MR混合現實技術在電網應急搶修中的應用

國網寧夏電力有限公司固原供電公司 趙全東

1 緒論

1.1 研究背景

我國2020年全年供電量已經達到7.5萬億千瓦時，人們生活生產用電量隨著經濟發展的速度越來越高，與此同時映射到電網應急搶修工作任務也越來越重。在現階段，電網應急搶修已經基本實現了移動作業的方式，但是由于應急搶修的環境不確定，雙手已經被移動作業設備占用，無法完成現場維修信息錄入、查看資料和遠程技術支持。而且由于現場地形比較復雜、植物生長的地方環境比較惡劣，維修作業人員遇到維修設備問題的時候，如設備數據、內部結構以及過往維修信息等，都無法及時與指揮中心聯系，更談不上實時更新維修進度，指揮中心對現場情況也不自知。只有依靠維修作業人員的現場反應以及自身的技術水平完成維修工作，極大降低了維修效率。

1.2 研究意義

現階段隨著我國智慧電網技術不斷更迭，電力移動互聯網勢必成為智慧電網未來的發展趨勢。目前在電力應急搶修中，已經投入使用的技術有：無人機、老式飛行器、足巡以及爬坡機器人，但是他們都有一個共同的弱點就是續航能力不足，無法滿足遠距離電力應急搶修任務。而目前隨著智能穿戴設備——混合現實（MixedReality，MR）技術日趨成熟，在其他行業如醫療、制造、建筑設計以及物流等得到充分的運用取得了較高的好評。

本文以電力應急搶修為案例，結合混合現實（MR）技術，探討MR 技術在電力應急搶修過程中電網應急預案、應急指揮、可視化與標準化作業指導、設備臺賬分析、多團隊協同技術等電網業務系統中的可行性與實踐性的運用，賦予智慧電網更多高新技術基因。

1.3 研究方法

本文的研究案例分析法。結合混合現實技術工作原理，對MR 技術發展現狀分析，明確MR 技術應用于電網應急搶修中的意義。然后結合本人在電力應急搶修工作過程中的經驗與體會，按照電網應急搶修作業的流程，探討MR 技術應用實踐性與可行性。

2 混合現實技術概述

2.1 混合現實技術工作原理

混合現實技術（MR）主要是利用設備對現實環境進行掃描后，創建一個與真實環境相似，且將需要的相關內容數據輸入其中，形成一個數字模型與實物共存的虛擬三維可視化模型。現階段，實現MR 技術所需要的設備主要有虛擬成像器、頭部跟蹤儀、交感設備、頭戴顯示器以及定位設備等全部集成在一臺智能MR 眼鏡上，通過這些可穿戴的設備，將周圍現實環境的數據整合到虛擬環境中，形成一個現實環境、虛擬場景以及用戶三者之間的一個交互反饋信息回路。其中虛擬成像器主要是將現實環境數據創建一個結合現實的虛擬場景以及對其他穿戴設備的管理；頭部跟蹤儀則是通過穿戴者視線變化的方式實現虛擬場景與現實環境的交互；交感設備則是負責交互信息的輸入與輸出。因此MR技術具有交互性、真實性與虛擬性等特點。

2.2 混合現實技術發展現狀

隨著5G 網絡和移動通信技術的不斷更迭發展，MR 技術已經逐步成為計算機應用技術中的熱點。作為MR 技術的發源地美國，他們研究范圍較為廣泛主要涵蓋混合現實技術的硬件、軟件以及應用等，MR 技術在各行各業的應用，包括MR＋醫療、MR＋教育、MR＋體育、MR＋教育、MR＋文化遺產等，甚至還包括MR＋國防軍事等，這些都有成功的落地案例場景。

我國的MR 技術起步較晚，主要集中在行業應用領域的技術研究上，比較單一。但在關鍵核心技術方面與應用場景有一些新的突破，如在算法方面，有攝像機校準算法、虛擬物體的注冊算法等；在高精度光場拍攝方面實現了亞毫米級；在交互方面采用VR 眼球追蹤模組，實現了無線纜的VR 頭盔；在應用場景方面，VR 眼鏡在心理舒緩方面成功應用。這些都為MR 技術奠定了基礎，得以應用在軍事、醫療、航空、等領域。

2.3 混合現實技術應用于電網應急搶修中的意義

MR 技術運用到電力應急搶修作業中，是將現實世界、虛擬場景與維修作業人員、指揮平臺、專家之間形成一個交互場景，將現場畫面遠程到專家面前，讓專家身臨其境進行指導，讓現場作業人員猶如專家等在現場指揮作業。改變傳統維修單兵作戰的作業模式，成為一名超級單兵進行作業，通過MR 技術對故障現場進行數據分析，通過團隊配合的方式提高電網應急搶修的質量與效能。其意義主要體現在以下幾方面。

