基于谷歌眼鏡的智能變電站實時數據展示與智能分析技術

徐長福， 陶風波， 龔雁峰， 曹 軍， 蘇 偉

(1. 國網江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103;2. 華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206)

基于谷歌眼鏡的智能變電站實時數據展示與智能分析技術

徐長福1， 陶風波1， 龔雁峰2， 曹 軍2， 蘇 偉2

(1. 國網江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇 南京 211103;2. 華北電力大學電氣與電子工程學院，北京 102206)

研究了基于可穿戴設備(谷歌眼鏡)的智能變電站巡檢虛擬視頻和實時數據展示技術：現場巡檢人員通過谷歌眼鏡掃描粘貼在電氣設備上的QR碼(二維碼的一種)來自動識別相關電氣設備的設備名稱和ID編號，并將相關識別信息通過藍牙技術轉發給智能化一體單元；移動終端根據獲得的設備編碼，通過電力系統4G專網，從后臺數據服務器搜索并獲取該電氣設備的關鍵物理信息(電氣設備廠家，銘牌，上次檢修時間及設備實時運行數據)，并將信息根據現場巡檢人員的需要以圖片或虛擬視頻的形式投影至谷歌眼鏡上。本發明方法突破了常規變電站巡檢難以有效獲取實時數據的障礙,有助于提高智能變電站巡檢的自動化水平。

變電站巡檢；谷歌眼鏡；虛擬視頻；智能穿戴系統

在構建智能電網的現階段，電力系統中大部分設備都經過通信網絡將各自的信息傳輸到本地數據庫中，進行實時監控[1]。通過變電站巡檢可以及時發現設備的各種缺陷，確保設備安全可靠穩定運行，防止在設備損壞的情況下繼續運行而產生無法估計的事故。將巡檢過程中得到的信息準確實時地傳輸到數據庫中是變電站巡檢中重要的一步。

現階段的變電站巡檢主要依靠人工巡檢[2-4]，過于依賴人的主觀性，存在以下問題：(1) 由于巡檢人員的疏忽或急于完成巡檢任務而導致巡檢不到位，漏檢；(2) 在手工填報巡檢結果的過程中存在漏項或出錯；(3) 巡檢管理人員無法獲得變電站實時、準確、全面的運行狀態，從而無法制定最佳的保養維修方案。這些問題導致人工巡檢的效率低下。

本項目擬通過最新的可穿戴技術(谷歌眼鏡)和云端大數據服務技術，形成以人的主觀能力為中心，技術支持為輔的新型智能化巡檢系統。利用拍照、視頻、直播等方式將變電站的現狀通過谷歌眼鏡和可持智能設備發送至本地后臺數據庫，再由本地數據庫將變電站此時的實時電氣參數送達谷歌眼鏡和可持智能設備，從而達到信息的交互，讓變電站巡檢工作變得智能化、信息化[5]。

1 基于谷歌眼鏡的智能巡檢概述

智能巡檢是將智能化設備(如可穿戴設備、機器人、無人機等)通過大數據、云計算、物聯網等現代通信技術進行實時互動的巡檢方式[6]。智能巡檢可以實現設備的標準化、智能化、規范化、信息化的運維和檢修[7,8]，對缺陷管理和巡檢管理有很大的提升。

針對現有變電站巡檢技術無法有效提取、獲得現場實時數據的不足，本文提出了一種新型變電站智能巡檢，重點關注基于可穿戴設備(谷歌眼鏡)的變電站智能巡檢實時數據展示和虛擬視頻技術，這是一種新的人機交互技術，該方法能夠實時、直觀地傳輸和視頻化地展示變電站一次設備的實時運行數據，從而為巡檢員進行現場設備的檢修和綜合狀況評估提供可靠依據[8]。變電站智能巡檢包含的主要設備有。

(1) 谷歌眼鏡終端：主要用于拍照，攝像，掃描QR碼，且支持瀏覽已拍攝的照片，視頻展示。并采用藍牙連接方式，與移動終端進行通信。

(2) 移動終端(智能一體化單元)：用于建立移動端與谷歌眼鏡的藍牙連接，并實現后臺運行數據接收服務(Service)，同時通過電力4G無線專網可將接收到的數據(圖片，視頻)上傳至服務器和從服務器下載信息。

(3) 后臺數據庫：除了變電站各類設備的歷史以及實時數據外，對于系統中的所有功能，還存在不同的配置信息、業務數據、系統運行狀態等信息，數據庫能根據這些數據信息本身進行歸檔，提供快速查詢的底層接口，并保持數據的完整性、可靠性、一致性。

2 可穿戴設備基本功能

本文中的變電站智能巡檢功能的開發工作包括谷歌眼鏡接口開發、便攜式一體化智能終端軟硬件開發、后臺大數據APP專業應用和云計算服務開發等，實現三者的實時通信傳輸。項目系統架構如圖1所示。

