基于VR的變電站智能巡檢場景研究分析

阮海波　鄭躍軍

摘 要：以變電站的精細化三維模型作為基礎，選用虛擬現實技術，使電站的智能巡檢達到人機交互、虛實結合的效果。文章深入研究了變電站內有關設備正常運行的標準，以信息融合技術為核心手段，使數據信息可視化，提供的手段與工具更直觀、先進，輔助業務員實時監測設備，并對其狀態進行評估，進而達到變電站智能巡檢的可視化。

關鍵詞：虛擬現實技術；變電站；智能巡檢；虛實交互

隨著電網規模逐漸的擴大，其結構也隨之變得更加繁雜，越來越多的變電站已經無人值守，加強了電網依賴信息系統的程度，同時根據業務線來建設信息系統，導致系統之間缺少了一種必然的關聯，而傳統監測系統不僅缺乏顯示數據信息的有效手段，還缺少有效展示各種監測數據的可視化方式。普通的GIS系統僅僅可以展示變電站的總體情況，即不能達到變電設備精細化管理的需求，也不符合業務員實際變電站巡視的應用。基于此，本文展開了如下研究。

1 簡介虛擬現實技術

虛擬現實技術（Vinual Reality，VR）是一種計算機仿真系統，它可構建出虛擬的世界，并讓人體驗到現實世界與虛擬世界相同的環境，這種模擬環境具有交互式處理的三維動態視覺效果。在此技術中融合了多種信息技術，例如：傳感器技術、數字圖像處理技術、多媒體技術、計算機圖形學技術等。虛擬現實系統通過先進的軟件工具、硬件技術，改進軟、硬件和交互方式，使其更具有合理性，讓用戶可以使用系統來完成虛擬世界的形成，同時也能交互式的觀察虛擬世界。

以變電站精細化三維模型為基礎，設計智能巡檢場景，通過VR技術，在虛擬世界里的變電站，可以讓業務人員在里面隨意游玩。按照現場巡檢規范，不但需要在變電站模型內檢查所有設備，還應呈現出設備信息的實時動態情況，例如：監測數據信息、基礎數據信息等。

2 變電站精細化三維模型的建立

按照實際情況，把電力系統設備三維模型力度分成全設備級模型、重點部件級模型以及工程級模型。可從兩個角度來描述著三個層級。一為精細度，二為完整性。表1為主要內容描述。

3 智能化巡檢場景的研究

3.1 總體場景

智能巡檢場景主要由智能化展示的信息融合、智能化操控的虛實結合兩部分組成，利用可視化載體把這兩個部分有機結合，使可視化場景具有人機互動和虛實結合的特點。（如圖1所示）

3.2 智能控制

在現實世界變電站中，引進智能巡視機器人，同時設置一個模擬機器人在虛擬世界的變電站中，使機器人現實場景、仿真場景的相互配合。利用三維控制器下達一套相同的命令，對巡檢機器人、模擬機器人同時進行控制，通過信息通信彼此雙方實現傳輸定位，維持一致的位置，為信息融合的智能化顯示奠定了有利的基礎。

3.3 智能顯示

在雙屏顯示下完成智能化展示信息集成，展示出選件機器人與模擬機器人在檢修作業中分別采集到聽覺類設備檢測信息、虛擬設備數據。利用分析、疊加處理兩種信息，使工作人員可以實時、準確的對變電站狀態進行監測，以實現協同工作的目標。（1）可視化場景訪問的數據來源由數據源層進行描述，其中在線監測系統、視頻監測系統、EMS、氣象系統、GIS等。（2）數據層對不同數據源、展示平臺之間數據的轉換、集成、傳遞以及凈進行了描述。可視化場景主要管理與使用內部、外部數據這兩種，其中外部數據指的是來源于外界數據源的數據，而內部數據指的是與企業有關的數據，由數據源層所提供出來的數據，在數據層中被分成了四類數據，分別為非結構化數據、實時數據、空間數據、關系型數據。圖2為數據架構。（3）業務應用層從六方面來對變電站巡視員的工作進行輔助，分別為全景查看、路線設定、報告管理、缺陷管理、任務管理、巡檢項目。為方便用戶在大量的監測數據中可以快速選出所需信息數據，在設計健康指標體系時，將其分成變電站整體、某類變電設備、各類變電設備這三個等級，若開始展現信息的時候，則可以從下向上層層的獲取到每級健康情況；若出現定位故障，則用戶可從上向下進行挖掘健康情況。如圖3所示。

