AR-VR與GIS技術(shù)在輸電線路巡線中應(yīng)用

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(安徽繼遠(yuǎn)軟件有限公司，合肥 230088)

0 引言

輸電線路分布點(diǎn)多，面積廣，所處地形復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣，桿塔附件長(zhǎng)期暴露在野外，受到持續(xù)的機(jī)械張力、雷擊閃絡(luò)、材料老化、人為影響而產(chǎn)生倒塔、斷股、磨損、腐蝕等損壞，必須及時(shí)對(duì)其修復(fù)和更換，為保證高壓輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)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(shù)仍采用傳統(tǒng)的人工巡視進(jìn)行，即沿輸電線路逐塔巡視的作業(yè)方式，此種巡檢方式缺點(diǎn)是作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、巡檢效率低、存在巡檢盲區(qū)且費(fèi)用高危險(xiǎn)性大。特別是跨山、跨江、地勢(shì)險(xiǎn)峻等復(fù)雜環(huán)境下的線路，巡檢難度極大。利用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行輸電線路巡視已不在滿足電網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)代化管理需要，劣勢(shì)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1) 獲取線路隱患不及時(shí)。利用傳統(tǒng)人工巡檢方式，時(shí)間上存在一定的滯后性，導(dǎo)致隱患得不到及時(shí)跟蹤解決，產(chǎn)生重大事故的幾率會(huì)大大增加。

(2) 巡檢工作效率低下。對(duì)于偏遠(yuǎn)的山區(qū)、跨江跨河等輸電線路，人跡罕至，環(huán)境復(fù)雜，巡視人員攀爬鐵塔、帶電登高作業(yè)，遇到緊急情況，后果嚴(yán)重，且人工作業(yè)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性高、工作效率低等。

(3) 任務(wù)搶修和調(diào)度不及時(shí)。設(shè)備隱患無(wú)法獲取，導(dǎo)致?lián)屝迲?yīng)急反應(yīng)速度不及時(shí)，事故處理細(xì)節(jié)無(wú)法掌控，不能進(jìn)行有效跟蹤分析，大大增加投訴率。

上述問(wèn)題，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱AR)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱VR)與GIS技術(shù)在輸電線路巡檢中集成和應(yīng)用研發(fā)主要內(nèi)容是通過(guò)在桿塔現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行采集，將數(shù)據(jù)回傳到后臺(tái)，并對(duì)輸電線路桿塔設(shè)備進(jìn)行三維化和虛擬化，最后利用AR-VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)線路的沉浸式體驗(yàn)，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況進(jìn)行巡視查看，同時(shí)可以查看設(shè)備資產(chǎn)信息及氣象情況。

1 AR-VR與GIS技術(shù)在輸電線路巡線中應(yīng)用

利用AR、VR和GIS技術(shù)，通過(guò)攝像機(jī)等拍攝手段，將拍攝到的圖形圖像數(shù)據(jù)直接進(jìn)行人工三維建模，從而直觀地顯示線路走向、線路環(huán)境等實(shí)時(shí)虛擬圖像信息。

1.1 AR-VR模塊

在利用AR-VR模塊時(shí)，利用攝像機(jī)、GPS終端等數(shù)據(jù)采集終端獲取輸電線路桿塔、走向、環(huán)境、光信息及其他實(shí)體色彩信息，采集搜集的信息經(jīng)內(nèi)業(yè)處理后傳輸至增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)模塊中。傳輸?shù)紸R模塊中的信息經(jīng)虛擬處理后的巡線方案模型疊加到線路的真實(shí)環(huán)境中。VR模塊則將整個(gè)輸電線路走向、環(huán)境等信息進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的展示，同步將信息傳輸?shù)紸R模塊中，巡視人員可以通過(guò)AR顯示器展現(xiàn)出虛擬數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景完全融合從而得到線路巡視的體驗(yàn)環(huán)境,如圖1所示。

2.2 PMS系統(tǒng)

設(shè)備(資產(chǎn))運(yùn)維精益管理系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱PMS)，PMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)包括海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括電網(wǎng)GIS圖形數(shù)據(jù)、輸電線路設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)等，為應(yīng)用提供基礎(chǔ)平臺(tái)支撐。

圖1 增強(qiáng)虛擬交互

2.2.1 臺(tái)賬數(shù)據(jù)推送

實(shí)現(xiàn)設(shè)備臺(tái)賬在底層數(shù)據(jù)上的推送，推送數(shù)據(jù)主要包括

臺(tái)賬、數(shù)據(jù)表字段、字段類型格式、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)碼表值等。從而為輸電線路巡視提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2.2.2 電網(wǎng)GIS圖形

