一种结合北斗UWB定位和AI大模型智能体的变电站数字孪生软件

摘要：采用基于一种“无人值守”变电站软件，可实现无人值守变电站日常智能运维，风险快速自动应对，安全措施及时自动响应，并提供站内各设备的静、动态数据和分析报表，提升了变电站智能化和智慧化，保障变电站稳定和安全运行。为此探究了一种“无人值守”变电站软件，首先进行了变电站内现实的人、机、环在虚拟空间的映射和精细化三维空间建模，然后自动采集变电站内各终端物联传感设备数据，并与智能巡检系统，智能辅控系统，消防系统等站内系统深度数据融合，对变电站的人，机，环的日常情况实时监控，同时系统通过自动执行检修作业计划和任务，实时人员定位，电子围栏作业监控等功能，实现了虚实结合，模拟仿真、风险预判，并控制联动巡检机器人和消防设施等完成安全防护措施，做到风险事中控制，最终实现了变电站智能化日常运维，无人值守。

关键词：传感设备；人员定位；虚实结合；模拟仿真；变电站；无人值守；巡检机器

中图分类号：J 文献标志码： A    文章编号：1007-290X（2022）00-00

1引言

随着近年来电力行业的快速发展，变电站的安全运维管理越来越重要[1]，然而，变电站的人员、设备、环境等全要素的日常安全运维管理工作量巨大并且安全监控困难，特别是当事故发生、出现异常情况时，能够快速、精准地找到人员和设备位置显得尤为关键。变电站作为一个特殊的工作环境，特别是很多地下变电站，其人、机、环的安全运维管理难题也日益凸显。本文将通过研发设计了一种“无人值守”变电站软件，用于解决变电站的安全运维管理难题[2-4]。

对于变电站的三维建模和安全运维，实现“无人值守”，其难点主要包括以下几点[5-7]：

（1）变电站采用国网三维设计标准开展建模，建模深度很难达到相关功能的需求。预案模拟、消防仿真、一二次系统数据实时展示等都是要基于十分精细的建模深度，同时模型随着建模深度的加深，模型体量扩增，需要增加相应的轻量化和软件优化工作，以实现软件操作顺畅；

（2）变电站数据采集端涉及到智能辅控、智能巡检、一二次在线监测系统等，对应了多个厂家，并且数据采集量十分庞大，除了要研究相应的通讯协议，还要将数据点位是与实际设备相关联，才能实现实时展示，同时需要考虑的是目前变电站已经投运，数据调试方法还需与相关部门进行沟通；

（3）地下变电站室内空间人员定位困难，并且站内并未安装人员定位基站等定位设备。系统若要实现人员定位功能需增加相应的硬件设备，同时需要考虑施工难度；

（4）变站站为实现无人值守站，平台除了满足相应的功能需求外，也需要高度的可视化效果。目前变电站的三维综合性可视化效果的系统还较少。

针对上述问题，在本成果所涉工作中，“无人值守”变电站软件研发过程开展了以下几项工作：

（1） 通过无人机大场景建模技术、三维激光扫描仪高精度建模技术、BIM三维渲染引擎技术、三维模型标准化、轻量化处理方法，实现变电站设备精细化建模；

（2） 通过数模融合技术、数模双向驱动技术、多源大数据采集治理技术，实现深度集成变电站物联设备和系统；

（3）通过基于射频识别（RFID）变电站内定位技术，实现变电站室内人员实时定位；

（4）通过Unreal Engine 4三维渲染引擎技术和AIOT物联网技术，echarts报表组件技术，结合模型信息和专业业务系统的整合，实现变电站的三维可视化综合展示。

2软件设计与实现

一种结合北斗UWB定位和AI大模型智能体的变电站数字孪生软件是基于国家电网三维设计模型，接入了智能巡检、智能辅控和主设备监控系统的全量数据，开发完成了设备精细化建模、系统集成、人员轨迹管控、三维可视化综合展示这四大业务功能板块，实现对变电站的综合智慧管控。

3.3 人员轨迹管控功能设计与实现

基于RFID技术（即射频识别技术），我们在系统模型中实现了站内人员的精准定。

射频识别（RFID）变电站内定位技术，是利用射频方式，固定天线把无线电信号调成电磁场，当变电站内人员佩戴定位标签进行变电站内检修运维作业时，进入该磁场范围后，生成感应电流，这时，平台软件捕获到该变化信号后，经过数模转换后生成相应的人员位置数据信息，达到人员位置识别和定位的目的。

基于射频识别（RFID）变电站内定位技术，平台将人员实时位置信息在三维场景中进行实时展示，实现了通过划定电子围栏，规范进站人员的活动区域，防止误入带电间隔。同时，也实现了通过模拟计算，系统自动规划最优的人员疏散逃生路线，在火灾、水浸、六氟化硫泄漏等灾害发生时，可自动生成变电站室内人员疏散逃生的最优方案。

3.4 三维可视化综合展示功能设计与实现

基于Unreal Engine 4三维渲染引擎技术和AIOT物联网技术，echarts报表组件技术，结合模型信息和专业业务系统的整合，实现变电站的三维可视化综合展示。

模型信息包含设备信息、监测信息、安装信息、BIM信息、IOT通信技术参数信息和维保信息等，其中IOT物联感知通信信息包含设备运行状态，实时温度等。

专业业务系统包含基础平台、人员管理、设备管理、实时巡检、视频监控等。

我们实现了变电站三维模型可视化、运行数据可视化（I/O点、报警状态、工作状态等运行情况）、管理数据可视化、工作工程可视化、设备资料管理可视化，同时，实现了在场景中可以进行虚拟漫游、点击交互等浸入式用户体验效果。最后，形成了不同的变电站三维场景专题，场景专题包括驾驶舱数据看板、数模融合、后台运维数据展示、巡视系统、业务流程可视化专题、报警专题、安全专题、安防专题、大屏展示系统、能耗管理专题、安全管理等。三维可视化展示效果如下图。

参考文献 ：

[1] 周海阔，徐国栋，金伟超，等. 变电站鸟巢自动检测系统设计与实现[J]. 广东电力，2023，36（11）：87-95.

ZHOU Haikuo，XU Guodong，JIN Weichao， et al.. Design and Implementation of Automatic Substation Bird Nest Detection System [J]. Guangdong Electric Power，2023，36（11）：87-95.

[2] 张博文，谢怡琚，胡瑛，等. 变电运维中智能化技术的有效应用[J]. 现代制造技术与装备，2022，58（12）：190-192.

ZHANG Bowen， XIE Yiju， HU Ying， et al. Effective application of intelligent technology in substation operation and maintenance [J]. Modern Manufacturing Technology and Equipment，2022，58（12）：190-192.

[3] 吴珠森. 基于物联网高速公路智慧配电室系统构建[J]. 交通企业管理，2023，38（4）：71-73.

WU Zhusen. Construction of Smart Distribution Room System Based on IoT Expressway [J].

作者简介：

付凯（1983-）男，湖北武汉人，硕士，高级工程师，电子信息工程，软件工程。15827055108，879350770@qq.com。