基于AR的變電動(dòng)態(tài)運(yùn)維系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

彭博

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昭通供電局，云南 昭通 657000）

變電設(shè)備種類繁多，構(gòu)成復(fù)雜，不僅包括變壓器、導(dǎo)線、絕緣子、互感器、避雷器、隔離開(kāi)關(guān)和斷路器等電氣設(shè)備外，還包括電容器、套管、阻波器、電纜、電抗器和繼電保護(hù)裝置等。因此，為了能夠保證變電設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，變電設(shè)備運(yùn)維成為關(guān)鍵工作。

變電設(shè)備運(yùn)維具有信息繁雜、工作時(shí)間緊迫、工作流程嚴(yán)格等特點(diǎn)，需要有一套動(dòng)態(tài)運(yùn)維系統(tǒng)以提高工作效率。目前國(guó)內(nèi)對(duì)運(yùn)維工作的管理是基于PMS系統(tǒng)，PMS建立的是一個(gè)以資產(chǎn)管理為核心，業(yè)務(wù)覆蓋公司總部、網(wǎng)省公司、地市公司三個(gè)層面、貫穿電網(wǎng)輸、變、配生產(chǎn)全過(guò)程的一體化生產(chǎn)管理信息平臺(tái)，對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)生產(chǎn)集約化、精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，提高公司資產(chǎn)管理水平具有十分重要的意義。PMS作為生產(chǎn)管理和一線班組的工作平臺(tái)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、流程監(jiān)控、安全監(jiān)控等手段，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)管理的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控與輔助決策。

PMS系統(tǒng)在規(guī)范運(yùn)維檢修的工作流程方面起到了積極的作用，但是PMS本身是個(gè)離線的管理系統(tǒng)，在人員跟蹤、變電設(shè)備信息的查看和變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面無(wú)法提供更多的幫助，運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)只能憑借以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工作，無(wú)法獲取更多信息以制定運(yùn)維方案。為解決現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)變電設(shè)備信息的獲取問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外正在進(jìn)行很多系研究和嘗試，這些研究大多以手持移動(dòng)設(shè)備為數(shù)據(jù)接收終端，指揮中心將工作內(nèi)容、PMS系統(tǒng)中的設(shè)備情況等信息發(fā)送到數(shù)據(jù)接收終端，運(yùn)維人員攜帶數(shù)據(jù)接收終端前往現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)得到的信息進(jìn)行運(yùn)維工作。此類研究成果在變電設(shè)備信息獲取功能上做出了一些貢獻(xiàn)，但也存在一些缺陷導(dǎo)致實(shí)用性不高。首先這些研究都使用PMS系統(tǒng)中的設(shè)備臺(tái)賬和缺陷數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)無(wú)法全面的反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維工作的指導(dǎo)工作沒(méi)有起到實(shí)際作用；其次，攜帶數(shù)據(jù)接收終端的現(xiàn)場(chǎng)人員只能被動(dòng)的接收信息，發(fā)送過(guò)來(lái)的信息可能無(wú)法準(zhǔn)確的滿足現(xiàn)場(chǎng)工作的需要，現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法快速的獲取需要的信息，也無(wú)法方便的將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題反饋給指揮中心，雙方缺乏互動(dòng)導(dǎo)致信息交流不暢。

為了能夠更好的解決上述問(wèn)題，本文提出以變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)為數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)，完整記錄和分析變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，使運(yùn)維人員能快速的掌握設(shè)備的狀況，并且創(chuàng)新性的在電力系統(tǒng)中使用了AR技術(shù)，解決了推送信息定位不明確、信息獲取不及時(shí)、運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)和指揮中心信息交流不暢等問(wèn)題。

