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為進(jìn)一步提升變電站運(yùn)維作業(yè)效率，開展基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的變電設(shè)備巡維高效監(jiān)督管理研究，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于變電站巡檢作業(yè)流程中，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于智能交互終端的變電巡檢管理系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全監(jiān)督管理、遠(yuǎn)程在線會(huì)診和指揮管理、多媒體信息增強(qiáng)顯示和運(yùn)維信息管理功能做了詳細(xì)介紹，并將其應(yīng)用于實(shí)際巡檢管理工作中。以濟(jì)寧供電公司在某220kV變電站應(yīng)用為例，與傳統(tǒng)的運(yùn)維方式進(jìn)行了比較，系統(tǒng)應(yīng)用效果良好。


電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行管理水平的提高離不開電網(wǎng)巡檢管理手段的強(qiáng)化。隨著電網(wǎng)一次設(shè)備類型和數(shù)量的增長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)維工作量也快速增長(zhǎng)，導(dǎo)致運(yùn)維班組十幾個(gè)人需要負(fù)責(zé)十幾座變電站的運(yùn)行巡視工作，運(yùn)維工作量的快速增長(zhǎng)和巡檢人力資源相對(duì)不足之間的矛盾日益突出。


現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維檢修人員由于經(jīng)驗(yàn)不足以及信息不夠及時(shí)和全面，難以準(zhǔn)確判斷設(shè)備缺陷原因及嚴(yán)重程度，需通過(guò)多層級(jí)才能傳遞到?jīng)Q策指揮機(jī)構(gòu)，效率低。巡檢過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法直接了解部分設(shè)備信息，需返回檔案室查詢或問詢其他人員，降低了工作效率。


同時(shí)，對(duì)于復(fù)雜的設(shè)備檢修，存在運(yùn)檢人員一邊翻看設(shè)備檢修步驟一邊操作的情形，該操作方法繁瑣且不方便，作業(yè)效率不高。且由于部分變電設(shè)備操作步驟繁瑣，邊看邊操作的作業(yè)效果也無(wú)法確保。變電站區(qū)域分布廣，在設(shè)備調(diào)試、維修和緊急情況處理時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員可能無(wú)法獨(dú)自完成，作業(yè)質(zhì)量和效果無(wú)法及時(shí)檢查確認(rèn)，設(shè)備和人身安全可能產(chǎn)生隱患，溝通和決策效率有待提高。在上述問題下，如何提升復(fù)雜電網(wǎng)的運(yùn)維檢修效率，是一個(gè)迫切需要解決的問題。


目前已有輸變電設(shè)備運(yùn)維檢修輔助決策系統(tǒng)、智能視頻分析的可視化運(yùn)維管理和單兵巡檢裝備的研究與應(yīng)用，但由于分析目標(biāo)及方法的不同，難以滿足當(dāng)前變電設(shè)備運(yùn)維管理需求。一種交互式的增強(qiáng)信息顯示技術(shù)在設(shè)備信息管理與運(yùn)維檢修中得到應(yīng)用，提升了業(yè)務(wù)信息交互效率。


在上述基礎(chǔ)上，本文研究基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站巡維管理系統(tǒng)，利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使管理人員和專家能夠隨時(shí)隨地獲取現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員的第一視角實(shí)時(shí)圖像，進(jìn)行遠(yuǎn)程音視頻溝通，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的可視化及專家的遠(yuǎn)程支持，從而指導(dǎo)檢修人員執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化的工作流程，提高作業(yè)效率，避免誤操作，提高運(yùn)維部門應(yīng)對(duì)復(fù)雜作業(yè)和突發(fā)事件的響應(yīng)速度與處置能力。


1  總體框架


結(jié)合巡檢工作現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站巡維管理系統(tǒng)方案。系統(tǒng)包括管理系統(tǒng)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智能終端，管理人員和專家可通過(guò)后臺(tái)管理系統(tǒng)下發(fā)運(yùn)維指令和協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)巡檢的決策信息。智能終端接收管理系統(tǒng)下發(fā)的運(yùn)維相關(guān)指令，并采集巡檢現(xiàn)場(chǎng)信息，上傳至管理系統(tǒng)。巡檢人員可利用智能終端發(fā)起遠(yuǎn)程協(xié)助邀請(qǐng)，基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)監(jiān)控中心實(shí)時(shí)通話，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)助以及安全監(jiān)督。總體方案如圖1所示。




