基于精确坐标的特高压变电站三维实景现场作业人员定位系统研究

张毅+胡俊华+彭晨光

摘 要：基于精确坐标的特高压变电站三维实景现场作业人员定位系统是通过基于变电站三维实景的激光点云的空间坐标系统，将空间定位传输装置融合与检修作业人员日常佩戴的安全帽（或服装、腰带等）进行精确定位。从而可加强检修期间作业人员区域管控，提高检修作业安全管控水平。

关键词：精确坐标 三维实景 人员定位系统

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0001-02

交直流特高压变电站运维管理要求高，检修作业的专业化程度高，安全运维责任重大。随着变电站管理智能化水平的提高，对变电站人身安全智能化预防和管理手段也提出了更高的要求。通过对作业现场进行人工监控的手段已经无法做到及时发现风险和实时提醒。目前采用全新的基于空间精确坐标的变电站实景建模技术，通过开展电力大数据融合变电站精确空间位置三维实景及安全防控的应用拓展，提高电力三维全景数据智能融合的感知精度、呈现细节以及功能健硕性，并结合智能可穿戴设备的实时定位交互功能，实现作业现场安全的实时分析和预警成为新的发展方向。本文研究的重点是一套基于精确坐标的特高压变电站三维实景现场作业人员定位系统，提高特高压变电站安全管理工作的效率和智能化水平。

1 系统简介

本项目该系统是通过对变电站三维激光扫描，获取了包括设备、建筑等全部精确空间坐标的点云信息。然后将变电站三维实景的激光点云进行重构，再基于点云环境精确的空间坐标信息为参照系，将空间定位传输装置融合与作业人员智能可穿戴设备进行精确定位。

智能可穿戴设备是一种可以穿在身上或贴近身体并能发送和传递信息的设备，比如作业人员日常佩戴的安全帽（或服装、腰带等）。基于精确坐标的变电站三维实景现场作业人员定位系统将对现场各类人员进行标识和轨迹跟踪，并实现现场、后台、远端三级智能报警功能，从而可加强检修期间作业人员区域管控，提高检修作业安全管控水平。

本系统在电力生产运行管理水平的提升和变电设备维护成本的降低及变电运行可靠性的提高上可以有以下作用：

（1）構建精确真实重构场景的多系统、跨平台统一监控。

（2）提高工作效率，减轻运行检修人员的工作负担。

（3）克服多系统信息孤岛、增强对设备统一、多系统的分析、诊断。

2 系统的技术实现

点云平台是可视化管理的基础，基于点云环境精确的空间坐标信息为参照系，将空间定位传输装置融合与检修作业人员日常佩戴的安全帽中进行精确定位成为可行。空间定位传输装置还可与检修作业人员的服装、腰带等进行融合，体现充分的可穿戴特性。不仅如此，空间定位传输装置还可融合声光报警器，越过安全区域时可及时发出现场就地告警。

变电站中作业人员定位系统的实现包括两部分：

第一部分是通过三维扫描和三维重构实现全站数字化，以具备精确三维空间坐标的实景点云呈现真实场景，全方位提高变电站的信息感知深度和广度，形成变电站三维实景智能监控平台。

实景复刻技术是进行三维重构（重建）、数字建模的一种新技术，它以非接触性、高密度、高精度、数字化、自动化等特点，被广泛用于许多领域。三维激光扫描能快速获得原始的点云数据，并能完整高精度地重建实体。通过沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机交互界面，综合利用计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，创建出一种具备空间坐标的三维重构，实现精确化的多维矢量信息空间。

第二部分是依托人员精确定位装置，该装置由基站、移动站、天线组成。

定位技术是由于对轨迹追踪的需求发展而来，在这方面有两种主流技术手段：全球卫星导航系统（GNSS）和基于RFID的射频无线定位技术。当前广泛应用的GNSS主要包括美国的GPS、欧洲的Galileo、俄罗斯的GLONASS和中国的北斗系统，可以满足对精度较高的定位需求；在基于RFID的射频无线定位技术中，位置解算功能由RFID实现，算法有圆周定位算法、LANDMARC算法、信号达到角度（AOA）定位算法等，相较而RFID射频无线定位的精度较低，还需考虑碰撞检测。

本系统采用高精度差分定位技术对现场佩戴智能可穿戴设备（移动站）的各类人员进行实时定位，追踪轨迹。空间定位传输装置体积小巧功耗低，配备GPS/北斗等多模多频GNSS精确定位模块，采用当前主流的室外高精度差分定位技术，满足接收卫星定位信号并将坐标信息回传至变电站三维实景智能监控平台。同时，定位装置支持按设定间隔时间与GPS/北斗卫星对时，确保可穿戴设备的“空间+时间”双准，见图1。

3 系统功能

融合可穿戴设备（智能定位安全帽），便于对现场作业人员管控，支持变电站三维实景智能可视化安全防控增值应用。在三维实景中显示佩戴智能安全帽的作业人员身份、当前所处的精确空间位置，可实现运动轨迹刻画。并且可回放作业人员的历史行动轨迹，利于出现问题后的原因追溯，见图2、图3。

同时系统还具备电子围栏自动防护报警功能，安全管理人员可根据现场实际需求在三维平台中设定指定区域，当作业人员进入或离开规定区域时，系统会自动告警提醒。该人员管控不仅加强了检修期间作业人员区域管控，而且提高了检修作业安全管理水平。

4 系统的意义

通过基于精确空间坐标的三维实景一体化对变电站现场作业人员进行实时智能管控的研究与应用，可提高电力三维全景智能应用生态圈的感知精度、应用广泛度、呈现细节以及功能健硕性，将获得在电力检修现场管理水平的优化提升和变电设备检修维护成本的降低及检修作业安全性的极大提高。其作用如下：

（1）可对变电站各种情况下的现场检修工况进行准确的全方位把握、直观精确对应三维实景融合。

（2）可有效减轻检修作业管控人员的工作负担，提高工作效率和安全系数。

（3）可提升现场精确评估的精准掌控能力，“料敌（事故苗头）于先”，将不安全因素消弭于萌芽。

参考文献

[1] 周冬成，钟源，丁梁，等.三维实景技术在变电站的应用[J].消费电子，2014（20）：77.

[2] 谢俊祥，张琳.智能可穿戴设备及其应用[J].中国医疗器械信息，2015（3）：18-23.

[3] 杨西银，刘江，田锋，等.变电站三维可视化安全管理[J].电力安全技术，2016，18（8）：4-6.endprint