中鐵電氣化鐵路運(yùn)營管理有限公司 王 凱

1 引言

近年來，牽引變電裝備和技術(shù)均得到了長足的發(fā)展，在此背景下，多地牽引變電所選擇引入無人值守替代傳統(tǒng)的運(yùn)行模式。需要明確的是，無人值守雖然能夠提高供電系統(tǒng)運(yùn)行效率，卻也在無形中增加了變電巡檢的難度，隨著工作量的增多，巡檢質(zhì)量、時(shí)效性均會受到不同程度的影響，若不盡快解決該問題，將致使?fàn)恳冸娝鶡o法長期處于穩(wěn)定、高效且安全的運(yùn)行狀態(tài)，對全新巡檢系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)勢在必行。

2 研究背景

牽引變電所的核心功能是以電力牽引所提出要求為依據(jù)，對供電系統(tǒng)所提供電能的電壓、電流加以轉(zhuǎn)化，隨后，將符合電力牽引要求的電能送至接觸網(wǎng)，為電氣化鐵路上運(yùn)行的電力機(jī)車或其他用電設(shè)施提供維持運(yùn)行所需要的電能[1]。現(xiàn)代鐵路系統(tǒng)所搭載供電設(shè)備的性能，通常會給鐵路系統(tǒng)日常運(yùn)行所表現(xiàn)出的可靠性、安全性產(chǎn)生巨大影響，對鐵路系統(tǒng)而言，只有保證供電設(shè)備安全、可靠且穩(wěn)定，才能使自身發(fā)揮出應(yīng)有作用，任一設(shè)備出現(xiàn)故障，均會給列車安全性帶來巨大威脅，定期巡檢的重要性有目共睹。

變電巡檢指的是值班人員按照預(yù)定計(jì)劃，定期巡視牽引變電所內(nèi)既有一次和二次設(shè)備，確保相關(guān)設(shè)備所存在缺陷、異常能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并且得到處理的過程。原有巡檢模式無法做到遠(yuǎn)程診斷，導(dǎo)致巡檢工作難以發(fā)揮出應(yīng)有作用，而將5G 技術(shù)、AR虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示技術(shù)用于現(xiàn)場巡檢，可以有效解決既有模式所存在問題，現(xiàn)場人員能夠在后臺專家的幫助與指導(dǎo)下，對設(shè)備故障進(jìn)行處理，使設(shè)備盡快恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 變電巡檢工作現(xiàn)狀

3.1 管理難度大

巡檢管理難度大的問題主要體現(xiàn)在以下方面。其一，工作人員無法迅速確定現(xiàn)場設(shè)備問題的整改時(shí)間并給出相應(yīng)的反饋；其二，系統(tǒng)后臺不具備及時(shí)梳理并分析問題的功能；其三，既有系統(tǒng)無法根據(jù)巡檢結(jié)果形成相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)庫，影響PDCA 循環(huán)形成速度；其四，系統(tǒng)難以根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提供相應(yīng)的預(yù)防方案或是故障解決策略；其五，缺少能夠全方位監(jiān)督現(xiàn)場人員的措施，該問題不僅會影響巡檢所獲得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性，還會限制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障等信息的傳輸，導(dǎo)致潛在隱患進(jìn)一步加劇[2]。

3.2 項(xiàng)目繁雜

項(xiàng)目繁雜所帶來的問題有兩個(gè)，一是以往工作人員需要在巡檢開始前，先查找設(shè)備運(yùn)行日志、缺陷記錄等資料，全面了解現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)，再確定巡檢重點(diǎn)，以保證巡檢工作能夠發(fā)揮出應(yīng)有作用。鐵路系統(tǒng)所涉及設(shè)備資料較多，并且人力記錄極易出現(xiàn)等級錯(cuò)誤、記錄混亂等情況，進(jìn)而影響巡檢有效性。二是管理層無法實(shí)時(shí)監(jiān)管一線人員的各項(xiàng)行為，作業(yè)流程不科學(xué)、操作不規(guī)范等問題頻頻發(fā)生。

4 遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)研發(fā)內(nèi)容

傳統(tǒng)巡檢模式存在不足，只有以該項(xiàng)工作所提出需求為依據(jù)，研發(fā)相應(yīng)的軟、硬件，并對環(huán)境、人資和物資所存在協(xié)同關(guān)系進(jìn)行串聯(lián)，才能確保巡檢工作效率得到大幅度提高，進(jìn)而為企業(yè)日常生產(chǎn)的效率及安全性提供有力保障。在此背景下，有關(guān)人員提出以5G 技術(shù)、AR 虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示技術(shù)為依托，研發(fā)全新遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的建議，具體工作流程如下。

