CN112040415A - 一种基于wifi和rfid的变电站机器人室内混合定位方法 - Google Patents

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吴昊
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Abstract

一种基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，属控制领域。在变电站内构建一个由主控制器、WIFI接收器、WIFI热点、RFID电子标签、RFID读写器组成的变电站室内混合定位装置；主控制器与WIFI接收器实时接收每个WIFI热点发送的数据；RFID读写器实时接收各个RFID电子标签发出的信号并将信号传输到主控制器；采用指纹识别算法，通过WIFI和RIFD定位，对比接收到的信号强度与指纹数据库，给出变电站室内移动机器人的实时位置。当WIFI信号比较弱的时候采用RFID定位技术，当RFID标签定位不稳定时，采用WIFI定位技术；防止接收单一信号不稳定，提高了变电站机器人的室内定位精度。

Description

一种基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法
技术领域
本发明属于控制领域，尤其涉及一种基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法。
背景技术
在现代社会中，电力是一种十分重要的能源。近年来，随着我国的繁荣发展，国家对电力***投入非常大，电力***包括水力发电站、燃煤发电厂、核发电站、变电站、开闭所、区街变等基础设施。有很多电气设备和电力自动化产品保证电力***的稳定运行。
电力***的稳定关系着我国的各行各业，对我国的工业、商业、房地产等行业的能源稳定有着非常重要的作用。其中，控制输配电的关键基于设施是变电站，它是电力***的枢纽。
变电站是电力***中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。电力***主要服务于电网、市政工程、电厂、轨道交通、港口码头、石化等行业。为了保持变电站的安全稳定运行，我们需要对变电站内的电气设备进行维护和巡检及时排除变电站中设备的安全隐患。
随着变电站无人值班制度的实行，目前220kV变电站的例行巡视周期一般为一周两次，全面巡视为一月一次，这就导致变电站运维人员无法实时掌握站内设备的运行情况。
同时，随着变电站规模的扩大，红外测温、局放等带电检测职责的移交，变电运维人员的巡视任务随之急剧增长。
机器人可根据需求携带各类检测仪器，依照预先设定好的任务自动开展工作，受环境、气候以及作业时间的影响较小。
为了能够实时掌握现场设备的运行情况，减轻变电运维人员的巡视任务，机器人巡检模式正在逐步应用于变电站，与人工巡视相结合开展变电站巡检工作，从而达到减轻变电运维人员巡视任务，提高巡视效率的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法。其通过的变电站机器人接受移动终端的WIFI信号，使用WIFI指纹根据信号的强度推算变电站机器人的位置，同时通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息，通过接收机器人的标签的信号强度方法确定机器人所在的位置。其使用基于WIFI和RFID的定位技术能够实现冗余互补，相互纠错，防止接收单一信号不稳定，从而提高变电站机器人的室内定位精度。
本发明的技术方案是：提供一种基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，其特征是：
在变电站内构建一个由主控制器、WIFI接收器、WIFI热点、RFID电子标签、RFID读写器组成的变电站室内混合定位装置；
在变电站内设置主控制器和至少一个WIFI热点；
在每个变电站室内的预定空间位置上设置一个RFID电子标签；
在每个机器人上设置一个RFID读写器；
所述的主控制器为工业控制计算机；
所述的主控制器与WIFI接收器，实时接收每个WIFI热点发送的数据；
所述的RFID读写器实时接收各个RFID电子标签发出的信号并将信号传输到主控制器；
所述的主控制器通过WIFI和RIFD定位，给出变电站室内移动机器人的实时位置；
所述的变电站机器人室内混合定位方法，采用指纹识别算法，通过对比接收到的信号强度与指纹数据库，得出指定变电站机器人的所处位置。
具体的，所述WIFI热点发送的数据，至少包括MAC地址和信号强度。
具体的，所述的电子载波至少包含标签ID和RSSI场强值。
进一步的，所述的WIFI热点具有唯一的MAC地址，且其设置位置固定。
进一步的，所述的RFID电子标签具有惟一的ID号并按照固定的周期向外发送电子载波。
所述的变电站机器人室内混合定位方法，采用指纹识别算法，通过对比接收到的信号强度与指纹数据库，得出变电站机器人的所处位置。
其所述的预定空间位置至少包括每个操作开关的对应位置、变电站机器人运行路线上的换向点或必经路径。
其所述的变电站机器人，可移动地设置在固定的运行轨道上。
与现有技术比较，本发明的优点是：
1.智能运维，提高设备安全性：
基于变电站机器人混合定位方法，实现机器人在变电站二十四小时执行运行维护任务，能够实现突发情况预警，及时处置。提高了变电站设备的安全性。变电站维护人员测量数据受人为影响比较大，容易对测量结果产生干扰。变电站机器人能够减少人为因素造成的损失，加快电网的运行速度和质量。
2.提高室内定位精度：
使用基于WIFI和RFID的定位技术能够实现冗余互补，相互纠错。当WIFI信号比较弱的时候采用更为可行的RFID定位技术，当RFID标签定位不稳定时，采用WIFI定位技术。防止接收单一信号不稳定，从而提高变电站机器人的室内定位精度。
3.降低定位方案成本：
WIFI技术相对成熟且应用较多，能够实现大范围的区域定位，RFID室内定位技术通过使用电子阅读器读取目标的RFID标签的特征信息，采用信号强度近邻法计算机器人的位置。电子标签价格低，因此，该方案的成本可控，能够适用于机器人批量生产，适合在变电站实际应用场景中工作。
附图说明
图1是本发明变电站机器人定位***硬件构成模块示意图；
图2是本发明变电器机器人WIFI定位方法示意图；
图3是变电站机器人室内混合定位算法流程方框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
