摘要：针对现有电力设备红外测温系统仅能进行单点测温、监测效率低、布设成本高等不足，研制了一套红外测温多点轮巡控制系统，通过两台步进电机控制轮巡机械云台，搭载JRTS80 红外测温仪进行多点测温;提出红外测温系统的时间优先级和测温优先级测温顺序模型，要求系统在优先测量靠近报警阈值待测点的前提下，轮巡所有测量点后经过路径最短;利用二边逐次修正算法和贪婪算法的融合算法，对云台控制进行路径优化，实现多点轮巡测温的效率优化。随机选取15个空间点作为测试样本，通过Matlab路径仿真测试，可得轮巡路径缩短67%。系统试验表明该设计能实现多点自动轮巡测温，监测效率高。
关键词：电力设备;红外测温;多点轮巡;旅行商问题;贪婪算法
随着建设坚强智能电网目标的深入，对电力设备的安全性提出了更高的要求。从变电站到输配电运输设备再到用户的整个过程中，大多数电力设备都运行在高压大电流状态下，由于设备局部过热造成的设备损坏和停电时有发生，严重影响了系统的安全运行。据有关部门调查统计，近年来我国电气火灾约占全国火灾总数的30%，其中重大火灾有70%是由电气线路、电气设备事故造成的用各种监测手段对事故进行提前预警，其中温度监测占监测总量的50%。因此，电力设备的在线温度监测是电网正常运作的重要保障。
一、红外测温系统实现
传统采用人工巡查测温对各电气设备连接点进行监测，存在准确度低、实时性差等缺点。随着红外测温技术的发展，现常用红外测温仪或红外热像仪进行非接触测温。但固定安装和单点测温增加了布设成本。为克服上述不足，本文针对变电站电气连接点，以开关接触头、母线连接点为监测对象，将自动化技术和图论算法相结合，研制了一套红外测温多点轮巡控制系统。该系统能够实现单红外测温仪对空间多点的轮巡测温，并根据测温信息智能更新轮巡路径，实现自优化，提升监测效率，节约布设成本。
（一）红外测温系统结构
系统设计原理框图，系统主控制芯片采用8位单片机微控制器SM5964。单片机外接2个2HB3525D电机驱动模组使能2台步进电机;采用ZLG7289芯片作为定位控制模块的主芯片，实现键盘与显示功能，在瞄准激光的引导下对待测温点的空间坐标进行定位和编号，并将定位信息存储至X5045 存储器中;通过RS232串口接收红外测温模块的数据信号，再利用Zigbee模块传递至上位机。
（二）自动控制结构设计
本文设计了一种机械云台作为红外测温仪的自动控制结构，主要包括垂直执行器、水平执行器、固定结构3部分。执行器选用步进电机，在限位开关的控制下，水平方向可做350°旋转，垂直方向可做150°旋转。将红外测温仪安装在固定结构，通过机械云台的旋转，红外测温仪可以轮巡监测空间中的待测点。
（三）红外测温设备及原理
本系统采用红外测温仪JRTS80，其距离系数为120∶1，配有2级瞄准激光，
适合长距离、小目标和较强电磁干扰的工业环境的测量。JRTS80采用全辐射测温，满足斯蒂芬－玻耳兹曼定律。利用光学系统收集和处理被测物体的红外辐射能量，再利用红外探测器转换为电信号，经放大电路和转换电路由处理器运算后输出对应的温度值。
二、多点轮巡路径优化
（一）数学模型
测温装置在现场安装后通过定位控制模块对监测点进行空间定位和编号，并将空间坐标和编号进行存储。系统工作时根据空间定位信息进行轮巡，为了更好地提升系统的测温效率，需要确定系统的时间优先级以及温度优先级。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于系统按照编号轮巡的路径不一定是轮巡的最短路径，需结合待测点的温度确定优先监测点，因此多点轮巡路径优化问题实质上是两个旅行商子问题(Traveling Salesmen Problem，TSP)的嵌套求解问题，是经典的np完全问题。
具体到本系统中，即为时间优先级与温度优先级的嵌套求解。多点轮巡路径优化可以描述为基于空间各点之间的位置关系和第m次的测量结果对第m+1次测量进行路径规划，从而实现优先测量靠近报警阈值的待测点，保证监测系统及时报警。同时在优先测量靠近报警阈值待测点的前提下，轮巡所有测量点后经过路径最短，保证监测系统的运行效率。
（二）二边优化贪婪算法
TSP的实质是在给定的无向带权图中寻找长度最短的哈密尔顿回路问题。一般求解方法有:穷举法、回溯法、分支界限法、贪心法、智能计算方法等。其中，贪心法和智能计算方法属于近似算法，对于结果具有较强的优化能力，但不一定能够求得TSP问题的最短路径［10－14］。二边逐次修正算法是求解最佳哈密尔顿圈的近似算法之一，其缺点是初始路径状况对其计算量影响较大，较差的初始结果会造成大量的迭代求解。而贪婪算法正好可以对于初始路径行直接优化，减少二边逐次修正算法的运算量。因此，将两种算法融合成二边优化贪婪算法(One－by－One GreedyAlgorithm，2OGA)，就会兼有贪婪算法的快速优化和二边逐次修正算法对结果的快速趋近，可适用于本系统的路径优化问题的求解。结合系统的实际要求，其算法描述如下:step1:初始化Vnew={x}，其中x为集合V1中的任一节点，Enew={}，生成标记集合Vuse={x};step2:输入两个顶点集合为V1、V2，V=V1+V2;生成边集合E，得到V的加权联通图;step3:重复下列操作，直至Vnew=V;(1)在集合E中选取权值最小的边(u，v)，其中u为Vuse中的元素，而属于V1且不属于Vnew(若存在有多条满足前述条件，则可任意选取其中之一);(2)若V1中找不到对应v，同理寻找v属于V2且不属于Vnew;(3)将v加入集合Vnew，将(u，v)加入集合Enew，令Vuse=v};step4:利用矩阵翻转法［15］实现二边逐次修正路径优化;step5:使用集合Vnew和Enew来描述所得到的最优路径并输出。
三、实验结果
本文随机选取15个空间点作为测试样本，其坐标表示测温仪从初始位置转动到该点位置时步进电机转动的脉冲数，假设点6、10为接近报警阈值的测温点。按编号轮巡路径结果图，该路径的脉冲数为7.0019×103，以点6为起点的贪婪算法路径优化结果图，为以图 6 优化结果为基础的二边逐次修正路径优结果图，将路径优化为11—5—7—15，其路径总长度为2.3363×103个脉冲，相比其他中路径长度缩短67%。
结语
本文对于电力设备红外测温多点轮巡路径优化控制问题进行了研究，基于自动化控制技术研制了一套红外测温多点轮巡控制系统，并以图论算法为基础提出了系统的路径优化策略和二边优化贪婪算法，通过Matlab对15个空间待测点进行路径优化仿真，可将轮巡路径缩短67%。
参考文献
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论文作者:陈志明
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/7
标签：测温论文; 路径论文; 多点论文; 算法论文; 系统论文; 逐次论文; 优先级论文; 《基层建设》2017年第30期论文;