更新輸電線路相關(guān)的設(shè)備圖形和臺(tái)帳信息，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備設(shè)施的圖形、拓?fù)?、設(shè)備臺(tái)帳的一體化維護(hù)，實(shí)現(xiàn)全線路橫向和縱向的“一張網(wǎng)”，利用電網(wǎng)GIS圖，為輸電線路巡視提供圖形數(shù)據(jù)支撐,如圖2所示。

圖2 電網(wǎng)GIS圖形

2.3 三維建模

通過(guò)攝像機(jī)拍攝到的多角度畫(huà)面，可以對(duì)桿塔、線路進(jìn)行精細(xì)建模。根據(jù)拍攝到畫(huà)面的清晰度不同，模型的細(xì)節(jié)會(huì)隨著提升或降低。以三維的方式對(duì)桿塔、線路進(jìn)行精細(xì)建模，然后將三維模型導(dǎo)入VR虛擬場(chǎng)景中，從而進(jìn)行三維仿真虛擬線路。三維模型系統(tǒng)架構(gòu)圖,如圖3所示。

圖3 三維模型系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3.1 關(guān)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(huán)境搭建及建模

通過(guò)人工手動(dòng)制作的方式，針對(duì)圖片外形和多角度細(xì)節(jié)進(jìn)行針對(duì)性建模。建模示例圖,如圖4所示。

圖4 桿塔細(xì)節(jié)

將桿塔上每一個(gè)部件，包括塔身、塔座、塔頂、絕緣子串、防震錘、跳線等內(nèi)容，并將實(shí)際線路走向繪制出,如圖5所示。

圖5 線路細(xì)節(jié)

按照?qǐng)D片材料的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，繪制真實(shí)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(zhuǎn)角塔、終端桿塔等。

2.4 VR虛擬巡檢

搭建VR環(huán)境，佩戴VR感知設(shè)備，進(jìn)入虛擬巡檢系統(tǒng)，獲得沉浸式體驗(yàn)。

在VR場(chǎng)景下模擬真實(shí)巡檢環(huán)境，增加優(yōu)化內(nèi)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(huán)境中，可以獲得真實(shí)桿塔走入的體驗(yàn)，仿佛在真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)桿塔情況進(jìn)行巡視。通過(guò)真實(shí)桿塔現(xiàn)場(chǎng)布置的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，一鍵切換至監(jiān)控?cái)z像機(jī)實(shí)時(shí)視頻畫(huà)面，觀察該桿塔在當(dāng)前時(shí)間下，現(xiàn)場(chǎng)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(guò)VR手持設(shè)備一鍵切換空中無(wú)人機(jī)巡檢線路，并且可以通過(guò)切換桿塔上或者周圍布置的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，對(duì)桿塔上當(dāng)前時(shí)間下的線路實(shí)景進(jìn)行巡檢。

3 總結(jié)

在VR環(huán)境中，可以獲得真實(shí)桿塔走入的體驗(yàn)，對(duì)員工進(jìn)行設(shè)置巡檢中常見(jiàn)的問(wèn)題點(diǎn)，可以在任何條件下進(jìn)行仿真培訓(xùn)，可以大幅提高員工巡檢經(jīng)驗(yàn)。配合現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控?cái)z像頭，可以隨時(shí)隨地通過(guò)手機(jī)對(duì)桿塔周邊情況進(jìn)行查看，并可以通過(guò)外置喇叭進(jìn)行警示，實(shí)現(xiàn)足不出戶的全天監(jiān)控，24小時(shí)保障高危區(qū)域安全。優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1) VR虛擬巡檢，以沉浸式體驗(yàn)帶來(lái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地巡檢的效果，節(jié)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(guò)一鍵瞬移的方式行進(jìn)，比較過(guò)去的巡檢需要翻山越嶺，極大地減輕了工作負(fù)荷；

(3) VR虛擬巡檢，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)環(huán)境一方面可以通過(guò)虛擬環(huán)境的模擬實(shí)現(xiàn)，另一方面可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)實(shí)時(shí)預(yù)覽現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面，相較于過(guò)去的畫(huà)面預(yù)覽方式，擁有操作上的便捷、體驗(yàn)更真實(shí)、預(yù)覽實(shí)時(shí)性更高等優(yōu)點(diǎn)。