2.3.1 雙手解放

傳統的電網應急搶修時，維修作業人員所帶的設備比較繁雜，負擔較重，而且又是使用移動作業方式，使得作業人員雙手手持終端，操作及其不方便。而維修作業人員使用MR 技術，相當于將移動設備穿戴在身，所需要的數據資料，以及技術支持都可以通過簡單的交互查看。這樣就可以解放雙手，拋開手持終端，有利于維修作業人員更專注于搶修作業本身[1]。

2.3.2 交互高效

各大權威機構最新出臺的政策已經指出：添加輔食不必按照固定順序，大可放心地翻著花樣來。（當然主流意見還是建議第一口輔食選擇強化鐵米粉，因為6個月之后母乳中的鐵成分不能滿足寶寶身體的需求。）

很多時候電網應急搶修的現場比較復雜、環境比較惡劣，一方面維修人員遇到維修設備問題相關時候，如設備數據、內部結構以及過往維修信息等，都無法及時與指揮中心聯系。如果維修作業人員使用MR 技術，了解設備實時數據信息，并將現場地形、環境等數據信息傳遞到指揮中心，指揮中心幾乎同步實現虛擬三維可視化模型，能夠為維修作業人員解答維修設備等相關的問題，有利于維修作業人員能快速判斷故障點以及成因。還有另一方面，傳統電網應急搶修很多在偏遠區域，如果維修作業人員出現什么安全事故，是無法及時知道與實施救援的，但是如果維修作業人員穿戴了MR 技術的設備，指揮中心根據維修作業人員傳遞的數據不僅可以即時監控維修作業人員的工作情況，還能對可能發生的安全事故提供及時救援[2]。

2.3.3 決策輔助

傳統的電網應急搶修，只有依靠維修作業人員的現場反應以及自身的技術水平完成維修工作，極大降低了維修效率。如果維修作業人員使用MR 技術，一方面指揮中心幾乎同步實現虛擬三維可視化模型，然后采用云端電網大數據庫、電網的云計算以及電網各業務深度鏈接，給予一定的指導，另一方面如果遇到疑難雜癥，則可以通過遠程數據傳導技術連接專家，經過專家判斷討論，最終可以給予維修現場作業人員最佳的維修方案，這樣不僅提高了維修作業人員個體的技術水平將其向智慧單兵發展，而且還極大的提升了電網應急搶修的質量與效率[3]。

3 混合現實技術在電網應急搶修作業中的應用

基于MR 技術在電網應急搶修作業中的運用主要包括應急預案、電力設備識別、可視化作業指導等幾大模塊，按照應急搶修的業務流程，對接各個電網運行過程中的各業務板塊，如生產管理信息等，多個業務板塊為電網應急搶修通過MR 平臺提供數據支撐。

3.1 基于混合現實技術的電網應急預案

我國電力行業的安全生產方針就是“安全第一，預防為主”，所以要保障電力生產的正常運用，傳統的途徑就是要有保障電力安全的生產和技術防范措施。電網的應急預案的編制其目的就是為現場維修作業人員提供應急維修指南，能夠指導其準確判斷電網事故并快速處理故障。

基于MR 技術的電網應急預案，是一個模擬操作系統，便于電網維修作業人員對可能發生的電網維修應急事故進行演習活動。比傳統編制的電網應急預案有針對性、實用性和指導性。因為在運行過程中的電網比較復雜，而統編制的電網應急預案不可能面面俱到的把所有可能發生的事故全部羅列出來并提供解決措施。相反基于MR 技術的電網應急預案則可以將所有電網運行數據收集、存儲，依據地理信息系統和氣象平臺等，構建維修現場的虛擬三維模型，導入引發電網運行事物的各類因素，可以模擬各種事故的應急搶修現場狀況。電網維修作業人員通過基于MR 技術的電網應急預案進行大量的維修演習活動，不但可以提高個人在現場對故障的判斷準確性，加快維修進度和提升維修質量，還能促進與指揮中心的溝通協調配合能力[4]。

3.2 基于混合現實技術的應急指揮

基于MR 技術的應急指揮系統，主要包括遠程信息以及數據收集和專遞、三維建模、遠程視頻、應急技術系統、專家管理系統和應急支撐等多種功能模塊。

在進行維修現場搶修過程中，維修作業人員通過可穿戴設備將現場數據收集并傳遞到指揮中心，指揮中心運用MR 技術立即可以將數據投射到應急預案沙盤，并實時更新現場維修方案抉擇以及維修進度。

當維修作業人員遇到維修方案難以抉擇的情況下，則是通過可穿戴設備與指揮中心聯系，尋求指揮中心的遠程協助。接收到維修現場人員的求助信號后，指揮中心可以通過應急預案沙盤中呈現的故障狀態，判斷故障類型在后臺專家管理系統里智能匹配擅長該故障的專家，并將現場數據傳遞給專家。專家根據遠程傳遞的數據提出可行性的解決方案，再傳遞給現場維修作業人員，指揮中心同步進行遠程協助指導。

