基于AR技術(shù)的變電站智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張聰斌 國網(wǎng)天津電力城南供電公司

智能變電站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層組成，能夠在變電站中有效共享電氣設(shè)備相關(guān)信息，構(gòu)建具有簡單操作特點的變電站。智能變電站能夠及時收集和掌握供電設(shè)施的數(shù)據(jù)，更科學(xué)地維護管理供電網(wǎng)絡(luò)，提升了電力供應(yīng)的速度，優(yōu)化了供電性能。

一、變電站智能巡檢技術(shù)

城軌變電站中主要的供配電設(shè)備安裝傳感器等在線監(jiān)測設(shè)備，在設(shè)備運行狀況下，可實時多通道連續(xù)采集能夠反映電力設(shè)備絕緣狀態(tài)的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)其數(shù)值大小及變化趨勢，實現(xiàn)對地鐵供電設(shè)備狀態(tài)的綜合數(shù)據(jù)分析與診斷，一旦發(fā)現(xiàn)異常狀況可以通過多種分析方法佐證故障的類型和狀態(tài)，從而給出準確的預(yù)判信息，為保證設(shè)備的正常運行、故障運行、超負荷運行等情況提供強有力的數(shù)據(jù)支持。智能巡檢系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，考慮系統(tǒng)整體的兼容性，地鐵供電設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)采用總線式的分層、分布、開放式設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)分為4層，分別為就地設(shè)備層、間隔層、站控層和線控層，層與層之間相對獨立。智能巡檢系統(tǒng)由兩大部分組成，一部分是在設(shè)備現(xiàn)場安裝的在線監(jiān)測采集裝置；另一部分是在線監(jiān)測系統(tǒng)后臺，該部分由后臺采集模塊組成。①供電設(shè)備終端監(jiān)測設(shè)備。線監(jiān)測設(shè)備包括交直流斷路器動作特性監(jiān)測裝置，干式變壓器局放監(jiān)測裝置，35kV開關(guān)柜SF6氣體壓力監(jiān)測裝置，交直流開關(guān)柜溫度監(jiān)測裝置，電纜局放在線監(jiān)測等數(shù)據(jù)采集裝置，各采集裝置在功能上相互獨立，直接在被監(jiān)測設(shè)備運行現(xiàn)場附近就地安裝，監(jiān)測到的各種信號現(xiàn)場就地數(shù)字化處理。②在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺。在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺由安裝在站控層的監(jiān)控主機及在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件組成。系統(tǒng)平臺預(yù)留與上一級遠程監(jiān)控平臺的接口，以及與變電站綜自系統(tǒng)的接口，對變電站所有就地智能監(jiān)測單元的測量控制、通信管理、數(shù)據(jù)收集、顯示、處理、存儲進行控制，并可將監(jiān)測結(jié)果和設(shè)備狀態(tài)傳輸?shù)缴弦患壪到y(tǒng)。

二、AR技術(shù)的變電站智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

（一）AR眼鏡

AR（Augmented Reality）是利用計算機生成一種逼真的視、聽、力、觸和動等感覺的虛擬環(huán)境，通過各種傳感設(shè)備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中，他是一種全新的人機交互技術(shù)，利用這樣一種技術(shù)，可以實現(xiàn)現(xiàn)場廠家與虛擬場景的疊加，形成一個全新的虛擬世界。AR的優(yōu)越性體現(xiàn)在實現(xiàn)虛擬實物和真實環(huán)境的結(jié)合，讓真實世界和虛擬物體共存，同時它實現(xiàn)了虛擬世界和真實世界的實時同步，滿足用戶在現(xiàn)實世界中真實地感受虛擬空間中模擬的事物，增強了使用的互動性。一個完整的AR系統(tǒng)包括計算機系統(tǒng)、視頻輸入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、動作捕獲跟蹤系統(tǒng)、視頻顯示系統(tǒng)、語音識別、圖像處理、網(wǎng)絡(luò)連接。AR眼鏡是一個高度集成的一體化AR設(shè)備，處理具備AR的基本功能外，還需要在輕便、易操作等各方面進行優(yōu)化提升。

