單兵移動作業(yè)終端技術在配網(wǎng)調度管理模式創(chuàng)新設計中的應用研究

劉艷生,王雪軍

（1．國網(wǎng)北京市電力公司通州供電公司，北京101100；2．國網(wǎng)北京市電力公司朝陽供電公司，北京100124）

1 引言

1.1 配網(wǎng)調度管理分析

配網(wǎng)調度管理主要指管理人員對配電網(wǎng)的日常運行操作以及供電線路故障檢修等工作的計劃安排和管理指導。按照業(yè)務類型可以細分為故障處理類調度管理和計劃檢修類調度管理以及日常系統(tǒng)操作維護類調度管理三大塊。其中故障處理類調度管理主要指配電線路出現(xiàn)異常狀態(tài)而引起的短路或超負荷、漏電等故障問題。計劃檢修類調度主要指有計劃有目的的安排配電線路的周期性停電性能檢查和故障處理，計劃性檢修調配是配電網(wǎng)日常業(yè)務的主要組成部分，也是預防配電網(wǎng)出現(xiàn)嚴重故障的主要手段。日常系統(tǒng)操作維護調度則主要指計劃性的對配電線路進行設備養(yǎng)護、設備調換或系統(tǒng)升級等操作[1]。配電網(wǎng)調度管理對象主要包括變電站日常運行人員、配電線路運行維護人員、電廠運行用戶等。其中配電網(wǎng)路運行人員則承擔了配電網(wǎng)路日常運作業(yè)務中的大部分。

1.2 單兵移動作業(yè)系統(tǒng)

單兵移動作業(yè)系統(tǒng)包括了可穿戴單兵智能設備、無線信息處理系統(tǒng)以及調度后臺管理系統(tǒng)組成。其中可穿戴智能設備則包括智能眼鏡、護目鏡、安全帽等AR 或VR真實信息的收集、量化和傳輸終端設備。無線信息處理系統(tǒng)則包括AR 設備與管理后臺之間進行信息交互時需要用到的硬件設備及軟件系統(tǒng)，例如電力公司內(nèi)部局域網(wǎng)系統(tǒng)、WIFI、4G 專網(wǎng)、配網(wǎng)調度信息管理系統(tǒng)等[2]。后臺管理系統(tǒng)則主要指單兵設備擴展應用的中樞指揮部分，后臺管理人員可以借助上述無線信息處理系統(tǒng)以及單兵作業(yè)智能終端來實現(xiàn)對單兵作業(yè)人員的遠程協(xié)助和指導。同時，單兵移動作業(yè)系統(tǒng)區(qū)別于一般作業(yè)模式的最主要優(yōu)勢在于其收集作業(yè)相關信息的準確性和實效性，以及后臺處理信息的高效性和一致性。采用每個單兵子系統(tǒng)與后臺指揮系統(tǒng)的信息交互，來完成調度、指揮、指導、管理力量的高度整合和統(tǒng)一，提高了整體調度管理決策的科學性和效率性。同時，單兵系統(tǒng)作為整個作業(yè)系統(tǒng)的一部分，也能借助智能終端設備幫助，方便快捷的向后臺指揮系統(tǒng)反饋更加全面、準確的現(xiàn)場作業(yè)信息。因此，單兵移動作業(yè)系統(tǒng)能夠有效的提高較為繁復的作業(yè)系統(tǒng)的靈活性、智能性和效率性[3]。

