智能穿戴設備在變電站巡檢中的應用及輔助決策

陶夢江 翁良杰 蔣欣峰 朱 濤

（國網安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽 合肥230000）

1 系統設計

智能運維穿戴系統應用研究由PC 端應用、智能安全帽、服務端軟件等組成。系統通過4G/5G 無線網絡與后端監控中心系統進行數據交互。

1.1 總體架構

智能運維穿戴系統總體架構由業務架構、應用架構、數據架構、技術架構、物理架構、安全架構和應用集成等部分組成。各組成部分既獨立地支撐邊緣物聯代理一體化平臺的某個部分，相互之間又協調配合，總體架構如下圖1 所示：

圖1 智能運維穿戴系統總體架構圖

1.2 應用架構

應用架構是通過對業務模型的理解，以系統分析的方法，對智能運維穿戴系統的業務應用過程和目標進行分析抽象和歸納，形成智能運維穿戴系統的功能模塊及對應的功能域。

應用架構由三大部分組成：接口功能、服務功能、管理功能。接口功能提供前端系統或設備視頻接入功能和上級平臺或業務系統視頻調用功能；服務功能由通信服務模塊、管理服務模塊、流媒體服務模塊、定位模塊和紅外成像部分模塊組成。通過管理功能實現對平臺以及平臺內的用戶及資源進行權限、日志、參數配置、事件等管理功能以及性能分析。

1.3 數據架構

數據架構對智能運維穿戴系統涉及的數據（包括實時數據、歷史數據、資源數據和管理數據）進行分類處理、確定各類數據的消息流程以及消息內容。

1.4 物理架構

物理架構是為上層的應用提供軟硬件支撐的平臺，其設計的內容主要包括軟件平臺、服務器、網絡、存儲等軟硬件設施。物理架構的設計需重點考慮智能運維穿戴系統的高可靠性和高效性，需要達到系統高效穩定運行的目的。

2 硬件設計

2.1 安全帽帽體設計（如圖2）

圖2 安全帽帽體設計

2.2 安全帽部件設計（如圖3）

圖3 安全帽部件設計

2.3 開模完成后，將帽體各部件進行組裝成品效果圖（如圖4）

圖4 組裝成品效果圖

3 VR 眼鏡參數配置（如圖5）

型號：BT-30C；視場角：23 度；屏幕材質：OLED；傳感器陀螺儀：IMU 單元；基本信息：機身寬度174mm；凈重：95g；高度：40mm；材質分類：PC+ABS；長度：195mm。

圖5

4 軟件功能設計

4.1 北斗定位信息展示功能設計

系統地圖展示安全帽實時定位位置，點擊安全帽圖標可展示安全帽定位的詳細信息，定位數據實時同步數字化換流站系統。

4.2 紅外視頻隨時測溫功能設計

智能安全帽的紅外成像攝像頭可實現視頻畫面熱成像測溫，現場巡檢人員可通過VR 眼鏡查看眼前區域屏幕實時測溫做到看哪里測哪里。進行及時有效處理設備是否溫度超標。

4.3 智能輔助決策功能設計

智能運維穿戴系統接入數字化換流站系統，實現全站人、網、物信息交互，輔助運維人員綜合判斷人、網、物狀態。

4.4 5G高速傳輸功能設計

本系統依托5G，兼容4G，實現高速、高寬帶、低成本電力物聯網通信系統，打造電力物聯網接入典型樣板。

4.5 語音視頻通訊功能設計

智能運維穿戴系統的音視頻通訊用來與安全帽實時視頻通訊，并可對視頻畫面進行本地抓拍，可以對安全帽視頻直播、語音雙向對講。后臺可以通知現場巡檢人員去機器人到達不了的地方進行巡檢。

4.6 操作指導語音錄入功能設計

巡檢人員可通過VR 眼鏡實時調取作業指導材料，減少現場紙筆，實現電子化作業,實時接收查看對應設備操作動作和流程，提高作業規范性，避免中斷作業記錄 數據的額外操作，保障作業連續性。

5 服務端架構設計

本系統采用主流JavaWeb 技術基于ssm 框架搭建的技術平臺、MYSQL 關系數據庫技術、Gps+北斗實時定位技術、5G 技術、VR 技術、主流軟件開發技術和現代網絡通訊技術，充分考慮web端與手持端開放互聯、多源數據接口、數據之間的關聯以及網絡環境的開放性的基礎上，形成以紅外熱成像、精準定位、實時通訊、語音導航等功能組成的系統，建成以信息化手段高效運維檢修的智能一體化穿戴裝置。

5.1 統一的基礎數據平臺

本系統充分考慮到現場使用及穿戴裝置領用等各個流程的復雜程度，為了充分保證數據的統一和功能相互操作。同時，平臺還要具備良好的可維護性和擴展性。因此，本系統采用統一的基礎數據平臺。包括操作系統平臺、數據庫平臺。運用統一的數據平臺，能夠實現系統間數據的轉換、功能的接口、以及系統升級擴展時大量的維護工作量，確保平臺系統的一致性和穩定性。

5.2 面向對象的軟件設計思想

在軟件開發技術中，面向對象的軟件開發技術成為當今主流。本信息平臺的建設與開發將采用面向對象的軟件工程方法。

5.3 基于關系型數據庫進行數據一體化管理

基于關系數據庫統一管理平臺的所有數據，有利于的數據支撐的穩定性，方便數據的統一維護，便于數據的快速查找。

6 系統主要功能

6.1 基礎管理模塊

對在線的安全帽設備進行廠家、安全帽型號、人員等參數配置、命名；配置本地數據存儲文件路徑。

6.2 實時視頻監控模塊

凡在線的智能安全帽，支持巡檢人員現場視頻直播，遠傳至后端邊緣一體化平臺，后臺管理人員可通過系統平臺直接打開現場實時視頻。通過無線4G/5G 網絡，實現對變電站內檢修現場情況實時監控畫面的在線傳輸與播放。系統平臺可選擇單畫面或多畫面形式查看現場作業實況（如圖6）。

圖6 現場情況實時監控圖

6.3 語音識別模塊

系統支持巡檢人員將現場的檢查情況通過語音播報方式將信息傳回后端邊緣一體化平臺。系統平臺將作業指導書上傳至系統，同步發布在智能安全帽系統中，檢修人員可以語音操作打開作業指導書，輔助作業，解放檢修人員雙手。提高作業規范性，避免中斷作業記錄 數據的額外操作，保障作業連續性。

6.4 紅外測溫模塊

具有紅外測溫功能，支持紅外測溫模塊的靈活插拔應用，與虛無對現場母線、開關、刀閘等設備測溫時，可隨時開啟，并將測溫數據實時回傳后端邊緣一體化平臺。

6.5 精準定位、數據展示模塊

能夠將作業巡檢人員的定位信息，包括高度實時傳回后端綜合管理平臺，并通過三維展示系統、展示人員的實時狀態，系統提供人性化的人機交互界面，界面標準規范，操作簡便。

結束語

電力物聯網技術的智能運維穿戴系統應用，豐富了安全管理手段，提高了安全檢查效果，促進了現場作業安全。在電力系統的運維檢修作業中，智能可穿戴設備的遠程指導系統的運用有著重要的意義。智能運維穿戴系統實現了一體化監測、自動化控制、智能化決策，打造了全息感知、全景可視、高速可靠、智能可控的“邊緣物聯代理一體化平臺”。配合智能穿戴設備，實現站內信息全景交互、現場作業智能替代、風險隱患主動預警、指揮決策精準高效，全面提升變電站的智能化水平，減員減物增效，在全國范圍內的檢修作業現場均可適用。