MR技術提升變電站智能運檢建設的研究

王棨，趙豫京，聶翔，姚浩宇，江明

1.國網河南省電力公司，河南 鄭州，450000；2.國網河南省電力公司信息通信公司，河南 鄭州，450000；3.河南九域騰龍信息工程有限公司，河南 鄭州，450000

0 引言

隨著電網建設規模不斷擴大，現場設備更加復雜多樣，而后臺數據和現場聯系不緊密，使工作人員難以全面掌握設備參數和結構的問題，安全管控風險增加。MR技術是虛擬現實混合技術，該技術通過在虛擬環境中引入現實場景信息，在虛擬世界、現實世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，從而增強用戶體驗的真實感。通過3D建模，構建虛擬軟件平臺，穿戴MR眼鏡，電網運維人員眼前就可以同時呈現真實的設備與眼鏡提供的數據，從而全面把握設備狀態，直觀展示帶電部位，及時發現潛在隱患，實現可視化告警，輔助電網運維人員更好地做好變電站運檢工作。

1 MR技術簡介

隨著科技的快速發展和5G時代的到來，各行各業都將開展MR技術的研究和應用，是指通過計算機技術和可穿戴設備產生的一個真實與虛擬組合的、可人機交互的環境。MR（Mixed Reality），中文為混合現實。混合現實技術通過在現實環境中引入虛擬場景信息，在現實世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路，以增強用戶體驗的真實感，具有真實性、實時互動性以及構想性等特點。

MR，即是“混合現實”，是由“智能硬件之父”多倫多大學教授Steve Mann提出的介導現實，全稱Mediated Reality。VR是純虛擬數字畫面，而AR虛擬數字畫面加上裸眼現實，MR是數字化現實加上虛擬數字畫面。從概念上來說，MR與AR更為接近，都是一半現實一半虛擬影像，但傳統AR技術運用棱鏡光學原理折射現實影像，視角不如VR視角大，清晰度也會受到影響。MR混合現實技術結合了VR與AR的優勢，能更好地將AR技術體現出來。MR的核心技術是同步位置和映射（SLAM）一套用于定位一個人并同時映射環境的技術。為了在新的、未知的或不斷變化的環境中發揮作用，技術需要不斷的創建這些環境的地圖，然后定位和跟蹤一個人在其中的運動。采用圖像識別和深度傳感器數據的SLAM算法來計算用戶在物理世界中的位置。

2 MR在變電站智能巡檢簡述

變電站巡檢工作作為保證電力系統正常運行的重要工作，可以高效地維護檢修電力設備，在第一時間消除電力設備運行中隱藏的問題，從根本上提升電力設備的安全性、高效性和穩定性。但是，由于條件的限制，常規巡檢作業存在以下問題：（1）巡檢人員攜帶多種設備，雙手被占用，妨礙檢查；

（2）無法實時了解巡檢人員狀態；（3）現場發現問題反饋溝通方式有限；（4）漏檢、錯檢時有發生；（5）巡檢過程難以追蹤，巡檢結果無保障；（6）巡檢結果不夠直觀、可視化。

采用雙目MR眼鏡，結合可視化巡檢、自動測溫、測振，實時記錄反饋，缺陷自動派發工單，遠程專家診斷系統幫助一線人員快速處理問題[1]。

3 變電站智能化建設需求

3.1 智能巡檢業務能力提升建設需求

目前，智能巡檢方面的應用主要集中在人工智能視頻識別巡檢、手持移動終端巡檢、智能機器人巡檢三方面，包含人工智能圖片識別、RFID感知巡檢、機器人巡檢等，主要巡檢模式仍以傳統人工抄錄與手持終端巡檢為主，巡檢質量主要取決人員個人能力水平，該方式存在巡檢周期長、人工判斷存在誤差、高點特殊位置難以巡檢等實施痛點。傳統的人工巡檢模式與新形勢下電網規模之間的矛盾愈加突出，亟需尋求一種具備智能性、精準性、實時性、科學性的智能立體聯合巡檢系統代替傳統的人工巡檢模式。

3.2 數字化智能化變電站建設需求

隨著大數據、物聯網、移動互聯、虛擬電廠等新式技術的快速發展和移動智能設備的迅速普及，為進一步深入推進數字化智能化電站建設，探索移動互聯與智能感知技術在變電站智能巡檢領域的應用，提升抽水電站智能巡檢質效，建議開展變電站智能巡檢導航與人員定位系統研究與應用，利用增強現實技術、人工智能、物聯網等多種技術手段，構建集智能巡檢人機交互、移動互聯、智能感知、定位導航、行為管控于一體的智能巡檢體系，改變傳統管理方式，通過新技術手段，提高巡檢質量，及時記錄和分析設備缺陷和隱患，避免巡檢不到位或不及時等現象，推進本質安全型電站建設[2]。

4 建設內容

以遠程監控為目的的MR智能巡檢系統對項目生產過程中的設備狀態進行實時監控與三維動態展示，電網人員無需進入廠區內部即可快速查看設備狀態，對人員保護能夠起到非常良好的幫助。智能監控系統可根據設備歷史故障數據自動設定工作報警閾值，出現異常狀態即可實時預警報警，及時提醒電氣工程師前往廠區關注設備狀態，提前消除設備安全隱患與異常故障。且智能巡檢系統可以幫助現場工程師快速檢測故障原因并將故障畫面實時同步傳輸至設備廠家處，對設備故障的遠程技術支持、故障排除等能夠起到良好的輔助作用。

