數(shù)據(jù)中心AR運(yùn)維技術(shù)

◆賀長宇 張 宇 武 超

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數(shù)據(jù)中心AR運(yùn)維技術(shù)

◆賀長宇 張 宇 武 超

（中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院 北京 100041）

本文提出了一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)維技術(shù)，包含AR巡檢、AR檢修、AR培訓(xùn)等三個子系統(tǒng)，功能包括：巡檢、檢修過程的數(shù)據(jù)管理；巡檢作業(yè)的智能化指導(dǎo)；設(shè)備前后端數(shù)據(jù)的全方位識別展示；檢修全過程的數(shù)據(jù)跟蹤與記錄；遠(yuǎn)程專家實(shí)時協(xié)助檢修。有效解決傳統(tǒng)運(yùn)維效率不高、巡檢容易遺漏、運(yùn)維人力成本高等現(xiàn)實(shí)問題。此外，本文描述了一個研究案例，將非增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的傳統(tǒng)運(yùn)維系統(tǒng)與AR運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行用戶體驗(yàn)對比。通過實(shí)際的用戶反饋數(shù)據(jù)，對增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對數(shù)據(jù)中心巡檢效率和用戶體驗(yàn)的提升進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；運(yùn)維；用戶體驗(yàn)

0 引言

數(shù)據(jù)中心安全運(yùn)行工作面臨“多、大、高、少”的現(xiàn)實(shí)情況?！岸唷敝饕w現(xiàn)在設(shè)備多;“大”主要是指系統(tǒng)規(guī)模大，信息系統(tǒng)和模塊眾多;“高”主要是實(shí)時性要求高和安全性要求高;“少”主要表現(xiàn)在主業(yè)運(yùn)維人員和運(yùn)維工具少。當(dāng)前的運(yùn)維工作只能依靠運(yùn)維人員日常巡檢發(fā)現(xiàn)隱患，無法對系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行線上和線下的全面監(jiān)控，而且效率低下、工作枯燥[1,2]。AR運(yùn)維系統(tǒng)通過AR眼鏡與運(yùn)維管理系統(tǒng)、動力與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從總體上查看網(wǎng)絡(luò)中各種資源數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)可視化的形式與真實(shí)的機(jī)房進(jìn)行虛實(shí)融合[3,4]?；贏R眼鏡的圖像識別和環(huán)境跟蹤技[5]，快速識別設(shè)備信號及運(yùn)行狀態(tài)，并指導(dǎo)巡檢人員逐個設(shè)備進(jìn)行巡檢，自動對故障設(shè)備進(jìn)行報(bào)警提示，防止巡檢過程中遺漏設(shè)備[6,7]。

1 設(shè)計(jì)方法

AR運(yùn)維系統(tǒng)包括巡檢和檢修（AR-IM）。使用HoLOLENS 作為系統(tǒng)的中的AR眼鏡。系統(tǒng)設(shè)計(jì)成AR眼鏡前端和服務(wù)器后臺的綜合系統(tǒng)，系統(tǒng)包含用戶管理、巡檢系統(tǒng)、檢修系統(tǒng)等三個功能模塊；由三個客戶端程序（AR眼鏡客戶端APP、ipad客戶端、PC控制臺客戶端）和服務(wù)器端程序組成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1。

圖1 AR運(yùn)維系統(tǒng)機(jī)構(gòu)

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)：

（1）用戶管理系統(tǒng)

用戶管理系統(tǒng)包含用戶信息賬號管理，工單管理。信息賬號管理是指PC控制臺客戶端輸入巡檢員信息，并同步到AR眼鏡; 巡檢員可以查看巡檢員姓名、員工編號等身份認(rèn)證信息。工單管理指用戶使用AR眼鏡可以直接查看當(dāng)前任務(wù)清單、今日工作內(nèi)容，如圖2。工單管理包括巡檢工單和檢修工單。

圖2 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的工單管理

（2）巡檢系統(tǒng)

