MR混合現(xiàn)實技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)急搶修中的應(yīng)用

國網(wǎng)寧夏電力有限公司固原供電公司 趙全東

1 緒論

1.1 研究背景

我國2020年全年供電量已經(jīng)達到7.5萬億千瓦時，人們生活生產(chǎn)用電量隨著經(jīng)濟發(fā)展的速度越來越高，與此同時映射到電網(wǎng)應(yīng)急搶修工作任務(wù)也越來越重。在現(xiàn)階段，電網(wǎng)應(yīng)急搶修已經(jīng)基本實現(xiàn)了移動作業(yè)的方式，但是由于應(yīng)急搶修的環(huán)境不確定，雙手已經(jīng)被移動作業(yè)設(shè)備占用，無法完成現(xiàn)場維修信息錄入、查看資料和遠程技術(shù)支持。而且由于現(xiàn)場地形比較復(fù)雜、植物生長的地方環(huán)境比較惡劣，維修作業(yè)人員遇到維修設(shè)備問題的時候，如設(shè)備數(shù)據(jù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及過往維修信息等，都無法及時與指揮中心聯(lián)系，更談不上實時更新維修進度，指揮中心對現(xiàn)場情況也不自知。只有依靠維修作業(yè)人員的現(xiàn)場反應(yīng)以及自身的技術(shù)水平完成維修工作，極大降低了維修效率。

1.2 研究意義

現(xiàn)階段隨著我國智慧電網(wǎng)技術(shù)不斷更迭，電力移動互聯(lián)網(wǎng)勢必成為智慧電網(wǎng)未來的發(fā)展趨勢。目前在電力應(yīng)急搶修中，已經(jīng)投入使用的技術(shù)有：無人機、老式飛行器、足巡以及爬坡機器人，但是他們都有一個共同的弱點就是續(xù)航能力不足，無法滿足遠距離電力應(yīng)急搶修任務(wù)。而目前隨著智能穿戴設(shè)備——混合現(xiàn)實（MixedReality，MR）技術(shù)日趨成熟，在其他行業(yè)如醫(yī)療、制造、建筑設(shè)計以及物流等得到充分的運用取得了較高的好評。

本文以電力應(yīng)急搶修為案例，結(jié)合混合現(xiàn)實（MR）技術(shù)，探討MR 技術(shù)在電力應(yīng)急搶修過程中電網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急指揮、可視化與標(biāo)準化作業(yè)指導(dǎo)、設(shè)備臺賬分析、多團隊協(xié)同技術(shù)等電網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的可行性與實踐性的運用，賦予智慧電網(wǎng)更多高新技術(shù)基因。

1.3 研究方法

本文的研究案例分析法。結(jié)合混合現(xiàn)實技術(shù)工作原理，對MR 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析，明確MR 技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)應(yīng)急搶修中的意義。然后結(jié)合本人在電力應(yīng)急搶修工作過程中的經(jīng)驗與體會，按照電網(wǎng)應(yīng)急搶修作業(yè)的流程，探討MR 技術(shù)應(yīng)用實踐性與可行性。

2 混合現(xiàn)實技術(shù)概述

2.1 混合現(xiàn)實技術(shù)工作原理

混合現(xiàn)實技術(shù)（MR）主要是利用設(shè)備對現(xiàn)實環(huán)境進行掃描后，創(chuàng)建一個與真實環(huán)境相似，且將需要的相關(guān)內(nèi)容數(shù)據(jù)輸入其中，形成一個數(shù)字模型與實物共存的虛擬三維可視化模型?，F(xiàn)階段，實現(xiàn)MR 技術(shù)所需要的設(shè)備主要有虛擬成像器、頭部跟蹤儀、交感設(shè)備、頭戴顯示器以及定位設(shè)備等全部集成在一臺智能MR 眼鏡上，通過這些可穿戴的設(shè)備，將周圍現(xiàn)實環(huán)境的數(shù)據(jù)整合到虛擬環(huán)境中，形成一個現(xiàn)實環(huán)境、虛擬場景以及用戶三者之間的一個交互反饋信息回路。其中虛擬成像器主要是將現(xiàn)實環(huán)境數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個結(jié)合現(xiàn)實的虛擬場景以及對其他穿戴設(shè)備的管理；頭部跟蹤儀則是通過穿戴者視線變化的方式實現(xiàn)虛擬場景與現(xiàn)實環(huán)境的交互；交感設(shè)備則是負責(zé)交互信息的輸入與輸出。因此MR技術(shù)具有交互性、真實性與虛擬性等特點。

