基于精確坐標(biāo)的特高壓變電站三維實(shí)景現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員定位系統(tǒng)研究

張毅+胡俊華+彭晨光

摘 要：基于精確坐標(biāo)的特高壓變電站三維實(shí)景現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員定位系統(tǒng)是通過(guò)基于變電站三維實(shí)景的激光點(diǎn)云的空間坐標(biāo)系統(tǒng)，將空間定位傳輸裝置融合與檢修作業(yè)人員日常佩戴的安全帽（或服裝、腰帶等）進(jìn)行精確定位。從而可加強(qiáng)檢修期間作業(yè)人員區(qū)域管控，提高檢修作業(yè)安全管控水平。

關(guān)鍵詞：精確坐標(biāo) 三維實(shí)景 人員定位系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（c）-0001-02

交直流特高壓變電站運(yùn)維管理要求高，檢修作業(yè)的專(zhuān)業(yè)化程度高，安全運(yùn)維責(zé)任重大。隨著變電站管理智能化水平的提高，對(duì)變電站人身安全智能化預(yù)防和管理手段也提出了更高的要求。通過(guò)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工監(jiān)控的手段已經(jīng)無(wú)法做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)時(shí)提醒。目前采用全新的基于空間精確坐標(biāo)的變電站實(shí)景建模技術(shù)，通過(guò)開(kāi)展電力大數(shù)據(jù)融合變電站精確空間位置三維實(shí)景及安全防控的應(yīng)用拓展，提高電力三維全景數(shù)據(jù)智能融合的感知精度、呈現(xiàn)細(xì)節(jié)以及功能健碩性，并結(jié)合智能可穿戴設(shè)備的實(shí)時(shí)定位交互功能，實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全的實(shí)時(shí)分析和預(yù)警成為新的發(fā)展方向。本文研究的重點(diǎn)是一套基于精確坐標(biāo)的特高壓變電站三維實(shí)景現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員定位系統(tǒng)，提高特高壓變電站安全管理工作的效率和智能化水平。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目該系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)變電站三維激光掃描，獲取了包括設(shè)備、建筑等全部精確空間坐標(biāo)的點(diǎn)云信息。然后將變電站三維實(shí)景的激光點(diǎn)云進(jìn)行重構(gòu)，再基于點(diǎn)云環(huán)境精確的空間坐標(biāo)信息為參照系，將空間定位傳輸裝置融合與作業(yè)人員智能可穿戴設(shè)備進(jìn)行精確定位。

智能可穿戴設(shè)備是一種可以穿在身上或貼近身體并能發(fā)送和傳遞信息的設(shè)備，比如作業(yè)人員日常佩戴的安全帽（或服裝、腰帶等）。基于精確坐標(biāo)的變電站三維實(shí)景現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員定位系統(tǒng)將對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)人員進(jìn)行標(biāo)識(shí)和軌跡跟蹤，并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)、后臺(tái)、遠(yuǎn)端三級(jí)智能報(bào)警功能，從而可加強(qiáng)檢修期間作業(yè)人員區(qū)域管控，提高檢修作業(yè)安全管控水平。

本系統(tǒng)在電力生產(chǎn)運(yùn)行管理水平的提升和變電設(shè)備維護(hù)成本的降低及變電運(yùn)行可靠性的提高上可以有以下作用：

（1）構(gòu)建精確真實(shí)重構(gòu)場(chǎng)景的多系統(tǒng)、跨平臺(tái)統(tǒng)一監(jiān)控。

（2）提高工作效率，減輕運(yùn)行檢修人員的工作負(fù)擔(dān)。

（3）克服多系統(tǒng)信息孤島、增強(qiáng)對(duì)設(shè)備統(tǒng)一、多系統(tǒng)的分析、診斷。

2 系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

點(diǎn)云平臺(tái)是可視化管理的基礎(chǔ)，基于點(diǎn)云環(huán)境精確的空間坐標(biāo)信息為參照系，將空間定位傳輸裝置融合與檢修作業(yè)人員日常佩戴的安全帽中進(jìn)行精確定位成為可行。空間定位傳輸裝置還可與檢修作業(yè)人員的服裝、腰帶等進(jìn)行融合，體現(xiàn)充分的可穿戴特性。不僅如此，空間定位傳輸裝置還可融合聲光報(bào)警器，越過(guò)安全區(qū)域時(shí)可及時(shí)發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)就地告警。

變電站中作業(yè)人員定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包括兩部分：

第一部分是通過(guò)三維掃描和三維重構(gòu)實(shí)現(xiàn)全站數(shù)字化，以具備精確三維空間坐標(biāo)的實(shí)景點(diǎn)云呈現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景，全方位提高變電站的信息感知深度和廣度，形成變電站三維實(shí)景智能監(jiān)控平臺(tái)。

