变电站三维可视化立体巡检方法、系统、装置及存储介质与流程

1.本发明属于电力设备巡检技术领域，具体涉及一种变电站三维可视化立体巡检方法、系统、装置及存储介质。


背景技术：

2.变电站的巡检是为了监视设备的运行情况，以便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。变电站的巡检内容包括正常巡检(含交接班巡视)、全面巡检、熄灯巡检、特殊巡检，并做好各类巡检记录。现在巡检系统主要采用的技术有：人工巡查记录、机器人巡视以及远程视频巡视等技术方法，但是这些技术均存在以下缺陷：
3.除机器人巡视技术外，其他技术目前还是以人工巡视方法为主，这种方法的缺点是巡视人员不能实时知道巡视对象的相关数据(运行数据、历史的故障数据、家族缺陷数据、在线监测数据等)，要得到这些数据，巡检人员必须通过别的手段来获取，影响巡检工作的效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种变电站三维可视化立体巡检方法、系统、装置及存储介质，以解决现有技术中，人工巡视方法巡视结果需要人工填表记录，麻烦且容易出错的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.本发明的第一方面，提供了一种变电站三维可视化立体巡检方法，包括如下步骤：
7.获取变电站中的电力设备巡检数据，将所述电力设备巡检数据进行按照设备为主体进行聚类融合，以生成电力巡检工作支撑数据；
8.对变电站进行三维建模，以获得变电站及电力设备外形的三维空间数据；
9.获取时间数据作为时间基准；
10.将电力巡检工作支撑数据、变电站地形及电力设备外形的三维空间数据、时间数据进行融合，得到立体巡检数据；
11.在巡检电力设备时，以可视化的方式展示对应电力设备的立体巡检数据。
12.可选的，所述电力设备巡检数据包括铭牌数据、家族缺陷数据、设备检修数据、在线监测数据、变电站视频监测数据和人工巡检记录数据。
13.可选的，对变电站进行三维建模的方法如下：
14.利用地面激光雷达扫描变电站及电力设备，获取三维点云数据；
15.将三维点云数据与ccd相机采集的变电站现场图片进行融合后得到彩色点云数据，其中，彩色点云数据包含物体的尺寸、结构、材质信息；
16.基于彩色点云数据进行建模，得到变电站及电力设备外形的三维空间数据。
17.可选的，将电力巡检工作支撑数据、变电站及电力设备外形的三维空间数据、时间数据进行融合的具体方法如下：
18.从北斗卫星授时系统中获取时间数据作为时间基准；
19.根据电力设备在变电站的三维空间数据中的空间位置数据w，确定电力设备的图像数据k；
20.用预设的机器识别模型识别图像数据k，得到电力设备编码，以获得电力设备静态数据j[k]；其中，静态数据j[k]包括铭牌数据、家族缺陷数据、设备检修数据和人工巡检记录数据；
[0021]
对设备在线监测数据，采用小波基函数morlet的小波分析方法进行降噪、分类和特征分析处理，形成动态的在线监测数据m[i]；
[0022]
将空间位置数据w、设备静态数据j[k]、图像数据k和在线监测数据m[i]存储在一起生成立体巡检数据。
[0023]
可选的，所述预设的机器识别模型获取方式如下：
[0024]
采集变电站里各类电力设备的图像照片；
[0025]
使用图像数据增强工具进行图像生成，使每个设备的图像数据数量达到设定值以上，同时使用数据标注工具生成的所述图像数据进行框选标注，并且把所有图像数据转换成224*224的rgb图像数据；
[0026]
采用vggnet模型，对标注好的图像数据进行训练得到各类电力设备的识别模型。
[0027]
可选的，在巡检电力设备时，以可视化的方式展示对应电力设备的立体巡检数据，具体为：
[0028]
利用可穿戴式巡检设备对电力设备进行巡检时，首先通过可穿戴式巡检设备当前位置，确定范围内的多个可被巡检电力设备；然后识别当前电力设备的图像信息，从多个可被巡检电力设备中确定当前被巡检的电力设备；最后将当前被巡检的电力设备的立体巡检数据展示在可穿戴式巡检设备上。
[0029]
可选的，所述可穿戴式巡检设备采用ar眼镜。
[0030]
本发明的第二方面，提供了一种用于所述变电站三维可视化立体巡检方法的系统，包括：
[0031]
聚类模块，用于获取变电站中的电力设备巡检数据，将所述电力设备巡检数据进行按照设备为主体进行聚类融合，以生成电力巡检工作支撑数据；
[0032]
三维建模模块，用于对变电站进行三维建模，以获得变电站及电力设备外形的三维空间数据；
[0033]
时间获取模块，用于获取时间数据作为时间基准；
[0034]
融合模块，用于将电力巡检工作支撑数据、变电站地形及电力设备外形的三维空间数据、时间数据进行融合，得到立体巡检数据；
[0035]
生成模块，用于在巡检电力设备时，以可视化的方式展示对应电力设备的立体巡检数据。