4.1 確定工作流程

系統(tǒng)由遠(yuǎn)程診斷中心和牽引變電所兩部分構(gòu)成，遠(yuǎn)程診斷中心與牽引變電所之間通過5G 通信建立連接。其中，遠(yuǎn)程診斷中心負(fù)責(zé)接收、處理和顯示牽引變電所的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，診斷變電所故障，向維修人員提供指導(dǎo)，減少成本和時(shí)間開銷。

考慮到設(shè)備巡檢、遠(yuǎn)程診斷等工作均有標(biāo)準(zhǔn)的流程對應(yīng)，只有以實(shí)際情況為依據(jù)，確定完整且科學(xué)的工作流程，才能使后續(xù)工作得到有序推進(jìn)。因此，技術(shù)人員決定根據(jù)現(xiàn)有案例、變電巡檢設(shè)備和巡檢點(diǎn)，細(xì)化工作流程，同時(shí)出具相應(yīng)的指導(dǎo)書，確保不同現(xiàn)場均有相應(yīng)的解決方案對應(yīng)。

4.2 使用AR 虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場情況、工作需求，確定穿戴AR虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示設(shè)備的方式，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)與AR 虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示技術(shù)特點(diǎn)相符的交互方案，確保此技術(shù)在識別變電設(shè)備、巡檢、定位和遠(yuǎn)程診斷等方面所具有作用得到充分發(fā)揮。本項(xiàng)目中，技術(shù)人員重點(diǎn)討論的內(nèi)容為：對指導(dǎo)書關(guān)于巡檢、診斷的內(nèi)容做圖形化處理，借助AR 虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示技術(shù)對巡視圖像進(jìn)行準(zhǔn)確識別并標(biāo)注，確保圖形標(biāo)識、檢查對象能夠得到充分結(jié)合；提高識別巡視圖像、三維空間的速度和準(zhǔn)確率，為現(xiàn)場識別工作高效開展奠定良好基礎(chǔ)[3]。

4.3 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷

系統(tǒng)采用AR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融合顯示變電所的設(shè)施和設(shè)備，使現(xiàn)場人員能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中進(jìn)行真實(shí)感官的交互，快速識別出變電所中的故障點(diǎn)，準(zhǔn)確解決故障問題。

一方面，基于AR 虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示系統(tǒng)研發(fā)具有遠(yuǎn)程指導(dǎo)功能的軟件，確?，F(xiàn)場人員能夠借助5G 技術(shù)、AR虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示技術(shù)還有相關(guān)軟件與后臺專家取得聯(lián)系，通過實(shí)時(shí)傳輸圖片、文件等資料，或是語音、視頻通話的方式，從專家處獲得相應(yīng)的指導(dǎo)，對現(xiàn)場設(shè)備所存在故障進(jìn)行診斷并維修。

另一方面，AR 虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示技術(shù)的加入，使身在異地的專家經(jīng)由后臺系統(tǒng)實(shí)時(shí)標(biāo)注現(xiàn)場作業(yè)的設(shè)想成為可能，現(xiàn)場人員可以根據(jù)硬件終端所顯示標(biāo)注的內(nèi)容完成后續(xù)工作。此外，系統(tǒng)還采用5G技術(shù)在遠(yuǎn)程診斷中心和牽引變電所之間建立起了高速、穩(wěn)定的連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制，同時(shí)基于5G 通信實(shí)現(xiàn)音視頻遠(yuǎn)程指導(dǎo)，真正做到提高維修效率并減少安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 自動測量并顯示溫度

以AR 眼鏡為例，技術(shù)人員應(yīng)以該設(shè)備特點(diǎn)和需求為依據(jù)，研發(fā)相應(yīng)的紅外測溫設(shè)備，只需將該設(shè)備與AR 眼鏡相連，便可使測量數(shù)據(jù)得到實(shí)時(shí)傳輸，通過將測試界面投放至AR 眼鏡的方式，使工作人員對現(xiàn)場情況具有準(zhǔn)確了解。另外，本項(xiàng)目中，技術(shù)人員還研發(fā)了識別溫度的程序，一旦設(shè)備溫度超過預(yù)設(shè)范圍，該程序便會自動作出判斷，并將判斷結(jié)果投放到AR 眼鏡上。

4.5 記錄巡檢過程

使用AR 虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示設(shè)備所具有采集信息、錄制視頻等功能，對巡檢過程加以記錄并保存，為日后查驗(yàn)工作的開展提供便利。

