智能辅助（共10篇）
智能辅助 篇1
(2012-119-布里斯班-006)
该智能辅助步行机由悉尼科技大学研制, 采用电力驱动。它的主要特点是会依照人的意愿前进, 而不是采用传统的指令方式。该步行机可为用户提供智能化的协助, 而不必担心会撞到墙壁、大门或其它障碍物。与传统的步行机不同, 该机使用了智能化的“用户意愿控制系统”, 并通过多功能传感器实现定位。此外, 该机还是用户在站立和坐姿时的好帮手。
技术成熟度:实验室成果。
外方提议合作方式:技术入股、合作生产、投资。
智能辅助 篇2
为有效解决了在安防监控过程中的监控死角、监控盲区等方面的问题，本设计开发了一款可以智能的探测、跟踪监控目标物体，实现对运动目标的自动跟踪、录像、报警的摄像系统，彻底改变了视频监控系统只能作为辅助系统的局面。采用了计算机视觉技术的课堂自动定位-跟踪拍摄软件系统Class Innovation，参考PowerCreator Graphic Position System，CI，其由两个子系统组成：(1)教师跟踪系统，它使用两台摄像机，由教师定位摄像机自动计算教师在讲台上的位置，并通知教师摄像机进行转动，使教师处于教师摄像机的视场中心，并保持适当的图像分辨率。(2)学生定位系统，由学生定位摄像机自动计算站立学生所处的位置，并指导学生摄像机调整参数，以特写的方式进行拍摄，使学生处于学生摄像机的视场中心，并保持适当的分辨率。(1)、教师跟踪系统
教师的活动区域主要在讲台周围，其范围相对有限，因此教师跟踪系统可使用2台摄像机：定位摄像机和教师摄像机。定位摄像机可使用广角或全向摄像机，其视场范围限制在讲台区域，需要实时跟踪教师在授课过程中的位置。教师摄像机可采用PTZ摄像机，根据定位摄像机返回的教师位置，自动调整摄像机的Pan/Tilt/Zoom参数，使得教师处于教师摄像机的适当位置。在摄像机监视的场景范围内，当移动目标出现后，用户可以手动锁定（例如通过鼠标点击来锁定目标）或预置位自动触发锁定某个运动目标，来触发PTZ摄像机进行自主自动的PTZ跟踪，并自动控制PTZ摄像机的云台进行全方位旋转，针对被锁定的运动目标进行视觉导向的自动跟踪，以确保跟踪目标持续出现在镜头中央。自动PTZ跟踪模块弥补了固定摄像机监控视野窄的缺点，是完善的安全监控系统所必备的功能。（2）、学生定位系统
学生所在的区域相对固定，但其分布范围相对较大。因此，学生定位系统可根据教室的大小和学生人数的多少，使用1-3台广角或全向摄像机来覆盖整个视场范围，并自动估计回答问题学生的位置。学生摄像机可采用1台PTZ摄像机，根据定位摄像机的返回结果，自动调整摄像机的Pan/Tilt/Zoom参数，使得学生处于学生摄像机的适当位置。
二、系统设计
算机视觉技术的课堂自动定位-跟踪拍摄软件系统Class Innovation分为教师摄像机和学生摄像机两部分组成。
在其程序界面中，可对云台进行直接设置，可对云台变焦、对焦、以及光圈设置等等。通过程序界面的方向控制可以改变云台的方向，在云台设置界面可以调整云台的速度。当进入教师摄像机标定以及学生摄像机标定页面的时候，则可以对对象进行摄像机标定。在不同的摄像机标定中，可执行的功能也不一样。教师跟踪系统界面中，系统选择黑板区域并设置讲台区域，并进行右界面标定以及左界面标定，使教师定位摄像机图像中，并获取背景图像，即可实现自动跟踪。学生跟踪系统界面中，通过将界面图像中下边的红线调整到第一排课桌的平面高度，上边红线调整到学生在所有位置站立起来的最大高度从而实现范围的设置。再通过对云台进行调整，从而实现上、下、左、右界面的标定。最后通过调整云台位置焦距，将学生录像摄像机调整到理想的理想位置，完成近目标界和远目标界的标定后，就可以完成摄像头的启动跟踪。
三、关键技术（1）、教师定位
采用目前在人体检测准确率与实时性两方面综合性能最优的Harr wavelet-based AdaBoost cascad方法。为进一步提高处理速度与降低图像中大尺度边缘对检测器性能的影响，考虑加入变化检测来获取初始检测区域。这种基于聚类滤波器的检测方法，最大的优势在于仅检测人体的存在，而屏蔽其它偶然发生的场景变化，从而显著提高检测器的鲁棒性。（2）、教师跟踪
由于教师在授课过程中会出现复杂的姿态形体变化，传统的Kalman滤波方法不能保证对运动中教师的稳定跟踪。CI将综合利用人体运动特征、容貌、衣着等多个线索，在Bayesian框架下估计教师位置等状态参数的后验概率分布，从而实现稳定跟踪。在授课过程中，教师单独活动与讲台附近，应用高斯混合模型GMM(Gaussian Mixture Model)和均值偏移(Mean-Shift)来跟踪教师；在教师与学生交互过程中，会出现多人交错出现的情况，运用粒子滤波(Particle Filter)来完成复杂背景下的多人跟踪。（3）、学生站立运动分析
在授课过程中，学生在一般情况应该保持静止，只有在回答问题过程中才站起来。因此学生定位只需要通过目标检测即可实现，但要注意消除学生的较小的动作对定位的影响。采用高斯混合模型GMM完成背景建模，并结合变化检测来定位站立学生的位置。（4）、摄像机标定
无论是教师跟踪系统，还是学生定位系统，都需要标定广角摄像机(定位摄像机)和PTZ摄像机(教师或学生摄像机)之间的关系。当广角摄像机确定目标位置后，需要找到该目标在PTZ摄像机中的对应位置，并通过调整PTZ参数，使得目标处于PTZ摄像机的视场范围的中间，这种摄像机标定问题通常称为双摄像机(dual-camera)标定。
目前的标定方法大多数需要测量广角摄像机和PTZ摄像机之间的几何参数，并且保证两者的光轴互相平行。这些标定方法给实际使用带来了不便，本系统采用查找表的方法建立广角摄像机和PTZ摄像机的对应关系，将全向或广角摄像机的视场范围划分为若干个网格，在标定阶段，将PTZ摄像机的视场范围调整到每个网格区域，并记录下PTZ摄像机的摇动(Pan)、倾斜(Tilt)和缩放(Zoom)参数，这样就得到每个网格所对应的PTZ数据。
智能辅助 篇3
摘要：本文以TerraTime智能手机软件在地理教学中的应用为例，从地理现象的可视化资源获取、地理原理的认知建构、地理课堂的交互方式三个方面凸显智能手机对学生课堂角色转变的工具性意义，并就此探讨地理课堂移动学习实现的路径及其对地理教学的启示。
关键词：智能手机软件；地理课堂教学；交互性；移动学习
移动学习有两种含义，一是学习过程不受时空和当时的情境限制，二是学习工具依托于移动技术及由此延伸的可移动工作，如无线网络、Ipad或手机终端等。由于不受时空限制的移动学习可随时随地发生，其运用实践范围过大，不利于小范围的讨论，因此笔者主要从第二种含义出发，以移动技术的实物载体——智能手机对于学习的工具性意义为研究视角切入，探讨移动技术在学校课堂中的的认知工具价值，即智能手机如何通过满足移动学习的需求而强化学生地理学习的行为和过程。在移动技术支持下，学生获取学习材料的途径并不仅仅局限于教材和教师，其搜集学习材料的时间地点也不再局限于课外，而是能够在网络环境下实现随时随地的移动学习。因此，探讨 TerraTime汉化版手机软件“地球运动”一章的教学运用，有利于具体分析智能手机辅助地理课堂学生学习方式的转型、技能的训练和情感、态度、价值观的培养的策略和实现路径。
一、TerraTime手机软件功能
TerraTime汉化版手机软件，也称地球时钟，最大特点在于拥有时钟、罗盘、地图、地球仪四个视图，其具体教学功能整理如表1。
二、获取地理现象的可视化资源
在地理学习中，地理概念往往因其高度抽象的概括性而造成学生理解障碍，因此笔者拟采用从特殊到一般的归纳法，借助手机智能软件实时供给可视化信息的特点，以地球运动中的重要地理概念——晨昏线和地方时为例，通过让学生自主操作TerraTime手机软件呈现地理信息及其代表的地理现象，从形象化的地理现象中抽象概括出地理概念，具体设计过程如表2所示。通过表2“情境设置—自主操作—提炼概念（规律）”的思维训练过程，学生对地理概念的学习过程与方法不再局限于教材和教师的讲解，该过程在本质上已转变为学生自主利用智能手机实时获得有意义的学习材料的体验性学习过程，这将大大提升学生的学习兴趣，优化地理概念的理解性记忆。
三、主动建构地理原理的认知
