基于AR技術(shù)的電力設(shè)備智能巡檢探討

何智頻，傅建鋼，趙 能，酈永傳，駱 斌

（浙江省諸暨市東白電力安裝工程有限公司，浙江 諸暨 311800）

電力設(shè)備巡檢工作是為確保輸變配電線路和設(shè)備安全工作，通過巡檢掌握線路運(yùn)行情況，找到設(shè)備缺陷和線路安全隱患，提出檢修內(nèi)容消除缺陷。電網(wǎng)巡檢是確保輸變電線路安全的重要條件，通過電力巡檢可以及時(shí)了解線路設(shè)備運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在缺陷提出檢修建議。目前我國(guó)大部分電力企業(yè)在設(shè)備巡檢中存在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不完善，工作效率低等問題。隨著科技的發(fā)展，智能技術(shù)發(fā)展迅速，全新科技產(chǎn)品進(jìn)入各行業(yè)。智能穿戴設(shè)備以高效交互為理念，AR技術(shù)推出后在現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)、設(shè)備檢修等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，有效提高行業(yè)工作效率。

1 基于AR技術(shù)的電力設(shè)備智能巡檢的意義

電力的出現(xiàn)改變?nèi)藗兊纳罘绞?，生產(chǎn)依賴于電力，電力出現(xiàn)問題，通信照明系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施陷入癱瘓。隨著社會(huì)的進(jìn)步，一些工業(yè)企業(yè)電力設(shè)備信息安全事故頻發(fā)，為社會(huì)造成不良負(fù)面影響[1]。如何保證電力設(shè)備安全運(yùn)行，及時(shí)排除發(fā)現(xiàn)安全隱患，是電力設(shè)備系統(tǒng)巡檢管理的新課題。

電力設(shè)備巡檢是電力系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，是電力設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的保障，隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，運(yùn)維巡檢工作量日益增大，國(guó)內(nèi)變電站巡檢大多通過巡檢人員憑借自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備情況核查判斷。傳統(tǒng)信息系統(tǒng)監(jiān)控制度無法適應(yīng)企業(yè)信息化發(fā)展，原因是信息系統(tǒng)日益復(fù)雜。目前巡檢過程依賴人的主動(dòng)性，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患?，F(xiàn)有電力設(shè)備信息管理系統(tǒng)側(cè)重離線管理，為解決實(shí)際問題，確保巡檢人員隨時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)隱患成為當(dāng)務(wù)之急。有必要采取自動(dòng)化手段減少巡檢工作量。電網(wǎng)問題日益突出同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，大容量數(shù)據(jù)傳輸在現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。為電力設(shè)備狀態(tài)檢查等應(yīng)用運(yùn)行提供可靠保障。

智能巡檢技術(shù)職稱系統(tǒng)具備技術(shù)基礎(chǔ)，基于AR技術(shù)的電力設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備自動(dòng)巡檢，隨時(shí)掌握電力設(shè)備運(yùn)行情況，分析判斷設(shè)備系統(tǒng)未來運(yùn)行情況。AR是實(shí)時(shí)計(jì)算攝影機(jī)影像位置加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，技術(shù)目標(biāo)是把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界互動(dòng)，隨著隨身電子產(chǎn)品CPU運(yùn)算能力提升，預(yù)期AR用途得到廣泛推廣。目前電力企業(yè)中巡檢工作量大，易引發(fā)多種問題[2]。通過AR技術(shù)在配電站房巡檢業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)AR可視化指導(dǎo)，解決傳統(tǒng)人工巡檢漏檢問題，確保巡檢數(shù)據(jù)真實(shí)性。

2 電力設(shè)備巡檢技術(shù)研究

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)近年來飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)視領(lǐng)域側(cè)重于絕緣等內(nèi)容，本文研究對(duì)環(huán)網(wǎng)柜等配電設(shè)備工況檢測(cè)傳感器，包括回路電流等。國(guó)外電氣領(lǐng)域積累很多經(jīng)驗(yàn)科技成果，可以借鑒部分國(guó)外科技成果。根據(jù)IEEE搜索外文資料，國(guó)外電力巡檢通常以智能機(jī)器人巡檢方式自動(dòng)記錄采集信息，用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)巡檢結(jié)果存儲(chǔ)。視頻監(jiān)控大多建立與地理信息系統(tǒng)上，用GPS提供經(jīng)緯度定位信息，人工巡檢獨(dú)有高度適應(yīng)性使其在電力巡檢中占據(jù)主流地位。

