文 献 综 述
课题:变电站巡检机器人导航定位技术研究
0前言
随着科技进步和电力体制改革的不断深入发展电力系统自动化程度已有很大提高，变电站值班也逐渐趋于无人化或少人化。变电站设备的电气信号可以通过监控与数据采集(SCADA)系统、高压设备绝缘检测、继电保护等装置获得，从而实现了变电站主设备的远程监控，即”四遥”( 遥测、遥信、遥控、遥调)功能。但是，“四遥”在一定程度上忽略了事后对事故发展的准确判断并降低了对事故处理的快速反应能力。一旦变电站发生异常，调度人员必须先通知分局变电运行班（或操作队）赶到现场了解真实情况、事故波及设备范围，再由变电运行班人员向调度员、分局领导汇报，分局才组织维护班(或检修公司)进行抢修。人员不到变电站就无法准确了解或根本不掌握现场详细情况。这样一来一往大大延误了排除缺陷的时间，影响了供电局的售电量和服务承诺。因此，很多变电站增加了第五遥(遥视)功能，即在变电站内安装摄像机及各类探头，将无人值班变电站的防火、防盗以及设备运行、发热和事故直观情况及波及范围，通过站内电话线或光纤等通道传到调度所，以便调度人员做出正确的决策。虽然这种远程监视实现了图像、声音信号的数字化以及远距离传送，为解决变电站远程多媒体监控系统提供了全面的技术支持。但是，这种远程监视只是将变电站的多媒体信息上传，不进行处理，又由于每个可见光电荷耦合器件(CCD)摄像机视野的限制、网络通信带宽有限等，制约了远程监视的推广应用。
为了保证变电站设备的安全可靠运行，更快地推进变电站无人值守的进程，利用智能移动机器人完成电站设备的巡检，就目前的技术而言，可以说是提高工作效率和质量、减员增效的理想方案之一。
1.变电站巡检机器人的研究现状
变电站巡检机器人属于典型的特种移动机器人，随着研究的不断深入和应用范围的不断扩大，在国际上形成了独特的电力特种机器人应用研究领域。目前应用较多的电力特种机器人主要有:高压带电作业机器人、超高压巡线机器人、核电站作业机器人、变电站设备巡检机器人、变电站瓷瓶清扫机器人、锅炉承压部件检测机器人、电缆管道检测机器人等。虽然国外变电站设备巡检机器人的研究起步较早，但仍有许多关键性问题等待解决，目前电力巡检机器人是国内外机器人领域的研究热点。
传统的变电站巡视主要是通过人工方式，综合运用感官以及一些配套的检测仪器对变电设备进行以简单定性判断为主的检查，该方式存在劳动强度大、检测质量分散、主观因素多等缺陷。近年来，随着计算机技术的进展和微机监控技术在变电站的推广使用，变电站巡检机器人系统因其灵活的控制运行方式、不受天气因素影响等优点，逐渐在无人值班或少人值守变电站对户外高压设备执行巡检任务，为及时发现和消除设备缺陷，预防事故发生，确保设备安全运行发挥了一定的作用。
在国外，日本学者2003年率先提出了变电站巡检机器人的研究方案并完成了实验室模拟实验；2005年A.Birk等研制了轨道式变电站巡检机器人，并在美国西部电力公司投入应用，有效实现了变电站电气设备的红外测温；D.A.Carnegie等提出了一种由光纤陀螺、里程仪、加速度计、激光雷达、差分GPS和导航计算机构成的导航系统，基于差分GPS定位、航位推算导航原理设计了该组合导航系统软件，实验表明，该系统能为变电站设备巡检机器人提供连续、实时、较高精度的导航定位；Suzuki T提出基于机器视觉与3D像素地图的移动机器人导航定位方法，并将其应用于变电站设备巡检，取得比常规方法更好的定位精度；Gueaieb W等提出了智能移动机器人的RFID定位方法，为变电站巡检机器人的精确定位提供了新思路；Katrasnik J设计了一种基于视觉的变电站智能巡检机器人，并通过现场试验证明了其有效性；John-Young Park等对巡检机器人的的关键技术进行了分析与展望，指出在巡检机器人上应用仿人立体视觉技术将会有效地提升变电设备状态监控的智能化程度，是巡检机器人的发展方向。
我国起步较晚，2007年出现了变电站巡检机器人的研究报道，鲁守银等提出了一种巡检机器人的体系结构，给出了基于该体系结构的车体运动学建模和避障算法；矫德余等研制了嵌入式系统的巡检机器人，该系统携带红外热像仪、可见光摄像机等检测设备，基于磁轨迹实现最优路径规划和双向行走，以自主或遥控方式实现站内一次设备温度的自动巡检，肖鹏等针对现有云台产品无法满足变电站现场巡检要求这一情况，设计了巡检机器人云台控制系统并通过实验验证了该系统的有效性；王建元等针对无人值守变电站遥视系统的网络化和智能化多点监测趋势，结合巡检机器人技术，提出一种基于图论的智能寻迹方案并利用基于传递闭包理论的路径搜索算法，对各检测点关联信息进行关联路径搜索，为智能巡检提供了新思路。
在国内，针对变电站巡检机器人，国家电网公司也成立了电力机器人重点实验室，将机器人产品服务于电力生产，体现电力系统的高新技术水平，在机器人和机电一体化领域突出体现电力行业的特点，投入大量的人力物力，围绕变电站巡检机器人、高压带电作业机器人、锅炉管道检测机器人以及电力特种机器人进行了一系列的研究。2001年，山东电力研究院首次提出了变电站应用移动机器人技术进行设备巡检的想法，并于2002年被正式列入“国家863计划”重点项目建设。2005年11月，长青变电站巡检机器人样机正式投入运营，为无人值守变电站的推广应用提供了创新型的技术检测手段，提高了电网的可靠稳定运行水平。
经过多年的探索，国内目前在变电站机器人设备巡检研发领域取得了长足的进展，并积累了许多宝贵经验，所开发的产品已在济南长清、天津吴庄等多个500V变电站得到实际应用，效果良好。
