北斗+AR技術在電力設備巡檢中的應用

文｜孫強強

深圳供電局有限公司

一、引言

隨著電力系統規模的日益發展，對電網和電廠設備等基礎設施的安全運行也提出了更高的要求，各大電力公司均在線路、設備的巡檢和維護上投入了大量的人力、物力，來保證電力企業的電力輸送質量。巡檢工作作為保證電力系統正常運行的重要工作，可以高效地維護檢修電力設備，在第一時間消除電力設備運行中隱藏的問題，從根本上提升電力設備的安全性、高效性和穩定性。

但是，由于條件的限制，常規巡檢作業存在以下痛點：巡檢人員攜帶多種設備，負擔重，占用雙手，操作不便，妨礙檢查；無法實時了解巡檢人員狀態；現場發現問題反饋溝通方式有限，缺乏專家遠程指導；漏檢、錯檢時有發生；數據搜索繁瑣，查詢時間超長；設備維保指揮中心無法實時看到各個作業現場狀況；巡檢過程難以追蹤，巡檢結果無保障；巡檢結果不夠直觀、可視化程度低。

面對這一現狀，南方電網在各個省建立北斗地基增強站，為各類北斗終端提供高精度定位服務。并在北斗終端廣泛用于電力系統的授時、地災監測、勘測等領域的基礎上，采用最前沿的北斗衛星定位和AR虛擬現實技術，依托專業的研發團隊和在電力行業多年所積累的優質電力資源為核心，針對電力企業特點量身打造出北斗+AR電力智能巡檢系統。

二、北斗+AR的優勢及應用場景

北斗+AR電力智能巡檢系統是“云+端”的實時互動系統，“云”獲取計量系統現場巡查人員“端”實時發送過來的作業位置、現場圖像等數據，“自動判斷、推送”現場作業所需信息，以“AR”方式實時形象化展示，保障作業過程安全、無差錯。

北斗+AR系統應用是順應時代的需求：北斗+5G時代，萬物互聯，加快電力企業設備巡檢智能化進程；高速圖像及數據信息的傳輸，一切盡在掌握；提升設備巡檢效率，助力企業降低成本；降低對人的依賴，提高巡檢技術的自動化、智能化和可靠性。

北斗+AR電力現場作業輔助系統可用于如下場景：戶外無公網信號偏遠區域的計量設備安裝、在線檢修，室內計量設備現場無盲點安裝指導、檢修等，變電所檢修，戶外地下電纜檢修，電力塔架檢修，各類隱蔽工程檢修等。

三、北斗+AR電力設備巡檢系統技術方案

北斗+AR電力現場作業輔助系統由人員終端、作業輔助管理平臺兩部分組成。平臺技術架構見圖1。

圖1 北斗+AR電力設備巡檢系統平臺技術架構

1）終端硬件：人員終端包括AR穿戴設備、北斗綜合穿戴設備、備用電池和隨身數據線、野外通信保障設備。

AR穿戴設備完成現場圖像數據采集、后臺推送輔助作業數據圖形化顯示。

北斗綜合穿戴設備完成北斗高精度室內外聯合定位、無公網北斗短報文通信、4G/5G通信、備份電臺或者WiFi通信；對AR設備WiFi信號到4G/5G信號轉換、對AR設備充電、AR設備數據緩存；對軟件平臺數據接收與發送、作業電子圍欄管理、作業安全聲光提示、內置電源及能源綜合管理。

