多功能智能化變電運(yùn)檢全業(yè)務(wù)虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊旭，王瑞，趙燦，張勇，劉闖

（1. 國網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門供電公司，湖北荊門，448000;2.湖北科能電力電子有限公司，湖北武漢，430000）

0 引言

本文充分研究當(dāng)前變電站運(yùn)維及檢修工作實(shí)踐中存在的問題，研發(fā)了一種多功能智能化虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合了語音識(shí)別、導(dǎo)航、圖像識(shí)別功能等，可實(shí)現(xiàn)變電運(yùn)檢全業(yè)務(wù)作業(yè)監(jiān)護(hù)，快速識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，提高工作效率，保障安全生產(chǎn)。

1 虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

變電站運(yùn)檢主要包括倒閘操作、運(yùn)維一體化及變電檢修等工作。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，公司面臨的安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻，迫切需要加強(qiáng)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全管控并強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程。將人工智能技術(shù)應(yīng)用到變電運(yùn)檢業(yè)務(wù)中，能夠彌補(bǔ)運(yùn)檢人員因疲勞、疏忽和習(xí)慣性違章而導(dǎo)致的誤作業(yè)、缺項(xiàng)漏項(xiàng)的發(fā)生，提高變電站全業(yè)務(wù)作業(yè)的規(guī)范性和安全性。

本系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以語音識(shí)別和圖像視頻處理為基礎(chǔ)開發(fā)核心防誤模塊，從而提高系統(tǒng)通用性[4]。該系統(tǒng)可以輔助變電運(yùn)檢人員在變電站的全業(yè)務(wù)作業(yè)，對(duì)運(yùn)檢人員進(jìn)行全過程監(jiān)護(hù)，提高變電運(yùn)檢工作的安全性和規(guī)范性。系統(tǒng)功能框架圖如圖1所示。

圖1 變電全業(yè)務(wù)虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)框架

1.1 系統(tǒng)組成

（1）虛擬監(jiān)護(hù)APP

基于安卓系統(tǒng)開發(fā)的虛擬監(jiān)護(hù)APP程序，具備語音模塊、圖像模塊和視頻模塊三大功能

1）語音識(shí)別

本系統(tǒng)采用離散隱馬爾科夫模型的嵌入式語音識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，在嵌入式系統(tǒng)上完成語音識(shí)別功能，在PC系統(tǒng)上完成模板訓(xùn)練，能在保證識(shí)別率的條件下提高實(shí)時(shí)響應(yīng)速度，具有很高的實(shí)用性。監(jiān)護(hù)系統(tǒng)終端根據(jù)運(yùn)檢業(yè)務(wù)項(xiàng)目順序進(jìn)行語音提醒，作業(yè)人員依次執(zhí)行并進(jìn)行語音回饋，若出現(xiàn)錯(cuò)誤將告警并提醒作業(yè)人員仔細(xì)核對(duì)。

2）圖像識(shí)別模塊功能

根據(jù)設(shè)備類型完善虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中一、二次設(shè)備數(shù)據(jù)庫，并通過圖像識(shí)別功能與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完美匹配，滿足倒閘操作中對(duì)設(shè)備狀態(tài)的識(shí)別。當(dāng)虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)與操作票中設(shè)備狀態(tài)檢查項(xiàng)中的狀態(tài)一致，則滿足進(jìn)行下一步操作的條件，從而實(shí)現(xiàn)虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)對(duì)操作過程的安全監(jiān)護(hù)。

3）視頻通信模塊功能

監(jiān)控系統(tǒng)可遠(yuǎn)程攝像，集控站可通過視頻實(shí)時(shí)查看設(shè)備的操作結(jié)果狀態(tài)以及操作人員的操作進(jìn)展。發(fā)現(xiàn)不規(guī)范或違規(guī)操作，通過監(jiān)護(hù)系統(tǒng)終端及時(shí)提醒并制止。

（2）導(dǎo)航系統(tǒng)

具備定位建模模塊、目標(biāo)任務(wù)導(dǎo)航模塊、偏航提醒模塊。收集變電站各間隔、攝像頭設(shè)備地理坐標(biāo)信息，基于北斗定位技術(shù)建立二維坐標(biāo)地圖。二維坐標(biāo)地圖內(nèi)嵌于移動(dòng)智能五防終端，人員位置實(shí)時(shí)更新于終端二維地圖，可以隨時(shí)調(diào)用自己所處的地理位置坐標(biāo)。變電站北斗導(dǎo)航示意圖如圖2所示。

