基于AR技術(shù)的變電站智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張聰斌 國(guó)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(jiǎn)單操作特點(diǎn)的變電站。智能變電站能夠及時(shí)收集和掌握供電設(shè)施的數(shù)據(jù)，更科學(xué)地維護(hù)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(cè)設(shè)備，在設(shè)備運(yùn)行狀況下，可實(shí)時(shí)多通道連續(xù)采集能夠反映電力設(shè)備絕緣狀態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)其數(shù)值大小及變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)多種分析方法佐證故障的類型和狀態(tài)，從而給出準(zhǔn)確的預(yù)判信息，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行、故障運(yùn)行、超負(fù)荷運(yùn)行等情況提供強(qiáng)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(jì)，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(duì)獨(dú)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(chǎng)安裝的在線監(jiān)測(cè)采集裝置；另一部分是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后臺(tái)，該部分由后臺(tái)采集模塊組成。①供電設(shè)備終端監(jiān)測(cè)設(shè)備。線監(jiān)測(cè)設(shè)備包括交直流斷路器動(dòng)作特性監(jiān)測(cè)裝置，干式變壓器局放監(jiān)測(cè)裝置，35kV開關(guān)柜SF6氣體壓力監(jiān)測(cè)裝置，交直流開關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)裝置，電纜局放在線監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)采集裝置，各采集裝置在功能上相互獨(dú)立，直接在被監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)附近就地安裝，監(jiān)測(cè)到的各種信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)就地?cái)?shù)字化處理。②在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)由安裝在站控層的監(jiān)控主機(jī)及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件組成。系統(tǒng)平臺(tái)預(yù)留與上一級(jí)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的接口，以及與變電站綜自系統(tǒng)的接口，對(duì)變電站所有就地智能監(jiān)測(cè)單元的測(cè)量控制、通信管理、數(shù)據(jù)收集、顯示、處理、存儲(chǔ)進(jìn)行控制，并可將監(jiān)測(cè)結(jié)果和設(shè)備狀態(tài)傳輸?shù)缴弦患?jí)系統(tǒng)。

二、AR技術(shù)的變電站智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）AR眼鏡

AR（Augmented Reality）是利用計(jì)算機(jī)生成一種逼真的視、聽、力、觸和動(dòng)等感覺的虛擬環(huán)境，通過(guò)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(jī)交互技術(shù)，利用這樣一種技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)廠家與虛擬場(chǎng)景的疊加，形成一個(gè)全新的虛擬世界。AR的優(yōu)越性體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)物和真實(shí)環(huán)境的結(jié)合，讓真實(shí)世界和虛擬物體共存，同時(shí)它實(shí)現(xiàn)了虛擬世界和真實(shí)世界的實(shí)時(shí)同步，滿足用戶在現(xiàn)實(shí)世界中真實(shí)地感受虛擬空間中模擬的事物，增強(qiáng)了使用的互動(dòng)性。一個(gè)完整的AR系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、視頻輸入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、動(dòng)作捕獲跟蹤系統(tǒng)、視頻顯示系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別、圖像處理、網(wǎng)絡(luò)連接。AR眼鏡是一個(gè)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(jìn)行優(yōu)化提升。

（二）遠(yuǎn)程協(xié)助的詳細(xì)工作流程

①作業(yè)人員攜帶AR眼鏡到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，當(dāng)碰到問(wèn)題需要協(xié)助時(shí)，可以呼叫專家遠(yuǎn)程協(xié)助，呼叫請(qǐng)求發(fā)送到遠(yuǎn)程協(xié)助服務(wù)器。②如果有專家在線，專家會(huì)看到現(xiàn)場(chǎng)工作人員的請(qǐng)求，可以進(jìn)入遠(yuǎn)程協(xié)助，一個(gè)專家可以同時(shí)為多個(gè)。③專家進(jìn)入遠(yuǎn)程協(xié)助后，可以直接查看通過(guò)AR眼鏡傳回的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景，從而可以很方便地知曉當(dāng)前作業(yè)的站、設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題信息。④專家可以通過(guò)文字、語(yǔ)音、或視頻通話方式與現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)交流，了解故障詳細(xì)信息或者給出故障處理指導(dǎo)意見。專家可以通過(guò)設(shè)備運(yùn)行信息庫(kù)，查詢?cè)O(shè)備的基本信息、設(shè)備運(yùn)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(guò)專家知識(shí)庫(kù)，通過(guò)檢索方式檢索與現(xiàn)場(chǎng)故障類似的信息，尋找故障處理方法。⑤專家通過(guò)綜合現(xiàn)場(chǎng)傳回的實(shí)時(shí)信息及后端知識(shí)庫(kù)和運(yùn)行庫(kù)的信息，給出處理方法和操作步驟，以文字、圖片、語(yǔ)音、視頻的方式發(fā)送給AR眼鏡。⑥現(xiàn)場(chǎng)人員，根據(jù)專家給出的處理方法和步驟進(jìn)行處理，現(xiàn)場(chǎng)操作可通過(guò)視頻實(shí)時(shí)傳回專家終端，此時(shí)專家還可遠(yuǎn)程監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)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?？闪⒓粗甘窘K止現(xiàn)有操作，進(jìn)行進(jìn)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(jī)器人前端裝有激光掃描障礙物系統(tǒng)。當(dāng)智能巡檢機(jī)器人原地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向時(shí)，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(jī)器人就會(huì)認(rèn)為有障礙物而停在原地。解決方法如下。①修改轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)避障算法。在智能巡檢機(jī)器人原地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向時(shí)，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(diǎn)附近雜物的影響，又可以確保直線前進(jìn)時(shí)路上若有障礙物，可及時(shí)停車避讓。②修改直線運(yùn)動(dòng)避障算法。在直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，若掃描到前方有障礙物，發(fā)信給運(yùn)維人員，通知運(yùn)維人員清理障礙或者人工控制避開障礙物。③加強(qiáng)智能巡檢機(jī)器人運(yùn)行軌跡附近的環(huán)境維護(hù)。及時(shí)除去軌道附近過(guò)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(jī)器人進(jìn)入檢修區(qū)域。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了基于AR技術(shù)的變電站智能巡檢遠(yuǎn)程協(xié)助系統(tǒng)，說(shuō)明了系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及闡述了遠(yuǎn)程協(xié)助系統(tǒng)在變電站智能巡檢中的應(yīng)用?；贏R技術(shù)的遠(yuǎn)程協(xié)助系統(tǒng)，充分利用專家知識(shí)庫(kù)、運(yùn)行信息庫(kù)及專家自身豐富的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員實(shí)時(shí)提供解決問(wèn)題的思路和方法，并可監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的每一步操作，可減少無(wú)操作的可能性。通過(guò)遠(yuǎn)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。