圖1 項目系統構架

2.1 谷歌眼鏡基本功能

谷歌眼鏡作為可穿戴便攜設備，集智能終端設備，GPS，相機于一身，可以將實時信息展現在用戶的眼前，可以使巡檢人員及時，直觀地觀察到變電站一次設備的運行數據，彌補了傳統巡檢無法獲得現場實時數據的不足，為巡檢人員進行現場設備的檢修和綜合情況做出評估提供了可靠的數據支持。谷歌眼睛的基本功能如圖2所示。

圖2 谷歌眼鏡的基本功能

首先是拍照功能，谷歌眼鏡配置有500 萬像素的攝像頭，可以實現數碼變焦，圖像拍攝完成后可以在谷歌眼鏡的棱鏡屏上顯示，并且標識出圖像儲存時的名稱。輕觸谷歌眼鏡的觸摸板可以對圖像進行相應的操作，例如上傳和刪除功能，將圖像上傳至可持智能設備中，實現圖像的分析和處理。同樣是使用谷歌眼鏡的攝像頭還可以進行720 P的高清視頻錄制，在拍攝過程中會非常智能地在棱鏡上顯示視頻的拍攝時長，其他的處理方式和拍照類似。谷歌眼鏡攝像頭的另一個作用是掃碼，其主要功能是利用谷歌眼鏡掃描電氣設備上的QR碼從而達到識別該電氣設備的目的，由于QR碼中包含該電氣設備的唯一設備編號，因此可以通過后臺數據庫獲取與該設備相關的電氣參數信息數據，例如設備的電壓、電流、有功功率、無功功率、溫度和上次的檢修時間等，將這些數據顯示在棱鏡屏上，讓巡檢人員對電氣設備的實時情況有所了解。谷歌眼鏡還內置藍牙，通過藍牙將所拍的圖像、視頻同步傳輸到可持智能設備，實現數據共享，無需進行二次獲取設備圖像的繁瑣操作。并且谷歌眼鏡還支持Wi-Fi，能將無需處理的圖像不經過可持智能設備而直接經由供電系統內網直接發送到后臺數據庫中。

總體來說，由于谷歌眼鏡無需手持操作并且擁有和手持智能設備大部分相同的功能，對巡檢人員來說是一個非常適合的便攜設備，可以解放雙手來進行更多設備檢查操作。

2.2 可持智能設備功能

可持智能設備的功能與谷歌眼鏡大致相似，都能拍照，攝像，掃碼，具有藍牙和Wi-Fi 2種同步數據的功能。需要注意的是在實現拍照、攝像功能時注意修改默認的存儲路徑以及圖像、視頻存儲名稱，使得其余谷歌眼鏡端命名格式相同。使用可持智能設備的好處在于可以對谷歌眼鏡以及該終端所獲得的一次信息進行處理和修改，例如對圖像的簡單預處理包括邊緣檢測，繪制RGB及Hue柱狀圖等。雖然可持智能設備的攜帶沒有谷歌眼鏡方便，但是也具備谷歌眼鏡沒有的一些功能，有必要作為巡檢人員的日常配備[9]。

可持智能設備還具有GPS/北斗衛星導航系統，通過定位系統可以對巡檢路線進行系統規劃，優化巡檢路線，防止巡檢人員漏查、重查。位置信息上傳之后還可以實時記錄巡檢人員的巡檢路線，為以后的巡檢記錄工作做好備份，實現巡檢方式的智能化，無紙化[10]。

3 智能巡檢實現方式

現場巡檢人員佩戴谷歌眼鏡，掃描電力系統一次設備上的QR碼，該QR碼是每個設備唯一對應的，不會出現重復的情況，因此可以自動識別相關的電氣設備編號并自動轉發給智能化一體單元。智能化一體單元從后臺數據服務器中獲取該電器設備的相關電氣參數，并把參數信息同步到谷歌眼鏡中，顯示在棱鏡上以備巡檢人員參考。具體顯示信息包括但不限于如下信息：電氣設備廠家，銘牌，上次檢修時間及設備實時運行數據等。 虛擬視頻和實時數據展示如圖3所示。

圖3 虛擬視頻和實時數據展示

步驟一。通過谷歌眼鏡掃描粘貼在電氣設備上的QR碼來自動識別相關電氣設備的設備名稱和ID編號，并將相關識別信息通過藍牙轉發給移動終端(智能化一體單元)，具體包括：

(1) 在掃描和數據傳輸前，首先會檢測谷歌眼鏡和移動終端的藍牙是否連接，數據接收服務是否開啟，同時給予用戶相應的提示；

(2) 通過谷歌眼鏡語音控制對電氣設備進行QR碼掃描，谷歌眼鏡可以自動識別電氣設備的名稱和ID編號等設備基本信息，用戶可自定義QR碼中信息的格式及內容；

(3) 將步驟一(2)中谷歌眼鏡識別的電氣設備基本信息通過藍牙轉發給移動終端。

步驟二。移動終端(智能化一體單元)根據從谷歌眼鏡QR碼掃描獲得的電氣設備基本信息，通過電力系統4G專網，從后臺數據服務器搜索并獲取該電氣設備的關鍵物理信息，具體包括：

