基于精確坐標的特高壓變電站三維實景現場作業人員定位系統研究

張毅+胡俊華+彭晨光

摘 要：基于精確坐標的特高壓變電站三維實景現場作業人員定位系統是通過基于變電站三維實景的激光點云的空間坐標系統，將空間定位傳輸裝置融合與檢修作業人員日常佩戴的安全帽（或服裝、腰帶等）進行精確定位。從而可加強檢修期間作業人員區域管控，提高檢修作業安全管控水平。

關鍵詞：精確坐標 三維實景 人員定位系統

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0001-02

交直流特高壓變電站運維管理要求高，檢修作業的專業化程度高，安全運維責任重大。隨著變電站管理智能化水平的提高，對變電站人身安全智能化預防和管理手段也提出了更高的要求。通過對作業現場進行人工監控的手段已經無法做到及時發現風險和實時提醒。目前采用全新的基于空間精確坐標的變電站實景建模技術，通過開展電力大數據融合變電站精確空間位置三維實景及安全防控的應用拓展，提高電力三維全景數據智能融合的感知精度、呈現細節以及功能健碩性，并結合智能可穿戴設備的實時定位交互功能，實現作業現場安全的實時分析和預警成為新的發展方向。本文研究的重點是一套基于精確坐標的特高壓變電站三維實景現場作業人員定位系統，提高特高壓變電站安全管理工作的效率和智能化水平。

1 系統簡介

本項目該系統是通過對變電站三維激光掃描，獲取了包括設備、建筑等全部精確空間坐標的點云信息。然后將變電站三維實景的激光點云進行重構，再基于點云環境精確的空間坐標信息為參照系，將空間定位傳輸裝置融合與作業人員智能可穿戴設備進行精確定位。

智能可穿戴設備是一種可以穿在身上或貼近身體并能發送和傳遞信息的設備，比如作業人員日常佩戴的安全帽（或服裝、腰帶等）。基于精確坐標的變電站三維實景現場作業人員定位系統將對現場各類人員進行標識和軌跡跟蹤，并實現現場、后臺、遠端三級智能報警功能，從而可加強檢修期間作業人員區域管控，提高檢修作業安全管控水平。

本系統在電力生產運行管理水平的提升和變電設備維護成本的降低及變電運行可靠性的提高上可以有以下作用：

（1）構建精確真實重構場景的多系統、跨平臺統一監控。

（2）提高工作效率，減輕運行檢修人員的工作負擔。

（3）克服多系統信息孤島、增強對設備統一、多系統的分析、診斷。

2 系統的技術實現

點云平臺是可視化管理的基礎，基于點云環境精確的空間坐標信息為參照系，將空間定位傳輸裝置融合與檢修作業人員日常佩戴的安全帽中進行精確定位成為可行。空間定位傳輸裝置還可與檢修作業人員的服裝、腰帶等進行融合，體現充分的可穿戴特性。不僅如此，空間定位傳輸裝置還可融合聲光報警器，越過安全區域時可及時發出現場就地告警。

變電站中作業人員定位系統的實現包括兩部分：

第一部分是通過三維掃描和三維重構實現全站數字化，以具備精確三維空間坐標的實景點云呈現真實場景，全方位提高變電站的信息感知深度和廣度，形成變電站三維實景智能監控平臺。

實景復刻技術是進行三維重構（重建）、數字建模的一種新技術，它以非接觸性、高密度、高精度、數字化、自動化等特點，被廣泛用于許多領域。三維激光掃描能快速獲得原始的點云數據，并能完整高精度地重建實體。通過沉浸性、交互性和構想性為基本特征的計算機高級人機交互界面，綜合利用計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術，創建出一種具備空間坐標的三維重構，實現精確化的多維矢量信息空間。

第二部分是依托人員精確定位裝置，該裝置由基站、移動站、天線組成。

定位技術是由于對軌跡追蹤的需求發展而來，在這方面有兩種主流技術手段：全球衛星導航系統（GNSS）和基于RFID的射頻無線定位技術。當前廣泛應用的GNSS主要包括美國的GPS、歐洲的Galileo、俄羅斯的GLONASS和中國的北斗系統，可以滿足對精度較高的定位需求；在基于RFID的射頻無線定位技術中，位置解算功能由RFID實現，算法有圓周定位算法、LANDMARC算法、信號達到角度（AOA）定位算法等，相較而RFID射頻無線定位的精度較低，還需考慮碰撞檢測。

本系統采用高精度差分定位技術對現場佩戴智能可穿戴設備（移動站）的各類人員進行實時定位，追蹤軌跡。空間定位傳輸裝置體積小巧功耗低，配備GPS/北斗等多模多頻GNSS精確定位模塊，采用當前主流的室外高精度差分定位技術，滿足接收衛星定位信號并將坐標信息回傳至變電站三維實景智能監控平臺。同時，定位裝置支持按設定間隔時間與GPS/北斗衛星對時，確保可穿戴設備的“空間+時間”雙準，見圖1。

3 系統功能

融合可穿戴設備（智能定位安全帽），便于對現場作業人員管控，支持變電站三維實景智能可視化安全防控增值應用。在三維實景中顯示佩戴智能安全帽的作業人員身份、當前所處的精確空間位置，可實現運動軌跡刻畫。并且可回放作業人員的歷史行動軌跡，利于出現問題后的原因追溯，見圖2、圖3。

同時系統還具備電子圍欄自動防護報警功能，安全管理人員可根據現場實際需求在三維平臺中設定指定區域，當作業人員進入或離開規定區域時，系統會自動告警提醒。該人員管控不僅加強了檢修期間作業人員區域管控，而且提高了檢修作業安全管理水平。

4 系統的意義

通過基于精確空間坐標的三維實景一體化對變電站現場作業人員進行實時智能管控的研究與應用，可提高電力三維全景智能應用生態圈的感知精度、應用廣泛度、呈現細節以及功能健碩性，將獲得在電力檢修現場管理水平的優化提升和變電設備檢修維護成本的降低及檢修作業安全性的極大提高。其作用如下：

（1）可對變電站各種情況下的現場檢修工況進行準確的全方位把握、直觀精確對應三維實景融合。

（2）可有效減輕檢修作業管控人員的工作負擔，提高工作效率和安全系數。

（3）可提升現場精確評估的精準掌控能力，“料敵（事故苗頭）于先”，將不安全因素消弭于萌芽。

參考文獻

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