技術(shù)，搭建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。在平臺(tái)J2EE分層結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)層和表示層之間僅設(shè)置業(yè)務(wù)邏輯層，以減少層間耦合度。此外，在表示層，使用符合模型視圖控制器（ModelViewController，MVC）思想的Spring開源框架，構(gòu)建面向各級(jí)用戶的瀏覽器/服務(wù)器（B/S）應(yīng)用體系。2.2橫向數(shù)據(jù)交互體系在推進(jìn)應(yīng)用智能技術(shù)、建設(shè)智能電網(wǎng)的背景下，業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)已經(jīng)走向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，主站通過(guò)SOA與關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用程序接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)歸集。主站與4A平臺(tái)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)，是為了獲取用戶權(quán)限、作業(yè)計(jì)劃及設(shè)備臺(tái)賬，并反饋巡檢結(jié)果與設(shè)備缺陷，使得巡檢機(jī)器人能夠融入生產(chǎn)流程，解決機(jī)器人、遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)不能數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的問(wèn)題。主站與電網(wǎng)氣象系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，是為了獲取地區(qū)溫濕度、設(shè)備負(fù)荷（電流、電壓），使得巡檢機(jī)器人能夠輔助判斷設(shè)備狀態(tài)是否滿足巡檢的環(huán)境條件，解決機(jī)器人、遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)不能自主診斷的問(wèn)題。如按DL/T664標(biāo)準(zhǔn)要求，在開展紅外測(cè)溫時(shí)，參照環(huán)境氣候條件和設(shè)備實(shí)際電流（負(fù)荷），分析判斷設(shè)備過(guò)熱原因。在主站的數(shù)據(jù)層提供SOA服務(wù)管理，即：①數(shù)據(jù)接口；②業(yè)務(wù)模型向服務(wù)模型間的關(guān)系映射與轉(zhuǎn)換；③本地應(yīng)用系統(tǒng)底層交互與組裝。業(yè)務(wù)系統(tǒng)間橫向數(shù)據(jù)交互體系如圖4所示。服務(wù)接口協(xié)議采用WebService，編碼樣式為UTF-8，每個(gè)接口服務(wù)提供服務(wù)XSD文件和WebService調(diào)用方法，返回?cái)?shù)據(jù)格式均為XML。2.3縱向數(shù)據(jù)交互體系系統(tǒng)部署在電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)，用于承載主站與子站間的縱向數(shù)據(jù)通信?？v向數(shù)據(jù)交互體系如圖5所示，采用區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)保障網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QualityofService，QoS）。其中，視頻數(shù)據(jù)采用H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，并以VPN方式與其他業(yè)務(wù)隔離，傳輸速率控制在8~16MByte/s，業(yè)務(wù)通道延時(shí)小于150ms。遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)的主體可視為由遍布各地機(jī)器人智能體終端組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。隨著用戶、機(jī)器人及數(shù)據(jù)規(guī)模的增加，可能導(dǎo)致隨機(jī)數(shù)據(jù)交互時(shí)，存在嚴(yán)重?fù)砣脱舆t，影響系統(tǒng)QoS指標(biāo)。其中，可見(jiàn)光、紅外熱成像數(shù)據(jù)量大，為滿足不同子站的QoS需求，避免數(shù)據(jù)交互高負(fù)載時(shí)的網(wǎng)絡(luò)擁塞，采用間隙整形算法事先估計(jì)接入負(fù)載，優(yōu)選時(shí)隙接入周期，均衡終端接入請(qǐng)求，進(jìn)而控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。2.4數(shù)據(jù)融合交互本體映射包括特征提取、映射發(fā)現(xiàn)、相似度計(jì)算、相似度整合、相似度優(yōu)化5個(gè)步驟。5個(gè)步驟反復(fù)迭代，直至得到滿意結(jié)果。本文在本體映射技術(shù)的基礎(chǔ)上，基于SOA平臺(tái)架構(gòu)和CIS/SOA數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，建立遵循IEC61970/61968標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一電網(wǎng)信息模型的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)參數(shù)體系和集成融合模型，進(jìn)一步將主站和資產(chǎn)管理（生產(chǎn)）系統(tǒng)等獨(dú)立業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模后，集成匯入數(shù)據(jù)層。引入的本體映射技術(shù)可發(fā)現(xiàn)模式元素間的語(yǔ)義沖突，需事先提取概念名稱、屬性名稱、概念實(shí)例等用于映射操作的各種特征，并在源本體和目標(biāo)本體中分別選擇概念，進(jìn)行映射內(nèi)容的相似度匹配。三、結(jié)語(yǔ)面向變電站智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用需求，基于J2EE搭建融合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)，并貫通遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)與資產(chǎn)管理系統(tǒng)等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人巡視計(jì)劃、巡檢結(jié)果在現(xiàn)有作業(yè)體系中的閉環(huán)，提高了巡檢工作效率，提供了開放式資源共享平臺(tái)。研發(fā)基于MAS的遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)，具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等特點(diǎn)，以CORBA模型文件實(shí)現(xiàn)適配機(jī)器人資源調(diào)配，克服在跨區(qū)域調(diào)配不同規(guī)格機(jī)器人資源時(shí)，遇到的兼容性及異構(gòu)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)充分應(yīng)用巡檢機(jī)器人資源。Reference：[1]楊旭東,黃玉柱,李繼剛,等.變電站巡檢機(jī)器人研究現(xiàn)狀綜述[J].山東電力技術(shù),2015,42(1):30