基于混合现实技术的电缆及通道运维辅助系统应用研究.pdf

RURAL ELECTRIFICATION基于混合现实技术的电缆及通道运维辅助系统应用研究吴茜，袁博，马凌波（国网西安供电公司高压电缆运检中心，陕西 西安 710000）摘要：随着城市规模不断扩大，地下管网系统愈发错综复杂，如何更加便捷、安全、高效地开展电力电缆运维已成为制约电缆专业发展的问题之一。基于混合现实（MR）技术的智慧运维辅助系统提供了一种可行性的技术路线，该系统集设备三维展示、台账信息查询、虚拟巡视、技能培训等功能于一体，可有效解决地下通道线路识别困难、设备信息获取不全面、设备运行数据获取不实时、运维数据管理效率低、巡视检修不够直观等问题，显著提升电力电缆及通道数字化运维效率。关键词：电缆运维；混合现实技术；智慧运维；远程协作中图分类号：TM757ResearchontheApplicationofCableandChannelOperationandMaintenanceAssistanceSystemBasedonHybridRealityTechnologyWUQian,YUANBo,MALingbo(StateGridXianElectricPowerSupplyCompanyHighVoltageCableInspectionCenter,ShanxiXian710000,China)Abstract:With the continuous expansion of urban scale,the underground pipeline network system is becomingincreasingly complex.How to carry out power cable operation and maintenance more conveniently,safely,andefficientlyhasbecomeadifficultproblemthatrestrictsthedevelopmentofthecableindustry.Theintelligentoperationandmaintenanceassistancesystembasedonhybridreality(MR)technologyprovidesafeasibletechnicalroute.Thissystemintegratesfunctionssuchasdevice3Ddisplay,ledgerinformationquery,virtualinspection,andskilltraining.Itcaneffectivelysolvetheproblemsofdifficultidentificationofundergroundpassagelines,incompleteacquisitionofequipment information,non real-time acquisition of equipment operation data,low efficiency of operation andmaintenancedatamanagement,andinsufficientintuitiveinspectionandmaintenance.Itwillsignificantlyimprovetheefficiencyofdigitaloperationandmaintenanceofpowercablesandchannels.Keywords:cableoperationandmaintenance;hybridrealitytechnology;intelligentoperationandmaintenance;remotecollaboration在传统的电力电缆及通道运维过程中，大量的设备台账、信息图纸等数据主要以电子文档或纸质资料留存。运维人员赴现场检修时往往须携带大量资料去现场勘察核对，这种方法不仅耗时费力，且资料查询困难、更新滞后，难以开展进一步的统计分析，不利于运维人员的精准检修，不符合电网管理精益化、数字化的发展趋势。本文介绍了基于混合现实和智能人机交互技术的新型电缆及通道运维辅助系统的原理，其应用于电力电缆及通道运维中的方法和意义。该辅助系统实现了物理真实环境与三维虚拟环境之间的数据融合与交互，加快数字化、智慧化运维落地，达到为一线员工赋能，提高生产力的目的。1研究背景传统电力电缆运维的基础资料可概括为“一图、两账、一册、一库”。“一图”是指电缆线路地理走径图，“两账”是指电缆线路信息台账和电缆通道信息台账；“一册”是指电缆馈路图册，是全部输电电缆线路的走径图集。“一库”是指电缆线路资料库。上述资料繁多且复杂，数据处理难、利用率低，造成运维人员巡视检修效率低，现场信息获取及更新不及时、不全面。