一种电网巡检机器人无线通信方法及系统

技术领域

本发明涉及无线传输通信技术领域，具体涉及一种电网巡检机器人无线通信方法及系统。

背景技术

大型发电厂在生产规模不断扩大的同时，电厂信息化建设的进度也随之加快，并不断提高，由于发电厂的设备众多，需要人工进行巡检，但对于危险区域巡检人工完成安全性低，且重点设备需要实时监测，故大型发电厂适合采用巡检机器人进行全天候专业化巡检，但由于电厂较大，巡检机器人巡检范围大，为保证巡检机器人良好通信以及通信安全，电厂须设置若干基站，以实现与巡检机器人的信号通信，将巡检机器人采集的巡检图像传出，及时发现各类设备缺陷以及预警，保障发电厂设备运维安全，但由于巡检范围大，以及巡检需求不同，巡检机器人每次的巡检任务及路线不固定，在巡检过程中需要在不同基站进行通信切换，切换时由于网络不稳定导致巡检图像卡顿，从而出现部分巡检数据丢失和视频卡顿的现象，使得巡检机器人巡检效率降低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种电网巡检机器人无线通信方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电网巡检机器人无线通信方法，巡检机器人在预定区域内行动，预定区域内设置有多个基站，巡检机器人分别与多个基站建立多条通信链路，以在巡检过程中经由通信链路与相应的基站无线通信，相邻基站的信号覆盖范围有至少部分的重叠，无线通信方法包括：

S1，获取多个所述基站在巡检机器人初始位置处的信号强度，并根据所述基站的通信信号强度，选择多个所述基站中的一个基站确定为主通信基站，巡检机器人的初始位置至少位于主通信基站的信号覆盖范围内；

S2，巡检机器人与主通信基站建立主通信链路，通过主通信链路获取巡检路径，并根据所述巡检路径以及多个所述基站的信号覆盖范围确定至少一个预备通信基站，当预备通信基站包括多个时，同时确定多个预备通信基站的优先级；

S3，巡检机器人开始巡检，采用主通信链路与主通信基站进行通信，同时选取第一优先级的预备通信基站为备用通信基站；

S4，当巡检机器人运行至预定位置时，将备用通信基站切换为主通信基站进行通信，并选择后一优先级的预备通信基站为备用通信基站。

在本发明中，优选的，在步骤S2中，获取巡检路径跨越主通信基站的信号覆盖范围边缘时，巡检路径与该信号覆盖边缘的第一交点，选择除主通信基站外的其他基站中与所述第一交点最近的基站作为预备通信基站。

在本发明中，优选的，确定多个预备通信基站的优先级的方法包括：

按照巡检路径进入多个预备通信基站的覆盖范围的先后顺序将多个预备通信基站依次进行排序；

按照多个预备通信基站的先后顺序依次设置多个预备通信基站的优先级，按照预备通信基站的优先级顺序依次选择预备通信基站为备用通信基站；

其中，当前预备通信基站被选择为备用通信基站时，其上一优先级的预备通信基站由备用通信基站转换为主通信基站；当前预备通信基站由备用通信基站转换为主通信基站时，选择其下一优先级的预备通信基站为备用通信基站。

在本发明中，优选的，在步骤S2中，当与所述第一交点距离最近的基站有多个时，则计算巡检路径在距离所述第一交点最近的每个基站信号覆盖范围内的路径长度值，选取路径长度值大对应的基站作为预备通信基站，如路径长度值相同，则随机选取距离所述第一交底最近的多个基站中的一个基站作为预备通信基站。

在本发明中，优选的，当巡检机器人运行至预定位置时，将备用通信基站切换为主通信基站进行通信，并选择后一优先级的预备通信基站为备用通信基站的步骤包括：

当巡检机器人进入主通信基站与备用通信基站的信号覆盖范围的重叠区域时，实时获取主通信基站和备用通信基站的信号强度；

当主通信基站的信号强度大于备用通信基站的信号强度时，保持主通信基站通信的同时，向备用通信基站发送通信请求；

当主通信基站的信号强度小于等于备用通信基站的信号强度时，巡检机器人将备用通信基站切换为主通信基站。

在本发明中，优选的，还包括步骤S5，巡检机器人在与主通信基站进行通信时，对主通信基站的通信信号强度进行监测，当主通信信号强度瞬时降低至门限值以下，巡检机器人切换至备用通信基站进行通信，并进行通信报警。