1 變電動(dòng)態(tài)運(yùn)維系統(tǒng)分析

基于AR的變電動(dòng)態(tài)運(yùn)維系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)、高可靠和高效率等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，可以滿足變電設(shè)備動(dòng)態(tài)的運(yùn)維、AR現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程指導(dǎo)等實(shí)際需求，同時(shí)保留可擴(kuò)展接口，將系統(tǒng)劃分為四個(gè)層次，分別為信息采集層、通信集成層、服務(wù)與管理層和高級(jí)應(yīng)用層。

變電動(dòng)態(tài)運(yùn)維系統(tǒng)信息采集層的主要數(shù)據(jù)包括四種來(lái)源，分別是穿戴AR裝備的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、繼電保護(hù)裝置的保護(hù)信息、故障錄波裝置的故錄信息、生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)備信息。通信集成層可以將采集的數(shù)據(jù)按照網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以與遠(yuǎn)方指揮中心實(shí)現(xiàn)信息交互和指令交換，具體的傳輸協(xié)議包括AR接口與生產(chǎn)管理接口通信規(guī)范，設(shè)備保護(hù)信息與故障錄入信息使用的通信規(guī)范。

服務(wù)和管理層能夠完成指揮中心后臺(tái)服務(wù)器的交互傳輸，管理后臺(tái)資源，分別是AR信息管理、故障歸檔管理、現(xiàn)場(chǎng)視頻庫(kù)管理、設(shè)備模型管理、備品備件管理、作業(yè)工單管理、人員管理。故障歸檔管理可以將設(shè)備故障存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)可以按照不同的類別記錄故障，比如人為故障、自然故障等，實(shí)現(xiàn)故障的分類存儲(chǔ)和管理。設(shè)備模型管理可以針對(duì)變電設(shè)備3D模型進(jìn)行管理，模型包括變電器的每一個(gè)組件，可以經(jīng)過(guò)渲染集成到多媒體AR顯示器上，模擬每一個(gè)變電設(shè)備的構(gòu)成。現(xiàn)場(chǎng)視頻庫(kù)管理可針對(duì)錄制的設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)，可以按照日期、設(shè)備名稱、視頻大小進(jìn)行分類管理。備品備件管理可以將變電設(shè)備維護(hù)的每一個(gè)組成部件維護(hù)整合和拆解，然后將實(shí)物保存到倉(cāng)庫(kù)中，在系統(tǒng)中進(jìn)行備注。人員管理可以根據(jù)系統(tǒng)用戶的實(shí)際情況，添加人員名單、工作部門、工作年限等資料，針對(duì)人員的信息進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)人員的動(dòng)態(tài)添加、修改、查詢和刪除。

高級(jí)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)AR現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、變電設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)維、保護(hù)和故錄故障診斷、遠(yuǎn)程指導(dǎo)、設(shè)備臺(tái)賬、備品備件、作業(yè)工單、人員指揮。高級(jí)應(yīng)用可以部署于移動(dòng)設(shè)備中，運(yùn)維人員可以手持移動(dòng)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)錄制視頻，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器人員可以通過(guò)在線監(jiān)測(cè)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息加工，快速的定位故障位置，準(zhǔn)確的做出可執(zhí)行的決策，比如維修或更換等，進(jìn)一步提高AR技術(shù)的應(yīng)用成效。

2 AR技術(shù)在變電動(dòng)態(tài)運(yùn)維系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

擴(kuò)增實(shí)境（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR）技術(shù)是一種集成多媒體、人機(jī)交互、設(shè)備建模的信息技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、圖像處理，是計(jì)算機(jī)發(fā)展到一定階段的高科技產(chǎn)物。擴(kuò)增實(shí)境AR技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤用戶手勢(shì)，感知用戶的邏輯業(yè)務(wù)操作，然后生成一個(gè)虛擬的、沉浸的操作環(huán)境，整合多種信息技術(shù)，將其輸出到視頻顯示器中，同時(shí)可以配合語(yǔ)音輸出到播放器，具有重要的作用。

