基于增強現(xiàn)實的智能運維技術(shù)研究與應(yīng)用

張建華

（萬橋信息技術(shù)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提升，為確保高質(zhì)量供電目標(biāo)實現(xiàn)，電力行業(yè)不斷提升電網(wǎng)覆蓋率并完善電力設(shè)備運維管理體系。由于電力工業(yè)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電力設(shè)備種類以及數(shù)量不斷增加，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部實體以及邏輯關(guān)系復(fù)雜程度也隨之大幅提升，運維人員工作負(fù)荷較大。傳統(tǒng)運維管理系統(tǒng)在應(yīng)用過程中對電子表格及二維圖形依賴性較大，這就造成運維人員難以及時獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，同時受大量復(fù)雜的分層二維圖形影響，增大了工作失誤的幾率。因此，電力行業(yè)技術(shù)人員開始將探索智能技術(shù)及運維技術(shù)相結(jié)合的路徑作為自己的主要工作目標(biāo)。

1 增強現(xiàn)實技術(shù)概述

增強現(xiàn)實技術(shù)是伴隨現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)的新型技術(shù)，該技術(shù)在實際應(yīng)用過程中可以將工作所需的虛擬信息實時疊加于真實世界之中，利用計算機(jī)圖像處理、三維建模等多學(xué)科技術(shù)對嗅覺信息、味覺信息等進(jìn)行建模仿真，并疊加于相應(yīng)載體之上，讓人們利用感官感受真實世界。增強現(xiàn)實技術(shù)在實際應(yīng)用過程中，在顯示現(xiàn)實世界信息的同時，還可以實時地將虛擬信息顯示于界面之中，通過虛擬以及顯示信息之間的相互補充、疊加，切實提升虛實融合效果?，F(xiàn)階段，增強現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展重點集中在視覺領(lǐng)域，通過利用專業(yè)化的增強現(xiàn)實應(yīng)用，用戶在實際應(yīng)用過程中可以依托于各種型號與功能的顯示器，將現(xiàn)實世界信息以及系統(tǒng)生成的數(shù)字虛擬信息，疊加展示在用戶面前，虛實結(jié)合，豐富了用戶對真實環(huán)境的認(rèn)知。

2 基于增強現(xiàn)實的智能運維系統(tǒng)功能需求

2.1 系統(tǒng)功能簡述

研究人員充分認(rèn)識到基于增強現(xiàn)實技術(shù)的智能運維系統(tǒng)在變電站設(shè)備運維管理工作中的重要意義，并對適用于電力設(shè)備運維管理的系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)計。為滿足運維管理工作實際需求，該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)管理、設(shè)備識別、設(shè)備信息全息展示、集成管理以及遠(yuǎn)程協(xié)助[1]等五個功能模塊。在實際進(jìn)行設(shè)備運維管理工作過程中，工作人員依托于增強現(xiàn)實以及識別技術(shù)，可以有效實現(xiàn)將現(xiàn)場作業(yè)所需信息實時傳輸至現(xiàn)場作業(yè)人員的顯示終端。此外，在智能運維系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢的支撐下，可以實現(xiàn)信息實時雙向傳輸，同時支持現(xiàn)場作業(yè)人員與專家進(jìn)行對話，獲取相應(yīng)的專業(yè)知識支援，實現(xiàn)對現(xiàn)場運維決策進(jìn)行指導(dǎo)與幫助，有效提升運維工作效率。其具體功能如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)功能需求

2.2.1 數(shù)據(jù)管理功能模塊

依據(jù)電力設(shè)備系統(tǒng)業(yè)務(wù)開展的需求，此功能模塊應(yīng)涵蓋以下幾方面內(nèi)容：

1）設(shè)備臺賬管理。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、查詢及修改，包括設(shè)備名稱、電壓等級、設(shè)備類型等。

2）運維記錄管理模塊。該模塊在實際運行過程中主要對設(shè)備運維檢修信息進(jìn)行記錄并開放查詢渠道，主要內(nèi)容包括日期、設(shè)備型號、故障特征等。

3）培訓(xùn)技術(shù)資料模塊。該模塊在運轉(zhuǎn)過程中主要承擔(dān)技術(shù)人員培訓(xùn)資料儲存與查詢功能，導(dǎo)入的數(shù)據(jù)主要涵蓋設(shè)備信息、設(shè)備運行原理等。

4）運維終端管理模塊。該模塊在實際運行過程中主要承擔(dān)終端設(shè)備ID數(shù)據(jù)導(dǎo)入、查詢等功能。

5）用戶管理模塊。其主要功能為給用戶提供登錄系統(tǒng)的渠道以及用戶注冊、數(shù)據(jù)修改權(quán)限等方面。

2.2.2 設(shè)備識別功能模塊

該模塊主要依托于智能終端設(shè)備對二維碼標(biāo)簽進(jìn)行識別，以獲取相應(yīng)的設(shè)備類型以及相應(yīng)關(guān)聯(lián)信息。具體用例如表1所示。

表1 變電站設(shè)備識別用例規(guī)約

2.2.3 設(shè)備全新信息展示功能模塊

運維工作人員在登錄智能終端后利用設(shè)備對二維碼標(biāo)簽進(jìn)行識別，利用特征點檢測、特征點匹配等算法對設(shè)備位置信息進(jìn)行識別，并利用虛實融合顯示算法將設(shè)備關(guān)聯(lián)信息加載至屏幕設(shè)備，系統(tǒng)生成的虛擬信息標(biāo)簽會隨設(shè)備的移動而移動，利用智能終端可對設(shè)備信息進(jìn)行實時在線查看并增強顯示[2]。