为了让学生从信息的被动接收者变为积极的知识建构者， 教师应为其提供参与学习活动的环境以及运用知识的适当工具[1]。在建构主义学习理论下，教师的作用在于合理组织学习材料之间、学习材料与学习内容之间的联系，使得自主建构知识的过程不至于太难而削弱学生信心，又保证建构过程的高效，建构的结果能够提升学生思维能力。基于此，在学生学习地理运动“太阳直射点的回归运动与晨昏线变化、昼夜长短变化的关系”这一原理过程中，笔者首先设置作为学习辅助材料的表3。学生在TerraTime软件中“日期设置”中依次输入表3中的4个日期（地点均为武汉，时刻不变），在地图视图中获取太阳直射点与武汉的位置关系情况，在地球仪和地图视图中获取晨昏线图像，在时钟视图获取当地昼长数据，并由此推断昼长变化趋势，教师可引导学生通过画图方式展示昼夜变化情况。其次，在获取和描述地理图像和数据的基础上，小组自由讨论三者之间关系。此后，在教师引导下全班共同总结一般规律。通过教师课前设置的表3作为辅助学习材料，学生能够更清晰地在TerraTime软件中获取图像和数据信息，分析三者之间联系并由此推导可能的一般规律，其探究自主性也因此而提高。
认知的建构过程是有序的，遵循从简单到复杂、从低水平到高水平的规律，而地理学科有其特有的学科逻辑性，结合学生的认知逻辑和地理学科的学科逻辑，笔者从时间变化和空间变化两个维度设计了表4。要求学生在TerraTime软件中“地点设置”依次输入表4中的经纬度，搜集三个地区在不同日期的昼长数据，通过小组合作整理和归纳数据，绘制表格表达数据的走向，由此得出：赤道、赤道与极圈之间的纬度，极圈以内不同地点一年内的昼夜长短变化规律（分别对应表4中的A、C、D、E地点），进而对比处于不同地点，如南北半球对称纬度（B与C地点）、处于同一纬线但不同经线的地点（A与B地点）等地昼夜长短的关联性规律。由此，学生通过实时获取软件中的数据，自主建构地理原理的过程，深化了对数据的认识，培养了看待地理问题的综合性视角；其次，智能手机充当虚拟实验平台，实现实验过程的实时重现和实验数据的实时采集，使学生能够据此了解基于实验的科学研究方法，初步培养学生的科学探究精神和分析推理能力。最后，在这个过程中，凸显了地理学科的空间性和区域性特征，能够使学生培养辩证看待地理事物的态度。
四、 增强地理课堂交互性
智能手机辅助下的地理课堂由学生、教师、智能手机所构成，三者之间互相影响，并形成环环相扣的交互现象，即师生交互、生生交互和人机交互。班杜拉认为，“交互的（ reciprocal） 一词是就事件之间的相互行动的意义说的。”[2]这也正意味着交互的关键在于交互事件对交互双方的意义。具体而言，在地球运动的学习中，由于使用TerraTime软件，增大了学生学习的能动性。因此，课堂的交互主要以学生为中心，具体交互对象和交互方式如图1。
从图1可以发现，与PPT或教具集体演示相比，TerraTime软件增强了师生互动、人机互动和生生互动，主要表现为以下三点：一是学生使用TerraTime软件获取了关于地球运动的可视化影像和相关地理数据，这使得师生之间的互动建立在更加开放、对等的信息环境中，学生能够也更愿意对地球运动内容提供更多的知识反馈和操作反馈。二是学生操作TerraTime软件是一种基于过程的学习，与以往侧重结果的学习不同，该学习过程能够更好地促进学生之间的合作学习行为，如表3和表4中均设置了基于智能手机操作的小组合作过程，使学生对地球运动的学习建立在充满交流与讨论且及时反馈的课堂环境中，而且学生不仅可与班内同学交流，还可在课后就该软件与其它班级学生，校外学生以及家长进行学习交流。三是增加了直接的人机互动，学生一方面可通过对TerraTime软件简单的输入—输出行为强化地球运动不同地理概念之间的相关性，同时学生还能够自我调控学习行为和学习过程，如利用TerraTime软件对尚存疑惑的地球运动规律进行验证。
参考文献：
[1] 余胜泉. 从知识传递到认知建构、再到情境认知——三代移动学习的发展与展望[J]. 中国电化教育，2007，06：7-18.
智能快递辅助投送机 篇4
现今,在配送运输时,快递货物都是简单堆积,可能会导致货物在运输途中因磕碰挤压而发生损坏[1]。此外,在快递取件中心(代理点),快递都是固定存放在货架上,取快递时都需要人工查找顾客所取的货物,浪费快递员和顾客的时间[2]。而智能快递辅助投送机适用于重量和体积不大的日常小件。
2 创新特色概述
(1)取货时,转盘自动旋转目标区域至投递员面前,减少投递员走动;然后,自动推出目标储物柜,降低劳动强度,节省人力;推出目标储物柜且对应指示灯亮,双重提示,增强人机交互性,操作简单。
(2)货架进行两级分区。一级分区为A、B、C区,每个区由上至下分为1、2、3三个二级分区,对应贴上不同颜色的标签,最快速地帮助人员定位到物品的存放位置,清晰明了。
(3)整个装置底部装有车轮,对空间的使用更加灵活。
3 研究技术路线
该装置主要包括齿轮传动、螺旋机构和气压传动系统三部分,如图1所示。齿轮传动机构用于减速,与转盘相连。转盘上有三个互成120°角的货架,采用吊装式,通过转动使货物所在区域能平稳旋转到投递员所在位置。每个货架上又有从上至下平行的三个储物柜,共分为若干个区,储物柜高度可根据货物大小进行预调节。转盘由伺服电机控制,伺服电机由预输入程序控制,三个货架连接在转盘上,按指令以最佳路径旋转至投递员面前。储物柜安装在货架对应导杆上,可沿导杆前后滑动,限位弹簧置于储物柜与导杆末端之间,便于复位。螺旋机构与下底盘连接,用于升降推动储物柜的气缸。螺旋机构由伺服电机驱动,伺服电机由预编程序控制,可将气缸升降到指定高度。气缸由行程开关及预编程序控制,在气缸到达目标高度时,触发开关气缸停止运动。然后,气压传动系统将压缩空气输送到气缸,气缸运动将储物柜推出,此时对应储物柜指示灯亮,找到指定货物。取货完成后,按对应开关气缸排气,储物柜在弹簧作用下回复原位,等待下一个循环。
3.1 齿轮传动机构
齿轮传动机构作为减速机构,通过二级齿轮传动进行减速。原理:当伺服电机带动主轴转动时,如果转速过大,由于惯性力的作用,存放货物的储物柜将沿着导杆方向甩出,不利于货物的稳定安放。选用伺服电机的转速较高,若直接与主轴相连,将会产生较大的惯性力,因此需要进行减速。经过估算,转速在8~10rpm之间比较合适。
3.2 螺旋机构
主要用于升降一个用来顶出储物柜的气缸,机构连有伺服电机,伺服电机由预输入程序控制,根据输入的指令,移动气缸到货物所在的储物柜对应高度。实现气缸的升降,须将伺服电机输出的回转运动变换为直线运动,螺旋机构能够在电机正转和反转的不同条件下实现气缸的上升与下降,且具有结构简单、运动准确性高、降速比大、可传递很大的轴向力、工作平稳等特点。
3.3 气压传动系统
气压传动系统由电机、带轮、压气筒、储气罐、调压阀、气缸等组成。该系统主要是用来顶出目标储物柜,方便快递员取件。派送时,为了方便快递员取货,储物柜需沿着导杆移出。由于支架中间空间太小,因此选用气压传动来实现储物柜沿着导轨的直线运动。
3.4 控制系统
智能快递辅助投送机的控制部分由PLC实现,通过编程实现物品的所在货架转到取物口,然后所在层数的储物柜弹出,取出货物。通过控制主轴电动机旋转,使所需货架旋转到指定位置。
转盘控制原理:根据当前位置和希望到达的位置,通过逻辑函数选择最佳路径。到指定位置后,触发接近开关,主轴电机停止。
升降台控制原理:读取当前位置和希望到达的位置,用PLC内置的CMP语句,判断上升还是下降(即电机的正反转)。到指定位置后,触发接近开关,升降台电机停止。
气泵控制原理:当按下取货按钮后,气泵开始工作,产生压缩空气。
气缸控制原理:当货架转位结束,气缸运动到位,收到指令,气缸自动顶出储物柜,按下缩回按钮气缸缩回。
4 前景及推广应用
装置不仅可以装在大型货车上,如图2所示,而且可用在实体快递取件店内,极大方便了快递员寻找所需货物,解放了人力。人力成本今后将会越来越高,减少使用人力是商家发展的一个重要方向。而该装置正是适应目前的发展方向。全国有成千上万个快递点,如果推广到这些地方,将节省巨大的人力资源,同时也为快递及物流公司节省巨大的开支。
摘要：智能快递辅助投送机属于物流运输辅助设备。它主要包括齿轮机构、螺旋机构和气压传动系统三部分,主要目的是降低工人劳动强度,减少人力成本,缩短配送、取物的时间,提高工作效率。
关键词：智能,快递,辅助,投送机,最佳路径
参考文献
[1]陈骏,谢地.智能快递自提系统设计[J].机械设计,2014,(8):111-114.