2.2 混合現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著5G 網(wǎng)絡(luò)和移動通信技術(shù)的不斷更迭發(fā)展，MR 技術(shù)已經(jīng)逐步成為計算機應(yīng)用技術(shù)中的熱點。作為MR 技術(shù)的發(fā)源地美國，他們研究范圍較為廣泛主要涵蓋混合現(xiàn)實技術(shù)的硬件、軟件以及應(yīng)用等，MR 技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用，包括MR＋醫(yī)療、MR＋教育、MR＋體育、MR＋教育、MR＋文化遺產(chǎn)等，甚至還包括MR＋國防軍事等，這些都有成功的落地案例場景。

我國的MR 技術(shù)起步較晚，主要集中在行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)研究上，比較單一。但在關(guān)鍵核心技術(shù)方面與應(yīng)用場景有一些新的突破，如在算法方面，有攝像機校準算法、虛擬物體的注冊算法等；在高精度光場拍攝方面實現(xiàn)了亞毫米級；在交互方面采用VR 眼球追蹤模組，實現(xiàn)了無線纜的VR 頭盔；在應(yīng)用場景方面，VR 眼鏡在心理舒緩方面成功應(yīng)用。這些都為MR 技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，得以應(yīng)用在軍事、醫(yī)療、航空、等領(lǐng)域。

2.3 混合現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)應(yīng)急搶修中的意義

MR 技術(shù)運用到電力應(yīng)急搶修作業(yè)中，是將現(xiàn)實世界、虛擬場景與維修作業(yè)人員、指揮平臺、專家之間形成一個交互場景，將現(xiàn)場畫面遠程到專家面前，讓專家身臨其境進行指導(dǎo)，讓現(xiàn)場作業(yè)人員猶如專家等在現(xiàn)場指揮作業(yè)。改變傳統(tǒng)維修單兵作戰(zhàn)的作業(yè)模式，成為一名超級單兵進行作業(yè)，通過MR 技術(shù)對故障現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)分析，通過團隊配合的方式提高電網(wǎng)應(yīng)急搶修的質(zhì)量與效能。其意義主要體現(xiàn)在以下幾方面。

2.3.1 雙手解放

傳統(tǒng)的電網(wǎng)應(yīng)急搶修時，維修作業(yè)人員所帶的設(shè)備比較繁雜，負擔(dān)較重，而且又是使用移動作業(yè)方式，使得作業(yè)人員雙手手持終端，操作及其不方便。而維修作業(yè)人員使用MR 技術(shù)，相當(dāng)于將移動設(shè)備穿戴在身，所需要的數(shù)據(jù)資料，以及技術(shù)支持都可以通過簡單的交互查看。這樣就可以解放雙手，拋開手持終端，有利于維修作業(yè)人員更專注于搶修作業(yè)本身[1]。

2.3.2 交互高效

各大權(quán)威機構(gòu)最新出臺的政策已經(jīng)指出：添加輔食不必按照固定順序，大可放心地翻著花樣來。（當(dāng)然主流意見還是建議第一口輔食選擇強化鐵米粉，因為6個月之后母乳中的鐵成分不能滿足寶寶身體的需求。）

很多時候電網(wǎng)應(yīng)急搶修的現(xiàn)場比較復(fù)雜、環(huán)境比較惡劣，一方面維修人員遇到維修設(shè)備問題相關(guān)時候，如設(shè)備數(shù)據(jù)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及過往維修信息等，都無法及時與指揮中心聯(lián)系。如果維修作業(yè)人員使用MR 技術(shù)，了解設(shè)備實時數(shù)據(jù)信息，并將現(xiàn)場地形、環(huán)境等數(shù)據(jù)信息傳遞到指揮中心，指揮中心幾乎同步實現(xiàn)虛擬三維可視化模型，能夠為維修作業(yè)人員解答維修設(shè)備等相關(guān)的問題，有利于維修作業(yè)人員能快速判斷故障點以及成因。還有另一方面，傳統(tǒng)電網(wǎng)應(yīng)急搶修很多在偏遠區(qū)域，如果維修作業(yè)人員出現(xiàn)什么安全事故，是無法及時知道與實施救援的，但是如果維修作業(yè)人員穿戴了MR 技術(shù)的設(shè)備，指揮中心根據(jù)維修作業(yè)人員傳遞的數(shù)據(jù)不僅可以即時監(jiān)控維修作業(yè)人員的工作情況，還能對可能發(fā)生的安全事故提供及時救援[2]。