圖1  系統(tǒng)架構(gòu)


通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，系統(tǒng)將輔助信息實(shí)時(shí)傳送至現(xiàn)場(chǎng)操作人員智能交互終端增強(qiáng)顯示。現(xiàn)實(shí)即為人眼可直接看到的信息，把人眼無(wú)法直接看到的信息疊加在現(xiàn)實(shí)上顯示出來(lái)即為增強(qiáng)顯示。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是將真實(shí)世界的信息和虛擬信息進(jìn)行“無(wú)縫”集成，把現(xiàn)實(shí)世界在一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)無(wú)法同時(shí)呈現(xiàn)的信息，通過(guò)數(shù)字技術(shù)進(jìn)行模擬仿真并實(shí)時(shí)疊加至真實(shí)空間，將虛擬信息應(yīng)用到真實(shí)世界，實(shí)現(xiàn)兩種信息相互補(bǔ)充和互動(dòng)。


系統(tǒng)軟件基于CentOS x64 Linux操作系統(tǒng)，采用Java編寫，利用HTML5、Bootstrap、SpringMVC實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)硬件主要研發(fā)智能終端，包括微型投影儀、傳感器、存儲(chǔ)等。智能交互終端利用光學(xué)反射投影原理（HUD），即微型投影儀先是將光投到棱鏡反射屏上，而后通過(guò)棱鏡折射到人體眼球，達(dá)到成像最清晰的效果。智能交互終端將傳感器采集到的數(shù)據(jù)上傳到管理系統(tǒng)，然后將信息轉(zhuǎn)發(fā)于后臺(tái)管理人員進(jìn)行信息實(shí)時(shí)交互。硬件架構(gòu)如圖2所示。




圖2  硬件架構(gòu)


2  系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)


本文設(shè)計(jì)的基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站巡維管理系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全監(jiān)督管理、遠(yuǎn)程在線會(huì)診和指揮管理、多媒體信息增強(qiáng)顯示和運(yùn)維信息管理。


現(xiàn)場(chǎng)人員使用方法：現(xiàn)場(chǎng)人員在設(shè)備端登陸，后臺(tái)人工操作將運(yùn)維計(jì)劃推送至智能終端，運(yùn)維人員依據(jù)計(jì)劃開始作業(yè)，并利用智能終端二維碼識(shí)別功能掃描設(shè)備標(biāo)簽，讀取設(shè)備歷史運(yùn)維信息，在運(yùn)維檢修過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)視頻信息實(shí)時(shí)傳至檢修中心，檢修中心可對(duì)作業(yè)全過(guò)程實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)督。現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)問題需協(xié)助的，利用智能終端呼叫專家或廠家技術(shù)人員，遠(yuǎn)程協(xié)同診斷。運(yùn)維作業(yè)結(jié)果拍照存檔，確認(rèn)作業(yè)效果。


1）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全監(jiān)督管理


管理人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化智能終端實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)操作，在檢修設(shè)備投運(yùn)前各項(xiàng)安全措施檢查作業(yè)時(shí)，提前預(yù)設(shè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，作業(yè)人員利用智能終端對(duì)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)逐一確認(rèn)。檢修作業(yè)時(shí)，智能終端可將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)，可監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)是否按圖施工，監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)是否存在違章違規(guī)操作行為。同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)操作出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)提醒操作人，確保單人操作的人身和設(shè)備安全，提高工作效率。




圖3  運(yùn)維管理流程




圖4  現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維監(jiān)督


2）遠(yuǎn)程在線會(huì)診和指揮管理


現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員利用智能終端發(fā)起協(xié)助邀請(qǐng)，呼叫遠(yuǎn)程專家，通過(guò)可穿戴設(shè)備建立視頻監(jiān)控通道，第一視角同步圖像，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作，輔助現(xiàn)場(chǎng)決策，提供檢修建議。系統(tǒng)支持多方專家共享資料。




圖5  現(xiàn)場(chǎng)視頻共享


3）多媒體信息的增強(qiáng)顯示


在作業(yè)過(guò)程中，利用智能終端掃描設(shè)備電子標(biāo)簽信息，智能終端將在設(shè)備上疊加融合相應(yīng)的虛擬模型、圖形、文字及動(dòng)畫等多媒體信息，通過(guò)手勢(shì)等交互方式可以自主翻閱相應(yīng)的內(nèi)容，主要包括變電設(shè)備的功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)及運(yùn)維檢修記錄等。同時(shí)后臺(tái)專家也可將輔助信息實(shí)時(shí)推送至現(xiàn)場(chǎng)操作人員智能交互終端顯示。