一种电网巡检机器人无线通信系统，包括若干巡检机器人、与巡检机器人通信的基站、加密交换单元以及总控平台，每一所述加密交换单元与若干基站通信连接，所述加密交换单元与所述总控平台通信连接，所述巡检机器人对电厂重点区域进行巡检，采集电厂内设备图像，通过与其连接的基站传递至加密交换单元，再经由加密交换单元进行加密隔离传输至所述总控平台，所述总控平台依据接收到的设备图像对电厂进行远程全方位的监测。

在本发明中，优选的，巡检机器人包括巡检单元、运算单元和通信单元，其中运算单元接收巡检路径，并提取基站信号覆盖范围，以确定当次的巡检任务中依次经过的预备通信基站、交点、切换点和准备点，通信单元内设置有信号强度监测模块、通信基站转换模块和备用通信基站管理模块，信号强度监测模块实时监测与巡检机器人连接的通信基站信号强度，备用通信基站管理模块用于管理预备通信基站，并按照预备通信基站的顺序确定备用通信基站，通信基站转换模块用于将备用通信基站切换为主通信基站。

在本发明中，优选的，所述基站接收到巡检机器人的信号汇合至加密交换单元，进行如下处理：

S21，首先合并同一巡检机器人ID的信号至同一集合中；

S22，以集合为单位进行信号加密；

S22，加密后的信号依所属的巡检机器人ID分配信道，通过各信道隔离传输至总控平台。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的方法通过合理设置基站分布，首先通过巡检路径确定预备通信基站，按照预备通信基站优先级顺序作为备用通信基站，通过监测信号强度进行通信基站的切换，当前预备通信基站由备用通信基站转换为主通信基站时，选择其下一优先级的预备通信基站为备用通信基站，保证通信切换精确，避免频繁切换，导致信号不稳定的现象，同时在切换前备用通信基站进入准备阶段，保证快速切换，无延迟，无数据丢失；在切换过程中依据信号强度启用主通信基站与备用通信基站同时通信，避免在切换基站时的数据丢失以及卡顿；同时通过信道隔离，避免多信号传输之间的干扰。

附图说明

图1为本发明所述的一种电网巡检机器人无线通信方法的流程示意图。

图2为本发明所述的一种电网巡检机器人无线传输通信系统的结构示意图。

图3为本发明所述的基站部分布局示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一较佳实施方式提供一种电网巡检机器人无线通信方法，其中，巡检机器人在预定区域内行动，预定区域内设置有多个基站，巡检机器人分别与多个基站建立多条通信链路，以在巡检过程中经由通信链路与相应的基站无线通信。于一实施例中，本申请例如用于发电厂内的发电设备的巡检，发电厂内设置有多个基站；预定区域可以为发电厂内任意的区域，预定区域可以根据需要进行任意设置。

进一步地，相邻基站的信号覆盖范围有至少部分的重叠，以避免存在通信空白区域。另外通过设置重叠区域的大小，合理地设置基站的布局，避免相邻基站之间的重叠区域过大。在巡检机器人巡检过程中，在多个基站中选择一个基站为主通信基站，选择另一个基站为备用通信基站，且主通信基站和备用通信基站在预定位置进行切换，以保证巡检机器人始终以良好通信信号强度与通信基站进行通信。其中，备用通信基站依据巡检机器人的巡检路径提前选取，保证备用通信基站与巡检路径对应，避免了巡检机器人在巡检过程的多次问询过程。在巡检机器人巡检过程中，在巡检机器人进入主通信基站与备用通讯基站的信号覆盖范围的重叠区域之后，即进入主通信基站与备用通信基站切换的准备过程，减少切换延时；在切换过程中，巡检机器人与主通信基站和备用通信基站同时通信，避免在切换基站时的数据丢失以及卡顿。

