基于混合现实技术的电缆及通道运维辅助系统应用研究

2023-09-26马凌波

农村电气化 2023年9期

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）

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。

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。

图2 基于混合现实技术的智慧运维辅助系统功能图

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。

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。