5 遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

5.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)的使用場景可以細(xì)分為輔助巡檢、紅外測溫、遠(yuǎn)程協(xié)作，不同場景對系統(tǒng)所提出需求往往有所不同，這點(diǎn)需要有所了解。輔助巡檢場景下，設(shè)備端需要滿足以下要求。一是實(shí)時(shí)提醒點(diǎn)檢任務(wù)，確保點(diǎn)檢工作按時(shí)開展。二是通過引導(dǎo)點(diǎn)檢流程，保證作業(yè)質(zhì)量達(dá)標(biāo)。三是智能識別點(diǎn)檢結(jié)果，確保所記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。四是如實(shí)記錄點(diǎn)檢過程，使點(diǎn)檢作業(yè)具有良好的可追溯性，為后續(xù)工作的開展提供便利。

平臺端則要應(yīng)具備的功能包括：首先，按照計(jì)劃分發(fā)點(diǎn)檢計(jì)劃，省略人工推送步驟；其次，自行生成點(diǎn)檢記錄，準(zhǔn)確識別缺檢、漏檢情況；再次，及時(shí)識別點(diǎn)檢異常；最后，調(diào)配既有人資，在提高工作效率的前提下，使設(shè)備壽命盡可能地接近預(yù)期[4]。紅外測溫場景下，硬件應(yīng)滿足：通過接入紅外成像設(shè)備的方式，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行無接觸測溫，保證測溫精度理想。若巡檢期間遇到難以解決的問題，現(xiàn)場人員可經(jīng)由該系統(tǒng)與后臺專家取得聯(lián)系，由專家根據(jù)系統(tǒng)所提供視頻等資料，對設(shè)備故障加以判斷，遠(yuǎn)程指導(dǎo)現(xiàn)場人員對出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行維修或處理。

5.2 技術(shù)要求

為保證所研發(fā)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、高效運(yùn)行，技術(shù)人員針對遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)所需設(shè)備提出了相應(yīng)要求，后臺服務(wù)器搭載i7處理器，容量為2TB，運(yùn)行內(nèi)容應(yīng)達(dá)到16GB，診斷軟件適配人工智能指導(dǎo)、專家指導(dǎo)，可同時(shí)為16個(gè)設(shè)備提供指導(dǎo)[5]。本項(xiàng)目所研發(fā)AR 眼鏡的性能參數(shù)見表1。

表1 AR 眼鏡技術(shù)要求

針對本系統(tǒng)所研發(fā)軟件應(yīng)具備幾項(xiàng)功能，可視巡檢、自動測溫、遠(yuǎn)程診斷、實(shí)時(shí)記錄、同步反饋等功能。

紅外測溫設(shè)備則需要滿足的要求包括：一是工作人員可以在硬件終端的幫助下，對3m 范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的測溫。特殊情況下，測溫距離可以增加至6m。二是搭載非制冷焦平面?zhèn)鞲衅?。三是?nèi)置分辨率為384×288像素的紅外模組，其測溫范圍能夠達(dá)到+20～+120℃。四是能夠在AI 糾偏算法的輔助下，盡可能地保證測溫精度，一般來說，測溫距離不超過2m 時(shí)，測溫精度能夠被控制在-0.3～+0.3℃，測溫距離不超過4m 時(shí)，測溫精度可以達(dá)到-0.5～0.5℃。

5.3 設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)的技術(shù)方案主要包括：其一，以變電巡檢內(nèi)容為落腳點(diǎn)，針對日常巡檢、遠(yuǎn)程診斷特點(diǎn)及需求，確定工作流程并建立數(shù)據(jù)庫，根據(jù)工作場景研發(fā)可佩戴硬件終端，徹底解放工作人員的雙手。其二，對巡檢管理軟件進(jìn)行開發(fā)，確保所開發(fā)軟件具有模塊化編輯功能，可以對知識庫、工作流程和缺陷數(shù)據(jù)庫進(jìn)行快速編輯。其三，基于硬件終端研發(fā)前端軟件，確保軟件適配硬件終端，工作人員只需進(jìn)行簡單操作，便能夠?qū)⒀矙z數(shù)據(jù)同步至軟件。其四，為提高系統(tǒng)的可靠性，引入備份機(jī)制，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，備份機(jī)可以立即接管工作，確保系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié)語

本文以變電巡檢所面臨難度大、效率低等問題為落腳點(diǎn)，基于5G 技術(shù)、AR 虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示技術(shù)成功研發(fā)出了有別于傳統(tǒng)系統(tǒng)的全新遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，將該系統(tǒng)用于變電巡檢，可以有效避免現(xiàn)場人員難以提前預(yù)判設(shè)備隱患、漏檢和判斷錯(cuò)誤等問題，使工作效率得到大幅提高。未來，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將研發(fā)重心放在遠(yuǎn)程協(xié)作系統(tǒng)、前端軟件和硬件終端的開發(fā)上，對本系統(tǒng)進(jìn)行不斷的優(yōu)化與升級，由此確保其所具有優(yōu)點(diǎn)得到盡可能好的發(fā)揮。