增强现实技术在城市配电网运维系统中的应用

 增强现实技术在城市配电网运维系统中的应用

谭嘉霖

广东电网有限责任公司江门台山供电局 广东江门 529200

摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国配电网运行的水平不断提高。增强现实技术可以通过跟踪注册技术、人机交互技术等多种技术，把计算机生成的虚拟信息融合到现实场景中。现阶段，软硬件技术已具备一定的条件，应用在城市配电网运维系统中。随着城市配电网核心技术的进步，增强现实技术逐渐成为国内外学者研究的热点。本文针对增强现实技术在城市配电网运维系统中的应用进行了分析。

关键词：增强现实技术；城市配电网；运维系统

增强现实技术融合了互联网技术、信息技术和传统产业技术。该技术在我国传统工业中的应用，往往受到地域和时间限制。通过该技术实现配网信息与业务的融合，对配电网的运行维护起着核心作用。该技术在配电网中的应用不仅是数据匹配和分析，更是智能网的大数据运用。将增强现实技术与智能配电网结合，可以有效提高配网运维工作的效率。

一、配电网运维中的智能配电网

目前常见的城市配电网系统中，智能配电网主要通过数据通信网络收集设备的信息数据，配电自动化技术手段分析完善，快速定位故障点并对其进行自动化隔离或自愈，缩小故障停电范围。智能配电网的建立，有效提高电能质量及供电可靠性。城市配电网中存在电压等级低、级数多、网络结构复杂的特点，也是智能配电网需要克服的问题。传统现场模式通过工作人员到点到位，可以克服智能配电网因为地域和时间产生的限制。智能配电网与传统工作模式，两者是并存的、互补的。配电网体系传统工作模式中，人为误操作导致的事故占大部分，造成配电网不必要的损失。传统工作模式应结合智能配电网，完成自动化管理与智能化操控，提高系统运行的可靠性。使用配电网自动化技术实现对运维作业的安全管理，该技术的大数据分析能力，为工作人员提供故障预警和体系识别，自动探究与发出预警，及时排查故障继而进行应急处理。

二、增强现实技术概述

     增强现实技术是利用软件技术生成信息，对现实情况进行模拟，将现实场景进行增强。该技术是虚拟现实的发展趋势，其与虚拟现实有着非常紧密的联系，涉及到众多的学科技术，包括交互技术、传感器技术、光电现实技术等。利用计算机技术、图像处理技术、多媒体技术，将用户和现实场景结合起来，在效果上能够使人感觉到虚拟出来的三维环境即是周围现实环境的一部分。

三、增强现实核心技术

1．跟踪注册技术

增强现实核心技术的核心是跟踪注册技术，指通过算法快速地计算虚拟空间与现实空间坐标系的映射关系，使其精准对齐，从而实现虚拟信息在真实世界的完美叠加，建立虚拟空间坐标系和真实空间坐标系的转换关系。实时获得真实世界场景的数据，并根据观察者位置等因素来重建坐标系，通过分析实时图像，提取相匹配的特征点，计算出虚拟空间与真实空间的坐标映射关系。

2．虚拟现实融合显示

虚拟现实融合显示主要通过头戴式显示器技术，增强用户使用时的沉浸感、体验感。该类显示器主要分为两种，基于摄像机原理的视频透视式头戴显示器和基于光学原理的光学透视式头戴显示器。透过显示器上一定数目的摄像机获取实时图像，利用跟踪注册技术，将虚拟信息与真实场景融合后投影在在显示器上。

3．人机交互

通过配合语音设备、网络通信技术，实现多人同时在线。以往工作过程中遇到问题，大多只能依靠语音通信设备、图片等方式向上汇报，容易遗漏细节问题。在增强技术应用下，工作负责人、现场作业人员、安全监管人员，不再受限制于时间和距离，透过显示器和网络身临其境，真正做到对工作过程的安全监管全覆盖。

