本發(fā)明屬于變電站工程，具體涉及一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的變電站驅(qū)鳥系統(tǒng)及裝置。

背景技術(shù)：

1、變電站內(nèi)鳥類的飛行及筑巢，可能會(huì)造成設(shè)備故障或異常發(fā)生，影響變電站內(nèi)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)有驅(qū)鳥的手段基本為以下三類：人工驅(qū)鳥、固定的驅(qū)鳥裝置通過(guò)單一的發(fā)射激光或音頻驅(qū)鳥、簡(jiǎn)單遙控的飛行器驅(qū)鳥。上述手段皆存在不足，例如：隨著變電站無(wú)人值守的推廣，人工驅(qū)鳥越來(lái)越不現(xiàn)實(shí)；固定驅(qū)鳥裝置需在變電站多點(diǎn)設(shè)置，會(huì)造成造價(jià)高、耗能大的后果，且較為機(jī)械的發(fā)射激光或音頻，會(huì)使鳥類逐漸適應(yīng)，影響驅(qū)鳥效果，并在一定程度上影響變電站周圍人們的生活；簡(jiǎn)單遙控的飛行器驅(qū)鳥無(wú)法保證與設(shè)備及鳥類的安全距離，且割裂了與全局系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，不能形成最優(yōu)的飛行路線。因此，變電站內(nèi)亟需一種更為智能化的驅(qū)鳥系統(tǒng)及裝置，以便于更好地達(dá)到變電站內(nèi)驅(qū)鳥的目的。

2、數(shù)字孿生技術(shù)具有雙向互動(dòng)、可擴(kuò)展、實(shí)時(shí)、保真以及閉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，可用于電力系統(tǒng)建模、數(shù)據(jù)及信息處理、仿真分析、場(chǎng)景模擬、預(yù)測(cè)、控制決策、與物理實(shí)體交互。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型政策的推行，以及新一代數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于變電站內(nèi)驅(qū)趕鳥類成為可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種安全性、高效性、靶向性優(yōu)越，且節(jié)省人力資源、減小對(duì)周圍環(huán)境影響的基于數(shù)字孿生技術(shù)的變電站驅(qū)鳥系統(tǒng)。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的變電站驅(qū)鳥系統(tǒng)，其包括物理單元、感知單元、信息管理與數(shù)字孿生單元和控制決策單元；

4、所述物理單元包括變電站內(nèi)的各種電氣裝置、環(huán)境裝置、信息處理裝置、通信裝置、安全裝置、驅(qū)鳥裝置以及鳥類；所述感知單元與所述物理單元通信連接，所述信息管理與數(shù)字孿生單元與所述感知單元通信連接，所述控制決策單元分別與所述信息管理與數(shù)字孿生單元、所述驅(qū)鳥裝置通信連接；

5、所述感知單元用于收集并上傳所述物理單元的各種數(shù)據(jù)信息；

6、所述信息管理與數(shù)字孿生單元用于通過(guò)所述感知單元接收所述物理單元的各種數(shù)據(jù)信息，基于所述物理單元的各種數(shù)據(jù)信息采用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建變電站數(shù)字孿生三維模型、鳥類活動(dòng)數(shù)字孿生模型和變電站驅(qū)鳥裝置數(shù)字孿生模型，將所述鳥類活動(dòng)數(shù)字孿生模型和所述變電站驅(qū)鳥裝置數(shù)字孿生模型映射至所述變電站數(shù)字孿生三維模型；所述變電站數(shù)字孿生模型的構(gòu)建通過(guò)采用目前成熟的實(shí)景建模技術(shù)結(jié)合地面激光雷達(dá)建模法來(lái)實(shí)現(xiàn)；實(shí)景建模技術(shù)通過(guò)采用建模主體從不同的角度拍攝的數(shù)碼照片作為輸入數(shù)據(jù)源，參考攝像頭、傳感器的屬性、位置參數(shù)、照片姿態(tài)參數(shù)等數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)圖形算法處理得出三維模型信息；地面激光雷達(dá)建模法利用地面激光雷達(dá)掃描變電站，采用非接觸主動(dòng)測(cè)量方式直接獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后通過(guò)探測(cè)器接收返回的激光脈沖信號(hào)，并由記錄器記錄，最后轉(zhuǎn)換成能夠直接識(shí)別處理的三維模型信息；模型標(biāo)準(zhǔn)遵循相應(yīng)規(guī)范的gim模型規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；

