智能配網(wǎng)運(yùn)維5G+VR/AR的融合創(chuàng)新與應(yīng)用

羅芳

（云南云電同方科技有限公司，昆明 650217）

0 前言

配電網(wǎng)不僅設(shè)備種類多，并且覆蓋范圍較廣，與輸變電設(shè)備不同，配電設(shè)備總量也較多，且也更貼近居民生產(chǎn)生活核心區(qū)域，電力設(shè)備由于電壓等級高、體積大、布局分散、設(shè)備組成復(fù)雜等原因，一旦發(fā)生故障，容易導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等較大危害，加上管理基礎(chǔ)薄弱，安全隱患更加突出。

主要表現(xiàn)在：日常巡視難以覆蓋全部點(diǎn)位，運(yùn)維人員數(shù)量不足，設(shè)備巡視不到位；設(shè)備配網(wǎng)作業(yè)人員的安全意識、業(yè)務(wù)技能與業(yè)務(wù)需求差距比較大，設(shè)備固有風(fēng)險(xiǎn)比較高，運(yùn)維和可靠性矛盾突出，配網(wǎng)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析不充分；設(shè)備較為分散、信息記錄不全，難以掌握設(shè)備全部工況，日常運(yùn)維工作缺乏針對性；隨著電力設(shè)備逐步更新，形成電力設(shè)備規(guī)模大、種類多的局面，當(dāng)前檢修過程依然采用紙質(zhì)記錄，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路隱患；復(fù)雜區(qū)域的巡檢工作困難，通常采取重復(fù)性人工現(xiàn)場巡檢勘察，提高了運(yùn)維成本等。

隨著各個(gè)地區(qū)5G試驗(yàn)基站的建立，5G+VR/AR 配網(wǎng)運(yùn)維方法在5G技術(shù)的基礎(chǔ)上，對虛擬技術(shù)、語音交互技術(shù)、無人機(jī)巡檢技術(shù)等技術(shù)在配網(wǎng)運(yùn)維中進(jìn)行融合應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)維作業(yè)過程可視化、音視頻遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)快速對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行拍攝、現(xiàn)場巡檢信息的語音錄入、配網(wǎng)資料的快速搜索等功能；并通過虛擬現(xiàn)實(shí)與無人機(jī)的聯(lián)動控制，可有效對高空設(shè)備，例如臺變、線路和桿塔，進(jìn)行全方位巡檢和拍照；此外，基于5G技術(shù)的高帶寬、低延時(shí)的音視頻數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程專家對現(xiàn)場作業(yè)人員的指導(dǎo)，提高運(yùn)維作業(yè)效率。

1 5G+VR/AR 配網(wǎng)運(yùn)維技術(shù)

圖1 5G+VR/AR配網(wǎng)運(yùn)維總體流程圖

1.1 5G+VR/AR研究內(nèi)容

1）可穿戴技術(shù)在配網(wǎng)巡檢業(yè)務(wù)中的應(yīng)用：選取適用于配網(wǎng)巡檢業(yè)務(wù)的分體AR眼鏡，利用其便于穿戴、續(xù)航時(shí)間長、可與手機(jī)進(jìn)行通信互動的特點(diǎn)，并且通過其所搭載的通話、攝像、導(dǎo)航和定位等基礎(chǔ)功能，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)滿足配網(wǎng)巡檢工作中語音交互控制、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程協(xié)助等功能的人機(jī)交互系統(tǒng)，以此提升配網(wǎng)巡檢工作的信息化水平。

2）語音交互控制與現(xiàn)場巡檢信息語音轉(zhuǎn)寫錄入研究：研究語音識別技術(shù)、語音交互控制技術(shù)和語音文本轉(zhuǎn)換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場帶噪條件下的語音識別，以及作業(yè)人員通過語音指令對AR眼鏡人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行控制和操作，完成現(xiàn)場設(shè)備的拍照，并將設(shè)備巡檢信息，以現(xiàn)場人員語音輸入的方式將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)文本信息，完成巡檢信息的錄入。

3）基于VR眼鏡與無人機(jī)聯(lián)控的配網(wǎng)高空設(shè)備巡檢技術(shù)研究：根據(jù)配網(wǎng)線路周圍建筑及樹木密集、可用空間小的特點(diǎn)，研究利用小型無人機(jī)和VR眼鏡聯(lián)動控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)高空設(shè)備的巡檢和圖像數(shù)據(jù)采集。VR眼鏡與無人機(jī)的聯(lián)動，可有效定點(diǎn)懸停檢測和圖像數(shù)據(jù)采集，克服VR眼鏡對焦距離近和觀測視場小的難題。

4）AR眼鏡在配網(wǎng)遠(yuǎn)程作業(yè)協(xié)助中的應(yīng)用：研究基于AR眼鏡的語音交互、視頻共享技術(shù)，當(dāng)作業(yè)人員在現(xiàn)場作業(yè)時(shí)遇到難以解決的問題，遠(yuǎn)程專家可通過遠(yuǎn)程系統(tǒng)實(shí)時(shí)連接到AR眼鏡，與作業(yè)人員共享視角，然后通過語音方式對現(xiàn)場操作人員進(jìn)行指導(dǎo)，幫助其解決現(xiàn)場作業(yè)問題。