1.3 可穿戴智能終端技術

可穿戴智能終端技術主要指通過可穿戴技術將一些傳統(tǒng)的便攜工具及物品進一步智能化，通過針對性的擴展傳統(tǒng)工具及物品的實用功能，來實現(xiàn)該工具及物品的智能化。比如通過對眼鏡架的改造，在眼鏡架上安裝信息采集模塊和信息接收量化處理模塊以及信息顯示、傳輸、報警模塊。通過這些新增加的智能模塊來采集和佩戴人員周圍環(huán)境信息和人員體征信息，并對信息進行初步量化及判斷處理，根據(jù)信息初步處理結果，自動實時的進行信息處理結果的呈現(xiàn)、傳輸以及警報等功能[4]?？傮w來說，電力作業(yè)現(xiàn)場的可穿戴智能終端技術主要有3個方面的特點：第一，智能的人機交互功能。借由語音識別、自然語言處理等技術來實現(xiàn)語音或語言的無障礙實時人機信息交互。第二，準確的實時的用戶體征信息監(jiān)測分析能力。由于可穿戴智能終端設備一般由一線單兵作業(yè)人員隨身攜帶，因此設備能夠借由用戶體征探測模塊來實時的對用戶、體溫、心跳以及對話內(nèi)容、設備輸入內(nèi)容等體征信息的探查。采用技術分析手段對這些體征信息進行量化，使得后臺管理系統(tǒng)能夠實時掌握單兵作業(yè)人員的工作狀態(tài)。第三，更加真實準確的增強現(xiàn)實功能?？纱┐髦悄芙K端設備通過顯示屏、AR/VR技術等來完成對信息初步處理結果的立體化呈現(xiàn)，從而完成對作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境信息以及單兵作業(yè)人員個人作業(yè)狀況信息的提示、注釋以及輔助標記等功能[5]。

2 配網(wǎng)調度管理模式創(chuàng)新設計

2.1 設計智能配網(wǎng)接發(fā)指令體系

為了解決傳統(tǒng)調度管理模式的接發(fā)令體系擁堵問題，可以以進一步發(fā)揮單兵作業(yè)系統(tǒng)以及可穿戴智能終端技術優(yōu)勢為改進方向，重新設計一條更加智能化的配網(wǎng)接發(fā)令體系，將調度WEB終端模塊和單兵作業(yè)現(xiàn)場終端應用更加暢通有序的聯(lián)系起來，具體接發(fā)令體系設計思路[6]如圖1所示。借由這種無線的智能化的網(wǎng)絡發(fā)令架構來提高配網(wǎng)調度管理過程中的信息流轉效率。

圖1 信息交互體系設計思路

整個調度管理接發(fā)令流程則按照單兵作業(yè)系統(tǒng)特點進行針對性改良，具體流程[7]如圖2所示。

圖2 配網(wǎng)調度管理接發(fā)令體系運作流程圖

2.2 嚴格防控單兵現(xiàn)場作業(yè)風險

配網(wǎng)作業(yè)環(huán)境相對復雜、作業(yè)不可控風險相對較高。針對這一情況，可以運用可穿戴智能終端技術的便攜性及智能性優(yōu)勢實時的收集和初步處理配網(wǎng)線路以及設備的運行狀態(tài)，當存在設備過載、線路老化漏電等危險因素威脅時，終端設備能夠及時通過信息數(shù)據(jù)分析對作業(yè)人員發(fā)出警告，同時將該作業(yè)環(huán)境信息及時反饋到后臺調度管理系統(tǒng)。同時，可穿戴智能終端設備例如護目鏡多功能智能適配設備以及安全帽多功能智能適配設備等，通過無線通信的方式通過可穿戴智能終端收集配網(wǎng)設備或配網(wǎng)系統(tǒng)自有的實時監(jiān)控傳感節(jié)點的檢測數(shù)據(jù)，使得單兵作業(yè)人員能夠快速實時的獲取配網(wǎng)設備及線路的實際運作狀況，對自身所處作業(yè)環(huán)境、面臨的作業(yè)困境提供更加全面準確的現(xiàn)狀信息支持[8]。同時，利用單兵作業(yè)智能終端自帶的體征信息收集模塊功能，能夠將作業(yè)人員的一系列操作行為以及體溫、心率、血壓等生理體征信息及時反饋給作業(yè)人員，并借由藍牙、4G網(wǎng)絡等無線通信手段將這些體征信息與環(huán)境信息同步發(fā)送到調配管理信息平臺。調配管理人員能夠結合環(huán)境以及體征信息，判斷作業(yè)人員的操作是否正確，及時制止一些高風險的業(yè)務操作行為，確保單兵作業(yè)的人身安全。

