發(fā)布時間：2022-03-26所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要 為進(jìn)一步提升變電站運(yùn)維作業(yè)效率，開展基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的變電設(shè)備巡維高效監(jiān)督管理研究。本文將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于變電站巡檢作業(yè)流程中，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于智能交互終端的變電巡檢管理系統(tǒng)，對系統(tǒng)的現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督管理、遠(yuǎn)程在線會診和指揮管理、多媒體信息增強(qiáng)顯示
摘要 為進(jìn)一步提升變電站運(yùn)維作業(yè)效率，開展基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的變電設(shè)備巡維高效監(jiān)督管理研究。本文將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于變電站巡檢作業(yè)流程中，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于智能交互終端的變電巡檢管理系統(tǒng)，對系統(tǒng)的現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督管理、遠(yuǎn)程在線會診和指揮管理、多媒體信息增強(qiáng)顯示和運(yùn)維信息管理功能做了詳細(xì)介紹，并將其應(yīng)用于實(shí)際巡檢管理工作中。以濟(jì)寧供電公司在某 220kV 變電站應(yīng)用為例，與傳統(tǒng)的運(yùn)維方式進(jìn)行了比較，系統(tǒng)應(yīng)用效果良好。
關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);巡檢管理;遠(yuǎn)程協(xié)助;安全監(jiān)督
電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行管理水平的提高離不開電網(wǎng)巡檢管理手段的強(qiáng)化。隨著電網(wǎng)一次設(shè)備類型和數(shù)量的增長，設(shè)備運(yùn)維工作量也快速增長，導(dǎo)致運(yùn)維班組十幾個人需要負(fù)責(zé)十幾座變電站的運(yùn)行巡視工作，運(yùn)維工作量的快速增長和巡檢人力資源相對不足之間的矛盾日益突出。現(xiàn)場運(yùn)維檢修人員由于經(jīng)驗(yàn)不足以及信息不夠及時和全面，難以準(zhǔn)確判斷設(shè)備缺陷原因及嚴(yán)重程度，需通過多層級才能傳遞到?jīng)Q策指揮機(jī)構(gòu)，效率低。巡檢過程中，現(xiàn)場人員無法直接了解部分設(shè)備信息，需返回檔案室查詢或問詢其他人員，降低了工作效率。同時，對于復(fù)雜的設(shè)備檢修，存在運(yùn)檢人員一邊翻看設(shè)備檢修步驟一邊操作的情形，該操作方法繁瑣且不方便，作業(yè)效率不高。且由于部分變電設(shè)備操作步驟繁瑣，邊看邊操作的作業(yè)效果也無法確保。變電站區(qū)域分布廣，在設(shè)備調(diào)試、維修和緊急情況處理時，現(xiàn)場運(yùn)維人員可能無法獨(dú)自完成，作業(yè)質(zhì)量和效果無法及時檢查確認(rèn)，設(shè)備和人身安全可能產(chǎn)生隱患，溝通和決策效率有待提高。在上述問題下，如何提升復(fù)雜電網(wǎng)的運(yùn)維檢修效率，是一個迫切需要解決的問題。
目前已有輸變電設(shè)備運(yùn)維檢修輔助決策系統(tǒng)[1-2]、智能視頻分析的可視化運(yùn)維管理[3-4]和單兵巡檢裝備[5]的研究與應(yīng)用，但由于分析目標(biāo)及方法的不同，難以滿足當(dāng)前變電設(shè)備運(yùn)維管理需求。一種交互式的增強(qiáng)信息顯示技術(shù)在設(shè)備信息管理與運(yùn)維檢修中得到應(yīng)用[6-9]，提升了業(yè)務(wù)信息交互效率。
在上述基礎(chǔ)上，本文研究基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站巡維管理系統(tǒng)，利用移動互聯(lián)網(wǎng)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使管理人員和專家能夠隨時隨地獲取現(xiàn)場運(yùn)維人員的第一視角實(shí)時圖像，進(jìn)行遠(yuǎn)程音視頻溝通，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)的可視化及專家的遠(yuǎn)程支持，從而指導(dǎo)檢修人員執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化的工作流程，提高作業(yè)效率，避免誤操作，提高運(yùn)維部門應(yīng)對復(fù)雜作業(yè)和突發(fā)事件的響應(yīng)速度與處置能力。
