单兵移动作业终端技术在配网调度管理模式创新设计中的应用研究

刘艳生,王雪军

（1．国网北京市电力公司通州供电公司，北京101100；2．国网北京市电力公司朝阳供电公司，北京100124）

1 引言

1.1 配网调度管理分析

配网调度管理主要指管理人员对配电网的日常运行操作以及供电线路故障检修等工作的计划安排和管理指导。按照业务类型可以细分为故障处理类调度管理和计划检修类调度管理以及日常系统操作维护类调度管理三大块。其中故障处理类调度管理主要指配电线路出现异常状态而引起的短路或超负荷、漏电等故障问题。计划检修类调度主要指有计划有目的的安排配电线路的周期性停电性能检查和故障处理，计划性检修调配是配电网日常业务的主要组成部分，也是预防配电网出现严重故障的主要手段。日常系统操作维护调度则主要指计划性的对配电线路进行设备养护、设备调换或系统升级等操作[1]。配电网调度管理对象主要包括变电站日常运行人员、配电线路运行维护人员、电厂运行用户等。其中配电网路运行人员则承担了配电网路日常运作业务中的大部分。

1.2 单兵移动作业系统

单兵移动作业系统包括了可穿戴单兵智能设备、无线信息处理系统以及调度后台管理系统组成。其中可穿戴智能设备则包括智能眼镜、护目镜、安全帽等AR 或VR真实信息的收集、量化和传输终端设备。无线信息处理系统则包括AR 设备与管理后台之间进行信息交互时需要用到的硬件设备及软件系统，例如电力公司内部局域网系统、WIFI、4G 专网、配网调度信息管理系统等[2]。后台管理系统则主要指单兵设备扩展应用的中枢指挥部分，后台管理人员可以借助上述无线信息处理系统以及单兵作业智能终端来实现对单兵作业人员的远程协助和指导。同时，单兵移动作业系统区别于一般作业模式的最主要优势在于其收集作业相关信息的准确性和实效性，以及后台处理信息的高效性和一致性。采用每个单兵子系统与后台指挥系统的信息交互，来完成调度、指挥、指导、管理力量的高度整合和统一，提高了整体调度管理决策的科学性和效率性。同时，单兵系统作为整个作业系统的一部分，也能借助智能终端设备帮助，方便快捷的向后台指挥系统反馈更加全面、准确的现场作业信息。因此，单兵移动作业系统能够有效的提高较为繁复的作业系统的灵活性、智能性和效率性[3]。

1.3 可穿戴智能终端技术

可穿戴智能终端技术主要指通过可穿戴技术将一些传统的便携工具及物品进一步智能化，通过针对性的扩展传统工具及物品的实用功能，来实现该工具及物品的智能化。比如通过对眼镜架的改造，在眼镜架上安装信息采集模块和信息接收量化处理模块以及信息显示、传输、报警模块。通过这些新增加的智能模块来采集和佩戴人员周围环境信息和人员体征信息，并对信息进行初步量化及判断处理，根据信息初步处理结果，自动实时的进行信息处理结果的呈现、传输以及警报等功能[4]。总体来说，电力作业现场的可穿戴智能终端技术主要有3个方面的特点：第一，智能的人机交互功能。借由语音识别、自然语言处理等技术来实现语音或语言的无障碍实时人机信息交互。第二，准确的实时的用户体征信息监测分析能力。由于可穿戴智能终端设备一般由一线单兵作业人员随身携带，因此设备能够借由用户体征探测模块来实时的对用户、体温、心跳以及对话内容、设备输入内容等体征信息的探查。采用技术分析手段对这些体征信息进行量化，使得后台管理系统能够实时掌握单兵作业人员的工作状态。第三，更加真实准确的增强现实功能。可穿戴智能终端设备通过显示屏、AR/VR技术等来完成对信息初步处理结果的立体化呈现，从而完成对作业现场环境信息以及单兵作业人员个人作业状况信息的提示、注释以及辅助标记等功能[5]。

2 配网调度管理模式创新设计

2.1 设计智能配网接发指令体系

为了解决传统调度管理模式的接发令体系拥堵问题，可以以进一步发挥单兵作业系统以及可穿戴智能终端技术优势为改进方向，重新设计一条更加智能化的配网接发令体系，将调度WEB终端模块和单兵作业现场终端应用更加畅通有序的联系起来，具体接发令体系设计思路[6]如图1所示。借由这种无线的智能化的网络发令架构来提高配网调度管理过程中的信息流转效率。

