基于VR的变电站智能巡检场景研究分析

阮海波　郑跃军

摘 要：以变电站的精细化三维模型作为基础，选用虚拟现实技术，使电站的智能巡检达到人机交互、虚实结合的效果。文章深入研究了变电站内有关设备正常运行的标准，以信息融合技术为核心手段，使数据信息可视化，提供的手段与工具更直观、先进，辅助业务员实时监测设备，并对其状态进行评估，进而达到变电站智能巡检的可视化。

关键词：虚拟现实技术；变电站；智能巡检；虚实交互

随着电网规模逐渐的扩大，其结构也随之变得更加繁杂，越来越多的变电站已经无人值守，加强了电网依赖信息系统的程度，同时根据业务线来建设信息系统，导致系统之间缺少了一种必然的关联，而传统监测系统不仅缺乏显示数据信息的有效手段，还缺少有效展示各种监测数据的可视化方式。普通的GIS系统仅仅可以展示变电站的总体情况，即不能达到变电设备精细化管理的需求，也不符合业务员实际变电站巡视的应用。基于此，本文展开了如下研究。

1 简介虚拟现实技术

虚拟现实技术（Vinual Reality，VR）是一种计算机仿真系统，它可构建出虚拟的世界，并让人体验到现实世界与虚拟世界相同的环境，这种模拟环境具有交互式处理的三维动态视觉效果。在此技术中融合了多种信息技术，例如：传感器技术、数字图像处理技术、多媒体技术、计算机图形学技术等。虚拟现实系统通过先进的软件工具、硬件技术，改进软、硬件和交互方式，使其更具有合理性，让用户可以使用系统来完成虚拟世界的形成，同时也能交互式的观察虚拟世界。

以变电站精细化三维模型为基础，设计智能巡检场景，通过VR技术，在虚拟世界里的变电站，可以让业务人员在里面随意游玩。按照现场巡检规范，不但需要在变电站模型内检查所有设备，还应呈现出设备信息的实时动态情况，例如：监测数据信息、基础数据信息等。

2 变电站精细化三维模型的建立

按照实际情况，把电力系统设备三维模型力度分成全设备级模型、重点部件级模型以及工程级模型。可从两个角度来描述着三个层级。一为精细度，二为完整性。表1为主要内容描述。

3 智能化巡检场景的研究

3.1 总体场景

智能巡检场景主要由智能化展示的信息融合、智能化操控的虚实结合两部分组成，利用可视化载体把这两个部分有机结合，使可视化场景具有人机互动和虚实结合的特点。（如图1所示）

3.2 智能控制

在现实世界变电站中，引进智能巡视机器人，同时设置一个模拟机器人在虚拟世界的变电站中，使机器人现实场景、仿真场景的相互配合。利用三维控制器下达一套相同的命令，对巡检机器人、模拟机器人同时进行控制，通过信息通信彼此双方实现传输定位，维持一致的位置，为信息融合的智能化显示奠定了有利的基础。

3.3 智能显示

在双屏显示下完成智能化展示信息集成，展示出选件机器人与模拟机器人在检修作业中分别采集到听觉类设备检测信息、虚拟设备数据。利用分析、叠加处理两种信息，使工作人员可以实时、准确的对变电站状态进行监测，以实现协同工作的目标。（1）可视化场景访问的数据来源由数据源层进行描述，其中在线监测系统、视频监测系统、EMS、气象系统、GIS等。（2）数据层对不同数据源、展示平台之间数据的转换、集成、传递以及净进行了描述。可视化场景主要管理与使用内部、外部数据这两种，其中外部数据指的是来源于外界数据源的数据，而内部数据指的是与企业有关的数据，由数据源层所提供出来的数据，在数据层中被分成了四类数据，分别为非结构化数据、实时数据、空间数据、关系型数据。图2为数据架构。（3）业务应用层从六方面来对变电站巡视员的工作进行辅助，分别为全景查看、路线设定、报告管理、缺陷管理、任务管理、巡检项目。为方便用户在大量的监测数据中可以快速选出所需信息数据，在设计健康指标体系时，将其分成变电站整体、某类变电设备、各类变电设备这三个等级，若开始展现信息的时候，则可以从下向上层层的获取到每级健康情况；若出现定位故障，则用户可从上向下进行挖掘健康情况。如图3所示。

