智能巡检机器人,下一片“掘金热土”?

伴随社会经济发展和人民生活水平的提高,社会用电量不断提升,对电网运行稳定性提出了更高的挑战,变电、输电、配电等电力系统各环节的巡检工作量急剧上升,传统人工巡检作业显然已无法满足需求。
 
在智能变电站和无人值守变电站模式的推广下,迫切需要一种更为先进、智能的巡检模式,智能巡检机器人因此应运而生。
 
在近期CCTV《机智过人》的节目中,智能巡检机器人作为主角登上舞台,迎来了一场和电力精英10人大师团的PK赛,挑战在45分钟内,在300多个测试点中,找到一处人为设计的故障点。最终,智能巡检机器人以其出色的“业务能力”完胜大师团,受到了专家评委的一致肯定。
 

 
《机智过人》中的智能巡检机器人——“闪电哨兵”
 
 

巨大的市场容量

 
 
从本质上来说,智能巡检机器人是一种集成了多种传感器的轮式机器人。它综合运用了图像识别、无线通讯、激光自主导航算法、视觉识别等多种技术,通过搭建数字化、可视化、智能化的操作及远程诊断交互平台,将AI 技术应用于实际生产过程中,实现了智能化的生产运营。
 
如今,智能巡检机器人成为了电网智能化得以实现的重要手段,也是智能电网未来发展的重要方向。
 
事实上,智能巡检机器人自2013年进入全面推广阶段后一路高歌猛进,市场不断发展壮大。根据实际应用情况来看,在2013-2015年间,国家电网对变电站智巡检机器人采购数量分别为100280430台,到2016年已投入运行约1000台,市场规模快速增长,电力行业也成为了智能巡检机器人应用的主阵地。
 
按照2015年国家电网和南方电网的规划,未来5年,原有的枢纽及中心变电站智能化改造率将达100%,估计有两万座110kV及以上的传统变电站将要进行智能化改造,同时新建智能化变电站数量达1.5万座。
 
 
如果仅考虑此3.5万座智能变电站中有15%-20%需配置智能巡检机器人,运行模式以一机三站为例,单套机器人系统价格约为100万元,则2020年,变电站智能巡检机器人将有17.5亿元-23.3亿元的市场容量。
 
而据相关机构测算2018-2020年国内巡检机器人市场总需求约为477亿,年均需求约159亿,分别对应变电站巡检机器人9000台,市场空间72亿;配电站巡检机器人8.1万台,市场空间405亿元。
 
 
 

智能发电3.0时代下的巡检机器人

 
 
回顾我国电力行业发展,历经了从依赖人工的1.0时代过渡到自动化运行的2.0时代,目前正在迈入智能发电的3.0时代。在智能电网3.0下,整座发电厂都是智能化生产的,其前端不仅具备了数据的泛在感知,同时通过智能的设备,构建了智能电厂的“五官”和“四肢”,且在后台建立智能的分析诊断体系,形成了智能电站的“大脑”。
 
在智能发电模式下,传统人工巡检模式的固有缺陷在《机智过人》节目与“闪电哨兵”的PK赛中显露无遗。
 
在温度高达50摄氏度的汽包车间里,比赛才拉开序幕没多久就有工程师因为高温出现了呼吸不畅、身体不适的情况而不得不退出比赛,也有工程师因为高噪音的环境干扰而无法集中精力做出正确判断进而与故障点擦肩而过。最终智能巡检机器人率先发现了故障点,比赛获胜。
 
总结来看,在恶劣的环境之下,人工巡检存在工作效率低下、劳动量大、人数不足的痛点,难以提高巡检效率和企业效益。比如,无法及时上报现场信息,无法高频次检测设备状态并收集数据,因此也无法及时发现问题,甚至会因为操作失误而带来人身安全威胁等。智能巡检机器人的应用,正好规避了以上诸多风险。
 
目前国内的电力巡检机器人按应用场景可分为室外巡检机器人、室内巡检机器人、电缆隧道巡检机器人、巡检无人机四大类别。其中涉及的关键技术包括图像识别、红外热成像、定位导航、局放检测、运动控制等。
 
巡检机器人主流厂家主要采用基于激光雷达的SLAM技术,通过获取现场激光点云地图,并利用帧间匹配、回环检测等手段,实现机器人的自主运行和精确定位。
 
电力巡检机器人的运动机构则通常为四轮结构,按照运动控制方式不同,可分为主从驱动方式、四轮四驱方式、四轮八驱方式三种。室外巡检机器人一般采用四轮八驱方式,每个车轮的驱动电机和转向电机均为独立控制,可实现原地转弯以及任意时刻任意方向的行走,对路面状况的适用性更强。
 
