基于AR 技術(shù)的變電設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)維的技術(shù)研究

劉義福

摘要：基于AR 的變電動(dòng)態(tài)運(yùn)維系統(tǒng)可以輔助運(yùn)維人員在工作場(chǎng)所安裝部署設(shè)備，將這些設(shè)備為用戶提供一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)時(shí)性操作，保證后臺(tái)操作的一致性和全面性，能夠利用這些特點(diǎn)更好的進(jìn)行操作和服務(wù)。基于先進(jìn)的標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全流轉(zhuǎn)操作，保證變電設(shè)備的運(yùn)行安全，還可以進(jìn)行設(shè)備事故分析、責(zé)任劃分，同時(shí)利用這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息獲取，建立一套運(yùn)維安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完善當(dāng)前維修模式，進(jìn)一步提高變電設(shè)備動(dòng)態(tài)維修，具有重要的作用和意義?；诖?， 本文主要分析了基于AR技術(shù)的變電設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)維的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：AR 技術(shù);變電設(shè)備;運(yùn)維系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于智能變電站運(yùn)維人員的操作培訓(xùn)，可做到運(yùn)維過(guò)程中每一步的提示與要求可視化，并能嚴(yán)格遵循電網(wǎng)各項(xiàng)規(guī)范要求。應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)彌補(bǔ)了變電站傳統(tǒng)運(yùn)維培訓(xùn)模式的不足，降低了培訓(xùn)成本，規(guī)避了可能發(fā)生的誤操作風(fēng)險(xiǎn)，保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。

1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）

1.1 概念及原理

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR），最早被提出于1990年，它是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）所發(fā)展起來(lái)的一種新型技術(shù)，也可稱其為擴(kuò)增現(xiàn)實(shí)技術(shù)，屬于以計(jì)算機(jī)的應(yīng)用為基礎(chǔ)人機(jī)交互的一種技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)在娛樂(lè)、軍事、醫(yī)療、教育等各個(gè)領(lǐng)域方面應(yīng)用前景較為深遠(yuǎn)、廣泛。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它主要是借助計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)來(lái)提供信息，把虛擬世界及現(xiàn)實(shí)世界當(dāng)中信息進(jìn)行無(wú)縫隙的對(duì)接，將原有現(xiàn)實(shí)世界處于一定空間及時(shí)間范圍內(nèi)無(wú)法體驗(yàn)到實(shí)體感官的信息，經(jīng)電腦相關(guān)科技力量，在模仿仿真之后疊加至真實(shí)的場(chǎng)景當(dāng)中，增強(qiáng)用戶對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界感知，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，達(dá)到一種超越了現(xiàn)實(shí)感官體驗(yàn)感。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)突出特點(diǎn)即為：三維注冊(cè)、實(shí)時(shí)化交互、虛擬結(jié)合，也就是虛擬世界與真實(shí)世界信息集成化，有著實(shí)時(shí)化的交互性。

1.2 核心技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）技術(shù)將虛擬信息與真實(shí)世界巧妙融合，從而實(shí)現(xiàn)虛擬信息對(duì)真實(shí)世界的“增強(qiáng)”。運(yùn)用三維、多媒體、傳感、智能交互等多種技術(shù)手段，將計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的文字、圖像、視頻信息組成虛擬仿真環(huán)境應(yīng)用于用戶周邊的真實(shí)世界，實(shí)現(xiàn)感官上的一體式融合。AR 涉及的核心技術(shù)如下。

（1）交互技術(shù)

AR 技術(shù)可提供人機(jī)的視覺(jué)交互和物理交互。可以是單向交互也可以是雙向交互，單向交互可以是虛擬環(huán)境到真實(shí)世界的，也可以是真實(shí)世界到虛擬物體的，但不能同時(shí)進(jìn)行;雙向交互是上述2 種交互的并存，一般是全雙工的[1]。

（2）標(biāo)定及跟蹤注冊(cè)技術(shù)

標(biāo)定技術(shù)包括2 個(gè)部分，頭戴透視顯示器增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)標(biāo)定和攝像機(jī)標(biāo)定。跟蹤注冊(cè)技術(shù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，跟蹤技術(shù)是對(duì)三維空間中某一個(gè)點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)的跟蹤，主要為坐標(biāo)和六自由度的姿態(tài)信息;跟蹤注冊(cè)技術(shù)是3D 空間的整合，保持虛擬物體與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景在位置上的一致性。跟蹤注冊(cè)技術(shù)可以基于不同原理實(shí)現(xiàn)，時(shí)下應(yīng)用廣泛的有3 種分別是基于視覺(jué)的跟蹤注冊(cè)技術(shù)、基于傳感器的跟蹤注冊(cè)技術(shù)以及基于二者的混合跟蹤注冊(cè)技術(shù)。

（3）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

現(xiàn)代化智能移動(dòng)終端是可穿戴計(jì)算機(jī)、AR 接口技術(shù)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集合。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的多應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)需要足夠帶寬、高傳輸速率、低延遲的無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。不同的無(wú)線網(wǎng)技術(shù)路線還無(wú)法做到完全兼容，這成為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)拓展應(yīng)用場(chǎng)景提升服務(wù)質(zhì)量的制約因素[2]。

（4）顯示技術(shù)

顯示技術(shù)是人機(jī)交互的實(shí)施環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息借由顯示技術(shù)傳達(dá)至用戶。AR 顯示模塊設(shè)計(jì)需滿足Eitoku提出的四則標(biāo)準(zhǔn)，提供三維圖形全息顯示、不增加額外的輸出儀器、支撐協(xié)同工作、虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界交互共存。

