基于混合現實技術的電纜及通道運維輔助系統應用研究

吳 茜，袁 博，馬凌波

（國網西安供電公司高壓電纜運檢中心，陜西 西安 710000）

在傳統的電力電纜及通道運維過程中，大量的設備臺賬、信息圖紙等數據主要以電子文檔或紙質資料留存。運維人員赴現場檢修時往往須攜帶大量資料去現場勘察核對，這種方法不僅耗時費力，且資料查詢困難、更新滯后，難以開展進一步的統計分析，不利于運維人員的精準檢修，不符合電網管理精益化、數字化的發展趨勢。

本文介紹了基于混合現實和智能人機交互技術的新型電纜及通道運維輔助系統的原理，其應用于電力電纜及通道運維中的方法和意義。該輔助系統實現了物理真實環境與三維虛擬環境之間的數據融合與交互，加快數字化、智慧化運維落地，達到為一線員工賦能，提高生產力的目的。

1 研究背景

傳統電力電纜運維的基礎資料可概括為“一圖、兩賬、一冊、一庫”。“一圖”是指電纜線路地理走徑圖，“兩賬”是指電纜線路信息臺賬和電纜通道信息臺賬；“一冊”是指電纜饋路圖冊，是全部輸電電纜線路的走徑圖集。“一庫”是指電纜線路資料庫。上述資料繁多且復雜，數據處理難、利用率低，造成運維人員巡視檢修效率低，現場信息獲取及更新不及時、不全面。

目前電力電纜運維場景中主要存在以下問題：（1）電纜及通道架構龐大，結構復雜，單憑人力難以準確識別并獲得電纜及通道內的全部設備信息；（2）大多數電纜及通道的巡視仍以人工現場巡視方式為主，巡視效果、巡視效率都極大地依賴現場人員的技術水平和工作經驗，主觀性較強，無法滿足運檢高效可靠的管理要求；（3）傳統人工方式巡視須進行各種表單的登記、記錄和存儲，人工成本高、人力消耗大，存在數據易丟失、數據調用處理難等問題，無法滿足電纜及通道智能運檢的發展需求[1]；（4）由于地下電纜通道環境復雜，新員工培訓多以室內授課為主，即使現場培訓也很難全面了解通道內部實際情況，培訓效果不理想，新員工上手時間長。

基于混合現實技術的智慧運維輔助系統，通過掃描真實電纜通道環境，創建一個與真實環境相對應的三維虛擬模型，并將相關設備信息數據添加到創建的三維空間中，運維人員通過混合現實技術眼鏡，如身臨其境般準確快速獲取通道數據，是一種靈活處理現實與虛擬信息交互的技術應用[2]。

2 系統概述

混合現實技術是繼虛擬現實和增強現實后，一種可令現實世界與虛擬物體在共同視覺空間顯示并進行交互的計算機虛擬技術，因具有較強的交互性與融合性，成為近年來研究與應用的熱點。

混合現實技術主要是通過對現實環境進行掃描，創建一個與真實環境相似的三維模型，并將相關的數據內容融入創建的模型中。現階段，混合現實交互系統主要由虛擬景象生成器、頭部姿勢跟蹤儀器、交感設備、頭戴顯示器以及定位設備組成，在應用該技術的過程中，人們可以通過體感交互的方式與模型進行交流。混合現實技術可以將實景數據融入三維建模中，并且內容可根據環境變化而變化，使用戶和環境進行沉浸式交互[3]，如圖1 所示。

圖1 混合現實技術在電纜線路巡視時的效果展示

在電力電纜及通道運維場景中，混合現實技術可以為運維人員實時提供全方位的設備信息，實時進行數據分析處理，大大提升巡視效率，對設備檢修提供精準指導[4]。

3 系統功能

基于混合現實技術的智慧運維輔助系統功能圖如圖2 所示，其具體功能如下。

圖2 基于混合現實技術的智慧運維輔助系統功能圖

遠程協作：技術人員在現場遇到無法解決的問題時，可以使用遠程協作和專家取得聯系，尋求幫助。

設備管理：包括設備信息、設備監測和設備控制，可對接業務平臺。將設備信息直接疊加到現場真實環境中，方便用戶快速定位和信息查詢。

掃一掃：掃一掃是快速打開其他應用，獲取指定的信息或功能的一種方式。

路徑導航：用于向用戶展示地圖信息、位置信息和導航路徑。可提供巡檢任務路線規劃，現場路徑指引功能[5]。

輔助運維：通過下發特定的運維任務，系統可為運維人員提供標準化執行規范。運維人員可跟隨操作指引進行作業，隨時查看設備信息、監測信息和文檔資料。同時，運維人員可使用拍照、錄像等工具，記錄任務完成情況。

