文｜孫強(qiáng)強(qiáng)

深圳供電局有限公司

一、引言

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的日益發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)和電廠(chǎng)設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施的安全運(yùn)行也提出了更高的要求，各大電力公司均在線(xiàn)路、設(shè)備的巡檢和維護(hù)上投入了大量的人力、物力，來(lái)保證電力企業(yè)的電力輸送質(zhì)量。巡檢工作作為保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要工作，可以高效地維護(hù)檢修電力設(shè)備，在第一時(shí)間消除電力設(shè)備運(yùn)行中隱藏的問(wèn)題，從根本上提升電力設(shè)備的安全性、高效性和穩(wěn)定性。

但是，由于條件的限制，常規(guī)巡檢作業(yè)存在以下痛點(diǎn)：巡檢人員攜帶多種設(shè)備，負(fù)擔(dān)重，占用雙手，操作不便，妨礙檢查；無(wú)法實(shí)時(shí)了解巡檢人員狀態(tài)；現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題反饋溝通方式有限，缺乏專(zhuān)家遠(yuǎn)程指導(dǎo)；漏檢、錯(cuò)檢時(shí)有發(fā)生；數(shù)據(jù)搜索繁瑣，查詢(xún)時(shí)間超長(zhǎng)；設(shè)備維保指揮中心無(wú)法實(shí)時(shí)看到各個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)狀況；巡檢過(guò)程難以追蹤，巡檢結(jié)果無(wú)保障；巡檢結(jié)果不夠直觀、可視化程度低。

面對(duì)這一現(xiàn)狀，南方電網(wǎng)在各個(gè)省建立北斗地基增強(qiáng)站，為各類(lèi)北斗終端提供高精度定位服務(wù)。并在北斗終端廣泛用于電力系統(tǒng)的授時(shí)、地災(zāi)監(jiān)測(cè)、勘測(cè)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，采用最前沿的北斗衛(wèi)星定位和AR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，依托專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和在電力行業(yè)多年所積累的優(yōu)質(zhì)電力資源為核心，針對(duì)電力企業(yè)特點(diǎn)量身打造出北斗+AR電力智能巡檢系統(tǒng)。

二、北斗+AR的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用場(chǎng)景

北斗+AR電力智能巡檢系統(tǒng)是“云+端”的實(shí)時(shí)互動(dòng)系統(tǒng)，“云”獲取計(jì)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)巡查人員“端”實(shí)時(shí)發(fā)送過(guò)來(lái)的作業(yè)位置、現(xiàn)場(chǎng)圖像等數(shù)據(jù)，“自動(dòng)判斷、推送”現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)所需信息，以“AR”方式實(shí)時(shí)形象化展示，保障作業(yè)過(guò)程安全、無(wú)差錯(cuò)。

北斗+AR系統(tǒng)應(yīng)用是順應(yīng)時(shí)代的需求：北斗+5G時(shí)代，萬(wàn)物互聯(lián)，加快電力企業(yè)設(shè)備巡檢智能化進(jìn)程；高速圖像及數(shù)據(jù)信息的傳輸，一切盡在掌握；提升設(shè)備巡檢效率，助力企業(yè)降低成本；降低對(duì)人的依賴(lài)，提高巡檢技術(shù)的自動(dòng)化、智能化和可靠性。

北斗+AR電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)輔助系統(tǒng)可用于如下場(chǎng)景：戶(hù)外無(wú)公網(wǎng)信號(hào)偏遠(yuǎn)區(qū)域的計(jì)量設(shè)備安裝、在線(xiàn)檢修，室內(nèi)計(jì)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)無(wú)盲點(diǎn)安裝指導(dǎo)、檢修等，變電所檢修，戶(hù)外地下電纜檢修，電力塔架檢修，各類(lèi)隱蔽工程檢修等。

三、北斗+AR電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)技術(shù)方案

北斗+AR電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)輔助系統(tǒng)由人員終端、作業(yè)輔助管理平臺(tái)兩部分組成。平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 北斗+AR電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

