北斗+AR技术在电力设备巡检中的应用

文｜孙强强

深圳供电局有限公司

一、引言

随着电力系统规模的日益发展，对电网和电厂设备等基础设施的安全运行也提出了更高的要求，各大电力公司均在线路、设备的巡检和维护上投入了大量的人力、物力，来保证电力企业的电力输送质量。巡检工作作为保证电力系统正常运行的重要工作，可以高效地维护检修电力设备，在第一时间消除电力设备运行中隐藏的问题，从根本上提升电力设备的安全性、高效性和稳定性。

但是，由于条件的限制，常规巡检作业存在以下痛点：巡检人员携带多种设备，负担重，占用双手，操作不便，妨碍检查；无法实时了解巡检人员状态；现场发现问题反馈沟通方式有限，缺乏专家远程指导；漏检、错检时有发生；数据搜索繁琐，查询时间超长；设备维保指挥中心无法实时看到各个作业现场状况；巡检过程难以追踪，巡检结果无保障；巡检结果不够直观、可视化程度低。

面对这一现状，南方电网在各个省建立北斗地基增强站，为各类北斗终端提供高精度定位服务。并在北斗终端广泛用于电力系统的授时、地灾监测、勘测等领域的基础上，采用最前沿的北斗卫星定位和AR虚拟现实技术，依托专业的研发团队和在电力行业多年所积累的优质电力资源为核心，针对电力企业特点量身打造出北斗+AR电力智能巡检系统。

二、北斗+AR的优势及应用场景

北斗+AR电力智能巡检系统是“云+端”的实时互动系统，“云”获取计量系统现场巡查人员“端”实时发送过来的作业位置、现场图像等数据，“自动判断、推送”现场作业所需信息，以“AR”方式实时形象化展示，保障作业过程安全、无差错。

北斗+AR系统应用是顺应时代的需求：北斗+5G时代，万物互联，加快电力企业设备巡检智能化进程；高速图像及数据信息的传输，一切尽在掌握；提升设备巡检效率，助力企业降低成本；降低对人的依赖，提高巡检技术的自动化、智能化和可靠性。

北斗+AR电力现场作业辅助系统可用于如下场景：户外无公网信号偏远区域的计量设备安装、在线检修，室内计量设备现场无盲点安装指导、检修等，变电所检修，户外地下电缆检修，电力塔架检修，各类隐蔽工程检修等。

三、北斗+AR电力设备巡检系统技术方案

北斗+AR电力现场作业辅助系统由人员终端、作业辅助管理平台两部分组成。平台技术架构见图1。

图1 北斗+AR电力设备巡检系统平台技术架构

1）终端硬件：人员终端包括AR穿戴设备、北斗综合穿戴设备、备用电池和随身数据线、野外通信保障设备。

AR穿戴设备完成现场图像数据采集、后台推送辅助作业数据图形化显示。

北斗综合穿戴设备完成北斗高精度室内外联合定位、无公网北斗短报文通信、4G/5G通信、备份电台或者WiFi通信；对AR设备WiFi信号到4G/5G信号转换、对AR设备充电、AR设备数据缓存；对软件平台数据接收与发送、作业电子围栏管理、作业安全声光提示、内置电源及能源综合管理。