2.3 引進作業(yè)人員精確定位算法

配網(wǎng)調度管理模式優(yōu)化的主要方向就是提升基層配網(wǎng)環(huán)節(jié)的人力資源利用效率，提高基層配網(wǎng)環(huán)節(jié)線路檢修、設備維護等日常業(yè)務水平。采用單兵移動作業(yè)終端技術中的GPS或UWB定位技術能夠將每一個單兵作業(yè)人員所處位置實時的通過智能無線信息交互處理系統(tǒng)反饋給后臺調度管理系統(tǒng)，使得后臺調度人員能夠根據(jù)各個員工實際位置更加合理及時的安排線路搶修任務。同時也能更新一段時期巡檢工作人員的業(yè)務位置統(tǒng)計數(shù)據(jù)，依據(jù)巡檢人員的工作習慣以及擅長業(yè)務特征，更加針對性的對現(xiàn)有巡檢計劃任務進行調整，逐漸形成更加高效的成系統(tǒng)的巡檢作業(yè)調度規(guī)律。針對配網(wǎng)巡檢作業(yè)范圍大，流動性強的特點，本文建議采用GPS 定位技術和UWB定位技術融合的精確定位算法，提高最終定位信息的精確度。由于GPS與UWB定位系統(tǒng)是兩個獨立的定位計算體系，本文建議采用Helmert方差分量估計的方法來協(xié)調GPS 與UWB 定位信息之間的權比關系。假設GPS 與UWB 系統(tǒng)的定位測量值之間的權重分別為P1、P2，這是一次性通過正數(shù)向量來評估確定兩個系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)權比關系是不夠準確的。因此可以采用方差分量估計法通過歌詞改正數(shù)平方和即與，然后通過算出GPS與UWB組合定位系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)指之間的單位權方差的估計值即與，繼而通過單位權方差的再次迭代計算來得出更加精確的組合定位系統(tǒng)兩個不同計算體系結果之間的權比關系。具體計算步驟[9]如下：

(1)結合配網(wǎng)巡檢范圍的環(huán)境特點以及定位場景特點，為GPS和UWB系統(tǒng)的定位測量值的權重賦初值P1、P2；

(3)基于Helmert 方差分量估算公式帶入數(shù)值進行第一次的分量估算即：

其中，

按照以上估算公式，借由計算機計算和矩陣運算能力，通過計算步驟(2)、(3)的反復迭代運算，將GPS與UWB系統(tǒng)的單位權方差相等，或者使與的比值收斂為1。通過這一計算方法將GPS與UWB組合定位測量數(shù)據(jù)進行融合，確保借由可穿戴單兵智能終端的定位功能得出更加精確的定位數(shù)據(jù)。

2.4 提高故障狀態(tài)識別與研判效率

單兵檢修作業(yè)人員能夠通過智能終端設備將配網(wǎng)線路或設備的故障表象信息借由WIFI、4G/5G網(wǎng)絡準確生動的向調度管理信息平臺呈現(xiàn)更具參考價值的作業(yè)現(xiàn)場異常狀態(tài)信息。便于調度管理人員輔助和指導現(xiàn)場作業(yè)人員對故障程度以及故障原因進行初步研判，然后借鑒企業(yè)云服務平臺內(nèi)部的各類故障檢修案例信息存檔，更加快速準確的確定檢修方案。針對電力設備維護修理時出現(xiàn)的各類區(qū)別于跳閘的棘手問題時，同樣可以借由單兵子系統(tǒng)與后臺調度管理系統(tǒng)的聯(lián)系，組織企業(yè)內(nèi)部專家?guī)椭鷮＜覉F隊配合調度管理人員通過無線電通話的方式及時的指導單兵作業(yè)人員完成技術要求較高的故障研判和排除業(yè)務操作。

3 結束語

本文針對單兵可穿戴智能終端技術應用這一問題，結合傳統(tǒng)配網(wǎng)調配管理模式弊端，從接發(fā)令體系設計、作業(yè)風險控制、故障檢修效率提升三個角度對傳統(tǒng)配網(wǎng)調度管理模式進行改進。期望本文的研究能對單兵作業(yè)智能終端的應用研究提供一些理論啟發(fā)。