2.3.3 決策輔助

傳統(tǒng)的電網(wǎng)應(yīng)急搶修，只有依靠維修作業(yè)人員的現(xiàn)場反應(yīng)以及自身的技術(shù)水平完成維修工作，極大降低了維修效率。如果維修作業(yè)人員使用MR 技術(shù)，一方面指揮中心幾乎同步實現(xiàn)虛擬三維可視化模型，然后采用云端電網(wǎng)大數(shù)據(jù)庫、電網(wǎng)的云計算以及電網(wǎng)各業(yè)務(wù)深度鏈接，給予一定的指導(dǎo)，另一方面如果遇到疑難雜癥，則可以通過遠程數(shù)據(jù)傳導(dǎo)技術(shù)連接專家，經(jīng)過專家判斷討論，最終可以給予維修現(xiàn)場作業(yè)人員最佳的維修方案，這樣不僅提高了維修作業(yè)人員個體的技術(shù)水平將其向智慧單兵發(fā)展，而且還極大的提升了電網(wǎng)應(yīng)急搶修的質(zhì)量與效率[3]。

3 混合現(xiàn)實技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)急搶修作業(yè)中的應(yīng)用

基于MR 技術(shù)在電網(wǎng)應(yīng)急搶修作業(yè)中的運用主要包括應(yīng)急預(yù)案、電力設(shè)備識別、可視化作業(yè)指導(dǎo)等幾大模塊，按照應(yīng)急搶修的業(yè)務(wù)流程，對接各個電網(wǎng)運行過程中的各業(yè)務(wù)板塊，如生產(chǎn)管理信息等，多個業(yè)務(wù)板塊為電網(wǎng)應(yīng)急搶修通過MR 平臺提供數(shù)據(jù)支撐。

3.1 基于混合現(xiàn)實技術(shù)的電網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案

我國電力行業(yè)的安全生產(chǎn)方針就是“安全第一，預(yù)防為主”，所以要保障電力生產(chǎn)的正常運用，傳統(tǒng)的途徑就是要有保障電力安全的生產(chǎn)和技術(shù)防范措施。電網(wǎng)的應(yīng)急預(yù)案的編制其目的就是為現(xiàn)場維修作業(yè)人員提供應(yīng)急維修指南，能夠指導(dǎo)其準確判斷電網(wǎng)事故并快速處理故障。

基于MR 技術(shù)的電網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案，是一個模擬操作系統(tǒng)，便于電網(wǎng)維修作業(yè)人員對可能發(fā)生的電網(wǎng)維修應(yīng)急事故進行演習(xí)活動。比傳統(tǒng)編制的電網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案有針對性、實用性和指導(dǎo)性。因為在運行過程中的電網(wǎng)比較復(fù)雜，而統(tǒng)編制的電網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案不可能面面俱到的把所有可能發(fā)生的事故全部羅列出來并提供解決措施。相反基于MR 技術(shù)的電網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案則可以將所有電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)收集、存儲，依據(jù)地理信息系統(tǒng)和氣象平臺等，構(gòu)建維修現(xiàn)場的虛擬三維模型，導(dǎo)入引發(fā)電網(wǎng)運行事物的各類因素，可以模擬各種事故的應(yīng)急搶修現(xiàn)場狀況。電網(wǎng)維修作業(yè)人員通過基于MR 技術(shù)的電網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案進行大量的維修演習(xí)活動，不但可以提高個人在現(xiàn)場對故障的判斷準確性，加快維修進度和提升維修質(zhì)量，還能促進與指揮中心的溝通協(xié)調(diào)配合能力[4]。