以下将结合附图对上述过程进行具体说明，请参见图1，本申请的无线通信方法主要包括如下步骤：

S1，获取多个基站在巡检机器人初始位置处的信号强度，并根据所述基站的通信信号强度，选择多个所述基站中的一个基站确定为主通信基站，巡检机器人的初始位置至少位于主通信基站的信号覆盖范围内；

S2，巡检机器人与主通信基站建立主通信链路，通过主通信链路获取巡检路径，并根据所述巡检路径以及多个所述基站的信号覆盖范围确定至少一个预备通信基站，当预备通信基站包括多个时，同时确定多个预备通信基站的优先级；

S3，巡检机器人开始巡检，采用主通信链路与主通信基站进行通信，同时选取第一优先级的预备通信基站为备用通信基站；

S4，当巡检机器人运行至预定位置时，将备用通信基站切换为主通信基站进行通信，并选择后一优先级的预备通信基站为备用通信基站。

具体的，在巡检机器人开始巡检任务前，首先获取多个所述基站在巡检机器人初始位置处的信号强度，依据初始位置巡检机器人接收的信号强度，选择信号强度最大的基站为主通信基站，巡检机器人的初始位置位于主通信基站的信号覆盖范围内。巡检机器人发送通信请求至主通信基站，待接收到主通信基站返回的应答信号，建立主通信链路与主通信基站进行通信，由总控平台通过加密交换单元、主通信基站向巡检机器人发送巡检任务以及巡检路径。巡检机器人接收到巡检路径后，依据巡检路径以及电厂内多个基站的信号覆盖范围，确定巡检过程中需要的预备通信基站。其中，包括一个或者多个预备通信基站，当包括多个预备通信基站时，则需要设置多个预备通信基站的优先级。

其中，按照巡检路径经过预备通信基站的先后顺序设置多个预备通信基站的优先级。具体地，按照巡检路径进入多个预备通信基站的覆盖范围的先后顺序将多个预备通信基站依次进行排序；按照多个预备通信基站的先后顺序依次设置多个预备通信基站的优先级，其中，巡检路径先进入其覆盖范围的备用通信基站的优先级高于巡检路径后进入其覆盖范围的备用通信基站的优先级。

进一步地，按照预备通信基站的优先级顺序依次选择预备通信基站为备用通信基站；在初始位置，选择优先级最高的第一优先级的预备通信基站为备用通信基站，当前预备通信基站由备用通信基站转换为主通信基站时，选择其下一优先级的预备通信基站为备用通信基站。具体地，巡检机器人开始巡检时，通过主通讯链路与主通信基站进行通信，同时，第一优先级的预备通信基站作为备用通信基站，当巡检机器人运行至预定位置时，将备用通信基站切换为主通信基站进行通信，并选择后一优先级的预备通信基站为备用通信基站，从而使得其在巡检过程中通信顺畅，在巡检机器人与主通信基站通信信号强度不满足通信需求的时候能够迅速切换备用通信基站，且通过巡检路径筛选出在预定位置信号最强的备用通信基站，保证有效切换，且避免频繁切换导致通信信号不稳定，在巡检中巡检机器人与基站能够一直保持稳定通信，无间断，避免了巡检机器人巡检过程中上传数据丢失或视频卡顿的现象，实现巡检机器人与总控平台之间无缝漫游通信。

电厂内分布设置有多个巡检机器人，多个巡检机器人的通信方法相同，以下将以其中一个选件巡检机器人的通信方法为例进行说明。

在本实时方式中，在步骤S1中，获取巡检机器人起始位置处各通信基站的信号强度大小，然后选择信号强度最大的为主通信基站，首先发送通信请求给主通信基站，主通信基站在接收后返回应答信号，即巡检机器人与主通信基站建立了通信链路。

