典型电力检修技能提升和作业授权平台研究及应用

路亚, 王郑, 李毅

(中国南方电网有限责任公司 超高压输电公司贵阳局， 贵州 贵阳 550081)

0 引言

目前，电力培训直接决定了变电站工作人员的日常运维和检修工作的效率，在电力的正常工作过程中，电力设备可能会出现故障，电力设备的作业也将出现多种问题，通常以知识库的方式存储各种电力设备全寿命周期管理数据，在这种环境下，很多人开始着重电力设备知识据的研究，以通过知识库管理的方式研究解决电力检修的方法，最终使得电力终端管理平台得以完善。

文献[1]用 3DsMax软件的三维可视化软件实现三维建模，这种方法将虚拟现实技术运用到风力发电机组设备检修中，这种方式给本研究提供了方向，虽然该方法在一定程度上能够解决一部分技术问题[1]，更多的是对三维技术软件的应用。文献[2]虽然也应用了AV技术，但是对电力作业标准知识库的设计和维护方面并未提及。随着电力技术的发展，电力作业知识库方面出现越来越多的问题[2]，这需要更深层的研究和分析。

1 总体方案设计

基于上述技术的不足，本研究结合VR技术构建出包括硬件层、平台层、数据层和功能层的典型电力检修技术提升和作业授权平台，本平台以基于VR技术的电力作业标准知识库作为研究基础[3]，形成一种对不同专业人员电力检修技能进行提升和作业授权工作的新培训模式，对人员的技术技能水平提升有着积极的意义。其总体架构示意图如图1所示。

图1 典型电力检修技术提升和作业授权平台架构设计

在图1的平台架构中，在硬件层采用HTC VIVE PRO 虚拟现实设备和高性能图形工作站实现电力拉伸的采集。将建设测量平面规划图作为场景布局依据，采用高精度单反相机对模型的细节结构进行拍摄收集，采用智能测试仪器杆塔、线路以及变电站设备的大小尺寸进行数据采集，在大场景收资上面采用高精度全景相机拍摄收资。同时依据作业的标准规范流程作为检验人员作业是否规范和安全的依据[4]。

本研究还设计出Steam VR平台，该平台架构涉及到的数据结构有人员数据信息表、电力技术技能标准VR课件数据信息表、角色及课件对应信息表等数据内容。整体平台包含专业人员管理功能、专业人员技能培训功能以及电力标准知识库维护功能。其中不同角色人员登录本平台展示的内容不同，达到对不同专业人员的电力检修技能提升和作业授权工作的目的[5-6]。

2 关键技术设计

2.1 基于VR技术的电力作业标准知识库的设计

VR电力作业标准知识库是将南方电网有限公司超高压输电公司的作业指导手册进行细化，从而形成便于系统化的电力技术技能标准VR课件，由于南方电网有限公司超高压输电公司的作业指导手册内容多，涉及到的专业广，所以基于VR技术的电力作业标准知识库的搭建过程是比较复杂漫长的过程[7]。

本平台的研究人员采取先难后易梯次建设的策略，优先对中国南方电网有限公司超高压输电公司贵阳局电力作业人员在现阶段工作中面临地重要且困难的作业内容进行细化，纳入基于VR技术的电力作业标准知识库中，后期再将相对容易的作业内容融入到知识库中，从而逐步完善VR技术的电力作业标准知识库[8]。新型的电力作业标准知识库架构如图2所示。

图2 知识库架构设计

其在架构上包括数据层、知识发现层、知识存储层、知识分析层和知识应用层。该架构利用基于B/S架构的系统实现数据的快速浏览。

在数据层中，包括了各种数据信息，比如电力文档数据信息、业务数据信息等电力相关信息。在知识发现层中，包括电力设备全寿命周期管理数据进行计算的各种数据信息，这需要进行数据抽取和数据挖掘、计算和输出，进而从数据信息中挖掘有用的数据信息，将AV技术转换为有用的数据信息。在知识存储层中，包括存储、图像存储，通过不同形式的存储实现多种数据的采集[9]。

在知识发现层，采用3DMAX建模工具对收集到的资料快速建模，通过对纹理贴图处理细腻化还原模型质量。通过Substance Painer、PS等贴图制作和修改工具处理贴图通用BPR材质，涉及到的人物角色模型通过ZBrush进行雕刻制作，在大场景设计上面，降低模型面数，从而优化模型[10]。

本研究利用U3D引擎完成电力设备及周边环境场景真实还原、根据实际设备进行材质编辑、完成现实灯光渲染以及场景烘焙。并利用U3D引擎完成热点融合工作，真实反映设备运行状态分析及可视化系统适合电力用户的操作习惯，能适应线路运行维护、综合分析、状态评价工作的实际状况。在分析数据时，还应用了大数据融合模型、大数据计算模型实现不同数据的计算，进而挖掘出数据之间进一步的关系[11]。

2.2 基于VR技术的电力作业标准知识库的维护方法

由于平台的电力作业标准知识库的建立是一个漫长过程，所以基于VR技术的电力作业标准知识库的维护功能是本平台必不可少的一个功能，但是就本功能的建设而言，还需要解决不同作业内容的归类问题以及电力作业标准知识库中电力技术技能标准VR课件的后期修改优化等问题[12]。