2.2.4 集成管理功能模塊

集成管理功能模塊對智能終端進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃管理，在實際運行過程中，對終端設(shè)備的第一視角視頻信息進(jìn)行實時采集，并通過網(wǎng)絡(luò)渠道將其傳輸至系統(tǒng)后臺，為中心管理人員對多個現(xiàn)場進(jìn)行集中管理提供有力的條件支持。以變電站運維現(xiàn)場為例，系統(tǒng)依托于Android終端對設(shè)備攝像頭發(fā)布視頻請求指令，攝像頭在接受指令后開始將現(xiàn)場采集的第一視角視頻圖像文件實時傳輸?shù)紸ndroid終端，Android終端再將接受的視頻圖像信息傳輸回中心，具體流程如圖2所示。

2.2.5 設(shè)備智能運維協(xié)助功能模塊

基于增強顯示技術(shù)的設(shè)備智能運維協(xié)助功能模塊，運維人員在實際工作中利用智能終端，通過圖像、文字、語音等數(shù)據(jù)信息與現(xiàn)場操作場景的融合處理，依托于增強現(xiàn)實以及人工智能技術(shù)，可以明確電力設(shè)備故障的位置以及原因，同時為專家與現(xiàn)場工作人員提供暢通的溝通渠道，也為現(xiàn)場維修人員提供相應(yīng)的決策引導(dǎo)以及專業(yè)知識支持。

3 基于增強顯示技術(shù)的運維系統(tǒng)設(shè)計

3.1 總體框架設(shè)計

依據(jù)上文中功能分析結(jié)果，在實際進(jìn)行系統(tǒng)框架設(shè)計時，依托于B/S架構(gòu)，將系統(tǒng)設(shè)計劃分為數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層以及用戶層四個層級，利用Spring+SpringMVC+MyBatis、MySQL作為框架及數(shù)據(jù)庫，同時利用JSP落實頁面交互功能，并依托于智能手機(jī)、增強現(xiàn)實眼鏡等AR智能終端及后臺服務(wù)功能模塊，構(gòu)建相應(yīng)的硬件系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)具備移動端和服務(wù)端兩大部分，移動端以及后臺服務(wù)端分別采用AR智能終端與Linux64服務(wù)器構(gòu)建智能終端和硬件載體。同時在實際進(jìn)行AR智能終端及服務(wù)端功能模塊時，應(yīng)涵蓋上文中的系統(tǒng)功能需求，實現(xiàn)構(gòu)建基于增強現(xiàn)實技術(shù)的運維系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)[3]。其總體框架設(shè)計具體如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)功能框架設(shè)計

依據(jù)上文分析，系統(tǒng)功能設(shè)計應(yīng)具備五個功能模塊。系統(tǒng)功能運行流程如下：

1）用戶在利用智能端登錄后，利用AR設(shè)備對二維碼標(biāo)簽進(jìn)行識別，并獲取相應(yīng)的信息。

2）系統(tǒng)在接收設(shè)備、運維需求信息后，利用增強現(xiàn)實模塊對相關(guān)信息進(jìn)行增強。

3）系統(tǒng)利用AR設(shè)備采集運維工作現(xiàn)場視頻圖像信息，并利用多屏同步播放功能，對多個運維現(xiàn)場情況進(jìn)行展示。

4）AR設(shè)備終端以及后臺方面設(shè)計由遠(yuǎn)程協(xié)助功能模塊實現(xiàn)。

其中，運維信息全新顯示功能模塊關(guān)鍵支撐技術(shù)為設(shè)備圖像跟蹤技術(shù)，同時利用點檢測以及匹配、姿態(tài)估計等三維注冊算法落實設(shè)備圖像跟蹤以及信息增強顯示目標(biāo)。

視頻采集單元在實際設(shè)計過程中，利用智能終端對真實環(huán)境進(jìn)行視頻采集工作，并運用適當(dāng)?shù)乃惴▽σ曨l信息進(jìn)行降噪優(yōu)化處理。

三維注冊單元在實際設(shè)計過程中，需要利用AR設(shè)備配置的計算視頻采集裝置明確現(xiàn)實世界坐標(biāo)，依托于視頻對裝置內(nèi)部的參數(shù)進(jìn)行采集，在此基礎(chǔ)上計算運維工作開展虛擬信息在真實環(huán)境下的位置映射。

技術(shù)人員在實際開展虛實融合單元設(shè)計過程中應(yīng)充分利用三維注冊單元輸出的結(jié)果，并將虛擬信息與現(xiàn)實環(huán)境視頻圖像進(jìn)行充分融合，確保用戶在不同視角情況下均可實現(xiàn)對現(xiàn)實世界中對應(yīng)的虛擬信息進(jìn)行查閱，此功能為虛實融合單元必須具備的重要功能。

技術(shù)人員在實際開展輸出顯示單元設(shè)計工作時，應(yīng)將虛實融合后產(chǎn)生的信息直觀地展示給用戶，虛擬信息形式并不固定，可以使用文字或圖片信息顯示，也可以利用三維模型信息進(jìn)行展示。

4 結(jié)語

在當(dāng)前新時期背景下，增強顯示技術(shù)在各領(lǐng)域得到了普遍認(rèn)可并廣泛應(yīng)用。本文所研究的智能運維系統(tǒng)在實際發(fā)展過程中呈現(xiàn)出較強的應(yīng)用價值，對推動運維管理效率具有重要意義。