AR-VR與GIS技術在輸電線路巡線中應用

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(安徽繼遠軟件有限公司，合肥 230088)

0 引言

輸電線路分布點多，面積廣，所處地形復雜，自然環境惡劣，桿塔附件長期暴露在野外，受到持續的機械張力、雷擊閃絡、材料老化、人為影響而產生倒塔、斷股、磨損、腐蝕等損壞，必須及時對其修復和更換，為保證高壓輸電線路的安全穩定運行，對輸電線路定期巡檢是非常有必要的。目前輸電線路巡檢大多數仍采用傳統的人工巡視進行，即沿輸電線路逐塔巡視的作業方式，此種巡檢方式缺點是作業勞動強度大、巡檢效率低、存在巡檢盲區且費用高危險性大。特別是跨山、跨江、地勢險峻等復雜環境下的線路，巡檢難度極大。利用傳統的方式進行輸電線路巡視已不在滿足電網發展的現代化管理需要，劣勢體現在如下幾個方面：

(1) 獲取線路隱患不及時。利用傳統人工巡檢方式，時間上存在一定的滯后性，導致隱患得不到及時跟蹤解決，產生重大事故的幾率會大大增加。

(2) 巡檢工作效率低下。對于偏遠的山區、跨江跨河等輸電線路，人跡罕至，環境復雜，巡視人員攀爬鐵塔、帶電登高作業，遇到緊急情況，后果嚴重，且人工作業強度大、危險性高、工作效率低等。

(3) 任務搶修和調度不及時。設備隱患無法獲取，導致搶修應急反應速度不及時，事故處理細節無法掌控，不能進行有效跟蹤分析，大大增加投訴率。

上述問題，利用增強現實技術(以下簡稱AR)、虛擬現實技術(以下簡稱VR)與GIS技術在輸電線路巡檢中集成和應用研發主要內容是通過在桿塔現場進行采集，將數據回傳到后臺，并對輸電線路桿塔設備進行三維化和虛擬化，最后利用AR-VR技術實現線路的沉浸式體驗，從而對現場設備狀況進行巡視查看，同時可以查看設備資產信息及氣象情況。

1 AR-VR與GIS技術在輸電線路巡線中應用

利用AR、VR和GIS技術，通過攝像機等拍攝手段，將拍攝到的圖形圖像數據直接進行人工三維建模，從而直觀地顯示線路走向、線路環境等實時虛擬圖像信息。

1.1 AR-VR模塊

在利用AR-VR模塊時，利用攝像機、GPS終端等數據采集終端獲取輸電線路桿塔、走向、環境、光信息及其他實體色彩信息，采集搜集的信息經內業處理后傳輸至增強現實技術模塊中。傳輸到AR模塊中的信息經虛擬處理后的巡線方案模型疊加到線路的真實環境中。VR模塊則將整個輸電線路走向、環境等信息進行虛擬現實的展示，同步將信息傳輸到AR模塊中，巡視人員可以通過AR顯示器展現出虛擬數據與現實場景完全融合從而得到線路巡視的體驗環境,如圖1所示。

2.2 PMS系統

設備(資產)運維精益管理系統(以下簡稱PMS)，PMS系統的數據庫包括海量基礎數據，包括電網GIS圖形數據、輸電線路設備臺賬數據等，為應用提供基礎平臺支撐。

圖1 增強虛擬交互

2.2.1 臺賬數據推送

實現設備臺賬在底層數據上的推送，推送數據主要包括

臺賬、數據表字段、字段類型格式、基礎數據碼表值等。從而為輸電線路巡視提供基礎數據支撐。

2.2.2 電網GIS圖形

更新輸電線路相關的設備圖形和臺帳信息，實現電網設備設施的圖形、拓撲、設備臺帳的一體化維護，實現全線路橫向和縱向的“一張網”，利用電網GIS圖，為輸電線路巡視提供圖形數據支撐,如圖2所示。