收稿日期：20230705;修回日期：20230810DOI:10.13882/ki.ncdqh.2023.09.010Information System|信息系统2023 年第 9 期 总第 436 期 41RURAL ELECTRIFICATION目前电力电缆运维场景中主要存在以下问题：（1）电缆及通道架构庞大，结构复杂，单凭人力难以准确识别并获得电缆及通道内的全部设备信息；（2）大多数电缆及通道的巡视仍以人工现场巡视方式为主，巡视效果、巡视效率都极大地依赖现场人员的技术水平和工作经验，主观性较强，无法满足运检高效可靠的管理要求；（3）传统人工方式巡视须进行各种表单的登记、记录和存储，人工成本高、人力消耗大，存在数据易丢失、数据调用处理难等问题，无法满足电缆及通道智能运检的发展需求1；（4）由于地下电缆通道环境复杂，新员工培训多以室内授课为主，即使现场培训也很难全面了解通道内部实际情况，培训效果不理想，新员工上手时间长。基于混合现实技术的智慧运维辅助系统，通过扫描真实电缆通道环境，创建一个与真实环境相对应的三维虚拟模型，并将相关设备信息数据添加到创建的三维空间中，运维人员通过混合现实技术眼镜，如身临其境般准确快速获取通道数据，是一种灵活处理现实与虚拟信息交互的技术应用2。2系统概述混合现实技术是继虚拟现实和增强现实后，一种可令现实世界与虚拟物体在共同视觉空间显示并进行交互的计算机虚拟技术，因具有较强的交互性与融合性，成为近年来研究与应用的热点。混合现实技术主要是通过对现实环境进行扫描，创建一个与真实环境相似的三维模型，并将相关的数据内容融入创建的模型中。现阶段，混合现实交互系统主要由虚拟景象生成器、头部姿势跟踪仪器、交感设备、头戴显示器以及定位设备组成，在应用该技术的过程中，人们可以通过体感交互的方式与模型进行交流。混合现实技术可以将实景数据融入三维建模中，并且内容可根据环境变化而变化，使用户和环境进行沉浸式交互3，如图 1 所示。图 1混合现实技术在电缆线路巡视时的效果展示在电力电缆及通道运维场景中，混合现实技术可以为运维人员实时提供全方位的设备信息，实时进行数据分析处理，大大提升巡视效率，对设备检修提供精准指导4。3系统功能基于混合现实技术的智慧运维辅助系统功能图如图 2 所示，其具体功能如下。远程协作：技术人员在现场遇到无法解决的问题时，可以使用远程协作和专家取得联系，寻求帮助。设备管理：包括设备信息、设备监测和设备控制，可对接业务平台。将设备信息直接叠加到现场真实环境中，方便用户快速定位和信息查询。扫一扫：扫一扫是快速打开其他应用，获取指定的信息或功能的一种方式。系统功能管理辅助运检辅助培训辅助人机交互扫一扫设备管理远程协作测量工具辅助运维路径导航知识库技能培训虚拟安装图 2基于混合现实技术的智慧运维辅助系统功能图吴茜等：基于混合现实技术的电缆及通道运维辅助系统应用研究42 2023 年第 9 期 总第 436 期RURAL ELECTRIFICATION路径导航：用于向用户展示地图信息、位置信息和导航路径。可提供巡检任务路线规划，现场路径指引功能5。辅助运维：通过下发特定的运维任务，系统可为运维人员提供标准化执行规范。运维人员可跟随操作指引进行作业，随时查看设备信息、监测信息和文档资料。同时，运维人员可使用拍照、录像等工具，记录任务完成情况。测量工具：通过手动方式在空间中放置点位，根据点位坐标和数学公式，计算出长度、角度和面积等。虚拟安装：利用混合现实技术进行设备虚拟摆放、虚拟布线等，为实际工程施工提供参考依据。技能培训：利用混合现实技术展示操作指导和指导内容，为员工提供更为直观的训练和培训。知识库：知识库用于搜索并查看存储文档。人机交互：包括用手直接操作，用手指向和提交，手势交互、语音交互和眼睛凝视交互等。4应用场景分析地下线缆透视定位。由于地下电缆通道线缆较多、环境复杂，人员巡视时难以准确判断具体线路的摆放位置和路线走径，基于电缆建设投运和后期运维的基本信息数据，通过定位技术和三维模型投影，将通道内线缆投影映射到运维人员眼前，如图3 所示。图 3电缆通道模型图数据识别与录入。用户手持红外线测温仪等设备进行环境数据测量，通过图像识别技术自动拍照将设备参数实时录入至运维系统，实现数据文本解析并自动上报业务系统，完成数据录入。设备信息标记。该系统能够将信息在现实空间以三维面板等形式进行排版布局，直接摆放在关联设备附近，实现边走边查，一用即走的效果，节省用户搜索与录入的时间。巡检运维场景。该系统可实现功能包括巡检任务管理、路径导航、设备管理、远程协作、扫一扫等。远程协作的使用场景。场外呼叫及远程指导，后台业务协同，实时交流与数据推送。其优点是解放双手，实时通信且不影响当前工作；与业务后台一致的观察视角，减少文字语音表述的歧义。扫一扫的使用场景。查看设备详情、监测信息等，设备检修时进行设备识别登记。其优点是步骤简单，无须烦琐输入，部署方便。路径导航的使用场景。巡视任务最佳路线规划，维修设备位置定位指引。其优点是直观显示行进路线，人员位置实时打点标记5。工程勘察场景应用。通过该运维系统可在测量工具与虚拟安装场景下实现可视化应用。测量工具的使用场景。现场环境勘察，虚拟布线。其优点是无须额外设备辅助，无接触测量。虚拟安装的使用场景。现场施工设计方案验证，查看场地设计规划，查看建筑内部管线构造。