擴(kuò)增實(shí)境AR技術(shù)應(yīng)用在變電站運(yùn)維作業(yè)中，其可以為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維作業(yè)人員帶來(lái)更多有助于提高工作效率和準(zhǔn)確性的信息。比如以智能眼鏡為穿戴AR裝備的時(shí)候（穿戴AR裝備也可為其他形式的智能設(shè)備，在此以智能眼鏡為例。智能眼鏡為眼鏡型可視化終端，形狀與普通眼鏡類似，在眼鏡側(cè)面安裝有攝像頭作為視頻采集裝置，使用鏡片作為顯示設(shè)備，配備麥克風(fēng)和耳機(jī)作為聲音的輸入/輸出設(shè)備），現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員戴著智能眼鏡看向某變電裝置，智能眼鏡在視野里定位到這臺(tái)變電裝置的時(shí)候，開(kāi)始對(duì)這臺(tái)變電裝置進(jìn)行跟蹤注冊(cè)識(shí)別，跟蹤注冊(cè)技術(shù)可以將虛擬信息、真實(shí)環(huán)境進(jìn)行配準(zhǔn)注冊(cè)，實(shí)現(xiàn)虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景的無(wú)縫疊加。目前，跟蹤注冊(cè)技術(shù)主要是基于機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)跟蹤物體特征的預(yù)處理和增強(qiáng)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為了提高跟蹤注冊(cè)的準(zhǔn)確度，又開(kāi)始引入深度學(xué)習(xí)規(guī)則，深度學(xué)習(xí)規(guī)則作為一個(gè)多層次的感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用強(qiáng)度值向量、矩陣向量等特征的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，能夠更加有效的實(shí)現(xiàn)特征識(shí)別和提取。智能眼鏡識(shí)別出這臺(tái)變電裝置后，將顯示這臺(tái)變電裝置的信息，如當(dāng)前運(yùn)行情況、運(yùn)維記錄、對(duì)這臺(tái)變電裝置的運(yùn)維作業(yè)工單等等，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員根據(jù)這些信息進(jìn)行運(yùn)維操作。

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員如果認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)裝置的情況與作業(yè)工單上所述不太吻合，可利用攝像頭的拍照功能或視頻功能將現(xiàn)場(chǎng)情況發(fā)送給指揮中心，指揮中心也可要求現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)某處進(jìn)行細(xì)致查看，指揮中心的指揮人員通過(guò)視頻功能遠(yuǎn)程進(jìn)行問(wèn)題的調(diào)查。除上述舉例外，穿戴AR裝備還能顯示很多信息，如在變電站內(nèi)真實(shí)一二次設(shè)備旁添加文字標(biāo)簽、變電站導(dǎo)航、屏柜布置圖、廠家及裝置提示信息等等，配備穿戴AR系統(tǒng)的運(yùn)維人員擁有來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)幫助信息，同時(shí)可以獲取遠(yuǎn)方指揮中心的指令和引導(dǎo)信息，并能為指揮中心提供及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況，可以給運(yùn)維工作的高效完成帶來(lái)很大幫助。

3 結(jié)語(yǔ)

基于AR的變電動(dòng)態(tài)運(yùn)維系統(tǒng)可以輔助運(yùn)維人員在工作場(chǎng)所安裝部署設(shè)備，將這些設(shè)備為用戶提供一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)時(shí)性操作，保證后臺(tái)操作的一致性和全面性，能夠利用這些特點(diǎn)更好的進(jìn)行操作和服務(wù)?；谙冗M(jìn)的標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全流轉(zhuǎn)操作，保證變電設(shè)備的運(yùn)行安全，還可以進(jìn)行設(shè)備事故分析、責(zé)任劃分，同時(shí)利用這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息獲取，建立一套運(yùn)維安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完善當(dāng)前維修模式，進(jìn)一步提高變電設(shè)備動(dòng)態(tài)維修，具有重要的作用和意義。

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