（二）遠程協(xié)助的詳細工作流程

①作業(yè)人員攜帶AR眼鏡到現(xiàn)場作業(yè)，當碰到問題需要協(xié)助時，可以呼叫專家遠程協(xié)助，呼叫請求發(fā)送到遠程協(xié)助服務(wù)器。②如果有專家在線，專家會看到現(xiàn)場工作人員的請求，可以進入遠程協(xié)助，一個專家可以同時為多個。③專家進入遠程協(xié)助后，可以直接查看通過AR眼鏡傳回的現(xiàn)場實景，從而可以很方便地知曉當前作業(yè)的站、設(shè)備及現(xiàn)場問題信息。④專家可以通過文字、語音、或視頻通話方式與現(xiàn)場人員進行實時交流，了解故障詳細信息或者給出故障處理指導(dǎo)意見。專家可以通過設(shè)備運行信息庫，查詢設(shè)備的基本信息、設(shè)備運行歷史數(shù)據(jù)及設(shè)備關(guān)聯(lián)的技術(shù)文檔等信息，以這些信息加速故障定位及處理方法；專家可以通過專家知識庫，通過檢索方式檢索與現(xiàn)場故障類似的信息，尋找故障處理方法。⑤專家通過綜合現(xiàn)場傳回的實時信息及后端知識庫和運行庫的信息，給出處理方法和操作步驟，以文字、圖片、語音、視頻的方式發(fā)送給AR眼鏡。⑥現(xiàn)場人員，根據(jù)專家給出的處理方法和步驟進行處理，現(xiàn)場操作可通過視頻實時傳回專家終端，此時專家還可遠程監(jiān)視現(xiàn)場人員的操作，如發(fā)現(xiàn)作業(yè)人員誤操作或操作后的結(jié)果不符合預(yù)期。可立即指示終止現(xiàn)有操作，進行進一步分析并給出更有效的處理辦法。

（三）軌道避障

智能巡檢機器人前端裝有激光掃描障礙物系統(tǒng)。當智能巡檢機器人原地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向時，激光掃描指向路邊，倘若路邊有20cm以上的雜草或其他物品，智能巡檢機器人就會認為有障礙物而停在原地。解決方法如下。①修改轉(zhuǎn)向運動避障算法。在智能巡檢機器人原地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向時，關(guān)閉避障判斷，在完成轉(zhuǎn)向后再打開避障判斷，這樣就既可以避免轉(zhuǎn)向點附近雜物的影響，又可以確保直線前進時路上若有障礙物，可及時停車避讓。②修改直線運動避障算法。在直線運動時，若掃描到前方有障礙物，發(fā)信給運維人員，通知運維人員清理障礙或者人工控制避開障礙物。③加強智能巡檢機器人運行軌跡附近的環(huán)境維護。及時除去軌道附近過高的雜草，避免在軌道上堆積物品。若巡視路線上有檢修工作，在巡視任務(wù)中將該路段設(shè)為檢修區(qū)域，避免機器人進入檢修區(qū)域。

三、結(jié)束語

本文介紹了基于AR技術(shù)的變電站智能巡檢遠程協(xié)助系統(tǒng)，說明了系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及闡述了遠程協(xié)助系統(tǒng)在變電站智能巡檢中的應(yīng)用。基于AR技術(shù)的遠程協(xié)助系統(tǒng)，充分利用專家知識庫、運行信息庫及專家自身豐富的專業(yè)經(jīng)驗，為現(xiàn)場作業(yè)人員實時提供解決問題的思路和方法，并可監(jiān)視現(xiàn)場的每一步操作，可減少無操作的可能性。通過遠程協(xié)助系統(tǒng)大大提升了變電站巡檢的工作效率和降低安全事故發(fā)生的概率，從而節(jié)省了大量的人力成本。