我國(guó)電力設(shè)備巡檢中電氣化領(lǐng)域發(fā)展較晚，大部分企業(yè)電力設(shè)備采用人工巡檢方式管理[3]。隨著信息技術(shù)發(fā)展，我國(guó)部分地區(qū)推廣信息化程度高的巡檢方式，如北塔BTIM的IT運(yùn)維管理方案，是對(duì)客戶系統(tǒng)中間件，服務(wù)器等核心信息監(jiān)控，但存在一些不足。主要包括缺乏實(shí)時(shí)交互，系統(tǒng)不能接受巡檢人員指令，不能滿足巡檢人員隨時(shí)得到設(shè)備運(yùn)行情況需求；大部分電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)為基于行業(yè)特點(diǎn)開發(fā)實(shí)現(xiàn)，針對(duì)不同公司不具有針對(duì)性；無趨勢(shì)分析能力，系統(tǒng)僅靠設(shè)定閾值報(bào)警，發(fā)生故障后告知運(yùn)維檢修人員，無法在故障發(fā)生前預(yù)警。實(shí)現(xiàn)預(yù)警必須分析歷史數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)信息趨勢(shì)把握未來電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況。

目前市場(chǎng)智能巡檢系統(tǒng)產(chǎn)品研究大多基于RFID定位，專用手持終端問題是設(shè)備體積大，多媒體功能較差。隨著智能手機(jī)飛速發(fā)展，可以基于Android/IOS等操作系統(tǒng)開發(fā)APP應(yīng)用完成巡檢。本文研究基于WIF通信巡檢系統(tǒng)，目前巡檢系統(tǒng)大多在巡檢后人工錄入信息，不便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。本文應(yīng)用移動(dòng)通信技術(shù)，巡檢人員采集數(shù)據(jù)后通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)服務(wù)器。研究云平臺(tái)技術(shù)電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供技術(shù)依據(jù)。

3 AR智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

AR智能巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括建立模型，上傳巡檢數(shù)據(jù)，過程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)記錄等。配電站房巡檢中根據(jù)設(shè)備管理需要建立模型，巡檢流程是巡檢依據(jù)，對(duì)巡檢人員操作過程巡檢，包括巡檢人員信息設(shè)定等。可以建立圖像識(shí)別模型，包括物理參數(shù)與設(shè)備識(shí)別，實(shí)現(xiàn)AR智能巡檢自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)。

巡檢指令是利用管理系統(tǒng)相巡檢人員發(fā)送操作命令，通過管理系統(tǒng)對(duì)工作人員發(fā)出指令信號(hào)，判斷依據(jù)是通過數(shù)據(jù)服務(wù)器管理功能模塊發(fā)送。巡檢人員可通過AR技術(shù)對(duì)須巡檢設(shè)備全面識(shí)別，包括設(shè)備屬性，與供電相關(guān)電力物理參數(shù)等。通過計(jì)算機(jī)視覺SDK，將圖文視頻等模型數(shù)據(jù)與AR眼鏡識(shí)別設(shè)備巡檢對(duì)象對(duì)接，AR智能眼鏡識(shí)別指定對(duì)象實(shí)現(xiàn)設(shè)備物理參數(shù)識(shí)別，收集物理參數(shù)通過判斷模型判斷，根據(jù)相應(yīng)規(guī)程處理后將收集數(shù)據(jù)發(fā)送到AR眼鏡中存儲(chǔ)。巡檢任務(wù)按操作規(guī)程完成后AR眼鏡將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。作業(yè)人員通過身份登錄APP，AR獲得交互結(jié)果。

巡檢工作中根據(jù)操作指令完成工作，AR眼鏡將巡檢信號(hào)上傳服務(wù)器。數(shù)據(jù)分析目的是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和結(jié)果分析，得到巡檢人員在特定模塊表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)推送挖掘。通過對(duì)配電站房巡檢數(shù)據(jù)分析檢查，可以得到巡檢人員表現(xiàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)巡檢業(yè)務(wù)中的缺陷。大數(shù)據(jù)背景下企業(yè)可通過對(duì)巡檢數(shù)據(jù)采集等方式為企業(yè)決策提供依據(jù)。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將采集數(shù)據(jù)結(jié)果過濾綜合，實(shí)現(xiàn)以人合設(shè)備為中心融合的大數(shù)據(jù)采集挖掘。通過相機(jī)拍照記錄異常情況儲(chǔ)存，通過紅外測(cè)溫模塊測(cè)出設(shè)備溫度數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到AR終端。