智能辅助 篇5
关键词：人工智能；计算机辅助工艺；应用
中图分类号：TP18
1 人工智能概述
人工智能是是一门主要研究计算机对人的一些智能行为（如推理、学习、规划、思考等）与思维过程进行模拟的学科，主要内容有计算机智能原理、研制与人脑智能相似的计算机，使得计算机能够达到更高标准、更高层次的应用。从计算机的应用系统这一角度来看，人工智能技术主要是研究制造智能机器或者是智能系统，进行对人类智能行为与活动能力的模拟。
2 计算机辅助工艺设计概述
2.1 基本概念及特点。计算机辅助工艺设计，简称CAPP，是把计算机技术作为手段，用来辅助工艺设计人员用系统化的方法来实施工艺设计，实现工艺设计的信息化，进而达到工艺设计数据能够共享。CAPP的主要特点有：能够帮助工艺设计人员减少繁琐大量的重复劳动，把主要精力投向新产品、新技术和新工艺的研发上面；能够增强工艺产品的继承性，可以实现现有资源利用的最大化，进而减少生产成本；能够让并没有很多经验的设计师完成出高质量的工艺作品，实现缓解制造业设计任务繁重的目的。
2.2 分类。CAPP系统按照工作原理的不同可以分为五大类，分别是派生式、交互式、综合式、创成式与专家系统：（1）派生式。基于成组技术而建立的，基本原理主要是利用零件所具有的相似性，也就是相似的零件有着相似的工艺规程。（2）交互式。主要是采取人机对话的形式，在典型工序、标准工步的基础上，进行工艺设计，这种类型工艺规程的质量受人的影响比较大。（3）创成式。依据工艺决策的算法与逻辑而进行工艺设计的，是由无到有自动产生具体的工艺规程。（4）综合式。是把派生式、交互式与创成式系统的优点合为一体的CAPP系统。目前来说，大多数的计算机方面的辅助工艺设计都是采用这种模式。（5）专家系统。是基于人工智能的CAPP系统，创成式系统与专家系统都能够以自动生成的方式产生工艺规程，创成式是以逻辑决策与算法加为主要特征的，同时，专家系统是以知识库与推理机为主要特点的。
2.3 技术原理分析。CAPP系统是在传统人工工艺设计的基础上发展起来的，只是把计算机技术引入到了人工工艺的设计过程当中，并且进行了优化设计，主要的技术原理有下面几个方面：（1）能够有效利用设计人员所掌握的工艺方面的知识与经验，把这些工艺知识与经验记录下来，并且存储到数据库当中。（2）有效地利用了图纸当中所提供的各类产品零件数据，并把工艺设计中所涉及到的一些重要数据用数据库的形式存储起来，这就实现了数据资源的共享与随时调用。（3）根据数据库形成标准的工艺设计文件模式，这有助于工艺文件格式与管理的规范化。（4）还能够根据工艺参数与制造资源的情况，建立相关的工艺参数数据库与制造资源的数据库。
2.4 重要性。随着目前制造技术的快速发展，尤其是对工艺产品生命周期信息的共享需求更为强烈，CAPP在整个工艺产品的生命周期中所具有的功能协调与信息集成的重要作用已经被人们深刻认识到。
对工艺设计技术而言，在长期发展过程当中，需要某种技术来解决现有的技术难题，增强工艺设计方面的技术水平。同时，对计算机技术而言，在工艺设计技术这个领域的应用能够提升它的生命力，而且，计算机技术能够有效地解决工艺设计中所遇到的瓶颈。而CAPP技术完美地结合了这两者，实现了计算机技术与工艺设计的统一。
3 人工智能在计算机辅助工艺的设计开发中的应用
3.1 智能化。将人工智能运用到CAPP系统的研究与开发中，使得CAPP系统在知识推理、知识获取等方面能够模拟人的智能活动与思维方式，实现复杂工艺设计问题的解决，使得CAPP能够具有人类的智能特性，也就是智能化CAPP，这是人工智能技术在CAPP系统中的一种应用。
3.2 人工神经网络。近几年，人工智能在CAPP系统的开发过程中的充分应用，使得CAPP系统取得了很大的发展，同时，人工神经网络就是人工智能技术在CAPP系统中的一大应用。人工神经网络主要是依据生物体的神经系统原理进行现实世界客观事物的处理，由大量非线性的处理单元并联而成，具有信息的并行处理、分布式存储等特点。
3.3 遗传算法。遗传算法是起始于代表问题有可能潜在的解集种群，种群是由一定数目的基因编码的个体所组成的，每个个体实质上都是有染色体特性的实体。所以，在开始阶段，需要完成由表现型到基因型的编码工作，比如说二进制编码。在产生初代种群之后，进而依照优胜劣汰及适者生存的原理，逐步演化产生越来越优化的近似解，同时，依据问题当中实体的适应度对实体进行选择，并且借助自然遗传学的算子实现组合的变异及组合，进而产生代表新解集的种群。这一过程将会使得种群一代比一代更加适应环境，其中末代种群的最优实体经过解码之后，可以作为问题的最优解。
3.4 粗糙集技术。在CAPP技术中，可以利用粗糙集的技术与理论进行专家系统的构建，获取知识并进行优化，主要思路是：把各种零部件的加工特性和加工方法表达为决策属性和条件属性的方式，一行就是代表一种零部件，多种零部件就组成了一个二维表，进而量化属性、组织决策表，接着再利用约简算法对属性值及属性集进行约简，除去冗余的决策规则和条件属性，进而得到最小化的决策规则集，因而，当输入需要加工的零部件的加工特性时，就能够得到优化后的加工工艺了。
4 未来的发展趋势
CAPP技术能够用来帮助工艺设计人员，但绝对不是取代，通用、实用的CAPP系统不适合追求完全意义上的自动化。操作者应该有充分的工艺设计知识与判断能力，关键性的决策需要由操作者给出。对于具有足够判断能力的工艺设计人员来说，判断、决策都不是很难的工作，然而，对于计算机来说，这就可能很难胜任了。建立并完善知识库和它的使用法则，这是CAPP系统基于知识、商品化的渐进式发展的目标。
智能化CAPP技术的发展仍然会是基于充分发挥人类的智能优势这一基础之上，对各种先进的人工智能技术进行综合应用，进而实现CAPP系统的智能化。
然而，从目前人工智能的水平而言，还无法使CAPP技术在智能化的水平上能够实现实质性的突破。这主要是因为当前的人工智能主要还是用来模拟人类的逻辑思维、推理等方面的优势能力，却无法高效地对人类的形象思维、和创造性思维、抽象思维能力进行模拟，然而，CAPP系统不但需要有推理的能力，还需要有“联想”的能力，CAPP系统的开发需要解决很多人的逻辑思维活动方面的问题。所以，如果要是想要增强CAPP系统的人工智能化水准，一定要在人工智能的技术方面有新的突破，处理好人工智能方面的技术问题。同时，还要强化人工智能在产品工艺的设计环节中的运用，尤其是把人工神经网络和专家系统技术进行有机地结合，进一步实现CAPP系统智能化水平的提高。
5 结语
对市场经济下的企业工艺设计特点进行充分分析，进而对工艺设计的信息化以及计算机辅助系统技术的应用进行研究，把先进的标准化技术、现代工艺设计技术与计算机的应用技术完美结合于一体，发挥出信息及计算机技术在企业工艺设计过程中的最大作用，进而引导我国计算机辅助工艺设计技术的开发与应用。
参考文献：
[1]张振明，许建明.CAPP的应用与发展[J].计算机辅助设计与制造，2002，7：3-5.