在本实时方式中，步骤S2中，巡检机器人与其对应的主通信基站建立通信后，主通信基站通过加密交换单元向总控平台发送通信报备，总控平台接收后依次通过各加密交换单元、主通信基站向巡检机器人分发当次的巡检任务以及巡检路径，获取巡检路径跨越主通信基站的信号覆盖范围边缘时，巡检路径与该信号覆盖边缘的第一交点，选择除主通信基站外的其他基站中与所述第一交点最近的基站作为预备通信基站，由于其为巡检路径最先经过的预备通信基站，故其优先级最高，为第一优先级预备通信基站，在初始位置作为备用通信基站。当巡检机器人巡检至预定位置时，切换该备用通信基站为主通信基站进行通信；当巡检路径较长时，可能需要多个预备通信基站，依据巡检路径与主通信基站的信号覆盖范围边缘的交点，依次确定后续的预备通信基站，并依次确定其优先级。

在本实施方式中，确定多个预备通信基站的优先级的方法包括：

按照巡检路径进入多个预备通信基站的覆盖范围的先后顺序将多个预备通信基站依次进行排序；按照多个预备通信基站的先后顺序依次设置多个预备通信基站的优先级，按照预备通信基站的优先级顺序依次选择预备通信基站为备用通信基站；其中，当前预备通信基站被选择为备用通信基站时，其上一优先级的预备通信基站由备用通信基站转换为主通信基站；当前预备通信基站由备用通信基站转换为主通信基站时，选择其下一优先级的预备通信基站为备用通信基站。

具体的，在巡检机器人巡检中，当巡检机器人运行至预定位置时，将备用通信基站切换为主通信基站进行通信，并选择后一优先级的预备通信基站为备用通信基站的步骤包括：

当巡检机器人进入主通信基站与备用通信基站的信号覆盖范围的重叠区域时，实时获取主通信基站和备用通信基站的信号强度；

当主通信基站的信号强度大于备用通信基站的信号强度时，保持主通信基站通信的同时，向备用通信基站发送通信请求，在收到备用基站返回的应答信号后，先建立与备用通信基站的备用通信链路；

当主通信基站的信号强度小于等于备用通信基站的信号强度时，巡检机器人将备用通信基站切换为主通信基站，并选择下一优先级的预备通信基站作为备用通信基站，通过提前构建与备用通信基站通信的备用通信链路，以在主通信基站信号强度小于等于备用基站通信强度时进行无缝切换，以保证通信质量。

在本实施方式中，还包括步骤S5，巡检机器人在与主通信基站进行通信时，对主通信基站的信号强度进行实时监测，并当主通信基站的通信信号强度瞬时降低于门限值时，巡检机器人切换至备用通信基站进行通信，并进行通信报警，以应对主通信基站临时故障，避免巡检机器人与基站断开通信。

在本实施方式中，在进行备用通信基站切换为主通信基站的同时，对主通信基站以及备用通信基站的通信信号强度值进行监测和判断，如小于设定门限值时，则在进行切换的同时，保持巡检机器人与原主通信基站通信T时刻，直至切换后的主通信基站信号强度大于设定门限值后再断开与原主通信基站的通信，以解决巡检机器人在主通信基站与备用通信基站信号覆盖边缘进行通信切换时导致的通信信号不稳定的情况，实现通信软切换，保证切换前后的通信质量。

在本实施方式中，在步骤S2中，巡检机器人确认预备通信基站后，通过主通信基站将确认的预备通信基站发送至总控平台，总控平台接收后再将巡检机器人ID与其需要通信的预备通信基站关联，然后提取每一基站对应需要通信的巡检机器人ID，经由加密交换单元对各基站的通信设备范围进行更新，以确定每个基站会通信的巡检机器人ID，在基站接收到巡检机器人发送的通信请求时，先对巡检机器人ID进行判断，确定是否为设定范围内的巡检机器人ID，当为范围内的巡检机器人ID时，返回通信信号，如不在范围内，标记来源ID，发送错误报告至总控平台，从而避免误通信或非法闯入，保证基站范围内的安全通信；同时第一时间发现未按照设定行进的巡检机器人设备，避免由巡检机器人失误导致巡检画面重叠或混乱。