實(shí)景復(fù)刻技術(shù)是進(jìn)行三維重構(gòu)（重建）、數(shù)字建模的一種新技術(shù)，它以非接觸性、高密度、高精度、數(shù)字化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，被廣泛用于許多領(lǐng)域。三維激光掃描能快速獲得原始的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并能完整高精度地重建實(shí)體。通過(guò)沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)交互界面，綜合利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，創(chuàng)建出一種具備空間坐標(biāo)的三維重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)精確化的多維矢量信息空間。

第二部分是依托人員精確定位裝置，該裝置由基站、移動(dòng)站、天線(xiàn)組成。

定位技術(shù)是由于對(duì)軌跡追蹤的需求發(fā)展而來(lái)，在這方面有兩種主流技術(shù)手段：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）和基于RFID的射頻無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)。當(dāng)前廣泛應(yīng)用的GNSS主要包括美國(guó)的GPS、歐洲的Galileo、俄羅斯的GLONASS和中國(guó)的北斗系統(tǒng)，可以滿(mǎn)足對(duì)精度較高的定位需求；在基于RFID的射頻無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)中，位置解算功能由RFID實(shí)現(xiàn)，算法有圓周定位算法、LANDMARC算法、信號(hào)達(dá)到角度（AOA）定位算法等，相較而RFID射頻無(wú)線(xiàn)定位的精度較低，還需考慮碰撞檢測(cè)。

本系統(tǒng)采用高精度差分定位技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)佩戴智能可穿戴設(shè)備（移動(dòng)站）的各類(lèi)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，追蹤軌跡?？臻g定位傳輸裝置體積小巧功耗低，配備GPS/北斗等多模多頻GNSS精確定位模塊，采用當(dāng)前主流的室外高精度差分定位技術(shù)，滿(mǎn)足接收衛(wèi)星定位信號(hào)并將坐標(biāo)信息回傳至變電站三維實(shí)景智能監(jiān)控平臺(tái)。同時(shí)，定位裝置支持按設(shè)定間隔時(shí)間與GPS/北斗衛(wèi)星對(duì)時(shí)，確?？纱┐髟O(shè)備的“空間+時(shí)間”雙準(zhǔn)，見(jiàn)圖1。

3 系統(tǒng)功能

融合可穿戴設(shè)備（智能定位安全帽），便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員管控，支持變電站三維實(shí)景智能可視化安全防控增值應(yīng)用。在三維實(shí)景中顯示佩戴智能安全帽的作業(yè)人員身份、當(dāng)前所處的精確空間位置，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡刻畫(huà)。并且可回放作業(yè)人員的歷史行動(dòng)軌跡，利于出現(xiàn)問(wèn)題后的原因追溯，見(jiàn)圖2、圖3。

同時(shí)系統(tǒng)還具備電子圍欄自動(dòng)防護(hù)報(bào)警功能，安全管理人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求在三維平臺(tái)中設(shè)定指定區(qū)域，當(dāng)作業(yè)人員進(jìn)入或離開(kāi)規(guī)定區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)告警提醒。該人員管控不僅加強(qiáng)了檢修期間作業(yè)人員區(qū)域管控，而且提高了檢修作業(yè)安全管理水平。

4 系統(tǒng)的意義

通過(guò)基于精確空間坐標(biāo)的三維實(shí)景一體化對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)智能管控的研究與應(yīng)用，可提高電力三維全景智能應(yīng)用生態(tài)圈的感知精度、應(yīng)用廣泛度、呈現(xiàn)細(xì)節(jié)以及功能健碩性，將獲得在電力檢修現(xiàn)場(chǎng)管理水平的優(yōu)化提升和變電設(shè)備檢修維護(hù)成本的降低及檢修作業(yè)安全性的極大提高。其作用如下：

（1）可對(duì)變電站各種情況下的現(xiàn)場(chǎng)檢修工況進(jìn)行準(zhǔn)確的全方位把握、直觀精確對(duì)應(yīng)三維實(shí)景融合。

（2）可有效減輕檢修作業(yè)管控人員的工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率和安全系數(shù)。

（3）可提升現(xiàn)場(chǎng)精確評(píng)估的精準(zhǔn)掌控能力，“料敵（事故苗頭）于先”，將不安全因素消弭于萌芽。

參考文獻(xiàn)

[1] 周冬成，鐘源，丁梁，等.三維實(shí)景技術(shù)在變電站的應(yīng)用[J].消費(fèi)電子，2014（20）：77.

[2] 謝俊祥，張琳.智能可穿戴設(shè)備及其應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)療器械信息，2015（3）：18-23.

[3] 楊西銀，劉江，田鋒，等.變電站三維可視化安全管理[J].電力安全技術(shù)，2016，18（8）：4-6.endprint