四、增强现实技术在配网运维中的应用

1. 电气操作

电气误操作的产生往往是来自于运行人员的习惯性违章，包括没有认真唱票、漏项跳项以及对不熟悉设备等常见情况。结合增强现实技术，可以杜绝电气误操作。

（1）电气操作过程的标准化跟踪注册

模拟某个配电柜的停送电过程，以操作人和监护人为视角，利用头戴式摄像等设备对全过程的三维信息采集分析，建立标准的映射关系。对设备建立二维码台账，快速调用设备对应的映射关系。对已建立的映射关系进行对应分解，使之对应电气操作前的人员资质检查、工器具安全检查工作、操作票的每一项操作。

优势：该标准化跟踪注册，通过结合软件开发设计中的面向对象设计思想（多态性、封装性、继承性），做到安全统一、操作统一，防漏防误。多态性指分解每一操作项，均可单独使用，假设某操作项内容有变化，只需单独修改一项映射关系即可；封装性指根据不同操作任务，将特定操作项组合成专属映射关系；继承性指将封装好的映射关系保存在系统中，通过二维码技术，确保该设备的操作任务映射关系可被重复使用，且不被误用至其他设备上。例：单一操作，需安全资质检查、安全工器具检查及合闸的操作检查，只需扫码该设备，将已保存的映射关系调用即可，而不需要重新编制标准化跟踪注册。

（2）增强现实技术下电气操作

操作前，扫描二维码核对设备，正确调用对应的操作任务映射关系，对操作票进行审票。操作开始，语音设备接收现场指令，系统采集分析后调用对应的操作项映射关系，通过增强现实技术投影在显示器上。每一个操作项的映射关系作为模拟操作，通过图像技术在显示器上循环播放并作出语音、文字、图像提示，到该项“结束关键字”的语音指令为止。

配合头戴式显示器，操作人、监护人及监控室可同步视角、语音，主动对操作现场进行全方位管控。对操作中的标准化跟踪注册即时收集分析，通过图像技术比对，判断该操作项是否被执行，如有误操作情况，系统通过网络语音设备通知操作人、监护人及监控室。判断指示灯是否故障、气压表的气压是否下降、各类指针显示是否正常运作，均可通过图像比对技术自动监控。

优势：执行统一的操作标准流程，杜绝人为的错项漏项误操作，语音时刻提醒现场人员。同步视角语音通信，加强现场沟通的效率，减少对设备不熟悉而误操作的可能性。监护人员有更直观的视角，通过增强现实技术结合图像比对，克服视角视线造成的现场因素遗漏，例如操作前后的指示灯、气压表等，均可有效帮助现场操作人员判断风险。

2. 巡视作业

当前城市配电网负荷日益增加，低压台区线路支线布点多而复杂，增加巡视难度，没有及时发现低压隐患，造成故障增多，降低供电可靠性。

升级视频透视式头戴显示器，加装红外测温功能，记录低压台区设备及线路走向、温度，结合增强现实技术生成3D俯视的热流图。比较传统的手写绘图记录，新技术更能准确记录低压台区现状，立体图像比平面图更为全面具体。通过热流图体现整个低压台区的用电负荷流向，对调整低压台区三相负荷不平衡有重要指导作用，观察旁路支线、过流引线等常见故障点的温度异常，有效发现故障点。

城市配电网随着发展变化大，巡视过程容易出现错漏。通过系统的巡视记录图像比对，设备的增删均会在显示器中标记，提示巡维人员确保到点到位。提供随时随地调用系统记录的功能，时刻观察城区配电网的变化，合理安排运维工作，减少人工冗余，提高工作效率。

结语：

通过运用新型科技技术，对配电网管理模式进行创新，探索新型的配电网管理政策和机制，达到智能化配电网的发展目标。构建智能化配电网体系，不仅要应用各种新型技术，还要保留传统工作模式的优势，在此基础上创新管理方式，才能使管理模式和技术应用达到协调一致的状态。

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