圖2 變電站北斗導(dǎo)航示意圖

人員根據(jù)移動(dòng)智能終端內(nèi)置導(dǎo)航前往待操作間隔。若走錯(cuò)間隔、在不該待的間隔滯留過久，終端內(nèi)置定位功能會(huì)提醒偏離導(dǎo)航，進(jìn)行語音報(bào)警（同時(shí)發(fā)送信息到集控站進(jìn)行提醒）。

（3）工器具管理模塊

一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，由標(biāo)簽、閱讀器、以及天線組成。無線電信號(hào)是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場(chǎng)，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的RFID電子標(biāo)簽上傳送出去，以自動(dòng)辨識(shí)與追蹤該物品。該技術(shù)可以通過無線電信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無需在識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。

對(duì)變電站安全工器具、操作工器具進(jìn)行在線管理，根據(jù)倒閘操作任務(wù)自動(dòng)生成所需工器具清單，將離柜的安全工器具與操作任務(wù)中所需安全工器具進(jìn)行對(duì)比，若出現(xiàn)錯(cuò)領(lǐng)或漏領(lǐng)的情況，工器具柜則報(bào)出告警信號(hào)至智慧監(jiān)護(hù)終端。同時(shí)，集控站可通過智慧監(jiān)護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全工器具的遠(yuǎn)程管理。工器具管理系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 工器具管理系統(tǒng)

（4）數(shù)據(jù)處理服務(wù)器

包括倒閘操作知識(shí)庫、變電檢修操作知識(shí)庫、運(yùn)維一體化操作知識(shí)庫[5-6]。根據(jù)任務(wù)可以自動(dòng)生成倒閘操作票和檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化電子工作票。強(qiáng)大的支持平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)電子票智能管理的基礎(chǔ)，可以有效進(jìn)行變電運(yùn)檢操作的管理、保存、流轉(zhuǎn)、操作情況統(tǒng)計(jì)分析匯總。

1.2 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

該系統(tǒng)具備可靠安全校驗(yàn)功能，采用圖像識(shí)別和語音識(shí)別全過程監(jiān)護(hù)運(yùn)檢工作，通過現(xiàn)場(chǎng)人員與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)及時(shí)糾正不安全行為，根據(jù)變電運(yùn)檢業(yè)務(wù)類型具備不同的監(jiān)護(hù)功能。

1）針對(duì)變電站倒閘操作，系統(tǒng)可根據(jù)當(dāng)前任務(wù)單自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化電子操作票，供操作人員順序依次執(zhí)行；虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用圖像識(shí)別和語音識(shí)別模式完成倒閘操作過程的監(jiān)護(hù)。

2）針對(duì)運(yùn)維一體化工作，系統(tǒng)可根據(jù)當(dāng)前任務(wù)單自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化電子巡視卡或作業(yè)指導(dǎo)卡，供運(yùn)維人員順序依次執(zhí)行，并進(jìn)行全過程監(jiān)護(hù)。

3）針對(duì)檢修作業(yè)，系統(tǒng)可根據(jù)當(dāng)前任務(wù)單自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化電子工作票和作業(yè)指導(dǎo)卡，供檢修人員順序依次執(zhí)行，并進(jìn)行全過程監(jiān)護(hù)。

2 變電全業(yè)務(wù)虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

2.1 倒閘操作監(jiān)護(hù)模式

工作模式：虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度操作指令內(nèi)容，自動(dòng)生成電子化操作票和工器具領(lǐng)用表，該系統(tǒng)使用北斗導(dǎo)航、AR視頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)防止誤入帶電間隔；操作票進(jìn)入操作流程，監(jiān)護(hù)系統(tǒng)會(huì)按操作票步驟逐條唱票，操作人員復(fù)誦，系統(tǒng)核對(duì)操作人員復(fù)誦語音內(nèi)容是否正確，若出現(xiàn)錯(cuò)誤則提醒操作人員仔細(xì)核對(duì)。操作票根據(jù)特定設(shè)備和特定操作任務(wù)而編寫，根據(jù)操作規(guī)程，設(shè)備類型和操作術(shù)語倒閘票管理模塊設(shè)定中的操作票專家數(shù)據(jù)庫，可以很好的與現(xiàn)場(chǎng)情況匹配，滿足實(shí)際操作票安全執(zhí)行的需要。倒閘操作監(jiān)護(hù)執(zhí)行過程如圖4所示。

圖4 倒閘操作虛擬監(jiān)護(hù)