1.2 5G+VR/AR 配網(wǎng)運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)

1）5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)切片主要包括接入、傳輸、核心網(wǎng)切片，網(wǎng)絡(luò)切片標(biāo)識，網(wǎng)絡(luò)切片端到端管理，網(wǎng)絡(luò)切片端到端SLA保障共4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[2]。5G可根據(jù)不同需求，定制網(wǎng)絡(luò)性能、接入方式、服務(wù)范圍和部署策略，有助于行業(yè)分步驟、按需、快速部署新業(yè)務(wù)所需的網(wǎng)絡(luò)[10]。配網(wǎng)作業(yè)通常都是長時(shí)間或者大范圍作業(yè)，因此選用分體AR眼鏡，以確保續(xù)航時(shí)間和通訊。分體機(jī)由手機(jī)供電，應(yīng)用APP也是安裝在手機(jī)上，并由手機(jī)負(fù)責(zé)與后臺通訊，因此采用5G+APN方式進(jìn)行組網(wǎng)。

2）5G+VR/AR 融合技術(shù)：大規(guī)模的組網(wǎng)將在部分城市和熱點(diǎn)地區(qū)率先實(shí)現(xiàn)，能快速推進(jìn)VR終端服務(wù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程[1]。人工智能是基礎(chǔ)的賦能性技術(shù)，和VR/AR技術(shù)相融合，能提高虛擬現(xiàn)實(shí)的智能化水平，提升虛擬設(shè)備的效能。AI賦能虛擬現(xiàn)實(shí)建模，使得虛擬對象與虛擬環(huán)境和用戶之間進(jìn)行自然、持續(xù)、深入交互。AI提升虛擬現(xiàn)實(shí)算力，邊緣AI算法能大幅提升虛擬現(xiàn)實(shí)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力[3]。VR/AR和云計(jì)算、云渲染結(jié)合，將云端的顯示輸出、聲音輸出通過編碼壓縮后傳輸?shù)接脩舻慕K端設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)VR/AR業(yè)務(wù)的內(nèi)容上云和渲染上云，能夠?qū)R/AR業(yè)務(wù)進(jìn)行快速處理[4]。在設(shè)備和系統(tǒng)維護(hù)檢修方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能通過數(shù)據(jù)傳輸與實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)從出廠前到銷售后的全流程檢測，突破時(shí)間、空間的限制，實(shí)現(xiàn)虛擬指導(dǎo)和現(xiàn)實(shí)操作相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)預(yù)判性監(jiān)測維修服務(wù)[5]。

3）VR眼鏡與無人機(jī)聯(lián)控技術(shù)：研究拼接視頻在VR眼鏡中的導(dǎo)入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)VR眼鏡與無人機(jī)采集的圖像、視頻數(shù)據(jù)及傳感器的無縫集成，提升電力巡視過程中人機(jī)交互體驗(yàn)。在頭部的重要節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)集成加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)等慣性傳感器設(shè)備，捕捉頭部的運(yùn)動數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理設(shè)備中，經(jīng)過數(shù)據(jù)修正、處理后，傳輸給無人機(jī)，并使得無人機(jī)隨著頭部姿態(tài)的改變真正、自然地運(yùn)動起來[6]。

1.3 5G+VR/AR 配網(wǎng)運(yùn)維技術(shù)難點(diǎn)

1）VR與無人機(jī)聯(lián)動控制技術(shù)：在語音識別的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步研究通過AR眼鏡對無人機(jī)的操作，在現(xiàn)場巡檢復(fù)雜的環(huán)境中，如何能夠精準(zhǔn)的對無人機(jī)進(jìn)行控制，以完成無人機(jī)對高空設(shè)備的巡檢和圖像數(shù)據(jù)采集，為此，需要對語音識別的效率，準(zhǔn)確性等方面進(jìn)行深入研究。

2）5G技術(shù)融合與虛擬現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)難度大：目前，5G技術(shù)逐步開展商用，5G的覆蓋及5G切片等技術(shù)難度大，需要開展研究，另外，5G的安全性需要開展相關(guān)研究，同時(shí)5G+VR/AR 配網(wǎng)運(yùn)維方法重點(diǎn)依靠虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容的制作和硬件設(shè)備的體驗(yàn)。好的內(nèi)容、好的設(shè)備、好的網(wǎng)絡(luò)成為了該方法成功實(shí)施的關(guān)鍵。

1.4 5G+VR/AR 配網(wǎng)運(yùn)維創(chuàng)新點(diǎn)

1）通過VR眼鏡與無人機(jī)的聯(lián)動應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)VR眼鏡對無人機(jī)的控制操作和無人機(jī)視角共享，有效對配網(wǎng)高空設(shè)備進(jìn)行巡檢和圖像數(shù)據(jù)采集,克服AR眼鏡對焦距離近和觀測視場小的難題。

