广东电网有限责任公司中山供电局 曾庆祝 姚光久 孟晨旭 闫 超 陈伟明 方泽彬

目前在变电站检修和倒闸操作工作过程中，存在着以下问题：现场工作人员私自跨越作业安全围栏，扩大工作范围，误入带电间隔，可能导致设备误动或人身触电；在现有的技术中，故障点的判断，分析需经过现场工作人员进行拍照、录制及上传至后台，通过电话进行会诊，而现场工作人员不能根据现场的场景与后台专家进行实况诊断，也不能知道后台专家针对实况故障点进行图文，视频的判断结果，这极大的影响到现场消缺效率和增加了消缺工作的误判概率；作业现场信号差、风噪影响和后台专家的语音指导；在现有的技术中，故障点的判断，分析需经过现场工作人员进行手动拍照，录制，及上传至后台，通过电话进行会诊，而现场工作人员在现场实操消缺工作时，双手得不到解放，这极大的影响到现场消缺效率和增加了消缺工作的出错概率；运维人员水平参差不平，运维人员难以获取最新专业知识，特别是设备更新换代后，遇到故障只会简单更换设备，没有专业技能支撑，难以提升技能水平。

为此，文献[1]采用AR导航，但没有实现对物体的追踪，头部运动会影响到对象及虚拟信息的相互融合；文献[2]提出AR技术巡检管理的运用，但智能终端未集成到安全帽上，不利于运维检修使用，后台系统二维码数据与设备关联性不高，数据源单一，样本数据不足，现场辅助功能不明显；文献[3]提出了AR技术在电力设备故障识别研究，但DNN算法和深度神经网络算法准确度差，故障识别效率低。

因此，本文基于AR技术设计与实现了变电站智能运检系统。通过采用距离感应装置实现作业人员安全作业区域监视；采用温湿度感应装置，感知作业环境条件，预警高温高湿等不满足安规作业环境；采用AR三维全息视图实现真实环境同虚拟信息无缝集成对接；采用智能巡检AR技术，实现在线诊断电气设备运行状况；采用安全报警机制，及时预警作业环境漏电、漏水等威胁。

1 基于AR技术的变电站智能运检系统结构与功能设计

1.1 系统结构设计

基于AR穿透式三维全息视图的变电站运检功能结构，该系统由自然交互、功能模块、系统对接、后台管理等部分组成。

自然交互模块主要负责现场工作人员头盔感应器设备采集的现场图像、视频、声音等在云E头盔终端的展示，实现语音交互、按键交互、手势交互等互联互通。

功能模块主要负责对AR三维全息视图实时直播、语音通话、在线录像、在线标记等即时联络方式，同时联动摄像机抓拍、截图、录像，实现人员GPS定位、温湿度感应、安全报警、人脸识别等模块交互。

系统对接模块主要负责云/本地服务器的对接，实现内部网络远程协同、作业录像、巡检信息、GPS定位、数据库存盘跟踪、云数据识别库等信息存储与传输。

后台管理模块主要包括数据管理、任务管理、系统管理、信息管理、设备管理、智能识别管理，主要负责不同环境下管理信息入库，实现作业的闭环。

1.2 系统功能设计

该系统主要实现以下功能：

（1）穿透式AR目镜与语音交互的变电消缺远程视频会诊系统。在变电消缺过程中，多功能交互互不干扰同时进行，通过智能语音交互与穿透式AR影像展示，即可实现摄制、远程会诊，实况同步交流、音频播放、影像展示及危险警告等功能，从而工作人员可专注于消缺作业，降低操作难度，进而提高作业安全性。

小亮（化名）是一位七年级男生。开学一个月以来，小亮经常出现迟到、课间打闹、不交英语作业、自习课捣乱等问题。当然，小亮也是有优点的，比如，性格开朗、胸怀宽广、人缘好等。

（2）多MIC矩阵骨振子传音器与语音交互的变电消缺远程视频会诊系统。在变电消缺过程中，确保现场的工作人员在高空风噪，及其他环境噪音下进行高品质音频通话，及危险警告等功能，通过多MIC矩阵实现环境噪音的降噪，通过选择MIC的拾取选项，传输故障异常音至后台。通过骨振子传音器在人体骨质，人体软组织等媒介进行声音传递。从而避免环境噪音，风噪等噪音影响通话质量。