[2]李颖.企业工艺设计对CAPP系统提出的要求[J].计算机世界网，2001，6：29-31.
[3]焦黎，慈建平，程光耀.基于工艺特征元的自动机CAPP系统研究[J].组合机床与自动化加工技术，2004，6：10-14.
[4]苏海洋，刘成颖，翟听.企业集成环境下CAPP系统的研究[J].现代制造工程，2002，5：24-26.
作者简介：王敏（1981.4-），女，重庆人，教师，硕士，研究方向：人工智能，自动化技术。
保驾护航的智能驾驶辅助系统 篇6
汽车在安全方面的创新发展
汽车工业在不断改革中发展, 从第一辆汽车诞生到未来汽车的设计, 国外汽车公司如奔驰公司作为先锋在其中发挥了决定性的作用。在新技术开发中, 特别是主动及被动驾驶安全性等方面, 他们一直走在世界汽车工业前列, 开发的安全技术在市场上具有不小的影响力 (见图1) 。奔驰公司是将汽车安全技术市场化最多的的公司之一。目前中国汽车市场不仅空间很大, 而且人们对汽车安全性能要求越来越高, 因此中国自主品牌的汽车, 有必要增加雷达和红外线技术的智能驾驶辅助系统, 如车道偏离系统、汽车自动防撞系统和夜视辅助系统等。
智能驾驶辅助系统的定义
智能驾驶辅助系统在驾驶员遇到紧急状况时, 通过有针对性的技术干预, 提供主动支持。但是驾驶辅助系统不应该也不能取代驾驶员, 也不能因为有了辅助系统而免除驾驶员对安全行驶应负的责任。驾驶辅助系统只是车辆行驶的辅助手段——驾驶者应该始终清楚地认识到, 辅助系统受到具体情况和条件的影响, 功能是有限的。
智能驾驶辅助系统介绍
自主品牌汽车可推广的智能驾驶辅助系统, 分为车道偏离系统、汽车自动防撞系统和夜视辅助系统目前驾驶辅助系统, 下面将对几个典型系统进行介绍。
1.车道偏离预警系统
车道偏离警示系统 (Advanced Lane Departure Warning, ALDW) 在驾驶员无意识偏离车道前, 对其发出警告。研究数据表明, 所有致命的交通事故中34%跟车道偏离有关, 同时车道偏离也被看成车辆侧翻事故的主要原因之一。研究还发现, 23%的汽车驾驶员六个月内至少在转向盘上睡着一次;36%的重型载货汽车驾驶员在驾驶过程中打瞌睡;20%的轻型载货汽车驾驶员在六个月内有在转向盘上睡着的经历。每四个驾驶员中就有一个驾驶员经历过车道偏离引起的伤亡事故。驾驶员长时间单调地驾驶汽车, 容易导致注意力降低。欧洲经验表明, 在所有单人车祸中大约14%是由于驾车偏离行驶车道引起的, 为此, 发明了车道偏离预警系统 (见图2) 。
该系统由一个安装在汽车后视镜内的小型CCD摄像机、一些检测车辆状态和驾驶员操作行为的传感器 (比如转向信号) 以及视觉和听觉警告装置组成。该系统利用由CCD摄像机获得的车辆前方车道标识线、其他传感器获得车辆状态数据和驾驶员的操作行为等信息, 判断车辆是否开始偏离其车道。一旦检测到汽车距离自身车道白线过近有可能偏入邻近车道而且司机并没有打转向灯时, 该系统就会发出警告信息, 提醒司机注意纠正这种无意识的车道偏离。当驾驶员感觉到手中的方向盘在振动时, 表示车道偏离系统在报警。当检测到汽车偏离车道时, 传感器会及时收集车辆数据和驾驶员的操作状态, 之后由控制器发出警报信号, 整个过程大约在0.5s内完成, 为驾驶者提供更多的反应时间, 从而尽可能减少车道偏离事故的发生。如果驾驶者打开转向灯, 正常进行变线行驶, 那么车道偏离预警系统不会做出任何提示。如有必要, 系统将利用视觉警告信息、听觉警告信息以及振动转向盘来提醒驾驶员小心驾驶车辆, 大大减少了因车道偏离引发的碰撞事故。此外, 使用LDWS还能纠正驾驶员不打转向灯的习惯, 该系统主要功能是提醒过度疲劳或解决长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况。
在雨雪天气或能见度不高的路面时, 采集车道标识线的准确度会下降, 因此车道偏离预警系统摄像头需要采用红外线传感器采集数据, 并通过红外线收集信号来分析路面状况, 即使在恶劣环境的路面, 也能识别车道标志线, 便于在任何环境的路况下均能及时提醒驾驶员汽车道路偏离状态。
2.汽车自动防撞系统
汽车自动防撞系统 (Automatic Bump-Shielded System) 是防止汽车发生碰撞的一种智能装置, 能够自动发现可能与汽车发生碰撞的车辆、行人或其他障碍物体, 发出警报、同时采取制动或规避等措施, 以避免碰撞的发生。当汽车防撞系统探测到可能发生危险时, 系统就会转入“自动操作”来避免危险的发生, 例如当安装在车上的摄像头发现了将会有不可避免的撞车发生时, 就会自动起动应急制动系统, 从而保证将损失降到最低。系统还包含有与电脑相连的立体摄像机, 可以分辨出汽车、骑车人以及行人, 并且以此为依据配合当前各种参数迅速计算出事故可能的破坏程度, 并做出相应的反应。另外, 系统还有一个功能, 可以自动探测路边的限速指示牌, 并且根据探测到的数据用声音的方式提醒司机要遵守速度限制, 从而尽可能避免事故的发生。
汽车自动防撞系统包含:
(1) 信号采集系统采用雷达、激光、声纳等技术自动测出本车速度、前车速度以及两车之间的距离。
(2) 数据处理系统主控芯片对两车距离以及两车的瞬时相对速度进行处理后, 判断两车的安全距离。如果两车车距小于安全距离, 数据处理系统就会发出指令。
(3) 执行机构负责实施数据处理系统发来的指令, 发出警报, 提醒驾驶员制动, 如驾驶员没有执行指令, 执行机构将采取措施, 如自动刹车等。
当汽车行使前方出现障碍物并对本车行使安全构成威胁时, 汽车自动防撞器能实施自动报警、自动减速、自动制动, 最终避免汽车与障碍物相撞。对后车追尾碰撞的提前预警性能, 是汽车自动防撞器在工作状态下, 后制动灯提前点亮, 提醒后车司机注意, 便于后车留出一定的制动距离, 避免两车发生追尾事故。
3.夜视辅助系统
夜视辅助系统可以帮助驾驶者夜间会车出现眩光时看清前方情况 (见图4) , 在黑夜中既能顾及到其他车辆乘员或路人的情况, 又能改善行驶道路的照明情况。夜视辅助系统能使驾驶员辨别出距离210m左右路旁身着浅色衣服的试验假人, 比氙气大灯提早41m左右。而在行人身着黑色衣服时, 可提早92m左右。这意味着采用夜视辅助系统可以将夜间行车安全性提高125%以上。同时, 由于对于潜在危险信息的充分掌握也能够使驾驶者在夜间驾驶过程中的心理压力大为缓解, 进而使驾驶过程更加舒适放松。
夜视系统在夜间可以将车灯照射范围以外的潜在危险情况显示在挡风玻璃上, 从而开阔驾车人的视野, 避免交通事故的发生。
由于采用了夜视辅助系统, 可以提前看清近光灯照不到的黑暗中的交通标牌、弯道、行人、汽车、丢失的货物或者道路上其他可以造成危险的事物。这样, 驾驶者可以及时采取制动或者避让措施。此外, 这个系统能减轻驾驶者在夜间开车的紧张和劳累, 保持精神饱满的状态, 在紧要关头能迅速而正确地做出反应。
配备夜视辅助系统的车辆装有两个额外的红外线前照灯, 可以照到前方大约200m的距离。
由于夜视辅助系统的前照灯在可见光波长范围之外进行工作, 因此不会对人类的视线产生影响。当车速超过15km/h, 驾驶者就可以起动夜视辅助系统。将前照灯打开, 然后只需按下仪表板上的一个按钮, 通常情况下显示速度的显示器就被切换为摄像机图像的状态。汽车前方的道路情况以一个清楚的灰度级图像出现在人们眼前。
展望
智能辅助 篇7
坚强智能电网[1]以坚强网架为基础,以通信信息平台为支撑,以智能控制为手段,包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节,覆盖所有电压等级,实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合,是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好互动的现代电网。智能电网是未来电网发展的美好愿景。