備用電池完成對北斗設備應急電源提供；隨身數據線北斗設備、AR設備應急充電。

野外通信保障設備主要用于野外無4G/5G公網情況下，為北斗綜合穿戴設備提供衛星通信鏈路，可分為車載型、便攜式兩種。

2）作業輔助管理平臺完成對個人終端的管理與信息支撐，包括作業任務管理、AR信息支撐、作業安全監控、基礎數據管理、設備管理、系統管理等。

巡檢任務管理：無公網北斗短報文互動、作業時間、區域、工序及步驟、安全邊界等；

系統顯示：北斗衛星精準定位及4G/5G全程位置顯示、基礎地圖、系統時間、AR視頻顯示、AR融合顯示、安全紅線顯示、任務模擬、系統和設備狀態顯示等；

AR信息管理：AR現場視頻顯示、AR識別、AR信息疊加融合、AR模型庫等；

作業安全監控：安全紅線規則設定等；

遠程協助：專家由PC、智能手機等設備，通過各種網絡、北斗定位和短報文、AR虛擬視頻技術等對遠程工作人員進行實時技術支持和協助；

基礎數據管理：北斗定位數據、地圖數據、目標模型庫、目標管理數據、設備監測數據等；

機構和人員管理：檢修機構管理屬性數據、檢修人員管理屬性數據；

設備管理：北斗+AR個人佩戴設備管理；

系統管理：給使用平臺的各種人員根據其工作職能，賦予不同的角色、安全、權限等；

數據收發管理：衛星短報文收發管理、公網收發管理等；

數據交換與分發：與其他業務系統的數據交換與分發；

網絡設備：4G/5G公網/私網、云服務器/本地服務器/虛擬服務器、PC/手機。

系統平臺主要工作模式：

巡查模式：遠距離目標常規信息匹配；

維修模式：近距離目標工序信息匹配。

系統平臺工作流程見圖2。

圖2 電力設備巡檢工作流程

北斗+AR系統平臺主要性能指標有：

穿戴方式：AR眼鏡、北斗上臂/腰部/安全帽佩戴、電池上臂/腰部佩戴；

AR設備：自動對焦、高清/標清視頻、安卓系統、IP67防水、支持WiFi/藍牙、重量小于200g，FOV視場角不低于20°；

續航時間：綜合不低于8小時；

安全管理：時間電子圍欄、平面位置電子圍欄、高程電子圍欄；

定位精度：室外優于5cm、室內優于0.5m；

通信方式：常態4G/5G、天通/Ku/Ka衛星備份及短報文、WiFi等；

設備緩存：支撐斷點續傳，緩存不低于2G；

系統容量：同時在線不低于1000人。

四、北斗+AR電力設備巡檢系統使用效能

1.全區域信息互通

采用北斗+4G/5G+WiFi的多種通信協議，實現電力設備巡檢的大區域、室內/外無盲點信息互動。電力設備維護團隊可以共享設備維保技術的音頻和視頻，也具備通過內置的自動翻譯器現場翻譯消除語言障礙，并開發和維護持久的知識庫。為各種現場環境下的協作工作而精心設計，可滿足在低至30kbit/s超低帶寬環境中傳輸視頻并共享高質量圖像；在偏遠無公網信號地區，通過北斗接收機直接獲得厘米級定位精度，并將危險判斷規則內置在監測硬件終端內部，直接將現場的危險結果數據，通過北斗獨特的短報文方式與遠程專家互動；前端AR設備還提供在沒有可用帶寬和無法接收北斗信號情況下的脫機工作模式。

2.高精度現場定位

采用現場佩戴裝備直接計算的方式，特別適合于山頂、邊遠地區等公網不能良好覆蓋區域的基礎設施監測；同時，佩戴裝備直接進行計算和判斷，能夠降低對連續數據傳輸的依賴，也能降低軟件平臺端的計算量，減少非必要的數據存儲量，減輕數據中心壓力，節省成本。系統實時記錄工作人員的位置、狀態和停留時間，便于管理員進行數字化管控，有效提高管理效率。

3.全方位協同作業

提供增強型的專家遠程協同現場解決方案。當在遙遠地方的電力設備巡查人員、供應商或客戶遇到問題時，能夠使用AR穿戴設備通過物聯網平臺呼叫遠端的專家，雙方通過高清音視頻通話，基于現場問題進行初步溝通。專家通過PC電腦或智能手機等終端設備，獲取現場相關可視化數據，以第一視角查看現場情況，快速明確核心問題，從而實現遠程檢查、審計、診斷、指導等。現場人員可以對準設備核心問題區域發起實時凍屏，雙方可以基于核心問題區域進行協同溝通，基于AR空間標注功能，專家在畫面中圈出問題點，AR端能夠直接查看，并對此做出響應，由此顯著提升了問題溝通效率，從而快速排除、檢查和解決電力設備現場發生的任何疑難問題或突發事件。

4.實時消息推送及文件傳輸

在問題解決過程中，涉及電力設備型號以及技術參數等關鍵信息時，為保證信息的準確傳達，專家端可以使用消息功能，以文本的形式發送重要信息，信息內容能夠直接推送到現場畫面中，便于現場人員第一時間查看，準確捕獲關鍵信息。在需要參考文件輔助維修工作時，專家可以通過文件共享功能，一鍵分享圖紙、視頻等文件，現場人員通過AR佩戴裝備可以直接查看文件信息，明確解決方案，提升問題解決效率。在無網絡情況下，現場人員可通過北斗衛星獨有的短報文技術手段與遠程專家互動。

5.問題追溯與經驗復用

支持使用AR眼鏡針對故障問題及維修過程，進行全程視頻錄制,并將結果及時存入系統平臺數據庫，為后續問題追溯、歸檔整理、經驗復用，乃至預測性維護提供參考，助力電力企業構建可復用、可視化的知識經驗庫。

6.基于位置和時間的數學模型分析

根據綜合采集的位移、應力、環境等數據，對桿塔、邊坡等建立力學分析模型，并通過采集的大數據進行模型修正，并根據模型分析結果，確定隱患部位；模型具有坐標數據，能夠給出具體部位的空間絕對坐標，用于輔助人工或者其他自動化設備的日常檢修。確定隱患部位后，根據空間坐標，可以引導輔助人工、自動化裝備進行“定點”觀測排查。

五、結語

AR技術在現代工業4.0中發揮了越來越重要的作用。供電系統信息技術人員利用AR技術在大型電力設備維修技術人員的培訓和現場視頻技術支援等方面做了大量卓有成效的工作，并在輔助電能計量終端廠家技術人員的培訓和現場支持方面進行了有意義的嘗試。通過北斗+AR技術，實現電力設備巡檢的大區域、室內外無盲點信息互動，提供專家遠程協同現場解決方案，大大提高了電力維修工程師首次修復率、減少技術人員培訓時間、簡化檢查、降低重復性成本，快速排除、檢查和解決電力設備現場發生的疑難問題或突發事件。