3.2 基于混合現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)急指揮

基于MR 技術(shù)的應(yīng)急指揮系統(tǒng)，主要包括遠程信息以及數(shù)據(jù)收集和專遞、三維建模、遠程視頻、應(yīng)急技術(shù)系統(tǒng)、專家管理系統(tǒng)和應(yīng)急支撐等多種功能模塊。

在進行維修現(xiàn)場搶修過程中，維修作業(yè)人員通過可穿戴設(shè)備將現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集并傳遞到指揮中心，指揮中心運用MR 技術(shù)立即可以將數(shù)據(jù)投射到應(yīng)急預(yù)案沙盤，并實時更新現(xiàn)場維修方案抉擇以及維修進度。

當(dāng)維修作業(yè)人員遇到維修方案難以抉擇的情況下，則是通過可穿戴設(shè)備與指揮中心聯(lián)系，尋求指揮中心的遠程協(xié)助。接收到維修現(xiàn)場人員的求助信號后，指揮中心可以通過應(yīng)急預(yù)案沙盤中呈現(xiàn)的故障狀態(tài)，判斷故障類型在后臺專家管理系統(tǒng)里智能匹配擅長該故障的專家，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳遞給專家。專家根據(jù)遠程傳遞的數(shù)據(jù)提出可行性的解決方案，再傳遞給現(xiàn)場維修作業(yè)人員，指揮中心同步進行遠程協(xié)助指導(dǎo)。

3.3 基于混合現(xiàn)實技術(shù)的作業(yè)指導(dǎo)

對于傳統(tǒng)的電網(wǎng)搶修指揮業(yè)務(wù)標(biāo)準化作業(yè)指導(dǎo)，電網(wǎng)企業(yè)一般都是編制一整套《電網(wǎng)搶修指揮業(yè)務(wù)標(biāo)準化作業(yè)指導(dǎo)手冊》，《手冊》中涵蓋如何標(biāo)準化交接班、如何調(diào)控與配網(wǎng)搶修業(yè)務(wù)協(xié)同、故障停電信息發(fā)布及送電流程、工單的跟蹤督辦和審核、運行監(jiān)控及配網(wǎng)搶修路指揮支持系統(tǒng)缺陷處理等。這樣的標(biāo)準化手冊內(nèi)容多，不容易記憶；涉及面廣，不僅僅只是維修作業(yè)人員；強調(diào)流程化、規(guī)范化。

基于MR 技術(shù)的作業(yè)指導(dǎo)，將流程化的內(nèi)容錄入虛擬三維可視系統(tǒng)中，就像打游戲那樣，做完一步確認后就有下一步的提示，按步驟走即可完成全套內(nèi)容。比方說工單的跟蹤督導(dǎo)和審核，在每一步設(shè)置過程中又有詳細的分解。一方面當(dāng)工單送達到維修責(zé)任作業(yè)組后，指揮中心會對接單、到達現(xiàn)場以及修復(fù)時間進行管控，如果出現(xiàn)超時現(xiàn)象，則迅速聯(lián)系維修作業(yè)小組，了解超時原因解決問題；在故障維修過程中，現(xiàn)場維修作業(yè)人員則通過穿戴設(shè)備與指揮中心保持實時信息互動；出現(xiàn)疑難故障時，及時向指揮中心發(fā)起協(xié)助指導(dǎo)信息。另一方面指揮中心通過傳輸數(shù)據(jù)對現(xiàn)場搶修情況實時跟蹤監(jiān)督，嚴格把控維修的時間節(jié)點，特別是維修小組達到現(xiàn)場時間和修復(fù)完畢時間，了解維修方案決策，對維修質(zhì)量進行把控，加強應(yīng)急維修的安全管理。這樣不僅提高了維修質(zhì)量，還盡可能降低了安全事故發(fā)生的概率。