T.E.Dy-Liacco博士曾设想过 “调度机器人”[2],为调度的智能化描绘了一幅美好蓝图。在一系列的大停电事故之后,国内外在互联大电网灾变安全防治方面的研究异常热烈[3,4,5,6],薛禹胜院士提出了构建大停电防御框架体系的全面综合防御系统。目前,国内电网调度主要依赖调度自动化系统。然而,现有的调度自动化系统[7]属于“分析型”、“被动型”调度模式,对人的主动性和能力的依赖性大;在异常或故障情况下,信息的杂乱导致调度员被大量表象数据湮没,需要较长时间来决策,错失处理事故的良机;由于人工离线指定的运行方式进行的离线计算结果与实际电网运行方式存在一定的差别,影响电力系统的安全性和经济性。
智能调度[8]通过智能化的手段为调度中心各专业提供全维度精益化的服务,包括量测处理、建模、分析、计算、管理、决策、控制等,并提供智能化分析、预警、辅助决策和控制。地区电网调度智能辅助决策系统随时跟踪电网的运行状态,快速消除电网隐患,更好地实现电网的自愈、安全运行,是智能调度建设的重要内容之一。
1 设计思想
“智能”就是感知所处环境,并做出恰当反映的能力。智能的基础是感知环境,是感觉和认识的统一。电力系统可划分为正常状态、紧急状态和恢复状态。电力系统经受扰动后,可能从一种状态转换成另外一种状态,为了维持系统安全、经济、稳定运行,需要采取一些控制措施,这些措施可以使电力系统由一种状态转换成另外一种状态。因此,地区电网调度智能辅助决策系统的中心任务就是充分感知电网的各种信息,敏锐察觉电网潜在的变化趋势以及已发生的事件,并对电网可能发生的状态变化以及已发生的状态变化给出恰当的控制措施。为此,地区电网调度智能辅助决策系统设计如图1所示。
地区电网调度智能辅助决策系统的信息流涵盖了整个信息处理的过程。从初始的网络分析模型的生成和验证,到采用调度数据集成技术,有效整合并综合利用电力系统的运行信息,再经过数据滤波,获取一个可靠的数据断面,以此为基础实现电力系统正常运行时的监测与控制,并能进行复杂事故的智能辨识、事故后的故障分析处理和系统恢复。
地区电网调度智能辅助决策系统关键特征如下:
1)集成性。拥有稳态数据、故障数据以及各种与电力系统运行相关的更加全面的信息数据源。
2)智能性。通过对这些信息的综合判断,最后直接给调度员提供当前最关心的关键信息,节省了调度员处理事故的宝贵时间。
3)主动性。自动识别电力系统的运行状态和发生的事件,提出预警,便于调度员提前采取预防性对策,把安全和灾变问题解决在孕育阶段。
4)实用性。根据当前电网运行状态,针对电网正常运行和事故时调度最关心的问题给出相应的实时控制策略。
5)可视化。采用可视化方式展示电网预警及故障处理结果,便于调度员对电网运行的直观把握。
2 系统功能
地区电网调度智能辅助决策系统涵盖电力系统事前、事中、事后3个连续性过程,主要功能包括智能监控预警、事故辅助决策、可视化3个方面。
2.1 智能监控预警
在电网正常运行状态,智能监控协助调度员准确地把握电网监控要点,按照单个设备、稳定断面、系统3个层次对电网的薄弱环节进行分析预警,并提供有效的电网调整策略。地区电网调度智能监控预警总体功能结构如图2所示。
智能监控预警功能包括以下几个方面。
1)设备运行状态分析。
根据调度自动化系统采集的开关及刀闸位置遥信信号,主动判断电网中开关、线路、母线、主变等一次设备的运行状态,并对设备运行状态进行电压、潮流等遥测信号的验证,保证设备运行状态分析准确。
2)电网稳定断面智能监视预警。
根据电网当前网络拓扑的变化,自动识别设备运行状态,结合季节、线路潮流等条件因素,实时选择正确的稳定控制断面及相应的稳定限额值进行稳定监控。根据实时数据及稳定限额的匹配结果,计算断面实时值,并对断面重载、越限等情况给予提示。
3)电网运行状态分析与安全预警。
通过对电网实时运行状态的监控、安全分析和潮流计算进行地区电网运行状态的多侧面的“分诊”预警,提醒调度运行人员系统的监控重点,并结合灵敏度分析软件和校正计算软件进行监控控制策略的制定,从而实现对电网运行薄弱环节的监控与预警。
4)智能校正控制及自愈。
对于智能监视发现的电网薄弱环节给出相应的校正控制措施。对于220 kV及以上电压等级电网和110 kV及以下电压等级辐射电网,由于运行方式不同,具有不同的校正控制手段。高压环网支路或断面越限消除校正控制基于灵敏度计算并结合规划方法,给出发电机、负荷调整的方向性意见;针对地区低压辐射网有效的调整手段通常为变换电网运行方式,实现不间断供电、消除越限。
2.2 事故辅助决策
电网事故发生后,事故辅助决策系统协助调度员分析事故情况、找出焦点问题、消除系统越限,并提供恢复失电区供电的事故处理参考方案。地区电网事故辅助决策总体流程图如图3所示。
事故辅助决策包括以下步骤:
1)电网信息的侦听与甄别
电网中的信息类型很多,需要进行信息定制以剔除多余干扰。侦听的电网信号类型包括开关变位、刀闸变位、开关遥控、遥调信息、标志牌操作、保护类开关节点、保护状态与动作信号、事件顺序记录(SOE)内容等。其中有些信息来源于调度自动化系统,有些信息来源于保护信息管理系统。
信息的甄别需要对多种因素进行综合考量,以避免对事故的错误认定或漏判。开关变位信号、保护动作信号、潮流扰动信号间具有一定的关联性。通过开关变位信号,结合拓扑分析可以发现停电区域,然后再结合潮流扰动信息、保护动作信息进行对比分析,进而可以界定开关变位的性质:故障扰动、人工操作、错误信息等。
2)电网故障诊断
电网故障诊断以发现失电区作为故障诊断的启动条件。在继电保护故障信息和调度自动化系统中遥信变位信号的支持下,进行实时的网络拓扑分析,首先定位到故障区域。对于简单故障,故障区域只包含1个故障元件,可直接定位到故障元件;对于复杂故障(开关或保护拒动、误动),结合保护动作信号,可定位故障元件;在保护动作信号不完整的情况下,对于停电区域系统可计算出停电区域各元件的故障可信度,按故障可信度由大到小进行排队,并由调度员根据现场的检查汇报结果,最终确定故障设备。
3)电网事故恢复决策
电网事故恢复决策统计故障后的停电区域、厂站、损失负荷值、待恢复停电区域、故障后系统设备越限等信息。对于待恢复失电区,首先搜索所有供电恢复路径,得到候选方案,在候选方案的基础上根据用户设置的约束条件进行过滤,最终得到一个符合目标函数的最优恢复路径方案。对于越限设备,基于灵敏度原理,给出消除越限的措施。同时,对故障后的电网进行风险评估,给出故障后电网的薄弱点,并给出相应的校正控制策略。
2.3 可视化
可视化调度是电网调度发展的必然趋势。调度可视化显示数据来源于地区电网调度智能辅助决策系统分析决策结果。可视化采用面向对象设计,借助于计算机图形理论和技术,为电网正常运行状态下的预警以及事故决策提供直观有效的展示手段,能够更好地满足运行人员监视、控制的需要。可视化的在线监控软件已经成为电网调度自动化系统的发展热点。地区电网调度智能辅助决策系统可视化包括电网智能监控预警可视化及事故辅助决策可视化。
电网正常运行状态下预警可视化仅显示调度员最关心的多侧面电网薄弱信息,对其进行整合展示,薄弱环节的可视化信息可以叠加,调度员通过该模式能够全面掌握电网的薄弱环节。
事故处理智能可视化基于地理接线图通过醒目的事故图标对事故进行可视化展示,根据事故总信号等信息通过光润效果对事故的范围进行锁定,基于故障定位的结果对具体的故障地点进行可视化定位,在事故区通过图像热点提示显示故障损失负荷及处理统计结果。在可视化故障恢复方案中,通过经沿线路的箭头对恢复的路径进行展示,当有多个备选方案时,可以在箭头中显示备选序号,通过恢复路径上的图像热点提示显示恢复方案计算信息。