（3）智能AI语音控制交互式变电消缺远程视频会诊系统设备。基于智能AI语音控制系统核心，自由曲面目镜远程视频成像，穿透式显示方法。使用5G网络进行实时数据传输与交换。智能AI语音控制包括控制AR自由曲面目镜/穿透式显示设备实现远程摄像及视频会诊，智能AI语音控制包括控制高清摄像头还原现场故障，即时传至后台。后台专家通过施工人员佩戴的本设备正确、及时、快速地指导现场施工人员来处理故障。采用智能AI控制系统全程处理设备功能控制，进行没有物理接触操作设备的动作进行设备功能操作。影像展示，与后台专家共享现场实况，共享现场故障点的影像展示及展现后台专家针对现场实况的消缺指导，及现场操作人员与后台专家的同步视频会诊等功能，从而工作人员在无需手动操作设备就可看到后台专家的指导视频等，在专家的指导下可针对故障点进行高效、正确的消缺作业。同时现场工作人员只需要通过智能AI语音进行控制终端，实时观看到AR目镜所展现的后台传输图纸、画面、视频等消缺指导作业资料，通过AI智能语音控制系统，进行GPRS和北斗等全球定位，并传输至数据后台进行精准定位施工人员所处位置及故障坐标位。通过采用智能AI控制系统来全程处理以上功能，能更进一步的解放一线作业人员的双手，使之更安全的进行户外的具体施工。

2 基于AR技术的变电站智能运检系统关键技术

2.1 AR智能导航定位抗干扰能力

AR眼镜的设备感知以及数据提取算法对硬件算力要求较高，直接提升眼镜功耗，导致眼镜的体积重量增大。

为了将AR眼镜计算功耗降到最低，系统采用分布式计算设计理念：将智能穿戴主机作为AR眼镜的主要环节感知计算单元，完成设备身份识别等图像计算功能，采用1.8GHz LTE无线专网与后台服务器告诉互联，完成后台数据检索与推送功能。

AR眼镜主机在有限体积内集成PTT对讲、2.4GLTE、1.8GLTE、GPS、WIFI、蓝牙、RFID等多种通讯方式，如何处理天线之间的干扰成为难题，本AR眼镜采用多天线差异化设计方式。2.4GLTE、GPS、WIFI、蓝牙、RFID采用PIFA、FICA天线多频技术、PTT对讲，1.8GLTE则基于MIMO技术设计，有效避免同类天线互相耦合。分时工作策略，通过嵌入式系统实现通信调度，采用不同通讯模块分时工作策略，避免同时开机的相互干扰。

AR眼镜集成UHF RFID/二维码读写模块、多星精确定位模块，现场定位地图与相机感知环境比对，不断纠错，提高导航定位能力，远程后台打开在线地图显示作业的若干感知人员为主，自动匹配现场作业人员佩戴的AR眼镜ID号。实际图像、训练图像、感知图像和查询图像场景相互匹配，识别出作业地点后，通过AR技术实时指引。

2.2 多MIC矩阵骨振子降噪技术

在变电消缺过程中，无需工作人员手持对讲设备，通过多MIC矩阵骨振子传音器进行语音交互通讯，通过MIC矩阵消除环境噪音，通过骨振子传音器避免嘈杂环境音干扰现场操作人员受话，即可在恶劣环境下进行远程会诊交流、与后台专家的同步视频会诊，及危险警告等功能，通过关闭单MIC实现采集故障点异常音。从而工作人员可高度还原故障点异常音给后台，使得后台专家准确指导消缺作业，降低判断/操作难度，进而提高作业安全性。

并通过多MIC矩阵骨锤式音器进行现场噪音消除和故障点异常音的拾取，和后台专家进行实况音视频会诊，进而实时实况同步高效，正确的消缺操作。

2.3 多远数据交互的远程视频会诊系统

工作人员在使用穿透式AR目镜时，会诊数据中的会诊影像以AR影像的形式显示于穿透式AR目镜的显示屏上，工作人员近眼查看会诊影像中所包含的施工图纸、设计资料，专家指导等，从而无需手持纸质资料，即可查阅并对照进行消缺，有效解放了工作人员的双手，使其可专注于消缺作业，提高了作业效率。

