基于AR技術的遠控運維技術

劉麗麗

摘? 要：相較于二維平面空間畫面，三維空間模型具有更直觀的表現(xiàn)力。文章提出一種基于AR技術的遠控運維技術，通過將變電站站內(nèi)環(huán)境在虛擬現(xiàn)實空間中呈現(xiàn)出來，讓遠程運維人員達到一種“身臨其境”的感覺。通過該技術，將三維虛擬現(xiàn)實和遠程運維控制結合起來，縮短空間距離，形成一個虛擬現(xiàn)實交互的“運維村”。

關鍵詞：AR技術;遠控;運維

中圖分類號：TP391.9? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）30-0155-02

Abstract： The three-dimensional model has a more intuitive expression than a two-dimensional planar space picture. This paper proposes a remote control operation and maintenance technology based on AR technology. By presenting the environment inside the substation station in the virtual reality space， the remote operation and maintenance personnel can "achieve an immersive" feeling. Through this technology， 3D virtual reality and remote operation and maintenance control are combined to shorten the space distance and form a "operation and maintenance village" of virtual reality interaction.

Keywords： AR technology; remote control; operation and maintenance

引言

AR（Augmented Reality）同VR（Vitual Reality）都具有明顯的虛擬性特征，主要區(qū)別在于，AR基于現(xiàn)實而產(chǎn)生虛擬影像，而VR卻要求產(chǎn)生一個完全虛擬的世界[1]?；贏R技術生成各個變電站的三維視圖，便于運維人員實時掌握現(xiàn)場情況。

遠動是應用通信技術對遠方的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)遠程測量、遠程信號、遠程控制和遠程調(diào)節(jié)等各種功能。南平地區(qū)變電站分布稀疏，考慮到各個變電站中通信設備的特點以及成本預算，如果可以對狀態(tài)量遠程監(jiān)控并且可實現(xiàn)簡單控制，可減輕運維人員一定的負擔。

1 AR技術

AR是通過3D建模模擬現(xiàn)實世界，其目標是采用如光電顯示技術、可視化和交互技術等[2]技術，產(chǎn)生用戶所需的虛擬對象，該對象不一定存在于現(xiàn)實中。另外，還可以通過注冊技術將虛擬對象與現(xiàn)實環(huán)境無縫結合，讓用戶在真實和虛擬之間進行交互。

1.1 AR技術的關鍵技術

1.1.1 三維注冊

三維注冊在AR技術中的應用主要包含以下兩個方面[3]：

（1）攝像機標定技術：通過將現(xiàn)實世界中各個物體的位置進行多維數(shù)據(jù)化，以確認其在待注冊場景中的位置。

（2）跟蹤注冊技術：目的在于還原真實場景中物體移動所產(chǎn)生的位置信息變化。這種虛擬位置信息的變化主要通過跟蹤攝像頭中對象的位置、移動速度以及狀態(tài)等方法實現(xiàn)。

1.1.2 虛擬現(xiàn)實融合顯示

虛擬現(xiàn)實融合可理解為通過模擬人眼的視差效應將虛擬信息和現(xiàn)實信息相疊加并顯示在屏幕上，主要采用圖像融合技術?，F(xiàn)實對象的位置和角度信息可通過機器視覺獲得，虛擬對象的信息需要通過特定目標的三維數(shù)據(jù)計算得出。

1.1.3 人機交互

在虛擬現(xiàn)實融合的新環(huán)境中，打造“沉浸感”，讓用戶實現(xiàn)信息交互。

1.2 基于Unity3D平臺的增強現(xiàn)實

Unity3D可讓用戶輕松的創(chuàng)建建筑可視化、實時三維動畫等，是一個綜合的、層級式的3D開發(fā)環(huán)境[3]。這三維空間環(huán)境需要攝像機作為窗口展現(xiàn)，用戶也是通過攝像機這個窗口才能實現(xiàn)沉浸式、真實感的人機交互。

2 遠程控制技術

2.1 遠程控制技術的概念

遠程控制是管理人員采用合適的信號對遠端對象設備進行控制操作，該對象可以是電網(wǎng)、流域水電站等物理系統(tǒng)。該網(wǎng)絡系統(tǒng)包括兩個方面：基于無線電的遠程控制;基于有線的遠程控制，比如公用電話、專用線路等。

遠程控制需要實時監(jiān)控才能有效觸發(fā)控制信息，遠程監(jiān)控分為三類[4]：（1）對目標計算機的監(jiān)控：對目標計算機進行遠程關機或者遠程桌面控制等，進而達到監(jiān)控效果;（2）對現(xiàn)場狀況的實時監(jiān)控：被動的監(jiān)視系統(tǒng)，采用攝像頭云臺。多用于酒店、銀行等系統(tǒng)監(jiān)控方面;（3）對作業(yè)現(xiàn)場有效數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控：主動監(jiān)視系統(tǒng)，多用于電力、機械生產(chǎn)等方面。