測量工具：通過手動方式在空間中放置點位，根據點位坐標和數學公式，計算出長度、角度和面積等。

虛擬安裝：利用混合現實技術進行設備虛擬擺放、虛擬布線等，為實際工程施工提供參考依據。

技能培訓：利用混合現實技術展示操作指導和指導內容，為員工提供更為直觀的訓練和培訓。

知識庫：知識庫用于搜索并查看存儲文檔。

人機交互：包括用手直接操作，用手指向和提交，手勢交互、語音交互和眼睛凝視交互等。

4 應用場景分析

地下線纜透視定位。由于地下電纜通道線纜較多、環境復雜，人員巡視時難以準確判斷具體線路的擺放位置和路線走徑，基于電纜建設投運和后期運維的基本信息數據，通過定位技術和三維模型投影，將通道內線纜投影映射到運維人員眼前，如圖3 所示。

圖3 電纜通道模型圖

數據識別與錄入。用戶手持紅外線測溫儀等設備進行環境數據測量，通過圖像識別技術自動拍照將設備參數實時錄入至運維系統，實現數據文本解析并自動上報業務系統，完成數據錄入。

設備信息標記。該系統能夠將信息在現實空間以三維面板等形式進行排版布局，直接擺放在關聯設備附近，實現邊走邊查，一用即走的效果，節省用戶搜索與錄入的時間。

巡檢運維場景。該系統可實現功能包括巡檢任務管理、路徑導航、設備管理、遠程協作、掃一掃等。

遠程協作的使用場景。場外呼叫及遠程指導，后臺業務協同，實時交流與數據推送。其優點是解放雙手，實時通信且不影響當前工作；與業務后臺一致的觀察視角，減少文字語音表述的歧義。

掃一掃的使用場景。查看設備詳情、監測信息等，設備檢修時進行設備識別登記。其優點是步驟簡單，無須煩瑣輸入，部署方便。

路徑導航的使用場景。巡視任務最佳路線規劃，維修設備位置定位指引。其優點是直觀顯示行進路線，人員位置實時打點標記[5]。

工程勘察場景應用。通過該運維系統可在測量工具與虛擬安裝場景下實現可視化應用。

測量工具的使用場景。現場環境勘察，虛擬布線。其優點是無須額外設備輔助，無接觸測量。

虛擬安裝的使用場景。現場施工設計方案驗證，查看場地設計規劃，查看建筑內部管線構造。其優點是方案效果直觀，容易理解；方便快速切換不同方案進行對比；建筑透視，易于展示內部構造。

檢修指導場景應用。系統可在技能培訓或檢修現場進行知識庫使用查詢，如在設備檢修時查看維修指導手冊，施工時查看工程設計文件，運維過程中查看歷史維修記錄。其優點是資料統一管理，搜索方便；與設備信息、執行任務關聯，運維過程中可快速調用。

5 系統應用優勢

實時互動性。混合現實的實時交互性得益于混合現實技術的感知技術及傳感系統，系統中可以搭載多種傳感器和監測設備，運維人員可通過混合現實技術將這些數據融入到虛擬模型中，實現全方位的監控和反饋。

在維修過程中，現場維修人員利用視頻、語音交互功能與后臺之間進行實時溝通，專家能對復雜的維修項目進行遠程指導，提高維修質量。

快速開展故障查詢。工作人員可從云端業務大數據中快速獲取相關設備的歷史運行參數和屬性數據，如設備結構信息、零件設備的更換歷史等，同時能迅速確認電網系統中出現故障的位置，為工作人員顯示故障點附近的信息，將檢測到的故障信息及時上傳到云端，為后續工作的開展提供參考[6]。

數字化傳輸與存儲。混合現實技術可以采集到現實世界中所有的信息，并可以將收集的信息高速存儲在云端，便于用戶對信息進行數字化分解與重構。

技能培訓。利用混合現實技術，維修人員可以在虛擬場景中進行虛擬操作，以此掌握操作技能，提高實際操作的安全性和效率。

信息直觀展示。混合現實技術可使運維人員快速獲取電纜及通道的信息，提供更加直觀的視覺效果；可通過虛擬模型更好地理解電纜及通道的結構和特點，從而更加準確地判斷電纜的狀態和運行情況；可提供全方位的視角，在不同的角度和距離下觀察電纜及通道，全面了解電纜的情況；可提供實時的監控和反饋，實時查看電纜及通道的狀態，及時采取相應的措施，從而保證電纜及通道的安全和穩定運行。

6 結束語

本文介紹了基于混合現實技術的智慧運維輔助系統，該系統可實現對復雜電纜線路和地下通道信息的虛擬再現，使運檢人員直觀掌握電纜及通道的全方位信息。通過數據分析處理，可為設備檢修維護提供精準依據。該系統同時具備技能培訓、實時互動、工程勘察等功能，為電力電纜專業的數字化運維提供了技術支撐。