其优点是方案效果直观，容易理解；方便快速切换不同方案进行对比；建筑透视，易于展示内部构造。检修指导场景应用。系统可在技能培训或检修现场进行知识库使用查询，如在设备检修时查看维修指导手册，施工时查看工程设计文件，运维过程中查看历史维修记录。其优点是资料统一管理，搜索方便；与设备信息、执行任务关联，运维过程中可快速调用。5系统应用优势实时互动性。混合现实的实时交互性得益于混合现实技术的感知技术及传感系统，系统中可以搭载多种传感器和监测设备，运维人员可通过混合现实技术将这些数据融入到虚拟模型中，实现全方位的监控和反馈。在维修过程中，现场维修人员利用视频、语音交互功能与后台之间进行实时沟通，专家能对复杂的维修项目进行远程指导，提高维修质量。快速开展故障查询。工作人员可从云端业务大数据中快速获取相关设备的历史运行参数和属性数Information System|信息系统2023 年第 9 期 总第 436 期 43RURAL ELECTRIFICATION据，如设备结构信息、零件设备的更换历史等，同时能迅速确认电网系统中出现故障的位置，为工作人员显示故障点附近的信息，将检测到的故障信息及时上传到云端，为后续工作的开展提供参考6。数字化传输与存储。混合现实技术可以采集到现实世界中所有的信息，并可以将收集的信息高速存储在云端，便于用户对信息进行数字化分解与重构。技能培训。利用混合现实技术，维修人员可以在虚拟场景中进行虚拟操作，以此掌握操作技能，提高实际操作的安全性和效率。信息直观展示。混合现实技术可使运维人员快速获取电缆及通道的信息，提供更加直观的视觉效果；可通过虚拟模型更好地理解电缆及通道的结构和特点，从而更加准确地判断电缆的状态和运行情况；可提供全方位的视角，在不同的角度和距离下观察电缆及通道，全面了解电缆的情况；可提供实时的监控和反馈，实时查看电缆及通道的状态，及时采取相应的措施，从而保证电缆及通道的安全和稳定运行。6结束语本文介绍了基于混合现实技术的智慧运维辅助系统，该系统可实现对复杂电缆线路和地下通道信息的虚拟再现，使运检人员直观掌握电缆及通道的全方位信息。通过数据分析处理，可为设备检修维护提供精准依据。该系统同时具备技能培训、实时互动、工程勘察等功能，为电力电缆专业的数字化运维提供了技术支撑。参考文献郭建龙，郝腾飞，熊山，等.混合现实及三维仿真技术在电力设备运维过程中的应用J.电力设备管理，2019(10)：188190.1张哲，彭政，张珊茹，等.基于混合现实技术的避雷器运检系统设计J.自动化与仪器仪表，2021(1)：9799+103.2刘敏洋，李博功.基于混合现实技术的工业智能运维系统设计J.制造技术与机床，2020(9)：8082+87.3汤胜，刘华锋，彭钢，等.混合现实技术MR在电网应急抢修作业中的应用研究J.电子世界，2020(20)：174175.4刘佳旺.增强现实、虚拟现实和混合现实技术在电力系统中的应用J.无线互联科技，2021,18(22)：7879.5张迎晓，李俊林，段宜廷，等.基于混合现实技术的配电网6运维优化J.山东电力技术，2020,47(11)：814.作者简介吴茜（1987），女，硕士，工程师，从事高压电缆运维检修。袁博（1994），男，硕士，工程师，从事高压电缆运维检修。马凌波（1985），女，硕士，工程师，从事高压电缆运维检修。（责任编辑：袁航）资讯“国蛟一号”国家海洋输电技术品牌发布2023 年 8 月 8 日，全国首个海洋输电技术品牌“国蛟一号”国家海洋输电技术品牌发布会在浙江舟山召开。国网浙江省电力有限公司依托舟山海岛资源禀赋优势，在电缆研发、装备、施工、运维领域积累丰富经验，全力攻关核心技术，打造国家电网有限公司子品牌“国蛟一号”海洋输电技术品牌。“国蛟一号”品牌业务覆盖了技术研发、工程设计、施工试验、运营维护等海洋输电全产业链，旨在解决复杂海洋环境下的电力传输问题。据介绍，“国蛟一号”品牌创造了多项纪录：打造了拥有世界首条 500kV 交联聚乙烯海缆等14 项世界纪录的舟山 500kV 跨海联网工程；打造了国内首艘 5000t 级海缆施工船启帆 9 号，使船只具备承接海洋输电、海上风电等大截面、长距离海缆工程的能力；建成全球第一个五端柔性直流输电工程舟山200kV 五端柔直示范工程；投运世界首个运行在 20Hz 频率下的海洋发输变配电工程浙江台州 35kV 柔性低频输电示范工程。国网浙江省电力有限公司持续推动多种高端电缆及附件生产的全国产化，带动产业链上下游升级，提升市场核心竞争力。与会代表、中国质量协会首席品牌战略专家林海表示，“国蛟一号”提升了我国海洋输电技术品牌的全球影响力和美誉度，是中国海洋输电走向世界舞台的一张“金名片”。中央财经大学文化与传播学院广告系主任黄可表示，“国蛟一号”品牌要坚持创新发展、高效传播、规范管理，凝聚品牌发展合力，彰显品牌价值，打造中国乃至世界的技术品牌标杆。信息来源：国家电网报，国网浙江省电力有限公司吴茜等：基于混合现实技术的电缆及通道运维辅助系统应用研究44 2023 年第 9 期 总第 436 期