针对电力***巡检作业过程，本发明的技术方案，提出了一种基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，WIFI定位技术除具有良好的精度和可扩展性，能够实现复杂的大范围定位，方便组网。通过比较定位所需的WIFI信号特征指纹信息获取目标位置。RFID定位的基本原理是，通过一组固定的阅读器读取目标RFID标签的特征信息(如身份ID、接收信号强度等)，通过接收机器人的标签的信号强度方法确定机器人所在的位置。
本发明的技术方案是一种基于WIFI和RFID指纹定位的变电站机器人室内混合定位方法，通过WIFI和RFID定位的两种定位方式混合的方法实现变电站室内机器人位置定位。其将上述两种定位策略通过混合算法进行融合，以冗余互补，互相纠错。能够实现对变电站机器人的室内位置定位，提高机器人室内定位精度，保证机器人的运动安全性和操作准确性。
本***具有安全可靠、可扩展性强的特点，在电力***监测和运行维护过程中具有十分广泛的应用前景。
在本发明所述的基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法中，变电站机器人定位所需主要硬件组成模块如图1所示。
其中，变电站机器人定位***硬件构成模块由主控制器4、WIFI接收器6、WIFI热点2、RFID电子标签3、RFID读写器5等硬件组成。
本发明所述的基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，采用指纹定位法，在变电站的定位空间中建立指纹数据库，通过将实际信息与数据库中的参数进行对比来实现定位。其优势在于几乎不需要参考测量点，定位精度相对较高。
变电站机器人主控制器4选用研祥IPC810主机服务器，与WIFI接收器6建立实时通信，读取接收到的WIFI热点2的信息，包括MAC地址和信号强度。与RFID读写器5建立实时通信，读取RFID电子标签3的信息，包括标签ID、信号强度等。
本发明的技术方案，首先根据变电站的室内空间结构和各种开关柜的位置，分散设置WIFI热点2和RFID电子标签3的位置，因为变电站机器人是轨道机器人，所以RFID电子标签3在机器人的轨道上进行布置，在机器人的每一个特定位置都部署一个电子标签3，并建立电子标签3和机器人位置的数据库。根据开关柜的特定位置，RFID电子标签3安装在变电站机器人轨道的特定位置，当机器人每行进到一个特定位置，由RFID读写器5读取电子标签3信息，然后在数据库中根据标签ID和信号强度查询到机器人的位置。
然后进行WIFI指纹采集，记录变电站机器人每个位置点的信号强度9，建立机器人指纹数据库8，然后根据机器人的接收器测量到的信号强度9与数据库中的数据进行对比用定位算法10计算确定机器人所处的位置11。
信号的RSS或者接收功率取决于接收器的位置。
RSS的获取很简单，因为它是大多数无线通信设备正常运行中所必需的。很多通信***需要RSS信息用来感知链路的质量，实现切换，适应传输速率等功能。RSS不受信号带宽的影响，广泛应用于定位中。
对于固定的WIFI信号发射源，在离它不同距离的位置上的平均RSS的衰减和距离的对数成正比。
假设有一个固定的信号发射源，在离它不同距离的位置上的平均RSS的衰减和距离的对数成正比，在最简单的情况下，RSS可以表示为：
RSS＝Pt-K-10αlog10d。
其中，α称为路径损耗指数，Pt为发送功率，K是一个取决于环境和频率的常数。
在WIFI网络中，WIFI热点常常要发送一个beacon帧，包含了一些网络信息、服务组ID、支持的传输速率，以及一些其它的***信息。beacon帧是在WIFI中的很多的控制帧之一，每100ms发送一次，RSS使用beacon帧来测量。
位置指纹定位是通过比较定位所需的信号特征指纹信息9获取目标位置，其算法示意图如图2所示。位置指纹定位可分成两个阶段：离线阶段与在线阶段。
在离线阶段中，变电站的每个位置都需要建立一个位置指纹数据库8。位置指纹数据库8是一系列校准样点7的集合，这些校准样点7是由建筑内不同的位置点，以及每个位置上采集到可见热点的衰减信号向量构成。
在线阶段时，位置指纹数据库8中的校准样点7就用于计算用户最有可能出现的位置。
基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位算法流程图，如图3所示。设基于WIFI定位得到的机器人的位置为P1，基于RFID定位得到的机器人的位置为P2，通过混合算法10得到的机器人的位置，如下式：
P＝αP1+(1-α)P2
其中α为WFID的权重，通常取0.3，当WIFI信号接收不到时，α取1，当RFID定位故障时，α取0，因此采用冗余计算机器人的位置11，能够实现冗余互补，相互纠错，从而提高变电站机器人的室内定位精度。
本发明的技术方案在试点应用中，实现了变电站机器人对变电站的设备自动巡检，提高了变电站巡检自动化水平，实现了变电站机器人精确稳定定位，取得了具体以下成效：
1.智能运维，提高设备安全性：
基于变电站机器人混合定位方法，实现机器人在变电站二十四小时执行运行维护任务，能够实现突发情况预警，及时处置。提高了变电站设备的安全性。变电站维护人员测量数据受人为影响比较大，容易对测量结果产生干扰。变电站机器人能够减少人为因素造成的损失，加快电网的运行速度和质量。
2.提高室内定位精度：
使用基于WIFI和RFID的定位技术能够实现冗余互补，相互纠错。当WIFI信号比较弱的时候采用更为可行的RFID定位技术，当RFID标签定位不稳定时，采用WIFI定位技术。防止接收单一信号不稳定，从而提高变电站机器人的室内定位精度。
3.降低定位方案成本：
WIFI技术相对成熟且应用较多，能够实现大范围的区域定位，RFID室内定位技术通过使用电子阅读器读取目标的RFID标签的特征信息，采用信号强度近邻法计算机器人的位置。电子标签价格低，因此，该方案的成本可控，能够适用于机器人批量生产，适合在变电站实际应用场景中工作。
本发明的技术方案，以变电站机器人为重点研究对象，提出了基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，能够提高机器人的室内定位精度，保证机器人的运动安全性和操作准确性。从而实现变电站的安全巡检功能。实现机器人在变电站二十四小时执行运行维护任务，能够实现突发情况预警、处置，最终有助于实现电力公司电站巡检水平的提升。
本发明可广泛用于区域电力公司的电站巡检领域。