针对上述问题，对电力标准知识库中的不同作业内容进行编码命名分类，并通过程序开发实现后续向电力标准知识库中增加电力技术技能标准VR课件时的分类功能，从而解决不同作业内容的归类问题；在平台中通过程序开发实现增加对电力标准知识库中的VR课件管理维护功能，从而解决后期VR课件修改后的优化问题[13]。

在维护电力作业标准知识库时，还采用以下计算方法。将对电力作业标准知识库的维护分为以下几个方面。

AV输入数据、AV应用数据、AV报废数据以及AV维护数据[14]，并且向量赋值，在对所有知识库的电力作业数据新型维护时，先输入到似然管理函数中，假设AV输入数据时存在的n个数据管理验证值的似然函数为式(1)。

(1)

其中，F(n)表示对所有电力作业标准知识库维护次数n的似然验证函数值；P表示检验所有电力作业标准知识库内执行数据的匹配概率；k表示对所有电力作业标准知识库数据信息进行验证的次数。维护电力作业标准知识库数据信息的似然检验函数[15]如式(2)。

(2)

(3)

其中，fλ(n)表示AV报废数据被修订之后的验证函数；s表示AV报废数据被修订的参数，当发生AV报废数据之后，需要对函数模型进行清理处理，以提高后期知识库维护的精度[17]；λ表示函数模型进行清理处理被更新后的最新参数。则函数模型进行清理处理后，整个知识库的维护验证如式(4)。

(4)

本研究依据Unity3D开发引擎参考确定好的设计界面，完成人员权限管理、课件体验权限、课件维护、课件体验等功能的开发[18]。

3 试运行结果与分析

为了验证本文所设计的安全系统的可靠性和实用性，下面将进行实例测试。关于实验环境可分为硬件环境和软件环境，其中硬件环境为机台为CentOS6.8(x64)操作系统，Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2640 v2、2.00 GHz主频、千兆网卡、8核16 G内存、512 GB硬盘。NFC手机为三星Exynos 4 412四核,1.4 GHz，2 G内存和64 G存储器[19]。软件环境为Windows系统、Android系统和NFC相关应用程序。

试验选取5种电力设备全寿命周期管理数据检修类型作为知识库中的试验类型，分别为电网设备运行数据、电网调度数据信息、设备维护数据信息、电力设备故障数据等，信息表如表1所示。

表1 电力知识库样本数据的种类和数量

在试验时，电力知识库为某一时间时段内的数据库。

3.1 实验结果

(1) 电力知识库维护结果

分别采用文献[1]方法、文献[2]方法与所提方法对电力知识库管理成效进行对比，对比结果如表2所示。

表2 不同方法的电力知识库管理成效对比结果

根据表2中的数据可知，所提方法的AV输入数据合格数量、AV输入数据保养合格数量、AV输入数据保存完整数量均高于文献[1]方法和文献[2]方法，所提方法的知识库缺失数量低于文献[1]方法和文献[2]方法，文献[1]方法的电力设备全寿命周期管理数据缺失率为0.7%，文献[2]方法的电力设备全寿命周期管理数据缺失率为1.2%，而所提方法的电力设备全寿命周期管理数据缺失率为0.3%，由此可知，所提方法的电力设备全寿命周期管理数据缺失率较低。

(2) 知识库数据中的AV数据维护率

为了核对知识库工作效率，从数据调用方面进行试验，在具体试验中，选取47位工作人员作为研究对象，分别采用文献[1]方法、文献[2]方法与所提方法对电力知识库进行调用，知识库维护结果包括AV输入数据正常使用和AV输入数据恢复数据以及AV输入数据更新数据，对比结果如表3所示。

表3 不同方法的电力知识库调用对比结果

根据表3中的数据可知，文献[1]方法的电力设备全寿命周期管理数据知识库维护率为78.7%，文献[2]方法的电力设备全寿命周期管理数据知识库维护率为59.6%，而所提方法电力设备全寿命周期管理数据知识库维护率高达91.5%，由此可知，所提方法的电力设备全寿命周期管理数据知识库维护率较高，说明本研究方法通过利用应用层通过数据公钥户密钥进行数据调用，从而提高了电力知识库维护率。

(3) 电力知识库监管时间

为了验证所提方法的电力知识库监管时间，分别采用文献[1]方法、文献[2]方法与所提方法对电力知识库的监管时间进行对比，对比结果如图3所示。

图3 不同方法的电力知识库监管时间对比结果

根据图3可知，当电力知识库内管理的电力设备数据信息的数量达到700个时，文献[1]方法的电力知识库监管时间为21.5 s，文献[2]方法的电力知识库监管时间为24 s，而所提方法的电力知识库监管时间仅为15 s，由此可知，所提方法的电力知识库监管时间较短，能够有效提高电力知识库监管效率。

4 总结

本平台已经在中国南方电网有限公司超高压输电公司贵阳局进行了试点应用，获得了培训管理工作人员的认可，对中国南方电网有限公司超高压输电公司贵阳局后期开展电力作业人员的技术技能提升工作有着积极的意义。但是本研究在工作过程中仍旧存在一些技术不足，这需要后期更进一步地努力。