2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)所包含的技術(shù)成分

首先需要檢查目標(biāo)物體的級(jí)本特征已經(jīng)形態(tài)，根據(jù)目標(biāo)物體進(jìn)行合成二三維坐標(biāo)。使用頻率高的跟蹤技術(shù)有四種： ①硬件設(shè)備自動(dòng)跟蹤。利用機(jī)械設(shè)備的視覺(jué)，聯(lián)合互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行工作的技術(shù)。②實(shí)物生長(zhǎng)模擬技術(shù)。把虛擬世界中融入現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)物，并且還能夠進(jìn)行互動(dòng)。以現(xiàn)在擁有的技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)辦不到的。所以，在跟蹤技術(shù)基礎(chǔ)上，還要進(jìn)一步加強(qiáng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，這樣才可以提高植物模擬生長(zhǎng)的真實(shí)性。③顯示技術(shù)。高效的顯示技術(shù)和顯示設(shè)備是達(dá)到逼真的虛擬融合必不可少的。現(xiàn)在，除去以前的PC 機(jī)顯示屏，又發(fā)明了一種頭戴式可視設(shè)備，這種設(shè)備可用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的硬件顯示，也可說(shuō)成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中廣泛應(yīng)用的穿透式HMD。

3 AR 技術(shù)在變電動(dòng)態(tài)運(yùn)維系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

擴(kuò)增實(shí)境（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR）技術(shù)是一種集成多媒體、人機(jī)交互、設(shè)備建模的信息技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、圖像處理，是計(jì)算機(jī)發(fā)展到一定階段的高科技產(chǎn)物。擴(kuò)增實(shí)境AR 技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤用戶手勢(shì)，感知用戶的邏輯業(yè)務(wù)操作，然后生成一個(gè)虛擬的、沉浸的操作環(huán)境，整合多種信息技術(shù)，將其輸出到視頻顯示器中，同時(shí)可以配合語(yǔ)音輸出到播放器，具有重要的作用。

擴(kuò)增實(shí)境AR 技術(shù)應(yīng)用在變電站運(yùn)維作業(yè)中，其可以為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維作業(yè)人員帶來(lái)更多有助于提高工作效率和準(zhǔn)確性的信息。比如以智能眼鏡為穿戴AR 裝備的時(shí)候（穿戴AR 裝備也可為其他形式的智能設(shè)備，在此以智能眼鏡為例。智能眼鏡為眼鏡型可視化終端，形狀與普通眼鏡類似，在眼鏡側(cè)面安裝有攝像頭作為視頻采集裝置，使用鏡片作為顯示設(shè)備，配備麥克風(fēng)和耳機(jī)作為聲音的輸入/ 輸出設(shè)備），現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員戴著智能眼鏡看向某變電裝置，智能眼鏡在視野里定位到這臺(tái)變電裝置的時(shí)候，開(kāi)始對(duì)這臺(tái)變電裝置進(jìn)行跟蹤注冊(cè)識(shí)別，跟蹤注冊(cè)技術(shù)可以將虛擬信息、真實(shí)環(huán)境進(jìn)行配準(zhǔn)注冊(cè)，實(shí)現(xiàn)虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景的無(wú)縫疊加。目前，跟蹤注冊(cè)技術(shù)主要是基于機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)跟蹤物體特征的預(yù)處理和增強(qiáng)。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為了提高跟蹤注冊(cè)的準(zhǔn)確度，又開(kāi)始引入深度學(xué)習(xí)規(guī)則，深度學(xué)習(xí)規(guī)則作為一個(gè)多層次的感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用強(qiáng)度值向量、矩陣向量等特征的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，能夠更加有效的實(shí)現(xiàn)特征識(shí)別和提取。智能眼鏡識(shí)別出這臺(tái)變電裝置后，將顯示這臺(tái)變電裝置的信息，如當(dāng)前運(yùn)行情況、運(yùn)維記錄、對(duì)這臺(tái)變電裝置的運(yùn)維作業(yè)工單等等，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員根據(jù)這些信息進(jìn)行運(yùn)維操作。

現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員如果認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)裝置的情況與作業(yè)工單上所述不太吻合，可利用攝像頭的拍照功能或視頻功能將現(xiàn)場(chǎng)情況發(fā)送給指揮中心，指揮中心也可要求現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)某處進(jìn)行細(xì)致查看，指揮中心的指揮人員通過(guò)視頻功能遠(yuǎn)程進(jìn)行問(wèn)題的調(diào)查。除上述舉例外，穿戴AR裝備還能顯示很多信息，如在變電站內(nèi)真實(shí)一二次設(shè)備旁添加文字標(biāo)簽、變電站導(dǎo)航、屏柜布置圖、廠家及裝置提示信息等等，配備穿戴AR 系統(tǒng)的運(yùn)維人員擁有來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)幫助信息，同時(shí)可以獲取遠(yuǎn)方指揮中心的指令和引導(dǎo)信息，并能為指揮中心提供及時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況，可以給運(yùn)維工作的高效完成帶來(lái)很大幫助[3]。

結(jié)束語(yǔ)

變電動(dòng)態(tài)運(yùn)維系統(tǒng)信息采集層的主要數(shù)據(jù)包括四種來(lái)源，分別是穿戴AR 裝備的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、繼電保護(hù)裝置的保護(hù)信息、故障錄波裝置的故錄信息、生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)備信息。通信集成層可以將采集的數(shù)據(jù)按照網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以與遠(yuǎn)方指揮中心實(shí)現(xiàn)信息交互和指令交換，具體的傳輸協(xié)議包括AR 接口與生產(chǎn)管理接口通信規(guī)范，設(shè)備保護(hù)信息與故障錄入信息使用的通信規(guī)范。

參考文獻(xiàn)：

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