3 实用化实现
地区电网调度智能辅助决策系统在现场实施时遇到了很多工程问题,这里只讨论比较典型的问题以及解决方案。
3.1 故障诊断实用化
由于远动通道、信号传送延迟(有的开关变位信号很长时间才上传到控制中心)、信号采集不全(有的控制中心只有事故总信号,而没有保护信号)等,故障诊断面临的问题非常复杂。故障诊断实用化,是智能辅助决策工程实际中必须考虑和重点解决的问题。实用化的故障诊断实现的总体程序流程如图4所示。
为实现故障诊断的实用化,采用以下处理方式。
1)多线程报文处理流程
故障信息不丢失是故障诊断的前提。为此,故障诊断预处理(接收消息)与故障诊断分别由2个线程处理。故障诊断预处理线程收到的信号放到一个临时缓冲区中,故障诊断每次针对信号接收进程的缓冲区序列依次处理。
2)故障报文切割
根据现场实际情况,设备故障导致的开关变位以及保护动作在一定时间T内完成,之后电网进入一个平静期,因此可以认为平静期前收到的信号为当前时间段内发生的故障(可能为多故障)涉及到的动作信号。通过对现场故障的分析及总结,目前取T=30 s内无开关变位为系统平静期,满足故障诊断要求。以当前收到的开关作为计时起点,若30 s内没有开关变位动作,则认为该次开关变位动作周期结束,可以进入故障诊断流程;若在30 s内又收到新的开关变位,则以新开关变位时间作为新的计时起点继续等待。
3)多信息源问题
对于同一个开关分闸,在信息完备的情况下会收到遥信变位和SOE这2类信息,在一种信息源头丢失报文的情况下,可以由另外一类补充;同样的保护动作信号在2类消息类型中可能都有反映。因此,开关和保护信号可以利用控制中心调度自动化系统和保护信息管理系统的信息进行相互补充。在30 s计时期间,以开关变位信号及SOE中最近的一个时间作为计时起点。
3.2 故障恢复决策实用化
地区电网智能调度故障恢复是一个带约束的多目标优化问题,目标函数有故障恢复的操作开关数最少、供电恢复后系统的备用容量最大等,约束条件包含了潮流限值、电压限值、拓扑关系等。现阶段大多数采用基于人工智能的启发式方法求解,将供电恢复这一局部问题的求解化为整个地区电网的全局问题的求解,因而其效率不高,难以满足地区电网供电恢复的实时性要求;此外,优化算法的稳定性不高导致其结果的随意性较大,使得最终算法优选的方案与实际调度采用的方案有区别,因而难以实用化。另外,在处理拓扑约束时(如避开有标志牌的拓扑路径、保证地区电网分裂运行等),常规的优化算法有难度。
本文故障恢复采用局部全空间的拓扑搜索原理,将拓扑搜索范围限定在地区电网待恢复区及其周围区域;此外,采用基于反射原理的有向图着色方法可以精确定位任意两点之间的关键路径,剔除无关的分支路径。由于地区电网一般是开环运行,而且任意负荷其现实的转供电源点一般为4个～6个,因此,结合本文采用的搜索方法以及穷举法可以获得最高的问题求解质量,而其所花费的时间比全局问题求解的优化方法要少得多。
4 结语
智能调度综合运用各种先进科技和智能化手段,对电网进行主动式、智能化的监视、分析、预警、辅助决策和自动控制,面向调度中心运方、继电保护、调度、计划、自动化等全业务专业,提供智能化的业务支撑手段,为坚强可靠、高效经济、清洁环保的智能输电网提供强有力的技术支撑。
地区电网调度智能辅助决策系统是智能调度的核心高级应用辅助决策软件之一,为未来智能调度的实现奠定了很好的基础。 目前,按照该原理实现的地区电网调度智能辅助决策系统软件在青岛、深圳、无锡等大中城市电网调度中心获得推广使用并取得了良好的效果。
参考文献
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变电站智能辅助系统的分析 篇8
1 智能变电站辅助系统概述
智能变电站辅助系统是指在保障各子系统独自运行的前提下, 对各子系统进行有机整合并对其进行底层控制的系统。它利用物联网技术和传感器, 构建了一套全站公用的智能监测与辅助控制系统, 并预留了新智能化系统的接入端口[4,5]。在统一管理、系统兼容、避免设备重复投入和各系统间有效协作及信息共享上, 发挥优势, 从而极大地降低了资源消耗, 提高了系统保障能力, 达到了智能化监控的目的。尤其是“四遥”功能电力设备在变电站的应用, 加速了偏远地区变电站无人值守模式的转变, 提高了值班人员的远程监控能力, 减轻了运维人员的工作量, 避免了人力资源的浪费, 为变电站的建设和管理节约了成本[6]。
2 变电站智能辅助系统组成和功能
2.1 系统组成
智能辅助系统是将现有各系统进行有机整合, 实行网络化连接, 各子系统的信息得到集成, 从而实现辅助子系统间的信息共享和信息交互, 进而实现实时视频监控、远程控制、智能联动等功能[7]。它以综合服务器为核心, 由视频监控系统和动环监控系统两大部分组成。其中, 动环监控系统又包括门禁控制系统、消防报警系统、安全警卫系统、环境测量系统、空调控制系统、灯光控制系统等子系统[8]。系统组成结构如图1如示。
视频监控部分采用高清摄像头, 布防变电站各个监控点, 来远程监控断路器、隔离刀闸等现场实际状态, 并将信息远程传输到综合应用服务器处理, 使集控中心能及时准确地的掌控现场情况, 采取相应措施[9]。
门禁系统是现代化安全管理系统, 可对变电站内各通道进行实时监控并对人员进出进行管理, 以限制特殊区域的非法闯入, 从而提高变电站运维效率[10]。
消防报警系统是为防范变电站内发生火灾而设置的, 当发生火灾时它能及时探明火情并启动自动灭火装置或火灾隔离措施, 并同时将信号传至监控中心, 以方便有关人员组织疏散或灭火, 从而将损失降到最小[11]。
安全警卫系统主要用于防范无关人员的非法侵入, 保障变电站内设备和人员的安全, 一旦探测到外来入侵, 能及时将入侵信号上传到监控中心, 并调用视频监控系统以方便工作人员及时查看并作出应对[12]。
灯光控制系统可以实现对灯具的远程遥控, 能改善就地控制照明灯具的不足, 且可与其他系统实现联动, 扩展其他辅助系统夜间和光照不够时的不足[13]。
2.2 系统特色功能
2.2.1 设备智能巡检
智能辅助系统具有替代人员进行设备现场巡检的功能, 可为无人值守变电站的建设提供技术支持。该功能可根据实际需要, 设计自动巡检路线, 通过站内布防的摄像机将巡视的信息传到集控中心, 而无需人员亲自到场。辅助系统中还接有设备状态检测系统, 可对设备实时运行参数状况进行监控, 协助智能巡检功能的实现[14]。
2.2.2 高清视频和智能视频分析
智能辅助系统中采用摄像机提供的高清画面及关键信息, 有助于提高智能视频分析准确性, 而且基于背景建模和目标追踪技术的智能视频分析功能, 可对非法侵入行为进行分析, 对监视设备状态变位进行判断[15]。
2.2.3 智能报警功能
辅助系统报警子系统为每个报警对象设置了报警属性, 不同报警有不同级别。而且可提供多种报警方式, 如画面、语音、邮件、电话、短信等, 以提醒值守人员及时处理[16]。对于较低级别的报警, 只需启动画面和声音报警方式即可, 对于较高级别的报警不但要启动声音和画面报警方式, 还要以邮件、短信和电话的方式提醒值班人员或上一级管理人员。以期得到及时响应和处理[17]。
2.2.4 各子系统间智能联动
辅助系统整合了各子系统, 可实现数据共享和子系统间的联动。系统可实时检测所有探测器的工作状态, 当报警条件被触发时, 能联动调用报警点摄像机, 将报警点的实时信息上传至集控中心, 供工作人员查看[18]。如视频监控和门禁系统的联动可实现对重要区域人员过往情况的监控, 以防范重要区域的非法闯入, 确保设备和人员人身安全。视频监控和火灾报警系统的联动可将报警点实时画面呈现出来, 便于救援人员及时了解现场情况, 提升火灾报警系统的准确性[19]。门禁和火灾系统的联动可在火灾发生时, 及时对报警点的门禁进行开锁断电处理, 以方便人员逃生和救援人员的进入。