1）終端硬件：人員終端包括AR穿戴設(shè)備、北斗綜合穿戴設(shè)備、備用電池和隨身數(shù)據(jù)線(xiàn)、野外通信保障設(shè)備。

AR穿戴設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)圖像數(shù)據(jù)采集、后臺(tái)推送輔助作業(yè)數(shù)據(jù)圖形化顯示。

北斗綜合穿戴設(shè)備完成北斗高精度室內(nèi)外聯(lián)合定位、無(wú)公網(wǎng)北斗短報(bào)文通信、4G/5G通信、備份電臺(tái)或者WiFi通信；對(duì)AR設(shè)備WiFi信號(hào)到4G/5G信號(hào)轉(zhuǎn)換、對(duì)AR設(shè)備充電、AR設(shè)備數(shù)據(jù)緩存；對(duì)軟件平臺(tái)數(shù)據(jù)接收與發(fā)送、作業(yè)電子圍欄管理、作業(yè)安全聲光提示、內(nèi)置電源及能源綜合管理。

備用電池完成對(duì)北斗設(shè)備應(yīng)急電源提供；隨身數(shù)據(jù)線(xiàn)北斗設(shè)備、AR設(shè)備應(yīng)急充電。

野外通信保障設(shè)備主要用于野外無(wú)4G/5G公網(wǎng)情況下，為北斗綜合穿戴設(shè)備提供衛(wèi)星通信鏈路，可分為車(chē)載型、便攜式兩種。

2）作業(yè)輔助管理平臺(tái)完成對(duì)個(gè)人終端的管理與信息支撐，包括作業(yè)任務(wù)管理、AR信息支撐、作業(yè)安全監(jiān)控、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理、系統(tǒng)管理等。

巡檢任務(wù)管理：無(wú)公網(wǎng)北斗短報(bào)文互動(dòng)、作業(yè)時(shí)間、區(qū)域、工序及步驟、安全邊界等；

系統(tǒng)顯示：北斗衛(wèi)星精準(zhǔn)定位及4G/5G全程位置顯示、基礎(chǔ)地圖、系統(tǒng)時(shí)間、AR視頻顯示、AR融合顯示、安全紅線(xiàn)顯示、任務(wù)模擬、系統(tǒng)和設(shè)備狀態(tài)顯示等；

AR信息管理：AR現(xiàn)場(chǎng)視頻顯示、AR識(shí)別、AR信息疊加融合、AR模型庫(kù)等；

作業(yè)安全監(jiān)控：安全紅線(xiàn)規(guī)則設(shè)定等；

遠(yuǎn)程協(xié)助：專(zhuān)家由PC、智能手機(jī)等設(shè)備，通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)、北斗定位和短報(bào)文、AR虛擬視頻技術(shù)等對(duì)遠(yuǎn)程工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)技術(shù)支持和協(xié)助；

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理：北斗定位數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、目標(biāo)模型庫(kù)、目標(biāo)管理數(shù)據(jù)、設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等；

機(jī)構(gòu)和人員管理：檢修機(jī)構(gòu)管理屬性數(shù)據(jù)、檢修人員管理屬性數(shù)據(jù)；

設(shè)備管理：北斗+AR個(gè)人佩戴設(shè)備管理；

系統(tǒng)管理：給使用平臺(tái)的各種人員根據(jù)其工作職能，賦予不同的角色、安全、權(quán)限等；

數(shù)據(jù)收發(fā)管理：衛(wèi)星短報(bào)文收發(fā)管理、公網(wǎng)收發(fā)管理等；

數(shù)據(jù)交換與分發(fā)：與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換與分發(fā)；

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：4G/5G公網(wǎng)/私網(wǎng)、云服務(wù)器/本地服務(wù)器/虛擬服務(wù)器、PC/手機(jī)。