巡檢系統(tǒng)詳細(xì)功能包括7個基本功能。查看數(shù)據(jù)中心整體態(tài)勢；機(jī)房定位和巡檢指引；巡檢流程管理；前后端信息展示；巡檢記錄；告警管理，巡檢的過程記錄。

查看數(shù)據(jù)中心整體態(tài)勢：用戶可以實(shí)時查看機(jī)房總體運(yùn)行情況。比如機(jī)房的溫度、機(jī)房的濕度、所有設(shè)備的運(yùn)行情況等。

機(jī)房定位和巡檢指引：基于AR眼鏡（hololens）的空間掃描和空間定位，能夠?qū)崟r計(jì)算巡檢員在真實(shí)機(jī)房中的位置，并映射到2D的平面機(jī)房地圖中，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時定位。

巡檢流流程管理：AR眼鏡中顯示對應(yīng)該機(jī)房巡檢任務(wù)的巡檢任務(wù)列表。通過識別巡檢任務(wù)中涉及的設(shè)備，將虛擬任務(wù)信息疊加在真實(shí)設(shè)備上，輔助用戶快速進(jìn)行巡檢。

設(shè)備前后端信息展示：AR運(yùn)維系統(tǒng)將設(shè)備前后端2D/3D可視化信息依次有序疊加在真實(shí)設(shè)備上，包括指示燈狀態(tài)、數(shù)字儀表盤數(shù)字、開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備位置、運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)柜微環(huán)境數(shù)據(jù)等。

自動告警功能：后臺服務(wù)器對系統(tǒng)集成的傳感器狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時檢測，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，將設(shè)備告警推送到AR眼鏡中。巡檢員可以看到警告提示疊加在異常設(shè)備正前方，并查看詳細(xì)故障。

巡檢過程記錄：巡檢過程中，AR眼鏡實(shí)時錄制巡檢過程的第一人稱視頻，并傳輸給后臺，管理人員也使用控制臺程序直接查看實(shí)時視頻。巡檢完成后，AR巡檢系統(tǒng)自動生成巡檢報(bào)表。巡檢報(bào)表包含巡檢人信息、日期、正常設(shè)備和報(bào)修設(shè)備等。

（3）檢修功能

檢修的詳細(xì)功能如下：

檢修導(dǎo)航。通過AR導(dǎo)航箭頭提示快速到到達(dá)異常設(shè)備處。

檢修流程管理。檢修員佩戴AR眼鏡掃描設(shè)備，可調(diào)出設(shè)備的檢修操作步驟，查看設(shè)備相關(guān)的文檔和說明書，查看并參考其他檢修員的維修視頻。

遠(yuǎn)程協(xié)作管理。遇到無法解決的問題可以呼叫遠(yuǎn)程專家，遠(yuǎn)程專家可以在IPAD上或者電腦的客戶端實(shí)時連接眼鏡，查看現(xiàn)場視頻，遠(yuǎn)程專家使用標(biāo)注功能可以在現(xiàn)場的視頻畫面上進(jìn)行畫圈、畫點(diǎn)標(biāo)注。檢修員通過AR眼鏡可以看到真實(shí)設(shè)備上疊加了虛擬的圈點(diǎn)信息。使用圈點(diǎn)系統(tǒng)可以方便專家和檢修員的溝通。

檢修過程記錄。AR眼鏡拍攝檢修過程視頻并保存下來。

檢修完成后，生成檢修表單。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 數(shù)據(jù)源

實(shí)驗(yàn)一共招募了28個數(shù)據(jù)中心運(yùn)維專業(yè)人員參與試驗(yàn)。采用對照實(shí)驗(yàn),14人參與了AR組（使用AR運(yùn)維系統(tǒng)），剩下的14人參與非AR組（nor-AR運(yùn)維系統(tǒng)）。

2.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

使用2臺hololens（AR組）和2臺ipad pro(Nor-ar組)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