圖6  基于增強(qiáng)顯示的輔助信息推送


4）運(yùn)維信息管理


運(yùn)維信息管理模塊提供設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)維缺陷信息、技術(shù)參數(shù)信息的增刪改查。


3  系統(tǒng)應(yīng)用


3.1  應(yīng)用案例


2017年11月20日，濟(jì)寧供電公司運(yùn)維人員巡視某220kV變電站GIS設(shè)備時(shí)，通過(guò)掃描某氣室間隔上粘貼的二維碼，在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)查找該二維碼所關(guān)聯(lián)設(shè)備的臺(tái)賬信息，臺(tái)賬信息包括：設(shè)備廠家、規(guī)格型號(hào)、生產(chǎn)日期、投運(yùn)日期和歷史故障記錄。


后臺(tái)將該間隔的臺(tái)賬信息推送到運(yùn)維人員佩戴的智能可穿戴終端設(shè)備上，運(yùn)維人員進(jìn)行重點(diǎn)查看和比對(duì)，分析查找該間隔GIS是否存在歷史缺陷，查看該缺陷是否消除，如缺陷未消除，則重點(diǎn)查看該缺陷的發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合檢修部門制定狀態(tài)檢修計(jì)劃。




圖7  基于增強(qiáng)顯示的輔助信息推送現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施


3.2  現(xiàn)場(chǎng)案例


2017年12月10日，濟(jì)寧供電公司運(yùn)維人員在某110kV變電站佩戴智能眼鏡進(jìn)行倒閘操作。現(xiàn)場(chǎng)需要2名運(yùn)維人員，一名人員手持操作票，另一名人員進(jìn)行操作，而操作人員操作過(guò)程中由于時(shí)間緊迫、精神高度緊張和體力的原因，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤操作，對(duì)人員和設(shè)備造成傷害，導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。


智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)終端將操作順序及當(dāng)前需要執(zhí)行的操作步驟直接發(fā)送到運(yùn)維人員的智能眼鏡顯示屏上，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員可根據(jù)顯示的操作任務(wù)及操作順序進(jìn)行工作，提高工作效率。




圖8  倒閘操作


總結(jié)
本文將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于變電設(shè)備巡視的管理模式，并結(jié)合信息化管理手段，優(yōu)化管理流程。基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的信息推送，可將生產(chǎn)運(yùn)行指令以可視化方式提示，音視頻實(shí)時(shí)交互，并在線監(jiān)督操作人按規(guī)程、按步驟完成工作。


在設(shè)備應(yīng)急搶修環(huán)節(jié)，可在線查詢運(yùn)維檢修記錄和調(diào)取廠家技術(shù)資料，并與專家遠(yuǎn)程協(xié)同診斷，實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)場(chǎng)問題匯報(bào)—專家分析決策—作業(yè)指令下達(dá)—執(zhí)行效果確認(rèn)”，全過(guò)程閉環(huán)管理在第一時(shí)間完成，從而顯著提高電網(wǎng)運(yùn)維作業(yè)效率與質(zhì)量。


使用基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智能可穿戴設(shè)備，將設(shè)備歷史缺陷信息、技術(shù)資料和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維融合，輔助現(xiàn)場(chǎng)人員分析診斷缺陷并決策，同時(shí)基于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全監(jiān)督，解決了現(xiàn)場(chǎng)人員管理的困難，使運(yùn)行、檢修和管理得到了優(yōu)化。


現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還存在以下不足：


1）智能終端未集成到安全帽上，不利于運(yùn)維檢修使用。
2）后臺(tái)系統(tǒng)二維碼數(shù)據(jù)與設(shè)備關(guān)聯(lián)性不高。
3）數(shù)據(jù)源單一，樣本數(shù)據(jù)不足，現(xiàn)場(chǎng)輔助功能效果不明顯。


針對(duì)上述問題，系統(tǒng)的全面推廣應(yīng)用還需進(jìn)一步改進(jìn)硬件終端裝置、不斷積累數(shù)據(jù)、融合缺陷自動(dòng)診斷等功能，從而更好地提升作業(yè)效率。