[0036]
本发明的第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的变电站三维可视化立体巡检方法。
[0037]
本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的变电站三维可视化立体
巡检方法。
[0038]
本发明的有益效果如下：
[0039]
本发明变电站三维可视化立体巡检方法，通过获取变电站中的电力设备巡检数据，将所述电力设备巡检数据进行按照设备为主体进行聚类融合，以生成电力巡检工作支撑数据；对变电站进行三维建模，以获得变电站及电力设备外形的三维空间数据；获取时间数据作为时间基准；将电力巡检工作支撑数据、变电站地形及电力设备外形的三维空间数据、时间数据进行融合，得到立体巡检数据；在巡检电力设备时，以可视化的方式展示对应电力设备的立体巡检数据，相比于现有技术，更加方便、直观的展示电力设备的巡检结果，对于提高电力巡检工作质量和效率均具有重要意义。
附图说明
[0040]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0041]
图1为本发明实施例变电站三维可视化立体巡检方法的流程图。
[0042]
图2为本发明实施例中变电站三维模型建模流程图。
[0043]
图3为本发明实施例中立体巡检数据融合流程图。
[0044]
图4为本发明实施例中预设的机器识别模型训练方法示意图。
[0045]
图5为本发明实施例变电站三维可视化立体巡检方法的原理示意图。
[0046]
图6为本发明实施例中运行数据处理示意图。
具体实施方式
[0047]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0048]
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
[0049]
如图1和5所示，本发明实施例第一方面，提供了一种基于沉浸式增强现实技术的变电站三维可视化立体巡检方法，具体步骤如下：
[0050]
步骤s1、获取变电站中的电力设备巡检数据，包括铭牌数据、家族缺陷数据、设备检修数据、运行数据和巡检数据，获取方式如下：
[0051]
1、铭牌数据、家族缺陷数据、设备检修数据，这三类数据主要来自于电力生产管理系统，获取这些数据的方法就是建立一个与电力生产管理系统的数据接口，抽取与电力设备巡检工作相关的数据，加载到数据融合网关。
[0052]
2、如图6所示，运行数据(在线监测数据)，是直接通过建立支持各种通信硬件和软件的通信链路，按照在线监测系统的数据格式，将在线监测数据加载到数据融合网关。
[0053]
具体来说就是建立一个带边缘计算功能的数据集成网关，以有线或者无线的方式，和变电站各类设备在线监测系统、变电站各类环境辅助在线监测系统进行接口，获取各类在线监测系统的数据，在运行数据集成网关进行数据清洗、数据归一化计算等，然后加载
到数据融合网关。
[0054]
3、巡检数据，主要有变电站视频监测数据、人工巡检记录(包括现场各类设备的运行工况、各类仪表度数的记录)。
[0055]
对已经采集的电力设备巡检数据进行数据融合，方法如下：
[0056]
针对铭牌数据、家族缺陷数据、设备检修数据、运行数据和巡检数据，将其以设备为主体进行聚类，形成以设备为主体的数据集，作为电力巡检工作支撑数据。
[0057]
步骤s2、如图2所示，使用激光点云技术，对变电站进行三维建模，以获得变电站及电力设备外形的三维空间数据。
[0058]
具体步骤如下：
[0059]
s21、利用地面激光雷达扫描变电站及电力设备，获取密集的三维点云数据；
[0060]
s22、使用ccd相机采集变电站现场图片，将三维点云数据与ccd相机采集的现场图片进行融合后得到彩色点云数据，其包含物体的尺寸、结构、材质等信息，使三维点云数据的场景具有较强真实感，为变电站点云数据的分类提供了有效依据，并可提高变电站三维建模的效率和准确性；
[0061]
s23、依据彩色点云数据进行三维建模，以得到变电站地形及电力设备外形的三维空间数据。
[0062]
步骤s3、建立以北斗卫星授时系统为时间基准的时钟同步系统，主要完成从北斗卫星中取得时间数据，即基准时钟，向电力设备巡检数据的采集装置以及存储装置进行授时，确保电力设备巡检数据的基准时钟的统一，同时提供标准的基准时钟。
[0063]
步骤s4、将电力巡检工作支撑数据、变电站地形及电力设备外形的三维空间数据、时间数据的融合，得到一个可以进行任意检索的立体巡检数据，人工穿戴ar眼镜进行巡检时，将对应巡检设备的立体巡检数据加载到ar眼镜上，如图3所示，具体包括如下步骤：
[0064]
s41、从北斗卫星授时系统中获取时间数据，以对本实施例中的数据加盖时间戳，作为时间基准。