7、所述控制決策單元用于基于所述變電站數(shù)字孿生三維模型、所述鳥類活動(dòng)數(shù)字孿生模型、所述變電站驅(qū)鳥裝置數(shù)字孿生模型規(guī)劃得到所述驅(qū)鳥裝置的行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式并生成對(duì)應(yīng)控制信號(hào)發(fā)送給所述驅(qū)鳥裝置，使得所述驅(qū)鳥裝置實(shí)施驅(qū)鳥作業(yè)。

8、所述感知單元包括若干站內(nèi)攝像頭和若干各類站內(nèi)傳感器。

9、所述信息管理與數(shù)字孿生單元先基于所述電氣裝置的各種數(shù)據(jù)信息和拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建變電站內(nèi)設(shè)備的數(shù)字孿生模型，再在所述變電站內(nèi)設(shè)備的數(shù)字孿生模型的基礎(chǔ)上綜合考慮所述環(huán)境裝置的各種數(shù)據(jù)信息構(gòu)建所述變電站數(shù)字孿生三維模型。

10、所述控制決策單元采用基于深度學(xué)習(xí)的人工智能算法并結(jié)合仿真分析、場(chǎng)景模擬、優(yōu)化校正而規(guī)劃得到所述驅(qū)鳥裝置的最優(yōu)行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式，包括以下步驟：

11、步驟1：獲取所述驅(qū)鳥裝置的歷史行駛路線、歷史運(yùn)行模式和歷史驅(qū)鳥方式；

12、步驟2：對(duì)所述驅(qū)鳥裝置的歷史行駛路線、歷史運(yùn)行模式和歷史驅(qū)鳥方式以及所述變電站數(shù)字孿生三維模型中的所述電氣裝置的實(shí)況數(shù)據(jù)信息、所述鳥類的實(shí)時(shí)落點(diǎn)信息和落點(diǎn)歷史統(tǒng)計(jì)信息、所述驅(qū)鳥裝置的實(shí)時(shí)位置及狀態(tài)信息、氣象信息、道路信息進(jìn)行預(yù)處理，得到驅(qū)鳥訓(xùn)練數(shù)據(jù)；

13、步驟3：對(duì)所述驅(qū)鳥訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取得到驅(qū)鳥特征數(shù)據(jù)，對(duì)所述驅(qū)鳥特征數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分組得到若干驅(qū)鳥特征簇，對(duì)所述驅(qū)鳥特征簇進(jìn)行模式識(shí)別得到驅(qū)鳥聚類信息；

14、步驟4：通過(guò)深層次的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)所述驅(qū)鳥聚類信息進(jìn)行多級(jí)卷積計(jì)算，并結(jié)合不同鳥類的習(xí)性信息、專家知識(shí)庫(kù)信息，得出所述驅(qū)鳥裝置的初步行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式；

15、步驟5：在所述變電站數(shù)字孿生三維模型中對(duì)所述驅(qū)鳥裝置的初步行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式進(jìn)行仿真分析、場(chǎng)景模擬、優(yōu)化校正，進(jìn)而得到所述驅(qū)鳥裝置的最優(yōu)行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式。