2.2 變電檢修監(jiān)護(hù)模式

工作模式：終端接收工作任務(wù)單后，自動(dòng)生成電子工作票與作業(yè)指導(dǎo)卡，并推送出標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)卡、現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)點(diǎn)及相應(yīng)的安全措施、需準(zhǔn)備的工器具、材料等相關(guān)信息，由檢修工作負(fù)責(zé)人進(jìn)行人工確認(rèn)。現(xiàn)場(chǎng)檢修過程中，終端根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)卡語音下達(dá)工作指令，并同步進(jìn)行圖像識(shí)別，對(duì)所操作的壓板、人員位置、移動(dòng)軌跡等狀態(tài)進(jìn)行比對(duì)判斷，及時(shí)播報(bào)危險(xiǎn)點(diǎn)。終端核實(shí)檢修人員語音反饋與人員行為校準(zhǔn)狀態(tài)一致后，方能下達(dá)下一步指令。檢修結(jié)束后，檢修人員將試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)形成閉環(huán)。變電檢修監(jiān)護(hù)執(zhí)行過程如圖5所示。

圖5 變電檢修監(jiān)護(hù)模式

2.3 變電檢修監(jiān)護(hù)模式

工作模式：虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)根據(jù)班組所轄變電站數(shù)量、類別、運(yùn)維一體化中各項(xiàng)目的周期以及運(yùn)維班組近期檢修及倒閘操作任務(wù)，自動(dòng)生成運(yùn)維一體化中的工作任務(wù)清單。虛擬監(jiān)護(hù)人系統(tǒng)根據(jù)工作任務(wù)推送該工作標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程卡、現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)點(diǎn)及相應(yīng)的安全措施、需準(zhǔn)備的工器具、材料等，由工作負(fù)責(zé)人進(jìn)行人工確認(rèn)。現(xiàn)場(chǎng)工作開始后，虛擬監(jiān)護(hù)人系統(tǒng)啟動(dòng)語音交互功能進(jìn)行作業(yè)全過程管控；并啟動(dòng)視頻監(jiān)控功能便于集控站、管理人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視。運(yùn)維人員在巡視時(shí)，可將發(fā)現(xiàn)的缺陷錄入系統(tǒng)等待處理。運(yùn)維一體化監(jiān)護(hù)執(zhí)行過程如圖6所示。

圖6 運(yùn)維一體化監(jiān)護(hù)模式

3 工程應(yīng)用價(jià)值和效益分析

本系統(tǒng)基于安卓系統(tǒng)開發(fā)的變電全業(yè)務(wù)虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，通過智能分析后形成電子任務(wù)單且充當(dāng)監(jiān)護(hù)人角色，綜合導(dǎo)航功能、語音識(shí)別、圖像識(shí)別功能，實(shí)現(xiàn)前端現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和后端管理的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)、信息的同步傳輸與存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)的采集與分析，讓變電運(yùn)檢現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)更智能、更高效、更便捷。

1）采用虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)輔助監(jiān)護(hù)運(yùn)檢作業(yè)過程，可以最大限度避免誤操作、缺項(xiàng)漏項(xiàng)的發(fā)生，從而減少電網(wǎng)設(shè)備、人身的損失。

2）導(dǎo)航功能保證作業(yè)人員進(jìn)入工作區(qū)域是否正確；語音識(shí)別功能保證操作人員復(fù)誦準(zhǔn)確無誤，保證檢修以及運(yùn)維一體化過程中是否按照順序執(zhí)行了標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。若有復(fù)誦信息和設(shè)備狀態(tài)圖方面的錯(cuò)誤，系統(tǒng)立即給出告警提示，同時(shí)調(diào)度員與值班員亦會(huì)收到告警信息。

3）完善的變電檢修全過程管理功能， 虛擬監(jiān)護(hù)系統(tǒng)通過流程環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)檢作業(yè)整個(gè)周期的無紙化作業(yè)。

4 結(jié)論

本文開發(fā)一種具備語音識(shí)別、圖像處理和視頻通訊功能的智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，整合北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、PMS系統(tǒng)等各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，搭載智能終端，智能識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，并及時(shí)預(yù)警和提醒，在現(xiàn)有操作人、監(jiān)護(hù)人以外，構(gòu)建了一位“AI虛擬監(jiān)護(hù)人”，并將現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行情況實(shí)時(shí)傳送至集控站，在減少現(xiàn)場(chǎng)工作人員需求的同時(shí)大大增加了運(yùn)檢工作的安全性，有效提高了工作效率。