4 AR電力設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用

本文分析AR智能巡檢方法，在建模階段增加圖文視頻等虛擬內(nèi)容，通過語(yǔ)音方式使拍照模塊對(duì)設(shè)備狀態(tài)記錄。AR智能眼鏡巡檢技術(shù)包括特征信息提取與場(chǎng)景匹配，區(qū)域定位與目標(biāo)識(shí)別。配電站房中環(huán)境，儀表等巡檢場(chǎng)景進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖形建模，實(shí)際巡檢中可以根據(jù)智能導(dǎo)航提示達(dá)到位置進(jìn)行場(chǎng)景圖像采集。

巡檢點(diǎn)所在場(chǎng)景包括設(shè)備等進(jìn)行計(jì)算機(jī)識(shí)別圖形建模，巡檢人員根據(jù)AR眼鏡自動(dòng)導(dǎo)航提示到達(dá)相應(yīng)位置，將場(chǎng)景圖像與訓(xùn)練圖像匹配，得到查詢圖像場(chǎng)景吻合訓(xùn)練圖像。將場(chǎng)景模型定義為離散函數(shù)Tx，y，在窗口內(nèi)取值，是點(diǎn)（x，y）∈w坐標(biāo)，圖像受到噪聲干擾均值為0，放在坐標(biāo)（i，j）處模型中的點(diǎn)。模型位于坐標(biāo)（x，y）概率為模型覆蓋不同像素聯(lián)合概率。選擇參數(shù)時(shí)使函數(shù)最大化，場(chǎng)景匹配使用存儲(chǔ)模型采集圖像不同位置匹配存儲(chǔ)空間。

在訓(xùn)練圖像對(duì)特定設(shè)備等需識(shí)別對(duì)象做區(qū)域定位，利用與匹配訓(xùn)練圖像透視變換關(guān)系，確定查詢圖像待識(shí)別目標(biāo)區(qū)域。通過算法實(shí)現(xiàn)基于圖像目標(biāo)識(shí)別，識(shí)別出建模操作規(guī)程要求的巡檢點(diǎn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)SDK將建好對(duì)應(yīng)可視化巡檢流程數(shù)據(jù)傳輸至AR眼鏡，通過SDK指引巡檢人員實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化巡檢。AR眼鏡使用中需全方位移動(dòng)，內(nèi)置頭部姿態(tài)傳感器，實(shí)現(xiàn)物體跟蹤，確保頭部運(yùn)動(dòng)不影響虛擬信息融合。根據(jù)《配網(wǎng)巡視作業(yè)指導(dǎo)書》指導(dǎo)操作，復(fù)雜檢查項(xiàng)通過圖片等形式解說指導(dǎo)，調(diào)出高清電子線路圖。AR技術(shù)采用全方位移動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)巡檢業(yè)務(wù)及時(shí)跟蹤。

AR-GIS技術(shù)是GIS的分支，AR技術(shù)智能穿戴設(shè)備中添加GIS應(yīng)用大數(shù)據(jù)，是高精度定位導(dǎo)航體驗(yàn)。AR技術(shù)具有簡(jiǎn)潔界面風(fēng)格，利用AR技術(shù)將GIS應(yīng)用于大數(shù)據(jù)中，透過智能眼鏡光學(xué)元器件投影到人眼視網(wǎng)膜中，電力人員通過語(yǔ)音搜索得到需要信息，技術(shù)使得移動(dòng)端等工作模式得到發(fā)展，提高工作效率。工作人員根據(jù)AR眼鏡中導(dǎo)航提示進(jìn)入相應(yīng)位置，將采集場(chǎng)景圖像與訓(xùn)練圖像匹配，得到與查詢圖像場(chǎng)景吻合訓(xùn)練場(chǎng)景。場(chǎng)景匹配通過存儲(chǔ)模型實(shí)現(xiàn)圖像匹配存儲(chǔ)。通過AR技術(shù)對(duì)巡檢人員指引，AR技術(shù)使用中要全方位移動(dòng)，在眼鏡頭部安裝傳感器捕捉運(yùn)動(dòng)，避免識(shí)別受對(duì)象頭部運(yùn)動(dòng)影響。