一种融合光量子雷达数据的新能源场站数字孪生闭环巡检方法及系统与流程

本发明涉及数字孪生巡检技术的，尤其涉及一种融合光量子雷达数据的新能源场站数字孪生闭环巡检方法及系统。

背景技术：

1、新能源场站包括光伏场站、风电场站及综合能源场站，其设备分布范围较广，运行过程中可能受到暴雨、暴雪、覆冰、沙尘暴、火灾烟雾及污闪等风险影响。现有新能源场站通常采用人工巡检和单一气象监测方式获取场站运行信息，存在监测滞后、覆盖范围有限、预警精度低及巡检效率不足的问题。

2、随着光量子雷达、gis、三维建模及巡检机器人的应用，可分别获取水汽、颗粒物、烟雾、场站地形、设备分布及现场巡检信息。然而，不同来源数据的空间表达方式存在差异，光量子雷达形成的雷达像素具有xyz坐标，而场站设备及地形基于gis数据和三维模型确定空间位置。若二者缺少统一的空间对应关系，则风险预警信息难以直接对应至场站中的具体空间区域，也难以据此确定巡检机器人的巡检范围和巡检路径。

3、此外，光量子雷达形成风险预警后，还需要通过巡检机器人进行现场核验，并将巡检结果返回场站管理平台。因此，如何将光量子雷达监测数据与新能源场站数字孪生底座进行空间关联，根据风险预警区域确定巡检路径，并将巡检核验结果更新至数字孪生底座，是现有新能源场站巡检过程中需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种能够实现风险预警区域空间定位、巡检路径逐级收敛以及巡检核验结果闭环更新的一种融合光量子雷达数据的新能源场站数字孪生闭环巡检方法及系统，可以有效地解决背景技术中的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种融合光量子雷达数据的新能源场站数字孪生闭环巡检方法及系统，包括以下步骤：

3、构建具备统一空间坐标体系的新能源场站数字孪生底座，接入光量子雷达采集的带三维坐标的光量子雷达监测数据；

4、将所述光量子雷达监测数据与所述数字孪生底座进行空间坐标配准；

5、基于配准后的所述光量子雷达监测数据，计算得到风险预警区域的基准点位与空间边界范围；

6、以所述风险预警区域的基准点位为基准，在所述空间边界范围内按照由外至内逐步收敛的规则生成多级巡检路径；

7、控制巡检机器人按层级顺序沿所述多级巡检路径执行巡检作业，接收所述巡检机器人回传的巡检核验结果，并将所述巡检核验结果同步更新至所述数字孪生底座。

8、进一步的，所述构建具备统一空间坐标体系的新能源场站数字孪生底座的具体步骤，包括：

9、获取新能源场站的基础建模数据以及对应的gis空间数据，对所述基础建模数据进行解析，生成场站设备三维模型；

10、将所述场站设备三维模型与所述gis空间数据进行叠加，并根据空间坐标信息执行坐标校准，使场站设备及场站地形在同一空间坐标体系下具有确定的位置关系；

11、保存设备对象与设备对象在所述统一空间坐标体系中的空间位置之间的对应关系。

12、进一步的，所述基础建模数据包括无人机点云数据、cad设计图纸、bim模型和矢量布局图中的至少一种；从所述基础建模数据中提取光伏阵列、逆变器、箱变、线缆和杆塔的设备信息；

13、所述光量子雷达形成雷达像素阵列，所述雷达像素阵列中的各像素对应一个监测数据单元，各监测数据单元包括x坐标、y坐标、z坐标及对应的监测信息，所述数字孪生底座保留所述监测数据单元的xyz坐标及监测信息之间的对应关系。

14、进一步的，所述基于配准后的所述光量子雷达监测数据，计算得到风险预警区域的基准点位与空间边界范围，包括：

15、从配准后的光量子雷达监测数据中提取与当前风险预警对应的雷达监测数据单元，并根据所述雷达监测数据单元对应的三维坐标形成风险监测坐标集合；

16、根据所述风险监测坐标集合中各雷达监测数据单元的空间位置确定风险预警区域的三维中心位置，将所述三维中心位置投影至巡检机器人的可行走平面，得到所述基准点位；

17、提取位于风险监测数据分布外围的监测数据单元，根据所述外围的监测数据单元对应的三维坐标形成外轮廓，并将所述外轮廓限定的空间区域确定为所述空间边界范围。

18、进一步的，分别对所述风险监测坐标集合中各监测数据单元的x坐标、y坐标和z坐标求取坐标平均值，以所得三维坐标位置作为所述中心位置；将所述中心位置的 z 坐标替换为可行走平面的高程值，得到投影至可行走平面的基准点位；