图1 信息交互体系设计思路

整个调度管理接发令流程则按照单兵作业系统特点进行针对性改良，具体流程[7]如图2所示。

图2 配网调度管理接发令体系运作流程图

2.2 严格防控单兵现场作业风险

配网作业环境相对复杂、作业不可控风险相对较高。针对这一情况，可以运用可穿戴智能终端技术的便携性及智能性优势实时的收集和初步处理配网线路以及设备的运行状态，当存在设备过载、线路老化漏电等危险因素威胁时，终端设备能够及时通过信息数据分析对作业人员发出警告，同时将该作业环境信息及时反馈到后台调度管理系统。同时，可穿戴智能终端设备例如护目镜多功能智能适配设备以及安全帽多功能智能适配设备等，通过无线通信的方式通过可穿戴智能终端收集配网设备或配网系统自有的实时监控传感节点的检测数据，使得单兵作业人员能够快速实时的获取配网设备及线路的实际运作状况，对自身所处作业环境、面临的作业困境提供更加全面准确的现状信息支持[8]。同时，利用单兵作业智能终端自带的体征信息收集模块功能，能够将作业人员的一系列操作行为以及体温、心率、血压等生理体征信息及时反馈给作业人员，并借由蓝牙、4G网络等无线通信手段将这些体征信息与环境信息同步发送到调配管理信息平台。调配管理人员能够结合环境以及体征信息，判断作业人员的操作是否正确，及时制止一些高风险的业务操作行为，确保单兵作业的人身安全。

2.3 引进作业人员精确定位算法

配网调度管理模式优化的主要方向就是提升基层配网环节的人力资源利用效率，提高基层配网环节线路检修、设备维护等日常业务水平。采用单兵移动作业终端技术中的GPS或UWB定位技术能够将每一个单兵作业人员所处位置实时的通过智能无线信息交互处理系统反馈给后台调度管理系统，使得后台调度人员能够根据各个员工实际位置更加合理及时的安排线路抢修任务。同时也能更新一段时期巡检工作人员的业务位置统计数据，依据巡检人员的工作习惯以及擅长业务特征，更加针对性的对现有巡检计划任务进行调整，逐渐形成更加高效的成系统的巡检作业调度规律。针对配网巡检作业范围大，流动性强的特点，本文建议采用GPS 定位技术和UWB定位技术融合的精确定位算法，提高最终定位信息的精确度。由于GPS与UWB定位系统是两个独立的定位计算体系，本文建议采用Helmert方差分量估计的方法来协调GPS 与UWB 定位信息之间的权比关系。假设GPS 与UWB 系统的定位测量值之间的权重分别为P1、P2，这是一次性通过正数向量来评估确定两个系统定位数据权比关系是不够准确的。因此可以采用方差分量估计法通过歌词改正数平方和即与，然后通过算出GPS与UWB组合定位系统的观测数据指之间的单位权方差的估计值即与，继而通过单位权方差的再次迭代计算来得出更加精确的组合定位系统两个不同计算体系结果之间的权比关系。具体计算步骤[9]如下：

(1)结合配网巡检范围的环境特点以及定位场景特点，为GPS和UWB系统的定位测量值的权重赋初值P1、P2；

(3)基于Helmert 方差分量估算公式带入数值进行第一次的分量估算即：

其中，

按照以上估算公式，借由计算机计算和矩阵运算能力，通过计算步骤(2)、(3)的反复迭代运算，将GPS与UWB系统的单位权方差相等，或者使与的比值收敛为1。通过这一计算方法将GPS与UWB组合定位测量数据进行融合，确保借由可穿戴单兵智能终端的定位功能得出更加精确的定位数据。

2.4 提高故障状态识别与研判效率

单兵检修作业人员能够通过智能终端设备将配网线路或设备的故障表象信息借由WIFI、4G/5G网络准确生动的向调度管理信息平台呈现更具参考价值的作业现场异常状态信息。便于调度管理人员辅助和指导现场作业人员对故障程度以及故障原因进行初步研判，然后借鉴企业云服务平台内部的各类故障检修案例信息存档，更加快速准确的确定检修方案。针对电力设备维护修理时出现的各类区别于跳闸的棘手问题时，同样可以借由单兵子系统与后台调度管理系统的联系，组织企业内部专家帮助专家团队配合调度管理人员通过无线电通话的方式及时的指导单兵作业人员完成技术要求较高的故障研判和排除业务操作。

3 结束语

本文针对单兵可穿戴智能终端技术应用这一问题，结合传统配网调配管理模式弊端，从接发令体系设计、作业风险控制、故障检修效率提升三个角度对传统配网调度管理模式进行改进。期望本文的研究能对单兵作业智能终端的应用研究提供一些理论启发。