電力人工智慧專題系列之 智能機器人

2018年6月20日，人工智慧應用學術研討會在京召開。中國電科院王繼業副院長在「人工智慧重點研發方向和發展趨勢」中指出電力機器人是面向電力巡檢、服務、作業和調控等應用場景的機器人。智能機器人將重點突破AI演算法封裝、自主識別、自主行為、自主學習、人機協作等核心技術，實現電力機器人的自主和智能化。

輸電線路巡檢是保障電力安全和穩定最重要的環節之一，中國是世界上輸電線路最長的國家，長達三百萬里的輸電線路途徑各種自然地理地貌環境，經受各種風霜雨雪的考驗，穿越各種動植物的棲息地，並最終給千家萬戶帶來光明。環境的複雜給輸電網路的安全運行帶來了各種意想不到的難題和挑戰。很多國家和地區都曾經發生過大面積停電事故，平均每年帶來的經濟損失達上億元。可是中國從來沒有發生過大範圍停電事故，被稱為世界上最堅強的電網。

近日，央視中文國際頻道（CCTV4）推出了《走遍中國》之《守護光明》專題節目：「因地施策」、「致命關係」、「超級預案」、「智造神器」和「巡檢奇兵」五集連播。

節目中，熊熊的山火、高聳的鐵塔、線路異物和線路故障等一個個困難和挑戰，都只是國網一線巡檢員工每天的正常工作。架空線路的常見缺陷存在於導線、桿塔、橫擔金具、絕緣子等部位。

（1）線路：裸導線斷股、線路異物、引流線磨損、絕緣導線磨損、接頭髮熱等；

（2）桿塔：桿塔傾斜和裂紋、塔基損壞、桿塔鳥巢及異物等；

（3）金具：金具鏽蝕和變形、螺栓缺帽、銷釘脫落等；

（4）絕緣子：絕緣子臟污、破損、閃絡、斷落等。

可以看出，無人機、巡檢機器人等智能機器人技術正在電網中生根發芽，逐漸成為一個個解決方案的核心技術。相信未來，一定會有更多的智能機器人加入電網，成為電力巡檢的支撐力量！

機器人是綜合了機械、電子、計算機、感測器、控制技術、人工智慧、仿生學等多種學科的複雜機械。智能機器人是第三代機器人，指具備不同程度類人智能，可實現「感知-決策-行為-反饋」閉環工作流程，可協助人類生產、服務人類生活，可自動執行工作的各類機器裝置。智能機器人是引領未來發展的顛覆性技術，是人工智慧技術的綜合應用和展示窗口。

目前，全球正大力研製人工智慧機器人並佔領智能機器人市場，工業機器人已初步形成產業化，服務類機器人及高端或高危場景的市場需求和潛力巨大。無論是打敗柯潔的AlphaGo、贏得數萬美元的Watson、還是跑的飛快的Spotmini、「後空翻」的Atlas、幽默交談的「Sophia」,都只是智能機器人發展的冰山一角。

智能機器人一般由環境感知模塊、運動控制模塊和人機交互及識別模塊組成。環境感知模塊包括感測器、陀螺儀、激光雷達、毫米波雷達、單目相機、多目相機、紅外攝像頭、實景3D攝像頭等用於模擬人類的視覺、觸覺、聽覺等感官，實現對環境參數的採集；運動控制模塊包括舵機、機械手臂、控制感測器、移動模塊等，用於模擬人類運動和操作等能力，是承載環境感知模塊和「大腦」處理核心的重要載體；人機交互及識別模塊包括語音語義識別、圖像識別、機器學習等人工智慧技術。

小編認為，電力巡檢領域的智能機器人必將在自主識別、自主行為和自主學習三個方向開展技術攻關和突破：

（1）自主識別

以計算機視覺技術為基礎，以線路巡檢影像為數據源開展標註、檢測、識別和缺陷判斷等工作，研究深度學習等圖像識別關鍵技術，實現對線路故障的自主識別。

（2）自主行為

以輕量級激光感測器或攝像頭為感測設備，以激光點雲或影像點云為基礎，使用SLAM方法處理點雲數據，構建場景點雲地圖，對場景點雲地圖進行合併、去重，濾波處理以減少雜訊點，並使用三角化進行場景點雲建模，實現機器人對於自身和線路位置的理解。進一步結合前端工具或多自由度機械臂，自動開展斷股修復、異物清除和斷接引流線等作業工作，真正實現機器替代人員上塔、上線和開展作業。

（3）自主學習

以強化學習為基礎，開展機器人自主學習技術研發。根據業務規則和技術規範制定機器人動作的邊界條件，設計獎勵函數，建立動作行為和結果間的閉環反饋，進行反覆訓練得到最優策略，最終實現對多個目標任務的自主學習。

強化學習簡介：其目標是找到一個狀態空間S到動作空間X的映射，稱為策略π，獲得在給定狀態s下的動作a，保證最大化累積期望回報r。強化學習找到最優策略，狀態空間或者觀察空間到動作空間的映射，達到最大化期望回報J :

其中pπ(τ)代表關於軌跡τ=(x,a,x1,a1,...)的分布，同時R(τ)是關於該軌跡的累積折扣回報，其中γt∈[0,1)代表折扣因子。

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