圖2 電網GIS圖形

2.3 三維建模

通過攝像機拍攝到的多角度畫面，可以對桿塔、線路進行精細建模。根據拍攝到畫面的清晰度不同，模型的細節會隨著提升或降低。以三維的方式對桿塔、線路進行精細建模，然后將三維模型導入VR虛擬場景中，從而進行三維仿真虛擬線路。三維模型系統架構圖,如圖3所示。

圖3 三維模型系統架構圖

2.3.1 關鍵程序

(1) VR交互

private void Dispose(bool disposing)

{

SteamVR_Events.Initializing.Remove(OnInitializing);

SteamVR_Events.Calibrating.Remove(OnCalibrating);

SteamVR_Events.OutOfRange.Remove(OnOutOfRange);

SteamVR_Events.DeviceConnected.Remove(OnDeviceConnected);

SteamVR_Events.NewPoses.Remove(OnNewPoses);

_instance = null;

}

(2) VR巡線

public void JianDaoMoNi()

{

Cube.transform.localRotation = Quaternion.Euler(0f, 0f, 0f);

Cube.transform.position = new Vector3(60199.04f, 0.75f, 60020.57f);

this.gameObject.transform.parent.gameObject.SetActive(false);

}

2.3.2 環境搭建及建模

通過人工手動制作的方式，針對圖片外形和多角度細節進行針對性建模。建模示例圖,如圖4所示。

圖4 桿塔細節

將桿塔上每一個部件，包括塔身、塔座、塔頂、絕緣子串、防震錘、跳線等內容，并將實際線路走向繪制出,如圖5所示。

圖5 線路細節

按照圖片材料的現場環境，繪制真實桿塔，包括但不限于：上字型、叉骨型、貓頭型、V字型、干字型、酒杯型，桿塔類別包括但不限于：直線塔、耐張塔、轉角塔、終端桿塔等。

2.4 VR虛擬巡檢

搭建VR環境，佩戴VR感知設備，進入虛擬巡檢系統，獲得沉浸式體驗。

在VR場景下模擬真實巡檢環境，增加優化內容，包括一鍵傳送、一鍵切換、地面及空中巡檢等方式。在VR的環境中，可以獲得真實桿塔走入的體驗，仿佛在真實現場中步入桿塔線路。

巡檢示例圖,如圖6所示。

圖6 地面VR式巡檢

可以切換在地面上，走到具體桿塔下方或四周，對桿塔情況進行巡視。通過真實桿塔現場布置的監控攝像機，一鍵切換至監控攝像機實時視頻畫面，觀察該桿塔在當前時間下，現場的情況。

空中巡檢示例圖,如圖7所示。

圖7 空中VR式巡檢

通過VR手持設備一鍵切換空中無人機巡檢線路，并且可以通過切換桿塔上或者周圍布置的監控攝像機，對桿塔上當前時間下的線路實景進行巡檢。

3 總結

在VR環境中，可以獲得真實桿塔走入的體驗，對員工進行設置巡檢中常見的問題點，可以在任何條件下進行仿真培訓，可以大幅提高員工巡檢經驗。配合現場的監控攝像頭，可以隨時隨地通過手機對桿塔周邊情況進行查看，并可以通過外置喇叭進行警示，實現足不出戶的全天監控，24小時保障高危區域安全。優點體現在如下幾個方面：

(1) VR虛擬巡檢，以沉浸式體驗帶來現場實地巡檢的效果，節省了以往輸電線路巡檢的人力物力成本；

(2) VR虛擬巡檢，可以通過一鍵瞬移的方式行進，比較過去的巡檢需要翻山越嶺，極大地減輕了工作負荷；

(3) VR虛擬巡檢，對于現場的真實環境一方面可以通過虛擬環境的模擬實現，另一方面可以通過現場的監控攝像機實時預覽現場畫面，相較于過去的畫面預覽方式，擁有操作上的便捷、體驗更真實、預覽實時性更高等優點。