2.2 遠程控制技術在電力系統(tǒng)中的應用

電力調(diào)度系統(tǒng)中，“四遙”功能是極其重要的遠程控制技術[5]，即遙測、遙信、遙控、遙調(diào)。

（1）遙測：遙測值可以是變電站內(nèi)的交流電流、電壓功率、頻率等電氣運行信息。整站的遙測量采集可通過掃描周期采集，生成運行報表;也可通過對遙測量設定閾值，如果兩次測量值相差大于閾值，則更新運行報表。

（2）遙信：遙信是針對狀態(tài)量的傳送，開關狀態(tài)、刀閘狀態(tài)、一次設備告警信號等。其采集是通過光耦二極管實現(xiàn)光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息上傳至監(jiān)控后臺。

（3）遙控：主控端發(fā)布命令，實現(xiàn)對被控端合上或斷開某個開關或刀閘等操控。

（4）遙調(diào)：遙調(diào)是監(jiān)控后臺需要測控裝置發(fā)布變壓器分接頭調(diào)節(jié)命令。一般來說，遙調(diào)對可靠性的要求程度不如遙控。

2.3 遠程控制技術的實現(xiàn)

目前，遠程控制普遍采用客戶/服務器網(wǎng)絡模型，監(jiān)控方為客戶端，被監(jiān)控的物理系統(tǒng)所集成的計算機系統(tǒng)作為服務器模式，現(xiàn)場的監(jiān)控采用攝像機，控制命令通過網(wǎng)絡系統(tǒng)傳送。服務器程序安放在被控制的計算機端，客戶機程序安裝在控制端[6]。

3 基于AR技術的遠控運維

遠控運維可采用就地或遠地控制，功能模塊圖如圖1所示。

現(xiàn)有遠控運維技術，其核心技術偏向于“四遙”，通過云攝像頭采集現(xiàn)場視頻信息，傳遞給運維人員后，由運維人員根據(jù)現(xiàn)場視頻信息進行遠程運維。整個遠控運維技術存在以下缺點：

（1）視頻信息作為二維畫面，無法切實反映現(xiàn)場狀況。

（2）視頻的清晰度、畫面涵蓋的內(nèi)容有限，需要結合其他遙測、遙信信號數(shù)據(jù)進行分析，效率低。

（3）操作方式不夠直觀。

通過引進AR技術，將南平地區(qū)各個變電站真實環(huán)境進行測量，并通過視頻采集現(xiàn)場狀態(tài)數(shù)據(jù)，生成現(xiàn)實場景各個物體的虛擬位置。并且，通過視頻監(jiān)控信號，監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境的變化量，將變化量實時傳遞到AR場景中，促使其產(chǎn)生與現(xiàn)場相應的變化，從而達到構建虛擬現(xiàn)實目標。

與此同時，通過遠程技術獲取的各類電氣運行信息及各類開關信號等數(shù)據(jù)，也可通過AR技術實時顯示在虛擬場景中。并可按照預先設置的程序，對場景中發(fā)生的重要事件進行視覺銳化提醒，如：連續(xù)多測測量值超閾值、現(xiàn)場用電等。甚至在虛擬場景中，可以極方便的調(diào)用各設備的故障記錄、運行報表等，無需在操作臺上進行重復比對，加強了作業(yè)效率。

AR的實現(xiàn)基于Unity3D平臺，通過搭建好的虛擬空間作為遠程運維技術的平臺。其核心問題是如何在虛擬場景中操作現(xiàn)實環(huán)境，達到遠程運維的目的?，F(xiàn)有的人機交互技術，則為我們提供了一個行之有效的辦法。人機交互技術強調(diào)用戶在真實與虛擬環(huán)境中獲得信息交互。例如設置工作臺，通過在工作臺上進行操作，將信號傳遞到遠程控制端，達到在虛擬場景中輸出控制信號的目的。

4 結束語

目前，電力通信系統(tǒng)中已鋪設專用光纜，具有較成熟的規(guī)模，有效地實現(xiàn)有線遠程信號傳輸。隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的逐步實現(xiàn)，其將對內(nèi)實現(xiàn)“數(shù)據(jù)一個源、電網(wǎng)一張圖、業(yè)務一條線”，對外廣泛連接內(nèi)外網(wǎng)、上下游資源和需求，進一步結合AR技術的推廣應用，變電站真實環(huán)境建模將更加細具化、易操控，也能提高不同變電站之間緊密性，極大地縮短故障運維成本及時間，具有廣闊的前景。

參考文獻：

[1]俞飛揚.淺談虛擬現(xiàn)實技術在現(xiàn)實中的應用[J].通訊世界，2019，26（01）：274-275.

[2]陳一民，李啟明，馬德宜，等.增強虛擬現(xiàn)實技術研究及其應用[J].上海大學學報（自然科學版），2011，17（4）：412-428.

[3]李潔.基于Android平臺的增強現(xiàn)實系統(tǒng)研究與應用[D].河北農(nóng)業(yè)大學，2015.

[4]陳洋.無線遠程控制技術研究及其系統(tǒng)平臺實現(xiàn)[D].南京航空航天大學，2006.

[5]吳文濤.遠程控制技術在電力系統(tǒng)自動化中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2018，255（35）：166-167.

[6]王小林.遠程控制技術在圖書館中的應用[J].數(shù)字與縮微影像，2011（1）：10-12.