智能穿戴设备在变电站巡检中的应用及辅助决策

陶梦江 翁良杰 蒋欣峰 朱 涛

（国网安徽省电力有限公司检修分公司，安徽 合肥230000）

1 系统设计

智能运维穿戴系统应用研究由PC 端应用、智能安全帽、服务端软件等组成。系统通过4G/5G 无线网络与后端监控中心系统进行数据交互。

1.1 总体架构

智能运维穿戴系统总体架构由业务架构、应用架构、数据架构、技术架构、物理架构、安全架构和应用集成等部分组成。各组成部分既独立地支撑边缘物联代理一体化平台的某个部分，相互之间又协调配合，总体架构如下图1 所示：

图1 智能运维穿戴系统总体架构图

1.2 应用架构

应用架构是通过对业务模型的理解，以系统分析的方法，对智能运维穿戴系统的业务应用过程和目标进行分析抽象和归纳，形成智能运维穿戴系统的功能模块及对应的功能域。

应用架构由三大部分组成：接口功能、服务功能、管理功能。接口功能提供前端系统或设备视频接入功能和上级平台或业务系统视频调用功能；服务功能由通信服务模块、管理服务模块、流媒体服务模块、定位模块和红外成像部分模块组成。通过管理功能实现对平台以及平台内的用户及资源进行权限、日志、参数配置、事件等管理功能以及性能分析。

1.3 数据架构

数据架构对智能运维穿戴系统涉及的数据（包括实时数据、历史数据、资源数据和管理数据）进行分类处理、确定各类数据的消息流程以及消息内容。

1.4 物理架构

物理架构是为上层的应用提供软硬件支撑的平台，其设计的内容主要包括软件平台、服务器、网络、存储等软硬件设施。物理架构的设计需重点考虑智能运维穿戴系统的高可靠性和高效性，需要达到系统高效稳定运行的目的。

2 硬件设计

2.1 安全帽帽体设计（如图2）

图2 安全帽帽体设计

2.2 安全帽部件设计（如图3）

图3 安全帽部件设计

2.3 开模完成后，将帽体各部件进行组装成品效果图（如图4）

图4 组装成品效果图

3 VR 眼镜参数配置（如图5）

型号：BT-30C；视场角：23 度；屏幕材质：OLED；传感器陀螺仪：IMU 单元；基本信息：机身宽度174mm；净重：95g；高度：40mm；材质分类：PC+ABS；长度：195mm。

图5

4 软件功能设计

4.1 北斗定位信息展示功能设计

系统地图展示安全帽实时定位位置，点击安全帽图标可展示安全帽定位的详细信息，定位数据实时同步数字化换流站系统。

4.2 红外视频随时测温功能设计

智能安全帽的红外成像摄像头可实现视频画面热成像测温，现场巡检人员可通过VR 眼镜查看眼前区域屏幕实时测温做到看哪里测哪里。进行及时有效处理设备是否温度超标。

4.3 智能辅助决策功能设计

智能运维穿戴系统接入数字化换流站系统，实现全站人、网、物信息交互，辅助运维人员综合判断人、网、物状态。

4.4 5G高速传输功能设计

本系统依托5G，兼容4G，实现高速、高宽带、低成本电力物联网通信系统，打造电力物联网接入典型样板。

4.5 语音视频通讯功能设计

智能运维穿戴系统的音视频通讯用来与安全帽实时视频通讯，并可对视频画面进行本地抓拍，可以对安全帽视频直播、语音双向对讲。后台可以通知现场巡检人员去机器人到达不了的地方进行巡检。

4.6 操作指导语音录入功能设计

巡检人员可通过VR 眼镜实时调取作业指导材料，减少现场纸笔，实现电子化作业,实时接收查看对应设备操作动作和流程，提高作业规范性，避免中断作业记录 数据的额外操作，保障作业连续性。

5 服务端架构设计

本系统采用主流JavaWeb 技术基于ssm 框架搭建的技术平台、MYSQL 关系数据库技术、Gps+北斗实时定位技术、5G 技术、VR 技术、主流软件开发技术和现代网络通讯技术，充分考虑web端与手持端开放互联、多源数据接口、数据之间的关联以及网络环境的开放性的基础上，形成以红外热成像、精准定位、实时通讯、语音导航等功能组成的系统，建成以信息化手段高效运维检修的智能一体化穿戴装置。

5.1 统一的基础数据平台

本系统充分考虑到现场使用及穿戴装置领用等各个流程的复杂程度，为了充分保证数据的统一和功能相互操作。同时，平台还要具备良好的可维护性和扩展性。因此，本系统采用统一的基础数据平台。包括操作系统平台、数据库平台。运用统一的数据平台，能够实现系统间数据的转换、功能的接口、以及系统升级扩展时大量的维护工作量，确保平台系统的一致性和稳定性。

5.2 面向对象的软件设计思想

在软件开发技术中，面向对象的软件开发技术成为当今主流。本信息平台的建设与开发将采用面向对象的软件工程方法。

5.3 基于关系型数据库进行数据一体化管理

基于关系数据库统一管理平台的所有数据，有利于的数据支撑的稳定性，方便数据的统一维护，便于数据的快速查找。

6 系统主要功能

6.1 基础管理模块

对在线的安全帽设备进行厂家、安全帽型号、人员等参数配置、命名；配置本地数据存储文件路径。

6.2 实时视频监控模块

凡在线的智能安全帽，支持巡检人员现场视频直播，远传至后端边缘一体化平台，后台管理人员可通过系统平台直接打开现场实时视频。通过无线4G/5G 网络，实现对变电站内检修现场情况实时监控画面的在线传输与播放。系统平台可选择单画面或多画面形式查看现场作业实况（如图6）。

图6 现场情况实时监控图

6.3 语音识别模块

系统支持巡检人员将现场的检查情况通过语音播报方式将信息传回后端边缘一体化平台。系统平台将作业指导书上传至系统，同步发布在智能安全帽系统中，检修人员可以语音操作打开作业指导书，辅助作业，解放检修人员双手。提高作业规范性，避免中断作业记录 数据的额外操作，保障作业连续性。

6.4 红外测温模块

具有红外测温功能，支持红外测温模块的灵活插拔应用，与虚无对现场母线、开关、刀闸等设备测温时，可随时开启，并将测温数据实时回传后端边缘一体化平台。

6.5 精准定位、数据展示模块

能够将作业巡检人员的定位信息，包括高度实时传回后端综合管理平台，并通过三维展示系统、展示人员的实时状态，系统提供人性化的人机交互界面，界面标准规范，操作简便。

结束语

电力物联网技术的智能运维穿戴系统应用，丰富了安全管理手段，提高了安全检查效果，促进了现场作业安全。在电力系统的运维检修作业中，智能可穿戴设备的远程指导系统的运用有着重要的意义。智能运维穿戴系统实现了一体化监测、自动化控制、智能化决策，打造了全息感知、全景可视、高速可靠、智能可控的“边缘物联代理一体化平台”。配合智能穿戴设备，实现站内信息全景交互、现场作业智能替代、风险隐患主动预警、指挥决策精准高效，全面提升变电站的智能化水平，减员减物增效，在全国范围内的检修作业现场均可适用。