2）利用AR眼鏡的語音交互、視頻共享技術(shù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員視角共享、遠(yuǎn)程專家協(xié)助，通過語音與作業(yè)人員進(jìn)行交流，對現(xiàn)場操作人員進(jìn)行指導(dǎo)，幫助作業(yè)人員解決現(xiàn)場問題，通過語音與文本的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)巡檢信息的快速錄入。

3）5G+電力配電網(wǎng)推動大量智能微型傳感器在配電設(shè)備中的應(yīng)用，5G通信技術(shù)應(yīng)用，促進(jìn)電網(wǎng)“智能化”、“透明化”、“可感知、可互動”，助力電網(wǎng)向智慧能源運(yùn)營商、能源產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈整合商、能源生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)商轉(zhuǎn)型發(fā)展[7]。

2 5G+VR/AR配網(wǎng)運(yùn)維未來展望

1）采取裝配有高清數(shù)碼攝像機(jī)和照相機(jī)以及GPS定位系統(tǒng)的無人機(jī)，可沿電網(wǎng)線路進(jìn)行定位自主巡航，實(shí)時(shí)傳送拍攝影像，監(jiān)控人員可在電腦上同步收看與操控，提高了電力線路巡檢的工作效率。部分單位開發(fā)的現(xiàn)場作業(yè)移動應(yīng)用[8]，配置了可穿戴設(shè)備，可以檢測現(xiàn)場人員的身體健康狀況，健康檢測數(shù)據(jù)與現(xiàn)場工作環(huán)境，從而更好地確保作業(yè)人員的人身安全。

2）將AR眼鏡與無人機(jī)、AI語音相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化可穿戴設(shè)備并應(yīng)用到電力配網(wǎng)巡檢業(yè)務(wù)，通過語音控制及現(xiàn)場拍照，輔助完成配網(wǎng)巡檢、遠(yuǎn)程協(xié)助等工作，在配網(wǎng)方面并沒有成熟的案例。5G+VR/AR 配網(wǎng)運(yùn)維方法通過選擇試點(diǎn)配網(wǎng)業(yè)務(wù)場景，定制基于AR眼鏡和無人機(jī)、AI語音相結(jié)合的智能可穿戴設(shè)備，輔助開展配網(wǎng)巡檢、遠(yuǎn)程作業(yè)協(xié)助等業(yè)務(wù)，具有較高工程實(shí)踐價(jià)值。

3）5G是基礎(chǔ)、平臺性的技術(shù)，和VR/AR技術(shù)相融合，能催生出種類豐富的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。隨著5G技術(shù)的商用，未來，配網(wǎng)開展虛擬技術(shù)、人工智能技術(shù)、無人機(jī)巡檢等技術(shù)將更成熟，其融合應(yīng)用也將被廣泛應(yīng)用于各大業(yè)務(wù)領(lǐng)域中。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)期許，在一些關(guān)鍵技術(shù)與理論支撐上，后續(xù)研究仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，需要不斷進(jìn)行技術(shù)探索及應(yīng)用創(chuàng)新[9]。

3 結(jié)束語

5G+VR/AR 配網(wǎng)運(yùn)維方法基于5G通訊技術(shù)，通過對虛擬現(xiàn)實(shí)、語音交互、無人機(jī)巡檢、知識圖譜等新興技術(shù)在配網(wǎng)運(yùn)維中的融合應(yīng)用研究，主要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的智能運(yùn)維以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

1）實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)巡檢作業(yè)信息的自動化采集，現(xiàn)場巡檢作業(yè)人員通過可穿戴設(shè)備的語音交互控制，可快速對現(xiàn)場巡檢設(shè)備進(jìn)行照片采集，并利用語音文本轉(zhuǎn)換技術(shù)，將現(xiàn)場設(shè)備巡檢信息通過語音輸入的方式轉(zhuǎn)錄為文本信息，提高現(xiàn)場巡檢數(shù)據(jù)采集虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的便捷性和全面性。

2）通過可穿戴設(shè)備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)設(shè)備檔案及作業(yè)指導(dǎo)資料的快速查詢，幫助新員工快速了解配網(wǎng)現(xiàn)場情況，提高設(shè)備運(yùn)維能力。

3）利用可穿戴設(shè)備，實(shí)現(xiàn)基于語音、視頻技術(shù)的遠(yuǎn)程協(xié)助，作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)解決不了的難題，可以通過該設(shè)備向后臺人員尋求遠(yuǎn)程協(xié)助解決方案，并根據(jù)后臺人員的提示進(jìn)行操作，提高運(yùn)維作業(yè)效率。

過去幾年，VR、AR在理論研究、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用拓展等方面取得了突破性成果。未來，隨著VR、AR技術(shù)的不斷進(jìn)步，在電網(wǎng)配網(wǎng)運(yùn)維領(lǐng)域5G+VR/AR配網(wǎng)運(yùn)維方式，有望突破時(shí)空約束，進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)維，不僅能解決人工巡視困難，提高電網(wǎng)巡視效率和質(zhì)量，而且更能提高線路的安全管控水平，使得電網(wǎng)配網(wǎng)運(yùn)維管理上升到一個(gè)新的高度。