 
智能巡检机器人的构成模块
 
 
 

5G技术加持

 
 
5G浪潮下的机器人时代已越来越值得期待。5G模组植入巡检机器人中,其前端数据采集和后端控制的速度及智能化程度将大幅提升。
 
前端5G模组让智能巡检机器人获得了高速通信网络,可解决实时传输过程中图像清晰度低、丢包、延迟卡顿等问题,并可以快速同步地掌握巡视现场的影响及环境信息,更高效地对现场情况进行分析。
 
而在后端控制方面,巡检机器人通过5G信号网络将前端设备采集的数据通过无线设备传输到上位机,上位机用于操作人员与巡检机器人进行信息交互。通过上位机可实现巡检机器人主体行走监控实现实时控制,解决视频图像传输丢帧且控制延迟的问题,机器人进而完成无人巡检时对现场突发情况的实时处理。
 
由此来看,智能电网+智能巡检机器人+5G技术三者的结合,势必掀起电力行业新一轮的革命。
 
 

市场格局集中

 
 
以国家电网以及南网电网为主的下游客户,对于电力设备的采购数量和金额巨大,形成采购垄断地位,这对巡检机器人行业的竞争格局也造成了一定的影响。具体表现为:国家电网制定了一套复杂的招投标体系,并以此制定市场参与规则;集中招标的设备提出对产品的技术、功能认证证书等要求,因而形成了较高的准入门槛。
 
基于此,电力智能巡检机器人市场逐步向头部企业靠近,市场格局集中。
 
 
(图片来源:网络,侵删)
 
整体来看,国网智能、浙江国自、朗驰欣创、亿嘉和科技为室内、室外巡检机器人以及隧道巡检机器人市场上的主要玩家。
 
国网智能(前身:山东鲁能智能)成立于2001年,对电力机器人的研发较早,并首先实现了将智能机器人技术在电力巡检领域的应用。其第五代产品变电站巡检机器人,搭载了红外可见光等探测设备,可对室内设备的温度外观、压力读表等进行准确检测。目前,公司正在研发第六代产品,在运动性能上实现了八驱、提升了爬坡能力以及运行速度,且实现了3D激光导航,导航精度大幅提升。
 
国自机器人在电力巡检行业的核心产品包括变电站智能巡检机器人,以及室内挂轨智能巡检机器人、智慧管廊巡检机器人等。2017年发布四驱四转智能巡检机器人TS100引起业内广泛关注后,2018年,国自机器人又发布了全新一代小型化智能巡检机器人GS300,身材更迷你、检测更精准、实施更便捷、操作更简单,更能适应变电站对新一代巡检机器人的应用要求。
 
朗驰欣创2008年面向电网行业推出其了第一台巡检机器人,并在2013年实现产品的规模化商用。除电网行业外,目前朗驰欣创巡检机器人产品已经在市政、工业机房、安防、铁路、石油石化等诸多行业细分场景下开启垂直领域的实战应用。
 
亿嘉和科技成立于1999年,2014年进入智能巡检机器人行业,主要产品是室外巡检机器人和室内巡检机器人。最新推出的SA200小型化轨道巡检机器人,可用于室内配电房、变电站开关室等室内环境巡检,经过一年的优化,产品体积更小,能够适应狭窄空间。
 
 除了下游客户导向使得智能巡检机器人市场格局集中外,智能巡检机器人三大技术门槛——自主精确导航定位、综合智能识别和大数据处理也将一批技术含量不高、企业规模尚小的玩家挡在了门外。
 
总体来看,智能巡检机器人的市场前景非常广阔,但仍存在着落地场景单一(主要集中在电力行业),行业尚未有完善的认证体系和行业标准,智能化程度不足,部分功能有待完善等问题。
 
为解决以上问题,首先我们需要形成由点及面的方法论,逐步推动电力巡检机器人的规模化应用;其次建立输、变、配各环节电力巡检机器人的标准化技术要求和质量规范;在智能化程度方面,要时刻以人工智能作为创新驱动力,推动巡检机器人从发现问题到解决问题的转换,更深层次地减轻电力运检人员的工作压力;最后,无论对于哪个产业来说,多层面合作都是必不可少的,在巡检机器人领域同样如此,我们要积极推动技术创新到产业应用的无缝连接。

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