1 總體框架
結(jié)合巡檢工作現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站巡維管理系統(tǒng)方案。系統(tǒng)包括管理系統(tǒng)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)智能終端，管理人員和專家可通過后臺管理系統(tǒng)下發(fā)運(yùn)維指令和協(xié)助現(xiàn)場巡檢的決策信息。智能終端接收管理系統(tǒng)下發(fā)的運(yùn)維相關(guān)指令，并采集巡檢現(xiàn)場信息，上傳至管理系統(tǒng)。巡檢人員可利用智能終端發(fā)起遠(yuǎn)程協(xié)助邀請，基于移動網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與后臺監(jiān)控中心實(shí)時通話，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)助以及安全監(jiān)督。總體方案如圖 1 所示。圖 1 系統(tǒng)架構(gòu)通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，系統(tǒng)將輔助信息實(shí)時傳送至現(xiàn)場操作人員智能交互終端增強(qiáng)顯示。現(xiàn)實(shí)即為人眼可直接看到的信息，把人眼無法直接看到的信息疊加在現(xiàn)實(shí)上顯示出來即為增強(qiáng)顯示。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是將真實(shí)世界的信息和虛擬信息進(jìn)行“無縫” 集成，把現(xiàn)實(shí)世界在一定時間和空間范圍內(nèi)無法同時呈現(xiàn)的信息，通過數(shù)字技術(shù)進(jìn)行模擬仿真并實(shí)時疊加至真實(shí)空間，將虛擬信息應(yīng)用到真實(shí)世界，實(shí)現(xiàn)兩種信息相互補(bǔ)充和互動[10]。
系統(tǒng)軟件基于 CentOS x64 Linux 操作系統(tǒng)，采用 Java 編寫，利用 HTML5、Bootstrap、SpringMVC 實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)硬件主要研發(fā)智能終端，包括微型投影儀、傳感器、存儲等。智能交互終端利用光學(xué)反射投影原理(HUD)，即微型投影儀先是將光投到棱鏡反射屏上，而后通過棱鏡折射到人體眼球，達(dá)到成像最清晰的效果。智能交互終端將傳感器采集到的數(shù)據(jù)上傳到管理系統(tǒng)，然后將信息轉(zhuǎn)發(fā)于后臺管理人員進(jìn)行信息實(shí)時交互。硬件架構(gòu)如圖 2 所示。
2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)的基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站巡維管理系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督管理、遠(yuǎn)程在線會診和指揮管理、多媒體信息增強(qiáng)顯示和運(yùn)維信息管理。
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現(xiàn)場人員使用方法：現(xiàn)場人員在設(shè)備端登陸，后臺人工操作將運(yùn)維計(jì)劃推送至智能終端，運(yùn)維人員依據(jù)計(jì)劃開始作業(yè)，并利用智能終端二維碼識別功能掃描設(shè)備標(biāo)簽，讀取設(shè)備歷史運(yùn)維信息，在運(yùn)維檢修過程中，現(xiàn)場視頻信息實(shí)時傳至檢修中心，檢修中心可對作業(yè)全過程實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)督。現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)問題需協(xié)助的，利用智能終端呼叫專家或廠家技術(shù)人員，遠(yuǎn)程協(xié)同診斷。運(yùn)維作業(yè)結(jié)果拍照存檔，確認(rèn)作業(yè)效果。
1)現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督管理管理
人員通過網(wǎng)絡(luò)化智能終端實(shí)時監(jiān)控現(xiàn)場操作，在檢修設(shè)備投運(yùn)前各項(xiàng)安全措施檢查作業(yè)時，提前預(yù)設(shè)風(fēng)險點(diǎn)，作業(yè)人員利用智能終端對作業(yè)風(fēng)險點(diǎn)逐一確認(rèn)。檢修作業(yè)時，智能終端可將現(xiàn)場作業(yè)視頻實(shí)時傳輸至后臺，可監(jiān)督現(xiàn)場是否按圖施工，監(jiān)督現(xiàn)場是否存在違章違規(guī)操作行為。同時在現(xiàn)場操作出現(xiàn)偏差時及時提醒操作人，確保單人操作的人身和設(shè)備安全，提高工作效率。
