MR混合现实技术在电网应急抢修中的应用

国网宁夏电力有限公司固原供电公司 赵全东

1 绪论

1.1 研究背景

我国2020年全年供电量已经达到7.5万亿千瓦时，人们生活生产用电量随着经济发展的速度越来越高，与此同时映射到电网应急抢修工作任务也越来越重。在现阶段，电网应急抢修已经基本实现了移动作业的方式，但是由于应急抢修的环境不确定，双手已经被移动作业设备占用，无法完成现场维修信息录入、查看资料和远程技术支持。而且由于现场地形比较复杂、植物生长的地方环境比较恶劣，维修作业人员遇到维修设备问题的时候，如设备数据、内部结构以及过往维修信息等，都无法及时与指挥中心联系，更谈不上实时更新维修进度，指挥中心对现场情况也不自知。只有依靠维修作业人员的现场反应以及自身的技术水平完成维修工作，极大降低了维修效率。

1.2 研究意义

现阶段随着我国智慧电网技术不断更迭，电力移动互联网势必成为智慧电网未来的发展趋势。目前在电力应急抢修中，已经投入使用的技术有：无人机、老式飞行器、足巡以及爬坡机器人，但是他们都有一个共同的弱点就是续航能力不足，无法满足远距离电力应急抢修任务。而目前随着智能穿戴设备——混合现实（MixedReality，MR）技术日趋成熟，在其他行业如医疗、制造、建筑设计以及物流等得到充分的运用取得了较高的好评。

本文以电力应急抢修为案例，结合混合现实（MR）技术，探讨MR 技术在电力应急抢修过程中电网应急预案、应急指挥、可视化与标准化作业指导、设备台账分析、多团队协同技术等电网业务系统中的可行性与实践性的运用，赋予智慧电网更多高新技术基因。

1.3 研究方法

本文的研究案例分析法。结合混合现实技术工作原理，对MR 技术发展现状分析，明确MR 技术应用于电网应急抢修中的意义。然后结合本人在电力应急抢修工作过程中的经验与体会，按照电网应急抢修作业的流程，探讨MR 技术应用实践性与可行性。

2 混合现实技术概述

2.1 混合现实技术工作原理

混合现实技术（MR）主要是利用设备对现实环境进行扫描后，创建一个与真实环境相似，且将需要的相关内容数据输入其中，形成一个数字模型与实物共存的虚拟三维可视化模型。现阶段，实现MR 技术所需要的设备主要有虚拟成像器、头部跟踪仪、交感设备、头戴显示器以及定位设备等全部集成在一台智能MR 眼镜上，通过这些可穿戴的设备，将周围现实环境的数据整合到虚拟环境中，形成一个现实环境、虚拟场景以及用户三者之间的一个交互反馈信息回路。其中虚拟成像器主要是将现实环境数据创建一个结合现实的虚拟场景以及对其他穿戴设备的管理；头部跟踪仪则是通过穿戴者视线变化的方式实现虚拟场景与现实环境的交互；交感设备则是负责交互信息的输入与输出。因此MR技术具有交互性、真实性与虚拟性等特点。

2.2 混合现实技术发展现状

随着5G 网络和移动通信技术的不断更迭发展，MR 技术已经逐步成为计算机应用技术中的热点。作为MR 技术的发源地美国，他们研究范围较为广泛主要涵盖混合现实技术的硬件、软件以及应用等，MR 技术在各行各业的应用，包括MR＋医疗、MR＋教育、MR＋体育、MR＋教育、MR＋文化遗产等，甚至还包括MR＋国防军事等，这些都有成功的落地案例场景。

我国的MR 技术起步较晚，主要集中在行业应用领域的技术研究上，比较单一。但在关键核心技术方面与应用场景有一些新的突破，如在算法方面，有摄像机校准算法、虚拟物体的注册算法等；在高精度光场拍摄方面实现了亚毫米级；在交互方面采用VR 眼球追踪模组，实现了无线缆的VR 头盔；在应用场景方面，VR 眼镜在心理舒缓方面成功应用。这些都为MR 技术奠定了基础，得以应用在军事、医疗、航空、等领域。

2.3 混合现实技术应用于电网应急抢修中的意义

MR 技术运用到电力应急抢修作业中，是将现实世界、虚拟场景与维修作业人员、指挥平台、专家之间形成一个交互场景，将现场画面远程到专家面前，让专家身临其境进行指导，让现场作业人员犹如专家等在现场指挥作业。改变传统维修单兵作战的作业模式，成为一名超级单兵进行作业，通过MR 技术对故障现场进行数据分析，通过团队配合的方式提高电网应急抢修的质量与效能。其意义主要体现在以下几方面。