4 實現變電站智能巡檢場景的關鍵技術

4.1 運動控制技術和虛實交互的研究

需要多級處理才能完成仿真技術、智能巡檢兩者間的交互，利信息交互建模，可以采集、評估以及整理信息，打通所有環節的信息通信。在變電站智能巡檢作業中應用交互融合算法，進而與用戶操作相互呼應，體驗到虛實結合。此外，設備運動控制利用生產的預測圖像來表示，為確保系統能夠顯示出穩定的畫面，需將圖像幀數設定為恒定值。

4.2 多信息的融合及同步研究

數據處理、狀態采集是多信息的融合及同步研究的關鍵。設備狀態采集有效性驗證現場原始信號。而數據處理的作用是達到轉換信號的變換，收集反應出生產狀態的有關性能的指標。同時，選用同步技術來完成實時同步、數據收集計劃的制定，選用錯誤數據處理機制，集成中心數據庫，定期與其它的業務系統數據庫開展交互數據信息。達成展現、同步控制虛擬與現實信息，進而讓變電站智能巡檢的實時空間分析、模擬預演實時監測的功能更加智能化，保證巡視員全方位無死角的檢測設備狀況。

4.3 可視化技術研究

在虛擬現實技術變電站智能巡檢的基礎上，對可視化技術做出了大量的研究，使場景顯示界面更加美觀和科學，智能巡檢更加有效和靈活，選擇雙屏互動技術來設計智能巡檢場景，硬件方面選擇納米觸控膜技術、霧化玻璃全息衍射兩者有機結合來實現，使生產運行具有更好的空間實時分析、模擬預演實時監測的功能，利用現實信息與虛擬信息的碰撞，達到同步控制、展現的目的。保證巡視員全面位無死角的檢測設備。變電站檢測的精準性、巡檢自動化水平使傳統型可視化技術轉變為創新型，對電網運行安全可靠的提高有著重要作用。

4.4 關于輔助決策問題的智能分析研究

關于智能分析的根本性質為將虛擬設備數據與現實設備數據疊加處理、分析，其分析核心點有以下幾點：（1）實時數據展示。虛擬環境中對某一設備進行定位的時候，此設備的真實信息數據均可在對應的虛擬式設備上顯示出來。例如事件信息、狀態監測、臺帳信息、環境信息等。（2）圖像數據實時監測。實時視頻顯示紅外熱像儀、可見攝像機，并與自動巡視功能和遙控功能相互配合，達成了操作員的數據存儲的實時檢測以及后臺巡視。（3）機器人現場數據采集疊加分析和反饋。反饋機器人運行時所需要的任務管理信息、電子地圖信息、實時數據庫信息、工作系統信息。另外，還需要記錄下機器人運行時所產生的巡視與日志，以便于更好的分析、查詢。（4）設備的高級分析。把機器人在現場獲取的傳感器、真實視頻進行有機結合，高級分析和應用現場傳回來的數據信心。

5 結束語

此研究的價值是應用化融合通信技術和信息融合技術，使技術為電力應用提供更好的服務，可將機器人單向巡檢存在的不足之處彌補上，使生產運行的實時空間分析、模擬預演實時監測的功能更加智能化，保證巡視員全方位無死角的檢測設備狀況，給變電站今后發展向著網絡化、自動化、智能化、數字化奠定了有利基礎，對電網可靠運行的提高具有舉足輕重的作用。

參考文獻

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