16、上述方法的步驟4中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出為與所述驅(qū)鳥聚類信息中所述驅(qū)鳥裝置的行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式相關(guān)聯(lián)的代碼數(shù)據(jù)，通過(guò)轉(zhuǎn)換該代碼數(shù)據(jù)可以獲得所述驅(qū)鳥裝置的行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入則為所述驅(qū)鳥聚類信息中的其他信息。通過(guò)驅(qū)鳥聚類信息訓(xùn)練后的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型接口用于所述驅(qū)鳥裝置的行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式的運(yùn)算。結(jié)合不同鳥類的習(xí)性信息、專家知識(shí)庫(kù)信息等得出所述驅(qū)鳥裝置的初步行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式，通過(guò)調(diào)整深層次的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的相關(guān)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同鳥類的習(xí)性信息包括氣溫低時(shí)（如冬季）鳥類易在溫度較高的電氣設(shè)備（如變壓器、電抗器等）上落足、氣溫高時(shí)（如夏季）鳥類易在通風(fēng)良好的架構(gòu)或陰暗處的電氣設(shè)備上落足等信息；專家知識(shí)庫(kù)信息是指相關(guān)專家針對(duì)某些情況，根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)做出的人工指令集合。前期可導(dǎo)入控制決策單元中。

17、上述步驟5中，對(duì)所述驅(qū)鳥裝置的初步行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式進(jìn)行仿真分析、場(chǎng)景模擬、優(yōu)化校正也通過(guò)調(diào)整深層次的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的相關(guān)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)將所述驅(qū)鳥裝置的初步行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式在所述變電站數(shù)字孿生三維模型中進(jìn)行仿真分析、場(chǎng)景模擬，如有目標(biāo)偏差則將偏差反饋至深層次的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，從而優(yōu)化校正深層次的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的相關(guān)參數(shù)后重新生成行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式，直至得到所述驅(qū)鳥裝置的最優(yōu)行駛路線、運(yùn)行模式和驅(qū)鳥方式，以滿足驅(qū)鳥成功率高、路線距離短、耗能少、耗時(shí)少、與設(shè)備及鳥類保持安全距離、鳥類適應(yīng)度及擾民程度低等目標(biāo)。

18、所述驅(qū)鳥裝置的運(yùn)行模式包括飛行模式和公路模式，所述驅(qū)鳥裝置的驅(qū)鳥方式包括激光驅(qū)鳥和音頻驅(qū)鳥。

19、所述控制決策單元根據(jù)所述鳥類在變電站中的停留時(shí)間決定是否向所述驅(qū)鳥裝置發(fā)送所述控制信號(hào)，當(dāng)所述鳥類在變電站中的停留時(shí)間達(dá)到或超過(guò)預(yù)設(shè)的防抖時(shí)間時(shí)，所述控制決策單元向所述驅(qū)鳥裝置發(fā)送所述控制信號(hào)。

20、本發(fā)明還提供一種安全性、高效性、靶向性優(yōu)越，且節(jié)省人力資源、減小對(duì)周圍環(huán)境影響的適用于前述基于數(shù)字孿生技術(shù)的變電站驅(qū)鳥系統(tǒng)中的基于數(shù)字孿生技術(shù)的變電站驅(qū)鳥裝置，其方案是：

21、一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的變電站驅(qū)鳥裝置，應(yīng)用于前述的基于數(shù)字孿生技術(shù)的變電站驅(qū)鳥系統(tǒng)中，所述基于數(shù)字孿生技術(shù)的變電站驅(qū)鳥裝置包括帶有運(yùn)行模塊的本體結(jié)構(gòu)模塊、動(dòng)力模塊、發(fā)射模塊、運(yùn)行狀態(tài)感知模塊、通信模塊和處理器；所述動(dòng)力模塊、所述發(fā)射模塊、所述運(yùn)行狀態(tài)感知模塊、所述通信模塊、所述處理器均設(shè)置于所述本體結(jié)構(gòu)模塊上，所述處理器分別與所述通信模塊、所述運(yùn)行狀態(tài)感知模塊、所述動(dòng)力模塊、所述發(fā)射模塊通信連接；