请参见图2，本发明另一优选实施方式提供一种电网巡检机器人无线传输通信系统，包括若干巡检机器人、与巡检机器人通信的基站、加密交换单元以及总控平台，每一所述加密交换单元与若干基站通信连接，所述加密交换单元与所述总控平台通信连接，所述巡检机器人对电厂重点区域进行巡检，采集电厂内设备图像，通过与其连接的基站传递至加密交换单元，再经由加密交换单元进行加密隔离传输至所述总控平台，所述总控平台依据接收到的设备图像对电厂进行远程全方位的监测。

具体的，巡检机器人包括巡检单元、运算单元和通信单元，其中运算单元接收巡检路径，并提取基站信号覆盖范围，以确定当次的巡检任务中依次经过的预备通信基站，以及主通信基站与备用通信基站的信号覆盖范围的重叠区域，通信单元内设置有信号强度监测模块、通信基站转换模块和备用通信基站管理模块，信号强度监测模块实时监测与巡检机器人连接的通信基站信号强度，备用通信基站管理模块用于管理预备通信基站，并按照预备通信基站的顺序确定备用通信基站，通信基站转换模块用于将备用通信基站切换为主通信基站。

具体的，基站之间连接有若干加密交换单元，基站接收到巡检机器人的信号汇合至加密交换单元，进行如下处理：

S21，首先合并同一巡检机器人ID的信号至同一集合中；

S22，以集合为单位进行信号加密；

S22，加密后的信号依据属的巡检机器人ID分配信道，通过各信道隔离传输至总控平台。

具体的，通过基站向总控平台发送时，传输距离较远，且基站设置多，分别传输复杂，为保证数据的顺利传递以及安全和保密性，基站与总控平台之间设置若干加密交换单元，每个加密交换单元对应连接数个基站，每个加密交换单元包括合并模块、加密模块和信道隔离模块，合并模块用于将基站传递的属于同一巡检机器人ID的信号进行分集合并，然后由加密模块用于对合并后的信号进行加密，信道隔离模块用于对加密后的信号进行信道分配，加密后的信号通过对应的信道隔离发送至总控平台，总控平台用其秘钥对数据解密显示，通过加密保证了数据的安全，由于加密后的数据传输频率一致，通过分信道隔离传输保证各巡检机器人采集的数据在传输时互不干扰，保证巡检数据无扰动顺利传输。

在本实施方式中，其中基站的布局为：首先确定基站信号覆盖区域以及巡检区域，巡检区域为巡检机器人可能经过的所有需要巡检的区域，依据巡检区域布局基站，保证信号覆盖区域大于巡检区域，同时增加两个信号之间的覆盖重叠区域。

如图3所示，具体的，基站信号覆盖范围为圆形区域，巡检区域为巡检机器人巡检时所经过的全部路线，在巡检路径两侧交替等间距布局基站，使相邻非同侧的两个基站覆盖范围边缘重叠，在保证覆盖全部巡检路径的同时避免有多个信号重叠区域，充分利用基站进行通信。

在本实施方式中，总控平台包括基站管理单元、巡检数据管理单元和任务分配单元，任务分配单元用于给巡检机器人分配巡检任务以及巡检路径，在巡检机器人开始当次巡检任务时，均由任务分配单元对巡检机器人巡检路径实时更新，基站管理单元依据巡检机器人确定的巡检通信基站确定每个基站对应通信的巡检机器人ID范围，在巡检机器人巡检开始前，将与基站通信的巡检机器人ID通过加密交换单元发送至对应基站，同时巡检数据管理单元接收通过加密交换单元传输来的巡检数据，经过秘钥解密，同时按照数据所属巡检机器人ID确定巡检视频对应区域，将各区域巡检视频按照电厂实际位置进行布局后在其显示模块上进行显示，以便人员进行查看，方便定位。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。