AR-VR与GIS技术在输电线路巡线中应用
2018-12-24，，，，
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(安徽继远软件有限公司，合肥 230088)
0 引言
输电线路分布点多，面积广，所处地形复杂，自然环境恶劣，杆塔附件长期暴露在野外，受到持续的机械张力、雷击闪络、材料老化、人为影响而产生倒塔、断股、磨损、腐蚀等损坏，必须及时对其修复和更换，为保证高压输电线路的安全稳定运行，对输电线路定期巡检是非常有必要的。目前输电线路巡检大多数仍采用传统的人工巡视进行，即沿输电线路逐塔巡视的作业方式，此种巡检方式缺点是作业劳动强度大、巡检效率低、存在巡检盲区且费用高危险性大。特别是跨山、跨江、地势险峻等复杂环境下的线路，巡检难度极大。利用传统的方式进行输电线路巡视已不在满足电网发展的现代化管理需要，劣势体现在如下几个方面：
(1) 获取线路隐患不及时。利用传统人工巡检方式，时间上存在一定的滞后性，导致隐患得不到及时跟踪解决，产生重大事故的几率会大大增加。
(2) 巡检工作效率低下。对于偏远的山区、跨江跨河等输电线路，人迹罕至，环境复杂，巡视人员攀爬铁塔、带电登高作业，遇到紧急情况，后果严重，且人工作业强度大、危险性高、工作效率低等。
(3) 任务抢修和调度不及时。设备隐患无法获取，导致抢修应急反应速度不及时，事故处理细节无法掌控，不能进行有效跟踪分析，大大增加投诉率。
上述问题，利用增强现实技术(以下简称AR)、虚拟现实技术(以下简称VR)与GIS技术在输电线路巡检中集成和应用研发主要内容是通过在杆塔现场进行采集，将数据回传到后台，并对输电线路杆塔设备进行三维化和虚拟化，最后利用AR-VR技术实现线路的沉浸式体验，从而对现场设备状况进行巡视查看，同时可以查看设备资产信息及气象情况。
1 AR-VR与GIS技术在输电线路巡线中应用
利用AR、VR和GIS技术，通过摄像机等拍摄手段，将拍摄到的图形图像数据直接进行人工三维建模，从而直观地显示线路走向、线路环境等实时虚拟图像信息。
1.1 AR-VR模块
在利用AR-VR模块时，利用摄像机、GPS终端等数据采集终端获取输电线路杆塔、走向、环境、光信息及其他实体色彩信息，采集搜集的信息经内业处理后传输至增强现实技术模块中。传输到AR模块中的信息经虚拟处理后的巡线方案模型叠加到线路的真实环境中。VR模块则将整个输电线路走向、环境等信息进行虚拟现实的展示，同步将信息传输到AR模块中，巡视人员可以通过AR显示器展现出虚拟数据与现实场景完全融合从而得到线路巡视的体验环境,如图1所示。
2.2 PMS系统
设备(资产)运维精益管理系统(以下简称PMS)，PMS系统的数据库包括海量基础数据，包括电网GIS图形数据、输电线路设备台账数据等，为应用提供基础平台支撑。
图1 增强虚拟交互
2.2.1 台账数据推送
实现设备台账在底层数据上的推送，推送数据主要包括
台账、数据表字段、字段类型格式、基础数据码表值等。从而为输电线路巡视提供基础数据支撑。
2.2.2 电网GIS图形
更新输电线路相关的设备图形和台帐信息，实现电网设备设施的图形、拓扑、设备台帐的一体化维护，实现全线路横向和纵向的“一张网”，利用电网GIS图，为输电线路巡视提供图形数据支撑,如图2所示。
图2 电网GIS图形
2.3 三维建模
通过摄像机拍摄到的多角度画面，可以对杆塔、线路进行精细建模。根据拍摄到画面的清晰度不同，模型的细节会随着提升或降低。以三维的方式对杆塔、线路进行精细建模，然后将三维模型导入VR虚拟场景中，从而进行三维仿真虚拟线路。三维模型系统架构图,如图3所示。
图3 三维模型系统架构图
2.3.1 关键程序
(1) VR交互
private void Dispose(bool disposing)
{
SteamVR_Events.Initializing.Remove(OnInitializing);
SteamVR_Events.Calibrating.Remove(OnCalibrating);
SteamVR_Events.OutOfRange.Remove(OnOutOfRange);
SteamVR_Events.DeviceConnected.Remove(OnDeviceConnected);
SteamVR_Events.NewPoses.Remove(OnNewPoses);
_instance = null;
}
(2) VR巡线
public void JianDaoMoNi()
{
Cube.transform.localRotation = Quaternion.Euler(0f, 0f, 0f);
Cube.transform.position = new Vector3(60199.04f, 0.75f, 60020.57f);
this.gameObject.transform.parent.gameObject.SetActive(false);
}
2.3.2 环境搭建及建模
通过人工手动制作的方式，针对图片外形和多角度细节进行针对性建模。建模示例图,如图4所示。
图4 杆塔细节
将杆塔上每一个部件，包括塔身、塔座、塔顶、绝缘子串、防震锤、跳线等内容，并将实际线路走向绘制出,如图5所示。
图5 线路细节
按照图片材料的现场环境，绘制真实杆塔，包括但不限于：上字型、叉骨型、猫头型、V字型、干字型、酒杯型，杆塔类别包括但不限于：直线塔、耐张塔、转角塔、终端杆塔等。
2.4 VR虚拟巡检
搭建VR环境，佩戴VR感知设备，进入虚拟巡检系统，获得沉浸式体验。
在VR场景下模拟真实巡检环境，增加优化内容，包括一键传送、一键切换、地面及空中巡检等方式。在VR的环境中，可以获得真实杆塔走入的体验，仿佛在真实现场中步入杆塔线路。
巡检示例图,如图6所示。
图6 地面VR式巡检
可以切换在地面上，走到具体杆塔下方或四周，对杆塔情况进行巡视。通过真实杆塔现场布置的监控摄像机，一键切换至监控摄像机实时视频画面，观察该杆塔在当前时间下，现场的情况。
空中巡检示例图,如图7所示。
图7 空中VR式巡检
通过VR手持设备一键切换空中无人机巡检线路，并且可以通过切换杆塔上或者周围布置的监控摄像机，对杆塔上当前时间下的线路实景进行巡检。
3 总结
在VR环境中，可以获得真实杆塔走入的体验，对员工进行设置巡检中常见的问题点，可以在任何条件下进行仿真培训，可以大幅提高员工巡检经验。配合现场的监控摄像头，可以随时随地通过手机对杆塔周边情况进行查看，并可以通过外置喇叭进行警示，实现足不出户的全天监控，24小时保障高危区域安全。优点体现在如下几个方面：
(1) VR虚拟巡检，以沉浸式体验带来现场实地巡检的效果，节省了以往输电线路巡检的人力物力成本；
(2) VR虚拟巡检，可以通过一键瞬移的方式行进，比较过去的巡检需要翻山越岭，极大地减轻了工作负荷；
(3) VR虚拟巡检，对于现场的真实环境一方面可以通过虚拟环境的模拟实现，另一方面可以通过现场的监控摄像机实时预览现场画面，相较于过去的画面预览方式，拥有操作上的便捷、体验更真实、预览实时性更高等优点。