22、所述動(dòng)力模塊用于在運(yùn)行控制信號(hào)的控制下輸出動(dòng)力而帶動(dòng)所述運(yùn)行模塊運(yùn)轉(zhuǎn)并上傳相應(yīng)的動(dòng)力狀態(tài)信號(hào)；所述發(fā)射模塊用于在驅(qū)鳥控制信號(hào)的控制下發(fā)出驅(qū)鳥信號(hào)進(jìn)行驅(qū)鳥并上傳相應(yīng)的驅(qū)鳥狀態(tài)信號(hào)；所述運(yùn)行狀態(tài)感知模塊用于感知所述本體結(jié)構(gòu)模塊的運(yùn)行狀態(tài)并上傳相應(yīng)的感知信號(hào)；所述處理器用于處理所述控制信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為所述運(yùn)行控制信號(hào)和所述驅(qū)鳥控制信號(hào)后分別發(fā)送給所述動(dòng)力模塊和所述發(fā)射模塊，接收所述動(dòng)力狀態(tài)信號(hào)、所述驅(qū)鳥狀態(tài)信號(hào)、所述感知信號(hào)并發(fā)送給所述通信模塊；所述通信模塊用于接收所述控制決策單元發(fā)送的所述控制信號(hào)并發(fā)送給所述處理器，接收所述處理器發(fā)送的所述動(dòng)力狀態(tài)信號(hào)、所述驅(qū)鳥狀態(tài)信號(hào)、所述感知信號(hào)并發(fā)送給所述控制決策單元。

23、所述本體結(jié)構(gòu)模塊包括兩側(cè)帶有機(jī)翼的機(jī)身，所述運(yùn)行模塊包括安裝于所述機(jī)身上的多組滑輪、安裝于所述機(jī)翼上的多組螺旋槳葉。

24、所述動(dòng)力模塊包括與所述運(yùn)行模塊相連接的發(fā)動(dòng)機(jī)、用于為所述發(fā)動(dòng)機(jī)供電的充電電池、用于分別監(jiān)測(cè)所述發(fā)動(dòng)機(jī)和所述充電電池的狀態(tài)并將所述動(dòng)力狀態(tài)信號(hào)發(fā)送至所述處理器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置。

25、所述發(fā)射模塊包括音頻發(fā)射器和激光發(fā)射器。

26、所述運(yùn)行狀態(tài)感知模塊包括攝像頭、氣象感知傳感器、測(cè)距傳感器和振動(dòng)傳感器。

27、所述通信模塊包括用于接收所述控制決策單元發(fā)送的所述控制信號(hào)并發(fā)送給所述處理器的控制信號(hào)接收器以及用于接收所述處理器發(fā)送的所述動(dòng)力狀態(tài)信號(hào)、所述驅(qū)鳥狀態(tài)信號(hào)、所述感知信號(hào)并發(fā)送給所述控制決策單元的反饋信息發(fā)射器。

28、所述基于數(shù)字孿生技術(shù)的變電站驅(qū)鳥裝置還包括設(shè)置于變電站內(nèi)的基座，所述基座能夠與所述本體結(jié)構(gòu)模塊相連接并與所述通信模塊通信連接；所述基座用于為所述動(dòng)力模塊充電，將所述控制決策單元發(fā)送的所述控制信號(hào)發(fā)送給所述通信模塊，將所述通信模塊發(fā)送的所述動(dòng)力狀態(tài)信號(hào)、所述驅(qū)鳥狀態(tài)信號(hào)、所述感知信號(hào)并發(fā)送給所述控制決策單元。

29、所述本體結(jié)構(gòu)模塊采用碳纖維材質(zhì)。

30、由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

31、1.本發(fā)明利用數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)定制化、精準(zhǔn)的驅(qū)鳥作業(yè)，大大提高了變電站內(nèi)驅(qū)鳥的安全性、高效性、靶向性，減少了鳥類的適應(yīng)程度以及對(duì)變電站周圍人們生活的影響；

32、2.本發(fā)明靈活度高、精準(zhǔn)性好，極大程度上提高了變電站內(nèi)驅(qū)鳥的效果，并且節(jié)約了人力資源。