4 实现变电站智能巡检场景的关键技术

4.1 运动控制技术和虚实交互的研究

需要多级处理才能完成仿真技术、智能巡检两者间的交互，利信息交互建模，可以采集、评估以及整理信息，打通所有环节的信息通信。在变电站智能巡检作业中应用交互融合算法，进而与用户操作相互呼应，体验到虚实结合。此外，设备运动控制利用生产的预测图像来表示，为确保系统能够显示出稳定的画面，需将图像帧数设定为恒定值。

4.2 多信息的融合及同步研究

数据处理、状态采集是多信息的融合及同步研究的关键。设备状态采集有效性验证现场原始信号。而数据处理的作用是达到转换信号的变换，收集反应出生产状态的有关性能的指标。同时，选用同步技术来完成实时同步、数据收集计划的制定，选用错误数据处理机制，集成中心数据库，定期与其它的业务系统数据库开展交互数据信息。达成展现、同步控制虚拟与现实信息，进而让变电站智能巡检的实时空间分析、模拟预演实时监测的功能更加智能化，保证巡视员全方位无死角的检测设备状况。

4.3 可视化技术研究

在虚拟现实技术变电站智能巡检的基础上，对可视化技术做出了大量的研究，使场景显示界面更加美观和科学，智能巡检更加有效和灵活，选择双屏互动技术来设计智能巡检场景，硬件方面选择纳米触控膜技术、雾化玻璃全息衍射两者有机结合来实现，使生产运行具有更好的空间实时分析、模拟预演实时监测的功能，利用现实信息与虚拟信息的碰撞，达到同步控制、展现的目的。保证巡视员全面位无死角的检测设备。变电站检测的精准性、巡检自动化水平使传统型可视化技术转变为创新型，对电网运行安全可靠的提高有着重要作用。

4.4 关于辅助决策问题的智能分析研究

关于智能分析的根本性质为将虚拟设备数据与现实设备数据叠加处理、分析，其分析核心点有以下几点：（1）实时数据展示。虚拟环境中对某一设备进行定位的时候，此设备的真实信息数据均可在对应的虚拟式设备上显示出来。例如事件信息、状态监测、台帐信息、环境信息等。（2）图像数据实时监测。实时视频显示红外热像仪、可见摄像机，并与自动巡视功能和遥控功能相互配合，达成了操作员的数据存储的实时检测以及后台巡视。（3）机器人现场数据采集叠加分析和反馈。反馈机器人运行时所需要的任务管理信息、电子地图信息、实时数据库信息、工作系统信息。另外，还需要记录下机器人运行时所产生的巡视与日志，以便于更好的分析、查询。（4）设备的高级分析。把机器人在现场获取的传感器、真实视频进行有机结合，高级分析和应用现场传回来的数据信心。

5 结束语

此研究的价值是应用化融合通信技术和信息融合技术，使技术为电力应用提供更好的服务，可将机器人单向巡检存在的不足之处弥补上，使生产运行的实时空间分析、模拟预演实时监测的功能更加智能化，保证巡视员全方位无死角的检测设备状况，给变电站今后发展向着网络化、自动化、智能化、数字化奠定了有利基础，对电网可靠运行的提高具有举足轻重的作用。

参考文献

[1]邱曼曼，石玮佳，王娣.智能機器人在变电站三维实景巡检系统中的应用[J].中国科技纵横，2016（7）：140-143.

[2]李志海，张荣华，张天兵，等.基于视频监控的变电站智能巡检系统研究[J].计算机技术与发展，2014（10）：233-237.

[3]施海娃，黄致远，陈佳，等.基于智能机器人巡检系统的设备数据分析方法的研究[J].上海电力，2015（4）：66-69.