3.4 基于混合現(xiàn)實技術(shù)的設(shè)備臺賬分析

對于電網(wǎng)應(yīng)急維修作業(yè)人員而言，若要加快維修速度，那么對維修對象——設(shè)備資料就需要非常了解和熟悉。現(xiàn)階段，在電網(wǎng)企業(yè)移動都已經(jīng)采用PMS 設(shè)備管理系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備名稱分類并賦予每臺設(shè)備獨一無二的ID。建立基于MR 技術(shù)的后臺設(shè)備管理系統(tǒng)模塊，只需要對接MS 設(shè)備管理系統(tǒng)，并將每臺設(shè)備的ID 錄入到三維模型中，并對應(yīng)每臺設(shè)備的名稱、制造廠商、維修廠家、可能出現(xiàn)的故障類型及對應(yīng)的維修方案、已有的維修記錄及采取的維修方案、設(shè)備標(biāo)準指標(biāo)（功率、運轉(zhuǎn)速度等）等多種數(shù)據(jù)。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析預(yù)判，初步確定故障原因。這樣方便現(xiàn)場維修作業(yè)人員以及指揮中心能立即調(diào)取到設(shè)備所有信息，判斷可能出現(xiàn)故障的類型，并迅速選擇維修方案。并且也縮減了傳統(tǒng)維修過程中，指揮中心調(diào)取設(shè)備數(shù)據(jù)的時間，能夠有利于更加快速準確地對現(xiàn)場維修作業(yè)人員給予指應(yīng)急指揮與作業(yè)指導(dǎo)。

3.5 基于混合現(xiàn)實技術(shù)的多團隊協(xié)同技術(shù)

一般電網(wǎng)運行中出現(xiàn)的主要事故包括：運營管理過程中操作不當(dāng)造成的、自然災(zāi)害引發(fā)的、由于外力破壞造成的以及設(shè)備故障造成的等。很多時候并不是僅僅依靠指揮中心與安排的現(xiàn)場維修作業(yè)人員就可以將所有問題全部解決。如遇到重大自然災(zāi)害引發(fā)的事故時候，如地震引發(fā)的電網(wǎng)事故等，一方面需要與市縣兩級的政府應(yīng)急指揮中心聯(lián)系以及氣象局、地震局、林業(yè)局、公安局、交通局等多個政府職能部門溝通，得到政府相關(guān)部門支持，避免因為交通、市政建設(shè)等問題造成糾紛影響電網(wǎng)應(yīng)急搶修工作的開展。

另一方面還需要與外部多個施工單位或者是社會公益資源等聯(lián)系，積極溝通，進行充分的現(xiàn)場信息交流與共享。由指揮中心根據(jù)現(xiàn)場維修作業(yè)人員傳輸?shù)默F(xiàn)場數(shù)據(jù)進行事故維修工程量的判斷，從合作單位中迅速找出就近且專業(yè)對口、施工能力強的外圍施工單位，統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)配人員和搶修物資材料等。施工單位接收到指揮中心的傳輸數(shù)據(jù)判斷救急設(shè)備種類、人員配置量以及工程量評估之后，迅速派出參與應(yīng)急搶修人員，并攜帶必要設(shè)備奔赴現(xiàn)場，形成多團隊協(xié)同參與搶修的模式。

在整個多團隊協(xié)同電網(wǎng)應(yīng)急搶修作業(yè)系統(tǒng)中，最重要的就是基于MR 技術(shù)的信息傳輸、語音識別、多媒體文件的上傳下載的富媒體交流以及用戶分類等模塊，完全采用的是實時網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將原有在企業(yè)內(nèi)部信息傳輸應(yīng)用擴大到聯(lián)系多個企業(yè)、單位共通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新與共享。最終通過MR 技術(shù)實現(xiàn)提升聯(lián)動的響應(yīng)速度，加快應(yīng)急維修協(xié)作人員到場速度，提高搶修的效率。

4 結(jié)語

本文以電力應(yīng)急搶修為案例，結(jié)合MR 技術(shù)交互性、真實性與虛擬性等特點，探討MR 技術(shù)在電力應(yīng)急搶修過程中電網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急指揮、可視化與標(biāo)準化作業(yè)指導(dǎo)、設(shè)備臺賬分析、多團隊協(xié)同技術(shù)等電網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的運用，探索一種采用MR技術(shù)的全新電網(wǎng)應(yīng)急搶修模式，打造電網(wǎng)搶修智慧單兵。隨著MR 技術(shù)不斷的變革迭代，智能可穿戴設(shè)備與大數(shù)據(jù)等高科技的應(yīng)用在智慧電網(wǎng)的范圍會越來越廣，這將會全面啟動電力行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，帶來生產(chǎn)方式與方法的改變，提高生產(chǎn)效率，優(yōu)化生產(chǎn)效能，實現(xiàn)以科技創(chuàng)新驅(qū)動電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)。