3D点云在变电站隔离开关开合位置自动巡检中的应用研究电力技术讲座课件.pptx

1、3D点云在变电站隔离开点云在变电站隔离开关关开合开合位位置置 自动巡检中的应用研究自动巡检中的应用研究前言前言QIAN YAN智能巡检系统对变电站设备工作状态自动巡检过程中，可以识 别变电设备的外观状态，但是采用二维图像识别技术无法精确识别 变电设备的精细状态，因而不能完全达到智能电网无人化巡检的要 求。深圳供电局结合3D扫描技术以及机器人自动巡检技术，开发了 一种基于智能巡检机器人搭载高精度三维激光扫描仪对变电设备进 行识别的系统。巡检机器人在巡检过程中，自动监测变电设备形变、位移、位置状态的巡检系统。目目 录录一一项目研究背景项目研究背景DIRECTORY二二项目研究方法项目研究方法三三实

2、验过程和效果实验过程和效果四四总结总结一一、项目研究背景、项目研究背景一、项目研究背景一、项目研究背景一一、项目研究背景、项目研究背景解决方案一在隔离开关上加装光电传感器监测闸刀 位置的方法，该方法中需要将光电传感器和 反射板对向放置在被监测物的两端，由于变 电站现场设备繁多且线路也很复杂，该技术方案在实际使用时可行性不高。一一、项目研究背景、项目研究背景解决方案二：采用视频采集和二维图像处理来判断隔离开关的状态。并利用算法 对刀闸进行边缘检测，根据刀闸左右两臂的直线斜率来判断刀闸的闭合状态。由于二 维图像对光照条件、天气环境以及机器人定位精度要求都较高，对于户外刀闸检测应 用具有一定的局限性

3、。一一、项目研究背景、项目研究背景通过实际的现场应用，结果表明方案一与方案二均存在不足，方案一受安装位置、天气情况的影响，容易产生误报警的现象；方案二只能识别隔离开关是否处于开、合 状态，无法判断隔离开关的闭合程度。综上所诉，运维人员迫切的需要一种新技术，来确认隔离开关闭合程度的准确性，可靠性。3D扫描仪自身识别精度高，可自动完成对关键设备的操作到位情况、变电站地基 沉降情况进行定量监测，一旦计算发现存在5mm以上的偏差，系统将会发送报警信息，并明确指出位移或形变的位置，方便运维人员进一步处理。通过3D扫描仪，可解决方案一、二中识别率不高、可靠性不高的问题。目目 录录一一项目研究背景项目研究背

4、景DIRECTORY二二项目研究方法项目研究方法三三实验过程和效果实验过程和效果四四总结总结二、项目研究方法二、项目研究方法-搭搭载载3D扫描仪的智能巡检机器人扫描仪的智能巡检机器人3D扫描仪介绍：为了确保形变检测的可靠性，对扫描仪的精度有很高的 要求，本项目采用的激光扫描仪，能将扫描仪的误差减少至最低，从而确保 扫描的准确性。该扫描仪可以976000点/秒的速度构造一个毫米级的三维可 量测的影像。测距误差：25m时为2mm，每个均在90 和10 反射率时。模型精度：10米时 原始数据：90 反射率时为0.3mm|10 反射率时为0.4mm10米时 噪声压缩：90 反射率时为0.15mm|10

5、 反射率时为0.2mm25米时 原始数据：90 反射率时为0.3mm|10 反射率时为0.5mm25米时 噪声压缩：90 反射率时为0.15mm|10 反射率时为0.25mm激光扫描仪系统类似于传统测量中的全 站仪，它由一个激光扫描仪和一个内置或外 置的数码相机，以及软件控制系统组成。三 维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反 向传回到接收器，可以计算日标点P与扫描 仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉 冲横向扫描角度观测值和纵向扫描角度观 测值。三维激光扫描测量一般为仪器自定 义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描