2)遠(yuǎn)程在線會診和指揮管理
現(xiàn)場巡檢人員利用智能終端發(fā)起協(xié)助邀請，呼叫遠(yuǎn)程專家，通過可穿戴設(shè)備建立視頻監(jiān)控通道，第一視角同步圖像，指導(dǎo)現(xiàn)場操作，輔助現(xiàn)場決策，提供檢修建議。系統(tǒng)支持多方專家共享資料。
3)多媒體信息的增強(qiáng)顯示
在作業(yè)過程中，利用智能終端掃描設(shè)備電子標(biāo)簽信息，智能終端將在設(shè)備上疊加融合相應(yīng)的虛擬模型、圖形、文字及動畫等多媒體信息，通過手勢等交互方式可以自主翻閱相應(yīng)的內(nèi)容，主要包括變電設(shè)備的功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)及運(yùn)維檢修記錄等。同時后臺專家也可將輔助信息實(shí)時推送至現(xiàn)場操作人員智能交互終端顯示。
4)運(yùn)維信息管理
運(yùn)維信息管理模塊提供設(shè)備臺賬、運(yùn)維缺陷信息、技術(shù)參數(shù)信息的增刪改查。
3 系統(tǒng)應(yīng)用
3.1 應(yīng)用案例
2017 年 11 月 20 日，濟(jì)寧供電公司運(yùn)維人員巡視某 220kV 變電站 GIS 設(shè)備時，通過掃描某氣室間隔上粘貼的二維碼，在后臺數(shù)據(jù)庫查找該二維碼所關(guān)聯(lián)設(shè)備的臺賬信息，臺賬信息包括：設(shè)備廠家、規(guī)格型號、生產(chǎn)日期、投運(yùn)日期和歷史故障記錄。后臺將該間隔的臺賬信息推送到運(yùn)維人員佩戴的智能可穿戴終端設(shè)備上，運(yùn)維人員進(jìn)行重點(diǎn)查看和比對，分析查找該間隔 GIS 是否存在歷史缺陷，查看該缺陷是否消除，如缺陷未消除，則重點(diǎn)查看該缺陷的發(fā)展趨勢，并結(jié)合檢修部門制定狀態(tài)檢修計(jì)劃。
3.2 現(xiàn)場案例
2017 年 12 月 10 日，濟(jì)寧供電公司運(yùn)維人員在某 110kV 變電站佩戴智能眼鏡進(jìn)行倒閘操作。現(xiàn)場需要 2 名運(yùn)維人員，一名人員手持操作票，另一名人員進(jìn)行操作，而操作人員操作過程中由于時間緊迫、精神高度緊張和體力的原因，時常會出現(xiàn)錯誤操作，對人員和設(shè)備造成傷害，導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)終端將操作順序及當(dāng)前需要執(zhí)行的操作步驟直接發(fā)送到運(yùn)維人員的智能眼鏡顯示屏上，現(xiàn)場運(yùn)維人員可根據(jù)顯示的操作任務(wù)及操作順序進(jìn)行工作，提高工作效率。
4 結(jié)論
本文將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于變電設(shè)備巡視的管理模式，并結(jié)合信息化管理手段，優(yōu)化管理流程。基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的信息推送，可將生產(chǎn)運(yùn)行指令以可視化方式提示，音視頻實(shí)時交互，并在線監(jiān)督操作人按規(guī)程、按步驟完成工作。在設(shè)備應(yīng)急搶修環(huán)節(jié)，可在線查詢運(yùn)維檢修記錄和調(diào)取廠家技術(shù)資料，并與專家遠(yuǎn)程協(xié)同診斷，實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)場問題匯報 —專家分析決策—作業(yè)指令下達(dá)—執(zhí)行效果確認(rèn)”，全過程閉環(huán)管理在第一時間完成，從而顯著提高電網(wǎng)運(yùn)維作業(yè)效率與質(zhì)量。
使用基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的智能可穿戴設(shè)備，將設(shè)備歷史缺陷信息、技術(shù)資料和現(xiàn)場運(yùn)維融合，輔助現(xiàn)場人員分析診斷缺陷并決策，同時基于現(xiàn)場作業(yè)的安全監(jiān)督，解決了現(xiàn)場人員管理的困難，使運(yùn)行、檢修和管理得到了優(yōu)化。
現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用過程中，還存在以下不足：
1)智能終端未集成到安全帽上，不利于運(yùn)維檢修使用。
2)后臺系統(tǒng)二維碼數(shù)據(jù)與設(shè)備關(guān)聯(lián)性不高。
3)數(shù)據(jù)源單一，樣本數(shù)據(jù)不足，現(xiàn)場輔助功能效果不明顯。
針對上述問題，系統(tǒng)的全面推廣應(yīng)用還需進(jìn)一步改進(jìn)硬件終端裝置、不斷積累數(shù)據(jù)、融合缺陷自動診斷等功能，從而更好地提升作業(yè)效率。——論文作者：孫 鵬 宋 坤 徐 剛 丁 揚(yáng) 張廣飛
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