系統(tǒng)平臺(tái)主要工作模式：

巡查模式：遠(yuǎn)距離目標(biāo)常規(guī)信息匹配；

維修模式：近距離目標(biāo)工序信息匹配。

系統(tǒng)平臺(tái)工作流程見(jiàn)圖2。

圖2 電力設(shè)備巡檢工作流程

北斗+AR系統(tǒng)平臺(tái)主要性能指標(biāo)有：

穿戴方式：AR眼鏡、北斗上臂/腰部/安全帽佩戴、電池上臂/腰部佩戴；

AR設(shè)備：自動(dòng)對(duì)焦、高清/標(biāo)清視頻、安卓系統(tǒng)、IP67防水、支持WiFi/藍(lán)牙、重量小于200g，F(xiàn)OV視場(chǎng)角不低于20°；

續(xù)航時(shí)間：綜合不低于8小時(shí)；

安全管理：時(shí)間電子圍欄、平面位置電子圍欄、高程電子圍欄；

定位精度：室外優(yōu)于5cm、室內(nèi)優(yōu)于0.5m；

通信方式：常態(tài)4G/5G、天通/Ku/Ka衛(wèi)星備份及短報(bào)文、WiFi等；

設(shè)備緩存：支撐斷點(diǎn)續(xù)傳，緩存不低于2G；

系統(tǒng)容量：同時(shí)在線(xiàn)不低于1000人。

四、北斗+AR電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)使用效能

1.全區(qū)域信息互通

采用北斗+4G/5G+WiFi的多種通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備巡檢的大區(qū)域、室內(nèi)/外無(wú)盲點(diǎn)信息互動(dòng)。電力設(shè)備維護(hù)團(tuán)隊(duì)可以共享設(shè)備維保技術(shù)的音頻和視頻，也具備通過(guò)內(nèi)置的自動(dòng)翻譯器現(xiàn)場(chǎng)翻譯消除語(yǔ)言障礙，并開(kāi)發(fā)和維護(hù)持久的知識(shí)庫(kù)。為各種現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的協(xié)作工作而精心設(shè)計(jì)，可滿(mǎn)足在低至30kbit/s超低帶寬環(huán)境中傳輸視頻并共享高質(zhì)量圖像；在偏遠(yuǎn)無(wú)公網(wǎng)信號(hào)地區(qū)，通過(guò)北斗接收機(jī)直接獲得厘米級(jí)定位精度，并將危險(xiǎn)判斷規(guī)則內(nèi)置在監(jiān)測(cè)硬件終端內(nèi)部，直接將現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)結(jié)果數(shù)據(jù)，通過(guò)北斗獨(dú)特的短報(bào)文方式與遠(yuǎn)程專(zhuān)家互動(dòng)；前端AR設(shè)備還提供在沒(méi)有可用帶寬和無(wú)法接收北斗信號(hào)情況下的脫機(jī)工作模式。

2.高精度現(xiàn)場(chǎng)定位

采用現(xiàn)場(chǎng)佩戴裝備直接計(jì)算的方式，特別適合于山頂、邊遠(yuǎn)地區(qū)等公網(wǎng)不能良好覆蓋區(qū)域的基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)；同時(shí)，佩戴裝備直接進(jìn)行計(jì)算和判斷，能夠降低對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕾?lài)，也能降低軟件平臺(tái)端的計(jì)算量，減少非必要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，減輕數(shù)據(jù)中心壓力，節(jié)省成本。系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄工作人員的位置、狀態(tài)和停留時(shí)間，便于管理員進(jìn)行數(shù)字化管控，有效提高管理效率。

3.全方位協(xié)同作業(yè)

提供增強(qiáng)型的專(zhuān)家遠(yuǎn)程協(xié)同現(xiàn)場(chǎng)解決方案。當(dāng)在遙遠(yuǎn)地方的電力設(shè)備巡查人員、供應(yīng)商或客戶(hù)遇到問(wèn)題時(shí)，能夠使用AR穿戴設(shè)備通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)呼叫遠(yuǎn)端的專(zhuān)家，雙方通過(guò)高清音視頻通話(huà)，基于現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行初步溝通。專(zhuān)家通過(guò)PC電腦或智能手機(jī)等終端設(shè)備，獲取現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)可視化數(shù)據(jù)，以第一視角查看現(xiàn)場(chǎng)情況，快速明確核心問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢查、審計(jì)、診斷、指導(dǎo)等?，F(xiàn)場(chǎng)人員可以對(duì)準(zhǔn)設(shè)備核心問(wèn)題區(qū)域發(fā)起實(shí)時(shí)凍屏，雙方可以基于核心問(wèn)題區(qū)域進(jìn)行協(xié)同溝通，基于AR空間標(biāo)注功能，專(zhuān)家在畫(huà)面中圈出問(wèn)題點(diǎn)，AR端能夠直接查看，并對(duì)此做出響應(yīng)，由此顯著提升了問(wèn)題溝通效率，從而快速排除、檢查和解決電力設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的任何疑難問(wèn)題或突發(fā)事件。