19、按照所述外围的监测数据单元在风险区域周向上的空间排列关系依次连接对应坐标点，形成所述外轮廓。

20、进一步的，所述按照由外至内逐步收敛的规则生成多级巡检路径，包括：

21、将所述外轮廓作为初始轮廓；

22、针对初始轮廓上的各坐标点，在所述基准点位与初始轮廓上的对应坐标点之间选取预定比例位置的中间坐标点；

23、按照初始轮廓上的各坐标点的排列顺序连接对应的中间坐标点，形成位于初始轮廓内侧的收敛轮廓，并将所述收敛轮廓确定为下一层巡检路径；

24、以前一层收敛轮廓作为新的初始轮廓，重复选取所述中间坐标点并形成下一层收敛轮廓，直至下一层巡检路径到达所述基准点位附近对应的最小巡检范围。

25、进一步的，所述控制巡检机器人按层级顺序沿所述多级巡检路径执行巡检作业，包括：

26、将位于风险预警区域外围的巡检路径作为优先执行路径，并按照由外向内的层级顺序向巡检机器人下发巡检路径；

27、在当前层巡检核验结果表明发现对应风险时，停止向巡检机器人下发剩余内层巡检路径，并结束当前巡检任务；

28、在当前层巡检核验结果表明未发现对应风险且存在下一层巡检路径时，将相邻的下一层巡检路径确定为新的待执行路径，并控制巡检机器人沿所述新的待执行路径继续执行巡检核验；

29、在完成最内层巡检路径且仍未取得风险确认结果时，结束当前巡检任务。

30、进一步的，在各层巡检过程中，所述数字孪生底座接收巡检机器人回传的实时位置和巡检轨迹，并将所述巡检轨迹叠加至场站gis空间数据与场站设备三维模型中；

31、当巡检核验结果为发现风险时，根据所述巡检核验结果更新当前风险预警信息的核验状态，并记录巡检机器人发现风险时的对应位置。

32、进一步的，所述巡检机器人在执行巡检路径时，将探测到的障碍物、土堆、荒草以及其他影响机器人通行的空间信息回传至数字孪生底座，所述数字孪生底座对相应位置进行标注，使后续机器人路径规划根据已经记录的障碍物位置选择避障路径。

33、本发明还提供了一种融合光量子雷达数据的新能源场站数字孪生闭环巡检系统，包括：

34、数字孪生底座构建模块，构建具备统一空间坐标体系的新能源场站数字孪生底座，接入光量子雷达采集的带三维坐标的光量子雷达监测数据；

35、空间坐标配准模块，将所述光量子雷达监测数据与所述数字孪生底座进行空间坐标配准；

36、风险预警区域计算模块，基于配准后的所述光量子雷达监测数据，计算得到风险预警区域的基准点位与空间边界范围；

37、巡检路径生成模块，以所述风险预警区域的基准点位为基准，在所述空间边界范围内按照由外至内逐步收敛的规则生成多级巡检路径；

38、巡检控制模块，控制巡检机器人按层级顺序沿所述多级巡检路径执行巡检作业，接收所述巡检机器人回传的巡检核验结果，并将所述巡检核验结果同步更新至所述数字孪生底座。

39、通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

40、通过构建具备统一空间坐标体系的新能源场站数字孪生底座，并将光量子雷达采集的带三维坐标的空间监测数据进行空间坐标配准，使光量子雷达监测数据能够与数字孪生底座中的空间位置形成对应，为风险预警区域的确定提供统一的空间坐标基础；基于配准后的光量子雷达监测数据计算风险预警区域的基准点位与空间边界范围，并以所述基准点位为基准，在所述空间边界范围内按照由外至内逐步收敛的规则生成多级巡检路径，使巡检路径与风险预警区域的空间分布保持对应，巡检机器人能够按照层级顺序由外向内执行巡检作业；巡检机器人完成相应层级的巡检后，将巡检核验结果回传并同步更新至数字孪生底座，使光量子雷达监测数据、风险预警区域、多级巡检路径及巡检核验结果形成连续的数据关联，实现新能源场站风险预警、巡检作业和巡检核验结果更新的闭环处理。