4.1 巡檢數字孿生體系

在變電站設備層的典型應用基于單體設備的三維及精細化模型構建，數據匯集、融合，實現基于人機友好互動的電站重點設備個性化管理；在孿生數據的驅動下實現虛擬設備與物理設備同步運行，產生設備評估、故障預測及維修驗證等數據；基于橫向比較，進而實現基于物物互動的電網設備集群化自主診斷功能，實現設備診斷決策從個體化到集群化的演變；依托遠程多維數據模型及數據挖掘，實現設備多維度數據綜合分析，實現巡視人員巡視軌跡的實時記錄，做到事前計劃、事后檢查，避免巡視不到位；同時對巡檢軌跡進行規范化指導，確保巡視安全。MR智能巡檢系統架構圖如圖1所示。

圖1 MR 智能巡檢系統架構圖

4.2 網絡架構

MR智能眼鏡通過內置的加裝加密模塊后接入站內網絡，經由UFP數據本地卸載，通過防火墻、安全接入網關后進入站內本地數據網，最后將數據回傳至站內MR系統平臺[3]。MR智能眼鏡部署網絡架構如圖2所示。

圖2 MR 智能眼鏡部署網絡架構

4.3 巡檢即時處置策略自動生成模塊

利用基于海量數據的設備臺賬、歷史故障缺陷、歷史試驗數據、監控數據等，研究和構建基于歷史和狀態監控的設備狀態預測模型，實現設備異常即時分析診斷和預測，搭建設備多源信息狀態庫，建立高效多級狀態檢測數據綜合索引模型，將狀態檢測數據從設備基礎數據、運行數據、監控數據等維度進行狀態數據建模。

4.4 數字化臺賬建設

（1）三維模型采集，采用三維激光掃描儀對變電站示范區域開展覆蓋式掃描，并在掃描儀上輸入對應的坐標，引入對應的地理坐標信息，形成具有點坐標的變電站設備數字化身份證。（2）制定巡檢線路，并依次掃描對應的設備、銘牌、儀表等信息。（3）制作關聯表，將示范區采集到的設備、銘牌、儀表等點坐標身份證現場設備的臺賬進行綁定，形成具有關聯表信息的設備數字化身份證。（4）模型綁定，將這些具備關聯表信息的設備數字化身份證與3D模型進行綁定，并在三維可視化平臺上面進行顯示[4]。

4.5 設備的狀態監測

通過對變電站示范區內設備安裝部署高清紅外攝像頭、電纜接頭溫度傳感器、電纜溝水浸傳感器等感知設備，為變電站設備的在線分析、運行管理、故障預警等業務開展提供支撐，提高變電站設備運行管理水平。通過軟件平臺三維技術進行感知設備狀態信息的加載，真正實現了變電站設備的足不出戶在線監測、實時告警、全景展現。

4.6 智能巡檢系統功能

（1）遠程在線協作功能，可以通過呼叫功能實現一對一指導，在會話過程中可以進行語音和文字互動。（2）標準作業功能：用戶可以根據作業內容，將步驟、提示文字、提示圖片等編輯到巡檢標準作業流程中。（3）在線知識庫功能：用戶在巡檢過程中，可在線開啟知識庫，查找巡檢相關設備資料與操作資料。

4.7 智能運檢

（1）人工智能分析，綜合利用變電站設備信息、運行信息、環境信息及歷史故障告警數據和缺陷數據，開展多傳感器多參量的協同感知，通過人工智分析處理，給出配網故障原因分析結果，通過主站數據控制中心對各個傳感器裝置上傳的數據進行計算處理，按照相應的處理方法，得到更為準確的判斷值。

（2）MR智能巡檢，電力運維人員穿戴上MR設備，可以從系統內下載變電站示范區域巡檢的任務，按照巡檢任務，通過語音識別交互，做好每個巡視點的工作巡視記錄，在線提交巡視任務。如果在巡視中發現異常告警，可通過MR穿戴設備（MR眼鏡）連線后臺專家，共享變電站設備異常信息數據，專家根據現場提供的異常數據信息和現場的照片進行在線診療，并給出消缺辦法，指導運維人員進行現場消缺工作，當運維人員消缺完成后，在線提交本次消缺的全部視頻資料，匯報消缺任務完成，根據語音提示信息進行巡檢[5]。

（3）巡檢流程實例，通過MR系統平臺配置的各種點巡檢、作業指導、設備信息、設備維修等工作流程可快速發布至一線作業人員設備終端，作業人員可根據終端設備提示性的流程步驟完成相關作業任務，可實現對現場員工的快速賦能，且在執行任務工作過程中終端設備可執行第一視角的音視頻采集，保障業務過程可追溯。MR巡檢管理流程圖如圖3所示。

圖3 MR 巡檢管理流程圖

5 建設成效

結合變電站實際需求，開展MR技術與變電站智能巡檢業務的提升深度業務邏輯與三維可視化技術，提供全產業鏈的數字孿生一站式服務。并通過數據挖掘和IOT（電力物聯網）技術為數據賦能，驅動“智能+”在各個細分領域的滲透，助力變電站智能巡檢并快速形成決策，解決人工研判時存在的人工遺漏、誤判等問題。及時發現設備異常，減少人員巡檢次數，提升智能化運檢水平。MR設備在線識別圖如圖4所示。

圖4 MR 設備在線識別圖

6 結語

通過MR、3D建模和人工智能等技術，輔助變電站工作人員全面掌握變電站設備運行參數，實現變電站內設備安全、人員安全、環境安全的全方位管控，以及變電站立體式全方位巡檢，完成了MR技術助力變電站智能化的提升。同時，通過MR眼鏡可以用全息影像的形式進行設備結構分解，快速定位、精準指引，分步驟接受專家指導，極大地提高了作業安全性。MR技術與電網業務的融合應用作為電網智能化和數字化建設的重要實踐，將進一步推動電網智能化發展。