[0065]
s42、根据电力设备在变电站的三维空间数据中的空间位置数据w，确定电力设备的图像数据k。
[0066]
s43、用预设的机器识别模型识别图像数据k，得到当前观测或巡检的电力设备类型、编码、标号等信息，通过设备编码可以获得电力设备静态数据j[k]；其中，静态数据j[k]包括铭牌数据、家族缺陷数据、设备检修数据和人工巡检记录数据等。将空间位置数据w、图像数据k和对应的电力设备静态数据j[k]存储到一起得到数据结构：w+k+j[k]。
[0067]
应用于本发明的实施例，如图4所示，对变电站里的所有巡检设备建立自动机器识别模型，方法如下：
[0068]
s431、首先采集变电站里各类电力设备的图像照片，尽可能从各个角度采集，每类设备采集500张照片以上。
[0069]
s432、然后使用图像数据增强工具再进行图像生成，使每个设备的图像数据数量达到1000张以上，同时使用数据标注工具对这些图像数据进行框选标注，并且把所有图像数据转换成224*224的rgb图像数据。
[0070]
s433、然后采用vggnet模型，对标注好的图像数据进行训练，使用通过反复的堆叠3
×
3的小型卷积核和2
×
2的最大池化层，构建17层深度的卷积神经网络，图像经过一系列
卷积层处理，在卷积层中使用了非常小的3*3卷积核，在有些卷积层里则使用1*1的卷积核。卷积层步长(stride)设置为1个像素，3*3卷积层的填充(padding)设置为1个像素。池化层采用max pooling，共有5层，在一部分卷积层后，max-pooling的窗口是2*2，步长设置为2。卷积层之后是三个全连接层(fully-connected layers，fc)。前两个全连接层均有4096个通道，第三个全连接层有1000个通道，用来分类，所有网络的全连接层配置相同，这样可以使对电力设备识别的正确率达95％以上。通过这些工作后，将得到各类电力设备的自动机器识别模型。
[0071]
s44、对各类电力设备特征参量的在线监测数据，采用小波基函数morlet的小波分析方法，对在线监测数据进行降噪、分类和特征分析处理，形成动态的在线监测数据m[i]，在线监测数据m[i]为一个动态的链式数据，随着采集时间不同而变化。
[0072]
s45、将空间位置数据w、设备静态数据j[k]、图像数据k和在线监测数据m[i]存储在一起生成立体巡检数据。
[0073]
步骤s5、在巡检电力设备时，以可视化的方式展示对应电力设备的立体巡检数据。
[0074]
具体方式为：利用可穿戴式巡检设备对电力设备进行巡检时，首先通过可穿戴式巡检设备当前位置，确定范围内的多个可被巡检电力设备；然后识别当前电力设备的图像信息，从多个可被巡检电力设备中确定当前被巡检的电力设备；最后将当前被巡检的电力设备的立体巡检数据展示在可穿戴式巡检设备上。
[0075]
作为一种示例，所述可穿戴式巡检设备采用ar眼镜，利用便携式可穿戴式巡检设备(比如ar眼镜)提供的二次开发包(sdk)进行开发，使巡检人员进入到巡检现场后，可以根据他看到的设备和行走的位置，将设备对应的立体巡检数据加载到ar眼镜上。
[0076]
本发明的第二方面，提供了一种用于所述变电站三维可视化立体巡检方法的系统，包括：
[0077]
聚类模块，用于获取变电站中的电力设备巡检数据，将所述电力设备巡检数据进行按照设备为主体进行聚类融合，以生成电力巡检工作支撑数据；
[0078]
三维建模模块，用于对变电站进行三维建模，以获得变电站及电力设备外形的三维空间数据；
[0079]
时间获取模块，用于获取时间数据作为时间基准；
[0080]
融合模块，用于将电力巡检工作支撑数据、变电站地形及电力设备外形的三维空间数据、时间数据进行融合，得到立体巡检数据；
[0081]
生成模块，用于在巡检电力设备时，以可视化的方式展示对应电力设备的立体巡检数据。
[0082]
本发明的第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的变电站三维可视化立体巡检方法。
[0083]
本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的变电站三维可视化立体巡检方法。
[0084]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0085]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0086]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0087]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0088]
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