备用电池完成对北斗设备应急电源提供；随身数据线北斗设备、AR设备应急充电。

野外通信保障设备主要用于野外无4G/5G公网情况下，为北斗综合穿戴设备提供卫星通信链路，可分为车载型、便携式两种。

2）作业辅助管理平台完成对个人终端的管理与信息支撑，包括作业任务管理、AR信息支撑、作业安全监控、基础数据管理、设备管理、系统管理等。

巡检任务管理：无公网北斗短报文互动、作业时间、区域、工序及步骤、安全边界等；

系统显示：北斗卫星精准定位及4G/5G全程位置显示、基础地图、系统时间、AR视频显示、AR融合显示、安全红线显示、任务模拟、系统和设备状态显示等；

AR信息管理：AR现场视频显示、AR识别、AR信息叠加融合、AR模型库等；

作业安全监控：安全红线规则设定等；

远程协助：专家由PC、智能手机等设备，通过各种网络、北斗定位和短报文、AR虚拟视频技术等对远程工作人员进行实时技术支持和协助；

基础数据管理：北斗定位数据、地图数据、目标模型库、目标管理数据、设备监测数据等；

机构和人员管理：检修机构管理属性数据、检修人员管理属性数据；

设备管理：北斗+AR个人佩戴设备管理；

系统管理：给使用平台的各种人员根据其工作职能，赋予不同的角色、安全、权限等；

数据收发管理：卫星短报文收发管理、公网收发管理等；

数据交换与分发：与其他业务系统的数据交换与分发；

网络设备：4G/5G公网/私网、云服务器/本地服务器/虚拟服务器、PC/手机。

系统平台主要工作模式：

巡查模式：远距离目标常规信息匹配；

维修模式：近距离目标工序信息匹配。

系统平台工作流程见图2。

图2 电力设备巡检工作流程

北斗+AR系统平台主要性能指标有：

穿戴方式：AR眼镜、北斗上臂/腰部/安全帽佩戴、电池上臂/腰部佩戴；

AR设备：自动对焦、高清/标清视频、安卓系统、IP67防水、支持WiFi/蓝牙、重量小于200g，FOV视场角不低于20°；

续航时间：综合不低于8小时；

安全管理：时间电子围栏、平面位置电子围栏、高程电子围栏；

定位精度：室外优于5cm、室内优于0.5m；

通信方式：常态4G/5G、天通/Ku/Ka卫星备份及短报文、WiFi等；

设备缓存：支撑断点续传，缓存不低于2G；

系统容量：同时在线不低于1000人。

四、北斗+AR电力设备巡检系统使用效能

1.全区域信息互通

采用北斗+4G/5G+WiFi的多种通信协议，实现电力设备巡检的大区域、室内/外无盲点信息互动。电力设备维护团队可以共享设备维保技术的音频和视频，也具备通过内置的自动翻译器现场翻译消除语言障碍，并开发和维护持久的知识库。为各种现场环境下的协作工作而精心设计，可满足在低至30kbit/s超低带宽环境中传输视频并共享高质量图像；在偏远无公网信号地区，通过北斗接收机直接获得厘米级定位精度，并将危险判断规则内置在监测硬件终端内部，直接将现场的危险结果数据，通过北斗独特的短报文方式与远程专家互动；前端AR设备还提供在没有可用带宽和无法接收北斗信号情况下的脱机工作模式。

2.高精度现场定位

采用现场佩戴装备直接计算的方式，特别适合于山顶、边远地区等公网不能良好覆盖区域的基础设施监测；同时，佩戴装备直接进行计算和判断，能够降低对连续数据传输的依赖，也能降低软件平台端的计算量，减少非必要的数据存储量，减轻数据中心压力，节省成本。系统实时记录工作人员的位置、状态和停留时间，便于管理员进行数字化管控，有效提高管理效率。

3.全方位协同作业

提供增强型的专家远程协同现场解决方案。当在遥远地方的电力设备巡查人员、供应商或客户遇到问题时，能够使用AR穿戴设备通过物联网平台呼叫远端的专家，双方通过高清音视频通话，基于现场问题进行初步沟通。专家通过PC电脑或智能手机等终端设备，获取现场相关可视化数据，以第一视角查看现场情况，快速明确核心问题，从而实现远程检查、审计、诊断、指导等。现场人员可以对准设备核心问题区域发起实时冻屏，双方可以基于核心问题区域进行协同沟通，基于AR空间标注功能，专家在画面中圈出问题点，AR端能够直接查看，并对此做出响应，由此显著提升了问题沟通效率，从而快速排除、检查和解决电力设备现场发生的任何疑难问题或突发事件。

4.实时消息推送及文件传输

在问题解决过程中，涉及电力设备型号以及技术参数等关键信息时，为保证信息的准确传达，专家端可以使用消息功能，以文本的形式发送重要信息，信息内容能够直接推送到现场画面中，便于现场人员第一时间查看，准确捕获关键信息。在需要参考文件辅助维修工作时，专家可以通过文件共享功能，一键分享图纸、视频等文件，现场人员通过AR佩戴装备可以直接查看文件信息，明确解决方案，提升问题解决效率。在无网络情况下，现场人员可通过北斗卫星独有的短报文技术手段与远程专家互动。

5.问题追溯与经验复用

支持使用AR眼镜针对故障问题及维修过程，进行全程视频录制,并将结果及时存入系统平台数据库，为后续问题追溯、归档整理、经验复用，乃至预测性维护提供参考，助力电力企业构建可复用、可视化的知识经验库。

6.基于位置和时间的数学模型分析

根据综合采集的位移、应力、环境等数据，对杆塔、边坡等建立力学分析模型，并通过采集的大数据进行模型修正，并根据模型分析结果，确定隐患部位；模型具有坐标数据，能够给出具体部位的空间绝对坐标，用于辅助人工或者其他自动化设备的日常检修。确定隐患部位后，根据空间坐标，可以引导辅助人工、自动化装备进行“定点”观测排查。

五、结语

AR技术在现代工业4.0中发挥了越来越重要的作用。供电系统信息技术人员利用AR技术在大型电力设备维修技术人员的培训和现场视频技术支援等方面做了大量卓有成效的工作，并在辅助电能计量终端厂家技术人员的培训和现场支持方面进行了有意义的尝试。通过北斗+AR技术，实现电力设备巡检的大区域、室内外无盲点信息互动，提供专家远程协同现场解决方案，大大提高了电力维修工程师首次修复率、减少技术人员培训时间、简化检查、降低重复性成本，快速排除、检查和解决电力设备现场发生的疑难问题或突发事件。