基于数字孪生技术的MR多场景电力业务应用研究

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　　摘  要：通过混合现实（MR）技术的在电网行业的应用，构造变电站三维模型、虚拟触控、3D实景操作等一系列实用场景，以变电站智慧巡视、智享检修、智能调度等为切入点，采用信息融合技术，将各种数据信息在可视化载体上进行综合展现，以提供更先进、更直观、更友好的工具和手段，全面辅助业务人员对设备进行实时监测和状态评估，从而实现变电站的可视化智能化运维。
　　关键词：MR技术;变电站设备;智慧巡视
　　引言
　　目前电网设备数量大种类多，运行信息量大，运检业务任务重，人员有限，智能化要求水平高，建设进度急的情况，采用典设模型库快速建模，保留设备有效空间几何特征，结合点云与全景数据，接入运行数据监控状态，辅助作业，使系统轻量化，运行性能有保障，复用性高，后续设备数字化成本成倍递减，模式移植性强;集远程运维，状态实时感知、智能辅助作业一体，实现精确掌控、自动预警、智能抄表、MR巡视，极大程度上便捷一线员工运检工作，能够降本增效，且有助于提升变电站管理水平，具有显著的先行示范效益。
　　1 整体架构
　　利用三維激光扫描技术实现快速建立电网模型，接入北斗定位数据、在线监测、环境监测、机房监控等系统数据，构建数字孪生电力云平台，接入业务数据以及业务流程，构建包含电网设备全方位信息的业务支撑体系，利用5G技术将MR全息智能眼镜与云平台进行数据交换，虚实融合，在虚拟、现实和用户之间搭起交互反馈的信息回路，从而实现多场景电力业务的应用。
　　1.1数字孪生全息变电站构建
　　利用三维激光扫描及设备典设模型库技术快速建模，实现电网设备数字模型的低成本构建与迭代更新。依托数字孪生数字孪生云平台集成多业务系统，对海量的实时运行数据进行切片、分层、梳理，便于集约化管理及状态预警，提升人机交互体验。依托电网设备全息数据模型及大数据分析，实现设备多维度数据综合分析，进行电网设备的全域和全寿命周期管理。
　　1.2数字孪生运检业务支撑
　　基于数字孪生设备模型及数字孪生云平台进行状态全息模拟及业务支撑。结合接入的各业务系统数据，实现历史状态数据的反演，构建设备状态预警模型进行设备预警。基于数字孪生云平台实时数据的全息扁平集约化管控，对设备进行后台运程运维。结合设备数字孪生全息模型设置安全作业电子围栏，根据现场人员的实时位置与行为进行安全监控和预警。数字孪生云平台与MR设备进行数据交互，支撑现场智能化移动作业开展。
　　1.3基于MR技术的电力业务应用
　　通过传感器、边缘计算模块等对场景下的电网设备各项信息进行采集，形成3D数字资产录入数字孪生云平台后;通过MR智能眼镜作为现场作业辅助终端，解决3D数字信息的显示和交互问题;通过电网设备实体与MR显示终端上的3D信息协同，对电网设备进行现场1：1数字化模拟，再对数字化模型进行预测、分析和操作时，设备实体及时予以反馈。
　　2建设内容
　　2.1数字孪生全息变电站构建
　　2.1.1设备模型快速构建
　　数字孪生设备本体初步构建过程中，采取三维激光扫描结合典设模型库、现场全景以及设备图纸等多源数据进行快速构建。后续设备变更异动时，研究采用现场巡视或摄像头多角度拍摄照片重构三维模型进行局部设备模型的迭代更新。
　　2.1.2移动交互业务支撑
　　数字孪生云平台与MR智能眼镜进行数据交互，包括现场设备的工作票、操作票、历史运检数据、场景全息数据、设备内部结构空间数据、当前运检作业引导操作3D虚拟过程动画等数据，遇到复杂情况时亦可以通过语音视频请求专家远程指导，支撑现场智能化移动运检作业开展。同时现场对设备数据的修正信息也同时能够实时反馈回系统支撑数字孪生全息数据的完善变更。
　　2.2基于MR技术的电力业务应用
　　2.2.1智慧巡视
　　以往的巡视靠设备外观、声音、气味等判断设备状态，没有充分利用继电保护、在线监测等数据辅助综合分析。在巡视的过程中，能够实时记录工作人员的巡视轨迹、时间等相关信息，做到事前计划、事后检查，避免巡视不到位;同时通过厘米级的空间定位精度，对带电区域进行警示提醒，实现整个巡视过程的安全与规范。本项目以实物ID与后台数据查询为支撑，利用MR在工作人员查看设备的同时，通过佩戴基于MR技术的全息智能眼镜智能终端，在眼前实时展示运行参数、台账信息、检修计划、环境信息等数据，便于在巡视中全面把握设备状态，及时发现潜在隐患。
　　2.2.2智享检修
　　在检修工作中，本项目以MR全息影像的方式，为作业人员提供了直观、可视化的带电部位和危险点展示，提高作业安全性;结合空间锚定位技术，利用全息影像对进行设备结构分解，实现检修部位快速定位与检修步骤精准指引，还可在遇到难题时接受专家的实时虚拟现场指导，推进工作开展。
　　2.2.3智能调度
　　监控中心的工作人员通过MR全息智能眼镜终端，在3D显示阵列中获取智能化场景显示，此智能化场景基于数字孪生电网，将实时数据与调度需求智能匹配，应用多种信息实时同步和融合技术，实现电网数据虚实信息的同步控制与展现，便于全面掌握电网运行情况。该技术可结合5G信息通信技术将以全息影像的方式发送调度令，直观地指导运行人员进行倒闸操作，并提供监护;同时能够提供保电计划设计的设备巡视路径;对发出异常告警信息的设备进行直观的虚拟定位与实时状态展示。
　　2.2.4全息培训
　　通过对变电站设备如变压器、母线、刀闸、断路器等进行3D建模，模拟变电站仿真运行，实现变电站各种运行工况展示及日常维护操作，模拟变电站故障定位及事故处理，培训学员通过头盔显示器等交互设备，实现与3D虚拟现实变电站场景设备的操作交互功能，改善培训效果，从而有利于较快提升变电站设备维护人员技能。本项目比传统方式更加直观易用，可通过第一视角模式让学员直观地与培训内容交互，也可通过第三视角模式进行知识讲解，全面提升培训效果。
　　2.2.5全景展示
　　根据真实的变电站场景，进行标准的三维建模，实现变电站的标准化改造和虚拟的全景场景漫游。本项目可利用基于MR智能眼镜的虚拟沙盘结合投影向参观者展示带有实时数据流的全息影像，包括设备的全息数据展示、作业过程引导、设备内部结构分解以及远程专家协助等，相比传统方式更加便捷、直观。
　　参考文献
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