2.3.1 双手解放

传统的电网应急抢修时，维修作业人员所带的设备比较繁杂，负担较重，而且又是使用移动作业方式，使得作业人员双手手持终端，操作及其不方便。而维修作业人员使用MR 技术，相当于将移动设备穿戴在身，所需要的数据资料，以及技术支持都可以通过简单的交互查看。这样就可以解放双手，抛开手持终端，有利于维修作业人员更专注于抢修作业本身[1]。

2.3.2 交互高效

各大权威机构最新出台的政策已经指出：添加辅食不必按照固定顺序，大可放心地翻着花样来。（当然主流意见还是建议第一口辅食选择强化铁米粉，因为6个月之后母乳中的铁成分不能满足宝宝身体的需求。）

很多时候电网应急抢修的现场比较复杂、环境比较恶劣，一方面维修人员遇到维修设备问题相关时候，如设备数据、内部结构以及过往维修信息等，都无法及时与指挥中心联系。如果维修作业人员使用MR 技术，了解设备实时数据信息，并将现场地形、环境等数据信息传递到指挥中心，指挥中心几乎同步实现虚拟三维可视化模型，能够为维修作业人员解答维修设备等相关的问题，有利于维修作业人员能快速判断故障点以及成因。还有另一方面，传统电网应急抢修很多在偏远区域，如果维修作业人员出现什么安全事故，是无法及时知道与实施救援的，但是如果维修作业人员穿戴了MR 技术的设备，指挥中心根据维修作业人员传递的数据不仅可以即时监控维修作业人员的工作情况，还能对可能发生的安全事故提供及时救援[2]。

2.3.3 决策辅助

传统的电网应急抢修，只有依靠维修作业人员的现场反应以及自身的技术水平完成维修工作，极大降低了维修效率。如果维修作业人员使用MR 技术，一方面指挥中心几乎同步实现虚拟三维可视化模型，然后采用云端电网大数据库、电网的云计算以及电网各业务深度链接，给予一定的指导，另一方面如果遇到疑难杂症，则可以通过远程数据传导技术连接专家，经过专家判断讨论，最终可以给予维修现场作业人员最佳的维修方案，这样不仅提高了维修作业人员个体的技术水平将其向智慧单兵发展，而且还极大的提升了电网应急抢修的质量与效率[3]。

3 混合现实技术在电网应急抢修作业中的应用

基于MR 技术在电网应急抢修作业中的运用主要包括应急预案、电力设备识别、可视化作业指导等几大模块，按照应急抢修的业务流程，对接各个电网运行过程中的各业务板块，如生产管理信息等，多个业务板块为电网应急抢修通过MR 平台提供数据支撑。

3.1 基于混合现实技术的电网应急预案

我国电力行业的安全生产方针就是“安全第一，预防为主”，所以要保障电力生产的正常运用，传统的途径就是要有保障电力安全的生产和技术防范措施。电网的应急预案的编制其目的就是为现场维修作业人员提供应急维修指南，能够指导其准确判断电网事故并快速处理故障。

基于MR 技术的电网应急预案，是一个模拟操作系统，便于电网维修作业人员对可能发生的电网维修应急事故进行演习活动。比传统编制的电网应急预案有针对性、实用性和指导性。因为在运行过程中的电网比较复杂，而统编制的电网应急预案不可能面面俱到的把所有可能发生的事故全部罗列出来并提供解决措施。相反基于MR 技术的电网应急预案则可以将所有电网运行数据收集、存储，依据地理信息系统和气象平台等，构建维修现场的虚拟三维模型，导入引发电网运行事物的各类因素，可以模拟各种事故的应急抢修现场状况。电网维修作业人员通过基于MR 技术的电网应急预案进行大量的维修演习活动，不但可以提高个人在现场对故障的判断准确性，加快维修进度和提升维修质量，还能促进与指挥中心的沟通协调配合能力[4]。

3.2 基于混合现实技术的应急指挥

基于MR 技术的应急指挥系统，主要包括远程信息以及数据收集和专递、三维建模、远程视频、应急技术系统、专家管理系统和应急支撑等多种功能模块。

在进行维修现场抢修过程中，维修作业人员通过可穿戴设备将现场数据收集并传递到指挥中心，指挥中心运用MR 技术立即可以将数据投射到应急预案沙盘，并实时更新现场维修方案抉择以及维修进度。

当维修作业人员遇到维修方案难以抉择的情况下，则是通过可穿戴设备与指挥中心联系，寻求指挥中心的远程协助。接收到维修现场人员的求助信号后，指挥中心可以通过应急预案沙盘中呈现的故障状态，判断故障类型在后台专家管理系统里智能匹配擅长该故障的专家，并将现场数据传递给专家。专家根据远程传递的数据提出可行性的解决方案，再传递给现场维修作业人员，指挥中心同步进行远程协助指导。