與某銀行的客服中心合作，選擇了核心機(jī)房的200個機(jī)柜進(jìn)行巡檢，并且人為設(shè)置了一個設(shè)備異常，巡檢員在巡檢作業(yè)過程中，需要完成所有200個機(jī)柜的常規(guī)巡檢并且修復(fù)異常設(shè)備。巡檢作業(yè)完成后，填寫體驗(yàn)調(diào)查問卷。

2. 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

AR-IMT里面有大量的數(shù)據(jù)可視化和語音提示，以降低供巡檢作業(yè)的枯燥感，這些元素是否增加了用戶巡檢作業(yè)的趣味性對提升運(yùn)維作業(yè)的效能具有重要影響。由表1可以看出，AR組的玩家比Nor-AR組的用戶給出更高的主觀等級，兩組數(shù)據(jù)具有顯著性差異。同時我們觀察到一些有趣的現(xiàn)象，AR 組的7名參與者中，在后期的訪談中表示，AR-imt系統(tǒng)的可視化效果使得數(shù)據(jù)變得更加親近自然，他們甚至明顯感覺到巡檢時間過得很快，有一種玩游戲的感覺，不再像過去那樣，因?yàn)檠矙z過于枯燥，巡檢是一種煎熬。而在非AR 組則沒有類似的反應(yīng)。另外，在nor-AR組，當(dāng)參與者回應(yīng)是否在遇到設(shè)備異常時感覺到緊張時給出了更高的主觀等級。

表1 AR組及非AR組用戶體驗(yàn)

3 結(jié)束語

本文中給出了AR-imt系統(tǒng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，這個系統(tǒng)主要使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心巡檢運(yùn)維的各個功能，并且用到了設(shè)備識別、指示燈識別來提高巡檢的效率。在實(shí)驗(yàn)中，兩組參與者分別使用AR-imt和去除增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果的nor-AR，最后完成了調(diào)查問卷。結(jié)果表明AR-imt系統(tǒng)可以顯著提高巡檢效率，降低漏檢率，提高檢修成功率，提高了系統(tǒng)的浸感、降低了巡檢的枯燥性，改善游戲性能。并且也表明在系統(tǒng)中使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠更容易地產(chǎn)生復(fù)雜的心里學(xué)影響，降低用戶的緊張感。

[1]R. Perla, R. Hebbalaguppe, G. Gupta, G. Sharma, E. Hassan, M. Sharma, L. Vig, G. Shroff, "An ar inspection framework: Feasibility study with multiple ar devices", International Symposium on Mixed and Augmented Reality, 2016.

[2]S. Ren, K. He, R. Girshick, J. Sun, "Faster R-CNN: Towards realtime object detection with region proposal networks", Advances in Neural Information Processing Systems (NIPS), 2015.

[3]S. Hegde, R. Perla, R. Hebbalaguppe, E. Hassan, "Gestar: Real time gesture interaction for ar with egocentric view", International Symposium on Mixed and Augmented Reality，2016.

[4]J. L. Busch, M. E. Sterling, "Method and system for facilitating vehicle inspection to detect previous damage and repairs", Apr，2000.

[5]G. Chene, J. R. Worrall, R. V. Ramsey, W. Shintaku, L. A. French, B. J. Mueller, G. D. Lawruk, D. A. Kramer, "Vehicle inspection and maintenance system", July 2003.

[6]G. Jo, K.-J. Oh, I. Ha, K.-S. Lee, M.-D. Hong, U. Neumann, S. You, "A unified framework for augmented reality and knowledge-based systems in maintaining aircraft", AAAI, pp. 2990-2997，2014.

[7]M. Young, The Technical Writer’s Handbook. Mill Valley, CA: University Science，1989.

[8]Daniel Brenners, Interaction Design for Mobile Virtual Reality，2016.

本項(xiàng)目研究得到以下的支持：軍委裝發(fā)十三五預(yù)研課題（D13917112001）。