(1) 根據步驟一中谷歌眼鏡通過藍牙發送的電氣設備基本信息(名稱、ID編號等)通過電力系統4G專網發送到后臺服務器，并發出搜索請求。從移動端到服務器端的傳輸，采用socket，并自定義傳輸協議。這樣可以支持大文件的上傳和斷點續傳；

(2) 后臺服務器根據步驟二(1)收到的電氣設備基本信息，搜索后臺數據庫，并判定現有數據庫關于此電氣設備的信息是否是實時數據，如是則將實時數據信息傳送給移動終端，否則進入步驟二(3)；

(3) 如現有數據庫關于此設備的信息不是實時數據，則數據庫通過電力系統SCADA系統發出采集命令，采集該設備的實時運行數據，并將數據信息傳給移動終端，采集的實時信息包括：該電氣設備廠家，銘牌，上次檢修時間及設備實時運行電壓、電流、有功功率、無功功率和溫度等；

步驟三。根據步驟二中后臺服務器傳送給移動終端的電氣設備實時數據，將實時信息根據現場巡檢人員的需要與自定義，有選擇的以圖片或虛擬視頻的形式投影于谷歌眼鏡上，巡檢人員可以通過這些信息對設備狀態進行實時、準確的評估。

4 實時信息展示與智能分析

4.1 實時信息展示

QR碼中包含此設備的唯一設備號(ID),掃描功能可識別該ID編號，通過電力系統4G專網，利用網頁服務從后臺數據庫搜索并獲取該電氣設備的關鍵物理信息，并將最終結果顯示在棱鏡屏上。

對于掃描QR碼后所獲得的電力設備的狀態信息，如設備溫度的實時變化，電壓的波動等，可以通過圖表(如折線圖，柱狀圖等)等方式更加直觀的顯示這些狀態數據。

4.2 智能分析

谷歌眼鏡、智能移動終端會將所拍攝的圖像、影像上傳到后臺數據庫，該系統通過大數據技術，將各類數據進行匯總處理。由于數據是實時變化的，需要使用定時調度任務，在經過篩選過后，將最終數據導入本地數據庫的一張寬表中(T_TRANS)。定時調度任務每5 min自動執行一次，以保證數據的實時性和準確性。T_TRANS表結構如圖4所示。

圖4 T_TRANS表結構

系統運用云計算技術，進行數據化的分析，準確描述設備狀態的數據變化趨勢，實現對設備狀態全面細致的掌握，建立合理完善的狀態評估制度，優化變電站設備狀態數據的查詢、統計、分析和決策的功能。

5 結束語

以谷歌眼鏡為主體的智能可穿戴設備，克服了傳統巡檢工作的許多問題。利用谷歌眼鏡錄下的圖像，視頻上傳至后臺數據服務器備份檢查，以避免巡檢工作人員因為疏忽發生漏檢或檢查不到位。全程智能化巡檢也防止手工填報巡檢過程時因為人為因素產生的差錯。谷歌眼鏡利用掃描每個設備唯一的QR碼，可以通過后臺數據服務器下載電氣設備的實時準確運行情況，并且可以獲得后臺專家的實時指導，從而制定出最佳的保養維修方案。本項目以人工巡檢為中心，智能穿戴設備為輔助，不僅克服了人工操作的一些缺陷，而且可以更加及時地發現設備的各種缺陷，確保設備安全可靠穩定的運行。

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徐長福

徐長福(1970 —)，男，江蘇溧水人，高級工程師，從事電力無線專網及智能運檢新技術研究與應用工作;

陶風波(1982 —)，男，江蘇常州人，高級工程師，從事設備狀態評價技術研究及業務管理;

龔雁峰(1977 —)，男， 江蘇啟東人，教授，主要研究方向為電力系統保護與控制;

曹 軍(1983 —)，男，河北保定人，講師，主要研究方向為電力系統保護與控制;

蘇 偉(1993 —)，男，江蘇南通人，碩士研究生，主要研究方向為基于暫態行波的VSC-HVDC故障分類和測距研究。

Real-time Data Demonstration and Intelligent Analysis Technology for Smart Substation Inspection Based on Google Glass

XU Changfu1, TAO Fengbo1, GONG Yanfeng2, CAO Jun2, SU Wei2

(1. State Grid Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute, Nanjing 211103, China;2. School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

This paper presents the virtual video and real-time data demonstration for smart substation inspection based on the latest wearable services such as Google glass. The inspection operator scans a kind of Quick Response Code named QR code on electrical equipment by Google glass to automatically identify the name and Identification number of related electrical equipment. Then Google glass will transmit the information to intelligent terminal by Bluetooth. The intelligent terminal acquires the key electrical parameters such as manufacturers, nameplate, the latest maintenance time and real-time operation data of the related electrical equipment from the local database. And then it projects the real-time information on the Google glass in the form of images or video according to the need of the substation inspection operators. This method can break through the difficulty of obtaining real-time data by traditional substation inspection work and improve the automation level of substation inspection.

substation inspection; google glass; virtual video; smart wear system

2016-08-30；

2016-10-27基金項目:國家電網公司科技項目(變電站可穿戴設備研究)

TM73

A

2096-3203(2017)01-0091-04