Claims (8)

1.一种基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，其特征是：
在变电站内构建一个由主控制器、WIFI接收器、WIFI热点、RFID电子标签、RFID读写器组成的变电站室内混合定位装置；
在变电站内设置主控制器和至少一个WIFI热点；
在每个变电站室内的预定空间位置上设置一个RFID电子标签；
在每个机器人上设置一个RFID读写器；
所述的主控制器为工业控制计算机；
所述的主控制器与WIFI接收器，实时接收每个WIFI热点发送的数据；
所述的RFID读写器实时接收各个RFID电子标签发出的信号并将信号传输到主控制器；
所述的主控制器通过WIFI和RIFD定位，给出变电站室内移动机器人的实时位置；
所述的变电站机器人室内混合定位方法，采用指纹识别算法，通过对比接收到的信号强度与指纹数据库，得出指定变电站机器人的所处位置。
2.按照权利要求1所述的基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，其特征是所述WIFI热点发送的数据，至少包括MAC地址和信号强度。
3.按照权利要求1所述的基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，其特征是所述的电子载波至少包含标签ID和RSSI场强值。
4.按照权利要求1所述的基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，其特征是所述的WIFI热点具有唯一的MAC地址，且其设置位置固定。
5.按照权利要求1所述的基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，其特征是所述的RFID电子标签具有惟一的ID号并按照固定的周期向外发送电子载波。
6.按照权利要求1所述的基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，其特征是所述的变电站机器人室内混合定位方法，采用指纹识别算法，通过对比接收到的信号强度与指纹数据库，得出变电站机器人的所处位置。
7.按照权利要求1所述的基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，其特征是所述的预定空间位置至少包括每个操作开关的对应位置、变电站机器人运行路线上的换向点或必经路径。
8.按照权利要求1所述的基于WIFI和RFID的变电站机器人室内混合定位方法，其特征是所述的变电站机器人，可移动地设置在固定的运行轨道上。
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