3.3 基于混合现实技术的作业指导

对于传统的电网抢修指挥业务标准化作业指导，电网企业一般都是编制一整套《电网抢修指挥业务标准化作业指导手册》，《手册》中涵盖如何标准化交接班、如何调控与配网抢修业务协同、故障停电信息发布及送电流程、工单的跟踪督办和审核、运行监控及配网抢修路指挥支持系统缺陷处理等。这样的标准化手册内容多，不容易记忆；涉及面广，不仅仅只是维修作业人员；强调流程化、规范化。

基于MR 技术的作业指导，将流程化的内容录入虚拟三维可视系统中，就像打游戏那样，做完一步确认后就有下一步的提示，按步骤走即可完成全套内容。比方说工单的跟踪督导和审核，在每一步设置过程中又有详细的分解。一方面当工单送达到维修责任作业组后，指挥中心会对接单、到达现场以及修复时间进行管控，如果出现超时现象，则迅速联系维修作业小组，了解超时原因解决问题；在故障维修过程中，现场维修作业人员则通过穿戴设备与指挥中心保持实时信息互动；出现疑难故障时，及时向指挥中心发起协助指导信息。另一方面指挥中心通过传输数据对现场抢修情况实时跟踪监督，严格把控维修的时间节点，特别是维修小组达到现场时间和修复完毕时间，了解维修方案决策，对维修质量进行把控，加强应急维修的安全管理。这样不仅提高了维修质量，还尽可能降低了安全事故发生的概率。

3.4 基于混合现实技术的设备台账分析

对于电网应急维修作业人员而言，若要加快维修速度，那么对维修对象——设备资料就需要非常了解和熟悉。现阶段，在电网企业移动都已经采用PMS 设备管理系统，根据设备名称分类并赋予每台设备独一无二的ID。建立基于MR 技术的后台设备管理系统模块，只需要对接MS 设备管理系统，并将每台设备的ID 录入到三维模型中，并对应每台设备的名称、制造厂商、维修厂家、可能出现的故障类型及对应的维修方案、已有的维修记录及采取的维修方案、设备标准指标（功率、运转速度等）等多种数据。系统对数据进行分析预判，初步确定故障原因。这样方便现场维修作业人员以及指挥中心能立即调取到设备所有信息，判断可能出现故障的类型，并迅速选择维修方案。并且也缩减了传统维修过程中，指挥中心调取设备数据的时间，能够有利于更加快速准确地对现场维修作业人员给予指应急指挥与作业指导。

3.5 基于混合现实技术的多团队协同技术

一般电网运行中出现的主要事故包括：运营管理过程中操作不当造成的、自然灾害引发的、由于外力破坏造成的以及设备故障造成的等。很多时候并不是仅仅依靠指挥中心与安排的现场维修作业人员就可以将所有问题全部解决。如遇到重大自然灾害引发的事故时候，如地震引发的电网事故等，一方面需要与市县两级的政府应急指挥中心联系以及气象局、地震局、林业局、公安局、交通局等多个政府职能部门沟通，得到政府相关部门支持，避免因为交通、市政建设等问题造成纠纷影响电网应急抢修工作的开展。

另一方面还需要与外部多个施工单位或者是社会公益资源等联系，积极沟通，进行充分的现场信息交流与共享。由指挥中心根据现场维修作业人员传输的现场数据进行事故维修工程量的判断，从合作单位中迅速找出就近且专业对口、施工能力强的外围施工单位，统一协调、调配人员和抢修物资材料等。施工单位接收到指挥中心的传输数据判断救急设备种类、人员配置量以及工程量评估之后，迅速派出参与应急抢修人员，并携带必要设备奔赴现场，形成多团队协同参与抢修的模式。

在整个多团队协同电网应急抢修作业系统中，最重要的就是基于MR 技术的信息传输、语音识别、多媒体文件的上传下载的富媒体交流以及用户分类等模块，完全采用的是实时网络数据传输技术，将原有在企业内部信息传输应用扩大到联系多个企业、单位共通，实现数据实时更新与共享。最终通过MR 技术实现提升联动的响应速度，加快应急维修协作人员到场速度，提高抢修的效率。

4 结语

本文以电力应急抢修为案例，结合MR 技术交互性、真实性与虚拟性等特点，探讨MR 技术在电力应急抢修过程中电网应急预案、应急指挥、可视化与标准化作业指导、设备台账分析、多团队协同技术等电网业务系统中的运用，探索一种采用MR技术的全新电网应急抢修模式，打造电网抢修智慧单兵。随着MR 技术不断的变革迭代，智能可穿戴设备与大数据等高科技的应用在智慧电网的范围会越来越广，这将会全面启动电力行业的技术创新，带来生产方式与方法的改变，提高生产效率，优化生产效能，实现以科技创新驱动电力行业高质量发展的目标。