6、面垂直。获得P的坐标。进而转换成绝对坐标系中的 三维空间位置坐标或三维模型。二、项目研究方法二、项目研究方法-隔离开关开隔离开关开合合结构结构二、项目研究方法二、项目研究方法-点云数据获取点云数据获取扫描仪放置位置和点云坐 标系如图所示，由于原始数据 包含有大量的背景点云和离群 点，需要对点云进行精简。二、项目研究方法二、项目研究方法-点云数据获取点云数据获取二、项目研究方二、项目研究方法法-点云数据建点云数据建模模二、项目研究方法二、项目研究方法-点云数据获取点云数据获取二、项目研究方法二、项目研究方法-点云数点云数据据精简精简由于点云数据精度高，数据量大，难以达到实时的需求，因此在识别前

7、需要滤除背景噪声，去离群点、去零 点等过程，如图将原始点云从13492KB 精简到到2194KB，大幅度提高识别效 率和识别准确率。智能巡检机器人根据主控 系统设置的任务，运行到预定 的监测位置，扫描得到指定的 隔离开的位置点云数据。二、二、项目研究方项目研究方法法-配准算法配准算法算法1FPFH+ICP算法2NDT+ICP-NL二、项目研究方二、项目研究方法法-配准算法配准算法二二、项目研究方、项目研究方法法-配准算法配准算法二、二、项目研究方项目研究方法法-配准算法配准算法二、二、项目研究方项目研究方法法-配准算法配准算法三维点云平面视图三维视图数据处理时系统配置如下：Microsoft

8、Windows 10 操作系统，CPU为Intel(R)Core(TM)i7-8700CPU3.20GHz，内存8GB。程序在Microsoft Visual Studio 2015上编程实现。二、二、项目研究方项目研究方法法-配准算法配准算法二、二、项目研究方项目研究方法法-配准算法实验结配准算法实验结果果数据P/Q点数滤波前滤波后开关P3513848246605Q3516240241278根据建模时生成的建模数据提取待配准的有效三维点云，滤除背景点云，滤波前后数据量如下表所示：二、二、项目研究方项目研究方法法-配准算法实验结配准算法实验结果果算法1:FPFH+ICP算法2:NDT+ICP-

9、NL数数据据配准结果配准结果NDTICPICP-NL刀刀 闸闸配准用时/s0.2240.188210.179配准精度0.0087/0.0007数数据据配准结果配准结果FPFHICP刀刀闸闸配准用时/s20.77727.688配准精度/0.0002数据数据相似度相似度结果结果刀闸状态刀闸状态刀闸刀闸199.58%闭合数据数据相似度相似度结果结果刀闸状态刀闸状态刀闸刀闸199.79%闭合实验结果：两种算法配准精度都较高但算法2配准速度更快，更能满足实时的要求！目目 录录DIRECTORY一一项目研究背景项目研究背景二二项目研究方法项目研究方法三三实验过程和效果实验过程和效果四四总结总结三、现场实施

10、效果三、现场实施效果三、现场实施效果三、现场实施效果三、现场实施效果三、现场实施效果三、现场实施效果三、现场实施效果如图所示，就是机器人3D点云的识别结果，在常规分合的基础上，增加闭合程 度显示，若闭合程度低于98，系统则认为存在闭合方面的误差，系统将会自动报警。目目 录录DIRECTORY一一项目研究背景项目研究背景二二项目研究方法项目研究方法 三三实验过程和效果实验过程和效果四四总结总结四、总结四、总结-项目总结项目总结1、利用3D点云技术可以开展隔离开关分合是否到位精细化检查，可有效 判断隔离开关的闭合程度。2、利用3D激光扫描技术可对站内设备设施地基沉降、杆塔倾覆、设备缺 损等多种缺陷和隐患进行识别研究。3、本项目制定了扫描仪通讯协议接口规范，可在后续的变电站机器人上进行推广应用。