基于數字孿生技術的MR多場景電力業務應用研究

王慎杰 孫菲 白巖 馬劍 秦興邦

摘? 要：通過混合現實（MR）技術的在電網行業的應用，構造變電站三維模型、虛擬觸控、3D實景操作等一系列實用場景，以變電站智慧巡視、智享檢修、智能調度等為切入點，采用信息融合技術，將各種數據信息在可視化載體上進行綜合展現，以提供更先進、更直觀、更友好的工具和手段，全面輔助業務人員對設備進行實時監測和狀態評估，從而實現變電站的可視化智能化運維。

關鍵詞：MR技術;變電站設備;智慧巡視

引言

目前電網設備數量大種類多，運行信息量大，運檢業務任務重，人員有限，智能化要求水平高，建設進度急的情況，采用典設模型庫快速建模，保留設備有效空間幾何特征，結合點云與全景數據，接入運行數據監控狀態，輔助作業，使系統輕量化，運行性能有保障，復用性高，后續設備數字化成本成倍遞減，模式移植性強;集遠程運維，狀態實時感知、智能輔助作業一體，實現精確掌控、自動預警、智能抄表、MR巡視，極大程度上便捷一線員工運檢工作，能夠降本增效，且有助于提升變電站管理水平，具有顯著的先行示范效益。

1 整體架構

利用三維激光掃描技術實現快速建立電網模型，接入北斗定位數據、在線監測、環境監測、機房監控等系統數據，構建數字孿生電力云平臺，接入業務數據以及業務流程，構建包含電網設備全方位信息的業務支撐體系，利用5G技術將MR全息智能眼鏡與云平臺進行數據交換，虛實融合，在虛擬、現實和用戶之間搭起交互反饋的信息回路，從而實現多場景電力業務的應用。

1.1數字孿生全息變電站構建

利用三維激光掃描及設備典設模型庫技術快速建模，實現電網設備數字模型的低成本構建與迭代更新。依托數字孿生數字孿生云平臺集成多業務系統，對海量的實時運行數據進行切片、分層、梳理，便于集約化管理及狀態預警，提升人機交互體驗。依托電網設備全息數據模型及大數據分析，實現設備多維度數據綜合分析，進行電網設備的全域和全壽命周期管理。

1.2數字孿生運檢業務支撐

基于數字孿生設備模型及數字孿生云平臺進行狀態全息模擬及業務支撐。結合接入的各業務系統數據，實現歷史狀態數據的反演，構建設備狀態預警模型進行設備預警?；跀底謱\生云平臺實時數據的全息扁平集約化管控，對設備進行后臺運程運維。結合設備數字孿生全息模型設置安全作業電子圍欄，根據現場人員的實時位置與行為進行安全監控和預警。數字孿生云平臺與MR設備進行數據交互，支撐現場智能化移動作業開展。

1.3基于MR技術的電力業務應用

通過傳感器、邊緣計算模塊等對場景下的電網設備各項信息進行采集，形成3D數字資產錄入數字孿生云平臺后;通過MR智能眼鏡作為現場作業輔助終端，解決3D數字信息的顯示和交互問題;通過電網設備實體與MR顯示終端上的3D信息協同，對電網設備進行現場1：1數字化模擬，再對數字化模型進行預測、分析和操作時，設備實體及時予以反饋。

2建設內容

2.1數字孿生全息變電站構建

2.1.1設備模型快速構建

數字孿生設備本體初步構建過程中，采取三維激光掃描結合典設模型庫、現場全景以及設備圖紙等多源數據進行快速構建。后續設備變更異動時，研究采用現場巡視或攝像頭多角度拍攝照片重構三維模型進行局部設備模型的迭代更新。

2.1.2移動交互業務支撐

數字孿生云平臺與MR智能眼鏡進行數據交互，包括現場設備的工作票、操作票、歷史運檢數據、場景全息數據、設備內部結構空間數據、當前運檢作業引導操作3D虛擬過程動畫等數據，遇到復雜情況時亦可以通過語音視頻請求專家遠程指導，支撐現場智能化移動運檢作業開展。同時現場對設備數據的修正信息也同時能夠實時反饋回系統支撐數字孿生全息數據的完善變更。

2.2基于MR技術的電力業務應用

2.2.1智慧巡視

以往的巡視靠設備外觀、聲音、氣味等判斷設備狀態，沒有充分利用繼電保護、在線監測等數據輔助綜合分析。在巡視的過程中，能夠實時記錄工作人員的巡視軌跡、時間等相關信息，做到事前計劃、事后檢查，避免巡視不到位;同時通過厘米級的空間定位精度，對帶電區域進行警示提醒，實現整個巡視過程的安全與規范。本項目以實物ID與后臺數據查詢為支撐，利用MR在工作人員查看設備的同時，通過佩戴基于MR技術的全息智能眼鏡智能終端，在眼前實時展示運行參數、臺賬信息、檢修計劃、環境信息等數據，便于在巡視中全面把握設備狀態，及時發現潛在隱患。

2.2.2智享檢修

在檢修工作中，本項目以MR全息影像的方式，為作業人員提供了直觀、可視化的帶電部位和危險點展示，提高作業安全性;結合空間錨定位技術，利用全息影像對進行設備結構分解，實現檢修部位快速定位與檢修步驟精準指引，還可在遇到難題時接受專家的實時虛擬現場指導，推進工作開展。

2.2.3智能調度

監控中心的工作人員通過MR全息智能眼鏡終端，在3D顯示陣列中獲取智能化場景顯示，此智能化場景基于數字孿生電網，將實時數據與調度需求智能匹配，應用多種信息實時同步和融合技術，實現電網數據虛實信息的同步控制與展現，便于全面掌握電網運行情況。該技術可結合5G信息通信技術將以全息影像的方式發送調度令，直觀地指導運行人員進行倒閘操作，并提供監護;同時能夠提供保電計劃設計的設備巡視路徑;對發出異常告警信息的設備進行直觀的虛擬定位與實時狀態展示。

2.2.4全息培訓

通過對變電站設備如變壓器、母線、刀閘、斷路器等進行3D建模，模擬變電站仿真運行，實現變電站各種運行工況展示及日常維護操作，模擬變電站故障定位及事故處理，培訓學員通過頭盔顯示器等交互設備，實現與3D虛擬現實變電站場景設備的操作交互功能，改善培訓效果，從而有利于較快提升變電站設備維護人員技能。本項目比傳統方式更加直觀易用，可通過第一視角模式讓學員直觀地與培訓內容交互，也可通過第三視角模式進行知識講解，全面提升培訓效果。

2.2.5全景展示

根據真實的變電站場景，進行標準的三維建模，實現變電站的標準化改造和虛擬的全景場景漫游。本項目可利用基于MR智能眼鏡的虛擬沙盤結合投影向參觀者展示帶有實時數據流的全息影像，包括設備的全息數據展示、作業過程引導、設備內部結構分解以及遠程專家協助等，相比傳統方式更加便捷、直觀。

參考文獻

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