3.3 基于混合現實技術的作業指導

對于傳統的電網搶修指揮業務標準化作業指導，電網企業一般都是編制一整套《電網搶修指揮業務標準化作業指導手冊》，《手冊》中涵蓋如何標準化交接班、如何調控與配網搶修業務協同、故障停電信息發布及送電流程、工單的跟蹤督辦和審核、運行監控及配網搶修路指揮支持系統缺陷處理等。這樣的標準化手冊內容多，不容易記憶；涉及面廣，不僅僅只是維修作業人員；強調流程化、規范化。

基于MR 技術的作業指導，將流程化的內容錄入虛擬三維可視系統中，就像打游戲那樣，做完一步確認后就有下一步的提示，按步驟走即可完成全套內容。比方說工單的跟蹤督導和審核，在每一步設置過程中又有詳細的分解。一方面當工單送達到維修責任作業組后，指揮中心會對接單、到達現場以及修復時間進行管控，如果出現超時現象，則迅速聯系維修作業小組，了解超時原因解決問題；在故障維修過程中，現場維修作業人員則通過穿戴設備與指揮中心保持實時信息互動；出現疑難故障時，及時向指揮中心發起協助指導信息。另一方面指揮中心通過傳輸數據對現場搶修情況實時跟蹤監督，嚴格把控維修的時間節點，特別是維修小組達到現場時間和修復完畢時間，了解維修方案決策，對維修質量進行把控，加強應急維修的安全管理。這樣不僅提高了維修質量，還盡可能降低了安全事故發生的概率。

3.4 基于混合現實技術的設備臺賬分析

對于電網應急維修作業人員而言，若要加快維修速度，那么對維修對象——設備資料就需要非常了解和熟悉。現階段，在電網企業移動都已經采用PMS 設備管理系統，根據設備名稱分類并賦予每臺設備獨一無二的ID。建立基于MR 技術的后臺設備管理系統模塊，只需要對接MS 設備管理系統，并將每臺設備的ID 錄入到三維模型中，并對應每臺設備的名稱、制造廠商、維修廠家、可能出現的故障類型及對應的維修方案、已有的維修記錄及采取的維修方案、設備標準指標（功率、運轉速度等）等多種數據。系統對數據進行分析預判，初步確定故障原因。這樣方便現場維修作業人員以及指揮中心能立即調取到設備所有信息，判斷可能出現故障的類型，并迅速選擇維修方案。并且也縮減了傳統維修過程中，指揮中心調取設備數據的時間，能夠有利于更加快速準確地對現場維修作業人員給予指應急指揮與作業指導。

3.5 基于混合現實技術的多團隊協同技術

一般電網運行中出現的主要事故包括：運營管理過程中操作不當造成的、自然災害引發的、由于外力破壞造成的以及設備故障造成的等。很多時候并不是僅僅依靠指揮中心與安排的現場維修作業人員就可以將所有問題全部解決。如遇到重大自然災害引發的事故時候，如地震引發的電網事故等，一方面需要與市縣兩級的政府應急指揮中心聯系以及氣象局、地震局、林業局、公安局、交通局等多個政府職能部門溝通，得到政府相關部門支持，避免因為交通、市政建設等問題造成糾紛影響電網應急搶修工作的開展。

另一方面還需要與外部多個施工單位或者是社會公益資源等聯系，積極溝通，進行充分的現場信息交流與共享。由指揮中心根據現場維修作業人員傳輸的現場數據進行事故維修工程量的判斷，從合作單位中迅速找出就近且專業對口、施工能力強的外圍施工單位，統一協調、調配人員和搶修物資材料等。施工單位接收到指揮中心的傳輸數據判斷救急設備種類、人員配置量以及工程量評估之后，迅速派出參與應急搶修人員，并攜帶必要設備奔赴現場，形成多團隊協同參與搶修的模式。

在整個多團隊協同電網應急搶修作業系統中，最重要的就是基于MR 技術的信息傳輸、語音識別、多媒體文件的上傳下載的富媒體交流以及用戶分類等模塊，完全采用的是實時網絡數據傳輸技術，將原有在企業內部信息傳輸應用擴大到聯系多個企業、單位共通，實現數據實時更新與共享。最終通過MR 技術實現提升聯動的響應速度，加快應急維修協作人員到場速度，提高搶修的效率。

4 結語

本文以電力應急搶修為案例，結合MR 技術交互性、真實性與虛擬性等特點，探討MR 技術在電力應急搶修過程中電網應急預案、應急指揮、可視化與標準化作業指導、設備臺賬分析、多團隊協同技術等電網業務系統中的運用，探索一種采用MR技術的全新電網應急搶修模式，打造電網搶修智慧單兵。隨著MR 技術不斷的變革迭代，智能可穿戴設備與大數據等高科技的應用在智慧電網的范圍會越來越廣，這將會全面啟動電力行業的技術創新，帶來生產方式與方法的改變，提高生產效率，優化生產效能，實現以科技創新驅動電力行業高質量發展的目標。