技术特征：
1.一种变电站三维可视化立体巡检方法，其特征在于，包括如下步骤：获取变电站中的电力设备巡检数据，将所述电力设备巡检数据进行按照设备为主体进行聚类融合，以生成电力巡检工作支撑数据；对变电站进行三维建模，以获得变电站及电力设备外形的三维空间数据；获取时间数据作为时间基准；将电力巡检工作支撑数据、变电站地形及电力设备外形的三维空间数据、时间数据进行融合，得到立体巡检数据；在巡检电力设备时，以可视化的方式展示对应电力设备的立体巡检数据。2.根据权利要求1所述的变电站三维可视化立体巡检方法，其特征在于，所述电力设备巡检数据包括铭牌数据、家族缺陷数据、设备检修数据、在线监测数据、变电站视频监测数据和人工巡检记录数据。3.根据权利要求1所述的变电站三维可视化立体巡检方法，其特征在于，对变电站进行三维建模的方法如下：利用地面激光雷达扫描变电站及电力设备，获取三维点云数据；将三维点云数据与ccd相机采集的变电站现场图片进行融合后得到彩色点云数据，其中，彩色点云数据包含物体的尺寸、结构、材质信息；基于彩色点云数据进行建模，得到变电站及电力设备外形的三维空间数据。4.根据权利要求1所述的变电站三维可视化立体巡检方法，其特征在于，将电力巡检工作支撑数据、变电站及电力设备外形的三维空间数据、时间数据进行融合的具体方法如下：从北斗卫星授时系统中获取时间数据作为时间基准；根据电力设备在变电站的三维空间数据中的空间位置数据w，确定电力设备的图像数据k；用预设的机器识别模型识别图像数据k，得到电力设备编码，以获得电力设备静态数据j[k]；其中，静态数据j[k]包括铭牌数据、家族缺陷数据、设备检修数据和人工巡检记录数据；对设备在线监测数据，采用小波基函数morlet的小波分析方法进行降噪、分类和特征分析处理，形成动态的在线监测数据m[i]；将空间位置数据w、设备静态数据j[k]、图像数据k和在线监测数据m[i]存储在一起生成立体巡检数据。5.根据权利要求4所述的变电站三维可视化立体巡检方法，其特征在于，所述预设的机器识别模型获取方式如下：采集变电站里各类电力设备的图像照片；使用图像数据增强工具进行图像生成，使每个设备的图像数据数量达到设定值以上，同时使用数据标注工具生成的所述图像数据进行框选标注，并且把所有图像数据转换成224*224的rgb图像数据；采用vggnet模型，对标注好的图像数据进行训练得到各类电力设备的识别模型。6.根据权利要求1所述的变电站三维可视化立体巡检方法，其特征在于，在巡检电力设备时，以可视化的方式展示对应电力设备的立体巡检数据，具体为：利用可穿戴式巡检设备对电力设备进行巡检时，首先通过可穿戴式巡检设备当前位
置，确定范围内的多个可被巡检电力设备；然后识别当前电力设备的图像信息，从多个可被巡检电力设备中确定当前被巡检的电力设备；最后将当前被巡检的电力设备的立体巡检数据展示在可穿戴式巡检设备上。7.根据权利要求6所述的变电站三维可视化立体巡检方法，其特征在于，所述可穿戴式巡检设备采用ar眼镜。8.一种用于权利要求1～7任一项所述变电站三维可视化立体巡检方法的系统，其特征在于，包括：聚类模块，用于获取变电站中的电力设备巡检数据，将所述电力设备巡检数据进行按照设备为主体进行聚类融合，以生成电力巡检工作支撑数据；三维建模模块，用于对变电站进行三维建模，以获得变电站及电力设备外形的三维空间数据；时间获取模块，用于获取时间数据作为时间基准；融合模块，用于将电力巡检工作支撑数据、变电站地形及电力设备外形的三维空间数据、时间数据进行融合，得到立体巡检数据；生成模块，用于在巡检电力设备时，以可视化的方式展示对应电力设备的立体巡检数据。9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的变电站三维可视化立体巡检方法。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的变电站三维可视化立体巡检方法。

技术总结
本发明公开了一种变电站三维可视化立体巡检方法、系统、装置及存储介质，方法包括步骤：获取变电站中的电力设备巡检数据，将所述电力设备巡检数据进行按照设备为主体进行聚类融合，以生成电力巡检工作支撑数据；对变电站进行三维建模，以获得变电站及电力设备外形的三维空间数据；获取时间数据作为时间基准；将电力巡检工作支撑数据、变电站地形及电力设备外形的三维空间数据、时间数据进行融合，得到立体巡检数据；本发明在巡检电力设备时，以可视化的方式展示对应电力设备的立体巡检数据。据。据。


技术研发人员：高明亮 许崇耀 张慈杭 于萌 高际惟 孙柏阳 刘伟东 吕兴浩 陈展 曾德华
受保护的技术使用者：国家电网有限公司 四川赛康智能科技股份有限公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/3/8