3 变电站智能辅助系统的特点
3.1 系统具有高可靠性和高效性
基于保障变电站设备可靠运行而设计的智能辅助系统, 在功能设计方面表现出色, 易于改进和扩展。智能辅助系统对系统的运行维护有很好的保障, 可长时间连续监控[20]。智能辅助系统采用容错技术, 能使系统在数据丢失或损坏时继续正常运行;智能辅助系统具有多种保护措施, 可在强电磁干扰等多种恶劣环境下稳定可靠工作。另外, 智能辅助系统采用多种先进智能技术, 可对采集的多种数据进行统一高效智能化系统分析及对它们进行自动化处理[21], 有效降低人为干预所带来的错误和误差, 提高系统的处理能力和准确性。同时高兼容性的接口设计能提高系统间协作效率。
3.2 系统具有视频联动机制和设备状态智能分析功能
在变电站SCADA系统调控下, 通过“四遥”技术实现向智能辅助系统发送相关断路器和刀闸信息的功能。辅助系统通过视频监控功能实时监控动作设备的运行状态, 可使工作人员远程做出确认与决策。视频综合监控系统的智能分析技术, 可在保证切换质量的前提下, 极大程度地提高倒闸效率, 从而实现智能化自动控制[22]。
3.3 系统具有自动巡检功能
配置重要设备的巡检路线, 将需要监控的点位纳入监控范围并自动显示图像[23], 从而实现自动巡检功能。设置监控区域的触发条件及联动报警机制, 有效提高了巡检效率;合理安排人员到全站重要设备处巡检, 避免了人力资源的浪费。
4 目前变电站建设存在问题
在变电站建设和管理方面存在的问题, 主要包含下几个方面。
1) 标准体系不统一, 系统兼容性差。在变电站辅助系统中存在多厂家设备共存的情况, 这些设备开发所使用的技术和标准不尽相同, 存在互不兼容的问题, 难以形成有效管理, 造成各系统间不能相互协作, 无法集成数据信息, 到处存在信息孤岛, 给变电站各系统间的信息共享和交互造成巨大障碍。资源不能有效整合利用, 严重制约着变电站信息化建设和应用[24]。
2) 各辅助设施的控制局限性。现有各辅助子系统各自独立自成体系, 各系统间缺乏联动策略和机制, 系统间信息检测和控制功能脱节, 在变电站运行维护方面智能化、自动化程度低。而且在监控报警方面多为人为主观判断的被动监控模式, 极易产生误报、漏报情况[25]。
3) 变电站管理模式固定, 经营观念落后。变电站经营管理模式存在弊端, 条块分割, 信息分散, 没有规范的建制, 导致了变电站信息化建设缺乏统一的规划和管理, 机构设置和人才状况的滞后, 阻碍了信息化的进程, 而且领导层对信息化的理解和资本的投资存在误区, 也影响了智能变电站电力信息综合一体化的发展[26]。
5 变电站智能辅助系统的未来展望
随着科技的飞速发展未来变电站中将会应用更多先进技术来满足智能化管理和运行方面的需要。
5.1 提高智能辅助系统性能
未来变电站将会整合IEC 61850标准、高清视频监控技术、智能视频识别等技术, 开发变电站一体化信息平台, 以实现变电站全景数据统一建模、智能控制、系统处理等高级应用功能[27]。高清视频监控技术和智能视频识别技术的应用, 可对检修人员进行智能监督管理, 以规范其检修安全作业操作。特别是与在线检测系统后台的整合, 可有效提高巡视人员的巡视质量。而且变电站信息系统的安全防护, 也将从多层次、多方位进行加强, 已达到系统安全稳定的运行[28]。
5.2 智能辅助系统采用统一的信息化标准规范
统一领导, 加快变电站信息化标准工作, 制定统一的信息化标准规范。统一的标准化体系有利于变电站各辅助系统间的信息共享和交互式操作, 便于不同厂商设备接口上的兼容, 便于变电站一体化监控平台的管控。
5.3 专家系统应用
在无人值守的变电站, 采集到的数据信息将全部传动到集控调度中心, 如果一个监控中心监控的变电站数量比较多, 就会在短时间内积累大量信息, 这些信息种类繁多, 眼花缭乱, 往往令值守人员无所是从, 这样故障告警信息就可能得不到及时处理甚至遗漏, 从而埋下安全隐患。如果应用具有智能告警的专家系统来处理这些收集到的信息, 将使各种告警信息得到及时处理, 并保障变电站可靠运行, 极大简化工作人员的工作量。
6 结语
智能化变电站辅助系统研究 篇9
1 智能化辅助系统概述
近年来国家电网公司加大了对电力自动化系统的构建, 目前很多地区的变电站都已经基本实现了自动化管理, 部分地区还实现了无人值班变电站, 这证明我国当前的电力自动化水平已经接近世界先进水平。但是变电站的辅助系统智能化水平还相对较低。这也是目前我国智能化变电站所面临的主要发展问题。对此国家电网公司提出了智能变电站一体化监控系统功能规范, 要求在智能化变电站中应当实现一体化的监控系统, 包括图像监控、安全警卫、火灾报警、消防系统、采暖通风、门禁系统等等诸多辅助系统的一体化智能监控。要求所有的辅助系统都接入一体化监控系统中, 利用综合应用服务器来实现统一的监控与数据处理, 从而减少人的工作量, 并对变电站内工作人员的巡查结果进行验证, 从而实现智能化运行管理。从长远来看, 智能化变电站要想获得更大的发展, 实现辅助系统的智能化是必不可少的。
2 智能化辅助系统配置的设计
在智能化辅助系统配置设计中, 需要将变电站日常运行中的所需要涉及的所有辅助系统设计在内。在此本文以无人值班变电站为例, 详细探讨其智能化辅助系统的配置设计。其配置应当包括以下几点:
2.1 图像监控及安全警卫系统。
作为无人值班变电站的主要安全管理系统, 图像监控系统和安全警卫系统是必不可少的重要辅助系统。一般要求变电站的外部和内部都需要分别安装相应的摄像头, 尤其是内部的配电装置区与设备室, 更要在各个角度安装摄像头, 要使监控范围无盲区, 实现对设备的全方位监视。在将其设计到一体化智能辅助系统中时, 需要将所有的摄像头接入到系统相关终端, 并利用智能视频分析技术来对将摄像头所发送的各种图像信息进行相应的处理, 并发送分析结果报告, 实现其余各个子系统之间的智能联动。而安全警卫系统则要求在变电站的围墙上方和大门处中安装红外对射报警器装置, 另外生产综合一楼入口处也需要安装相应的红外双鉴探测器, 以保证在非法人员入侵时能够及时发出报警, 并将报警信号发送给终端服务器, 形成智能联动。
2.2 门禁系统。
变电站在二次设备室、220k VGIS室、110k VGI室、10k V高压室配置门禁系统。进人人员需要通过安全认证后方可进入, 系统将会记录出人此门的人员情况。当出现非法开门时, 系统产生报警, 门禁控制器通过以太网将报警信号上传至综合数据服务器。
2.3 环境监测系统。
变电站在二次设备室、220k V GIS室110k VGIS室、10kv高压室、电容器室配置温湿度传感器。在户外配置风速传感器。在220k V GIS室、110k V GIS室配置SF6探测器。在电缆沟配置水浸传感器。各类传感器、探测器将采集数据通过环境数据采集单元传送至综合服务器, 完成对变电站环境的实时监测, 并实现与其他子系统实现智能联动。
2.4 火灾报警系统。
根据《火灾自动报警系统设计规范》的规定, 变电站配置1套取得当地消防部门认证的火灾自动报警系统。当发生火灾时、声光报警器发出警告, 火灾信号传至火灾报警主机。火灾报警主机通过以太网将信号传输至综合应用服务器, 实现系统功能联动。感温电缆信号函过输人模块接人火灾报警主机。
2.5 灯光、采暖通风控制统。
变电站配置控制器完成对变电站照明、采暖通风系统的智能控制。控制器控制通过增加并联开关回路的力式实现对灯光、风机、空调的控制, 无需对原有设备进行改造。每个控制器能同时完成至少S个回路的控制。灯光控制器与环境数据处理单元通过屏蔽双绞线分别连接, 由环境数据处理完成对灯光、风机、空调的控制。