主控模块实时监测显示屏的工作温度；当显示屏当前的工作温度指示显示屏存在色彩偏离时，主控模块基于当前的工作温度调整会诊影像的色彩参数，进行动态色彩补偿。具体来说，显示屏在使用过程中会发热，随着工作时间的增加，显示屏上所积累的热量会导致显示屏产生色彩偏离，且显示屏的色彩偏离值与其当前温度值成线性相关。主控模块实时监测显示屏的工作温度，并基于其温度值推导出色彩偏离值，再根据色彩偏离值，对会诊影像的色彩参数进行动态色彩补偿，以确保在AR目镜的运行过程中，会诊影像的色彩参数始终保持一致，良好逼真的还原现场故障现象。

设于AR目镜之上的控制按键供工作人员操作操控以输入控制指令，控制按钮可以包括功能按键及方向按键，工作人员先行操作功能按键选定所要设置的选项，进而再通过方向按键对该选项进行调整设置。例如，在选定进行亮度设置时，即可通过不同的方向按键调高/低显示屏的显示亮度，以适配于环境亮度，获得良好的显示效果，避免因显示屏过亮/过暗而伤害工作人员的视力。另外，在选定进行缩放设置时，即可通过不同的方向按键对会诊影像的显示区域进行缩/放调整，以将显示区域调整至合适的大小，确保显示区域不会遮挡工作人员观察缺陷区域的视野，同时确保工作人员可清晰地查看会诊影像中所包含的数据信息。此外，通过设定相应的程序，还可通过控制按钮完成针对会诊影像中技术资料的选取、翻页等操作，从而在AR目镜上即可实现高效便捷控制。

传统系统需要在识别设备身份后，快速提取设备相关的调度运行、检修试验等数据，数据量较大，对传输速率要求较高；同时，不同的数据存在不同的电力内网分区中，物理隔离使得数据交互存在障碍，本创新点解决方法：采用增强现实AR技术，将显示场景与虚拟信息融为一体，为运维人员提供直观的辅助增强显示。采用1.8GTD—LTE专网技术，可实现智能穿戴主机与电力内网后台的快速关联，打通电力内网不同分区的数据库，获取电力内网D5000、SCADA等系统的潮流数据、在线监测、运检PMS等系统数据，实现多源数据交互实现，实现现场巡检作业可视、可管、可控，提升变电站智能运维水平。

3 应用实例

为模拟误开路安全措施操作流程指导，通过按键操作或语音智能操作可以查看下一步操作步骤描述和三维场景中的操作功能。模拟变电站三维全息视图场景，并可通过手势、语音控制等操作方式实现在场景中对电力设备的巡视维护。倒闸操作前电网运行方式，可通过AR三维全息视图和智能语音控制等操作方式实现在场景中对电力设备的转方式操作。

该系统可长时间稳定、可靠运行且定位精度满足变电站使用要求，有效地保证了该站现场工作人员人机交互难、实时查看处理故障的时间和空间限制，实现了对变电站运维数字化和智能化操作，确保了人身、设备、电网安全，多功能交互，无延时上传后台，实时对接运维现场，提高了现场工作效率。

4 结语

基于AR技术的变电站智能运检系统配置有20多项工具功能，有效减少了现场作业时工具携带量，有效节省了时间和成本。通过远程视频、语音、GPS定位、实时掌握现场作业人员的工作情况和安全情况。通过语音控制、PC后台、手机或IPAD即可操作系统，提高了作业效率和作业的智能化程度，解决了信息采集分散，分析管理系统繁多，无法进行高效智能化的数据分析和管理的问题，提高了管理效率和智能化管理水平。该系统改进作业中人机之间、各级管理层之间的交互方式，建立互联协同、安全监控、数据采集、经验共享等信息化生态圈，实时对数据进行分析，实现现场作业的智能化管理，使复杂的变电设备变得直观、透明，AR技术能够直观的展示出操作步骤和工艺，为作业人员提供更加直观易懂的技术指导，而不再只是复杂、枯燥的作业指导书和图纸。AR技术可以将二次图纸、试修记录、设备拆解、出厂信息、操作手册、维修手册检修资料通过三维全息视图立体的展示现场工作人员面前，后台设备数据逼真的融合于现实场景中，让工作人员能对检修设备有直观和切身的感受，利于最终检修方案的完善。同时，利用AR技术可以使虚拟模型与现实中的真实场景相互融合，从而在维修方案定型前可以更好进行仿真、分析、指导、维修等工作，更便捷、准确地指导作业人员进行运行维护、设备检修消缺。