4.實(shí)時(shí)消息推送及文件傳輸

在問(wèn)題解決過(guò)程中，涉及電力設(shè)備型號(hào)以及技術(shù)參數(shù)等關(guān)鍵信息時(shí)，為保證信息的準(zhǔn)確傳達(dá)，專(zhuān)家端可以使用消息功能，以文本的形式發(fā)送重要信息，信息內(nèi)容能夠直接推送到現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面中，便于現(xiàn)場(chǎng)人員第一時(shí)間查看，準(zhǔn)確捕獲關(guān)鍵信息。在需要參考文件輔助維修工作時(shí)，專(zhuān)家可以通過(guò)文件共享功能，一鍵分享圖紙、視頻等文件，現(xiàn)場(chǎng)人員通過(guò)AR佩戴裝備可以直接查看文件信息，明確解決方案，提升問(wèn)題解決效率。在無(wú)網(wǎng)絡(luò)情況下，現(xiàn)場(chǎng)人員可通過(guò)北斗衛(wèi)星獨(dú)有的短報(bào)文技術(shù)手段與遠(yuǎn)程專(zhuān)家互動(dòng)。

5.問(wèn)題追溯與經(jīng)驗(yàn)復(fù)用

支持使用AR眼鏡針對(duì)故障問(wèn)題及維修過(guò)程，進(jìn)行全程視頻錄制,并將結(jié)果及時(shí)存入系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)問(wèn)題追溯、歸檔整理、經(jīng)驗(yàn)復(fù)用，乃至預(yù)測(cè)性維護(hù)提供參考，助力電力企業(yè)構(gòu)建可復(fù)用、可視化的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)庫(kù)。

6.基于位置和時(shí)間的數(shù)學(xué)模型分析

根據(jù)綜合采集的位移、應(yīng)力、環(huán)境等數(shù)據(jù)，對(duì)桿塔、邊坡等建立力學(xué)分析模型，并通過(guò)采集的大數(shù)據(jù)進(jìn)行模型修正，并根據(jù)模型分析結(jié)果，確定隱患部位；模型具有坐標(biāo)數(shù)據(jù)，能夠給出具體部位的空間絕對(duì)坐標(biāo)，用于輔助人工或者其他自動(dòng)化設(shè)備的日常檢修。確定隱患部位后，根據(jù)空間坐標(biāo)，可以引導(dǎo)輔助人工、自動(dòng)化裝備進(jìn)行“定點(diǎn)”觀測(cè)排查。

五、結(jié)語(yǔ)

AR技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)4.0中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。供電系統(tǒng)信息技術(shù)人員利用AR技術(shù)在大型電力設(shè)備維修技術(shù)人員的培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)視頻技術(shù)支援等方面做了大量卓有成效的工作，并在輔助電能計(jì)量終端廠(chǎng)家技術(shù)人員的培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)支持方面進(jìn)行了有意義的嘗試。通過(guò)北斗+AR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備巡檢的大區(qū)域、室內(nèi)外無(wú)盲點(diǎn)信息互動(dòng)，提供專(zhuān)家遠(yuǎn)程協(xié)同現(xiàn)場(chǎng)解決方案，大大提高了電力維修工程師首次修復(fù)率、減少技術(shù)人員培訓(xùn)時(shí)間、簡(jiǎn)化檢查、降低重復(fù)性成本，快速排除、檢查和解決電力設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的疑難問(wèn)題或突發(fā)事件。