3 智能辅助系统功能联动
变电站综合应用服务器可以根据规程规范和用户的需要制定辅助系统联动逻辑, 以采集信息为依据, 通过对数据综合分析, 实现辅助系统智能联动。
3.1 火火灾报警系统与图像监视、风机、门禁系统的联动。
火灾报警系接收到报警信号, 传送至综合应用服务器, 服务器分析火警位置, 联动相关区域的摄像头推出报警画面, 确认事故后, 启动报警器, 拨打火警电话, 并闭锁该区域风机, 防止火灾的进一步蔓延。若火灾发主在主变周边区域, 应能可靠开启主变排油冲氮系统。系统同时解开变电站门禁系统, 打开门锁, 方便人员逃生及消防人员的进人。
3.2 门禁系统与图像监视系统的联动。
门禁系统接收报警信号后, 将信号传送至综合应用服务器, 服务器分析出报警位置, 联动报警区域的摄像头, 进行联动监控, 自动进行录像。
3.3 灯光控制系统与图像监视、安全警卫系统联动。
安全警卫系统接收到入侵信号, 信号通过视频站端处理单元传送给综合应用服务器, 服务器通过灯光控制器打开相关区域的灯光, 并推出报警区域的画面。
3.4 环境监测系统与采暖通风系统联动。
环境监测系统通过温湿度传感器, 准确监测室内外温、湿度情况, 并将监测信息送至综合应用服务器。服务器对温度进行监测, 并通过空调控制器、风机控制器, 对空调风机进行控制。当温度高于临界值时, 启动制冷空调、风机;等温度低于临界值时, 启动制暖空调。
4 结论
综上所述, 在智能化变电站的辅助系统设计中, 应当将所有相关的辅助系统都配置设计在内, 并做好各个子系统间的智能联动。对于无人值班变电站来讲, 要想长期处于安全、正常的运行状态中, 除了要不断提高生产设备的智能化水平以外, 还要做好辅助系统设计, 以保证整个变电站的正常运行。
参考文献
[1]束娜, 刘尧, 赵翠玲, 张涛.智能变电站一体化信息平台整合方案研究[J].水电能源科学, 2012 (9) .
变电站智能辅助风冷系统的构建 篇10
1 现状分析
电力电容器的特点是具有很大的极板面积, 极板间的介质上长期承受着很高的电场强度, 而且一旦投入电网就将连续在满负荷下运行, 这就决定了电力电容器的实际使用寿命与运行条件中的温度、电压、谐波、涌流等因素有关。
按照电容器的有关技术条件规定, 电容器的工作环境温度一般以40℃为上限。然而, 现有变电站电容器室的通风设计是按消除室内余热进行计算, 所采用的形式多为百叶窗的自然通风方式, 这种通风方式在春、秋、冬季尚可, 但在夏季高温期间, 则无法满足环境温度要求, 造成对电容器使用寿命的影响。
2 智能辅助风冷系统的构建
2.1 概述
近几年, 随着信息技术的发展, 物联网成为新一代信息技术的重要组成部分。通过信息传感设备, 按约定的协议, 把物体与互联网相连接, 进行信息交换和通信, 以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。变电站智能辅助风冷系统就是基于物联网技术构建的, 以实现对室内温度、风机状态的实时监测与自动控制, 为电容器的安全稳定提供良好的运行环境。
2.2 功能设计
通过外设的传感器, 准确监测室内的情况。监测信息传送至主机。同时, 监测前端可执行主机控制命令, 根据室内状况对风机进行停启动控制。
智能辅助风冷系统的主要功能如下。
(1) 当室内温度过高, 超过温度报警下限时, 部分风机启动;当室内温度超过报警上限时, 全部风机启动。
(2) 当温度传感器动作时, 上传相应的动作信号至监控主机, 并发出语音提示。
(3) 风机的控制方式分为3种:就地手动控制、自动控制和远方强制控制。风机正常运行时为自动控制方式;就地手动控制方式是方便施工人员在投运前检查各冷却器组的运行状况;远方控制方式是用户可根据需要, 通过后台监控软件远程控制风机。
(4) 监控软件对室内温度进行实时采集, 并在监控画面上进行显示。对风机运行工况进行显示, 当任一组冷却器出现故障时, 在后台监控软件上进行指示, 并发出报警信号。
(5) 可存储模拟量数据、风机工作状态和报警信息等, 并可实现运行记录的历史数据查询。
2.3 电容器室风机加装方案
室内电容器室面积一般较小, 为降低室内环境温度, 一般采用加快风的循环速度。在房屋顶部外侧加装若干风机, 采用向外排风方式;在房屋底部外侧加装若干风机, 采用向内进风方式;进风、排风口加装过滤网和铁丝, 防止异物进入电容器室。安装好风机后, 将顶部和底部风机电源线顺着电容器室内墙面上放置到系统主机的背面, 再穿过室内与室外的钻孔放至系统主机箱内。接着在电容器室外门的右侧墙面上人眼平视的高度安装系统主机, 在室内距离地面2m左右的高度安装无线传输的温度传感器;安装好系统主机后, 从电容器室的动力箱取得电源, 接入主机内带漏电保护的总空开处, 再将风机电源线分别接入对应的支路空开, 其支路空开与相对应的接触器并联。此外, 在门内的另一侧墙面上可安装一个诱导风机, 该风机可根据温度传感器探测的数据, 进行风口转向, 直对过热区域降温。
2.4 控制系统组成
整个控制系统由智能控制器进行实时监测、控制, 由高精度带无线传输功能的温度传感器采样送至控制主机内, 由控制主机进行对比分析, 并判断是否超过设定值。如温度超出设定值时, 则立即启动风机进行降温并向上位机发送报警信号。系统控制原理图如图1所示。
智能控制主机面板利用LED数码管显示温度相关数据。内置的E E P R O M存储器设定数据长期保存, 掉电后, 所设定的温度控制数据不会丢失, 看门狗电路保证控制主机不会死机。
为了控制室内温度, 用户可以设定报警温度, 也就是温度的报警点, 有2个档位设定, 即温度的上限和下限。设定了温度的上限和下限后, 当室内温度高于设定下限时, 智能控制主机立刻发出温度过高的一次报警信号, 同时启动对应风机降温系统;当高于设定上限时, 智能控制主机立刻发出温度过高的二次报警信号并启动所有风机, 将风机都变到最大频率, 以达到降低主变室内温度的目的。
室内温度数据、风机运行工况通过RS-485协议实时上传至智能辅助系统的监控机上。值班员除了实现设备的远程监控, 还可通过智能辅助系统监控机实现对风机的远方停启用的操作。
3 智能辅助风冷系统的特点
(1) 为降低噪声对环境的影响, 系统所采用的风机均为低噪音风机, 远远低于常规风机的噪音。 (2) 诱导风机的风口可180度转向, 随意调节出风口方向, 并可通过系统智能调节风口。 (3) 系统可采用变频技术, 通过数据采集模块来调节频率, 从而根据具体要求或低转速排风, 或高转速强排风, 或停止排风。 (4) 系统采用无线传输技术, 将传感器数据上传至智能控制主机, 减少布线的麻烦。 (5) 系统耗电功率小, 节电效果显著。
4 结语
物联网技术实现了人类社会与物理系统的整合, 通过自动、实时的对设备进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件, 实现了对设备的实时管理和控制。
然而, 现有老变电站配置的视频监控、火灾报警、给排水、采暖通风等辅助生产系统, 均以独立功能模块的形式运行, 且缺乏可靠的自身运行工况监视及控制手段, 迫切需要进行智能化改造。智能辅助风冷系统的构建只是老变电站智能化辅助系统改造的一部分, 目前使用效果良好, 其必将在智能电网建设中得到广泛应用。
摘要：本文针对无人值班变电站电容器组由于室内温度过高而造成的故障进行分析, 提出利用物联网技术构建变电站智能辅助风冷系统, 实现对室内温度、风机状态的实时监测与控制。
关键词：电容器室,智能,辅助风冷
参考文献