智能眼鏡在電力行業的應用分析

陳嘉鵬 趙桂梅 許仕偉 楊小娟 雷顯榮

智能眼鏡在電力行業的應用分析

陳嘉鵬 趙桂梅 許仕偉 楊小娟 雷顯榮

國網福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361000

智慧單兵系統在電力輸電線路巡視檢修、變電站巡視檢修、配電設備巡視檢修、信息機房巡視檢修等等眾多場合有豐富的應用場景和需求。此外在其他例如醫療、石油等重資產維保相關行業也有廣闊的應用前景。對智慧單兵系統、表盤AR讀數、智慧單兵云平臺等進行了詳細探討，以更好地把握智能眼鏡在電力行業的應用情況。

智慧眼鏡；電力行業；智慧單兵系統

1 智慧單兵系統在設備巡視檢修中的應用

1.1 智慧單兵系統構成

智慧單兵系統主要由云端服務、智能眼鏡、智能背包主機、可擴展傳感器組、智能認證手環以及手勢輸入設備等幾大模塊組成。智能背包主機是單兵計算主機的一種載體，承擔智慧單兵系統設備端主要的計算任務，是穿戴設備的大腦；智能眼鏡是單兵的主要顯示設備和圖像采集設備；可擴展傳感器組為單兵系統的各類信息來源提供了接口，可以讓各類傳感器（如紅外成像、紫外成像、測高測距、氣體檢測等等）方便地接入智慧單兵系統；智能認證手環是智慧單兵系統主要的身份驗證設備，同時也是個人健康傳感器；手勢輸入設備是一系列新型人機交互設備的代表，可以實現更便捷的人機交互方式；云端服務是整個智慧單兵系統的大腦，提供業務數據，提供基礎服務，使得整個智慧單兵系統真正形成體系。

1.2 智慧單兵系統在巡視檢修中的應用情況

智慧單兵系統以穿戴設備（智能眼鏡）為載體，使得巡視檢修人員工作時能夠做到“解放雙手”，查看提示時可以同時一邊工作，大大提升效率，特別是在巡視數量巨大的使用場景，利用眼鏡的自動掃碼功能，可以快速識別設備，并對接相關信息進行展示；智慧單兵系統通過智能眼鏡，可以以第一人稱視角錄像，并將視頻內容傳遞到云端以及其他終端，云端及其他終端上的人員可以對現場情況進行第一視角的視頻了解并與現場人員進行互動指導，高效而且直觀；利用增強現實技術（AR），智慧單兵系統識別出待巡視檢修的設備后，云端可以推送操作指導內容到智慧單兵系統，作業人員在智能眼鏡上可以看到巡視任務指導，以及查看檢修標準化指導。標準化操作指導內容可以直接疊加顯示在被巡視檢修的設備上，直觀易理解。在巡視檢修的同時，設備的臺賬信息、過往維修記錄等信息也會同步現實到智能眼鏡上，給巡視檢修提供足夠的信息支撐；巡視檢修過程中使用到的紅外熱像儀等設備，可以便捷地與系統進行對接，采集的圖像等數據直接整理匯總到系統，提高了現場巡視檢修的規范性以及作業效率[1]。

2 大兵智能眼鏡變電站應用之儀表盤AR讀數

目前變電站運維工作任務繁重，內容煩瑣，存在巡視不到位、操作不規范、巡視效率低、效果差等問題，特別是巡視過程需抄錄很多儀表數據，靠人為手動抄錄非常耗時，且無法解放雙手，從而導致不能高效執行日常運維工作。隨著技術發展，利用先進的技術和智能穿戴巡檢設備實現變電站儀表數據管理讀取的自動化與智能化已成為一種趨勢，勢在必行。

近日，超瞳科技正致力研發儀表盤數據的識別與讀取，包括設備信號燈的亮與滅、指針位置、七段式數字、開關位置和變壓器油液面進行識別的讀取，利用圖像識別技術實現對變電站各類表計和開關狀態的自動或半自動識別，實現巡視表單的自動采集功能，減少手工錄入的時間。

現在工業常用的儀表主要分為兩類：指針式儀表和數碼管儀表。這兩種儀表盤的識別與讀取方法各不相同。以下是對這兩種儀表盤的識別方法的研究。

2.1 指針式儀表識別

（1）圖像采集：通過大兵智能眼鏡對儀表盤進行圖像采集。

（2）圖像預處理：圖像平滑處理（抑制噪聲干擾）、圖像銳化處理（讓指針和刻度更加清晰）、邊緣檢測、圖像二值化、特征增強（邊緣檢測、圖像細化）。

（3）特征提取：主要識別指針和量程的刻度范圍，有以下兩種方法：①“1-0”法：“1”表示被測圖片，“0”表示被測表調0的圖片，兩圖相減圖像用于識別。優點是定位更準確直觀；缺點是拍攝條件要求嚴格，輕微旋轉可能造成讀數誤差。②直接識別方法：檢測指針以確定指針所處位置，檢測刻度線以確定量程的上下限位置。優點是降低讀數錯誤的可能；缺點是計算量大，處理識別速度慢，抗干擾能力差

（4）指針識別：霍夫曼變換實現。

（5）數字識別：根據指針的偏角計算得出刻度值[2]。

2.2 數碼管儀表識別

（1）圖像采集：通過大兵智能眼鏡對儀表盤進行圖像采集。

（2）圖像預處理：圖像去噪、像素細化（將二值圖像變換為只有一個像素寬度的骨架）、圖像二值化（若光照均勻）等。

（3）字符串區域定位：方法有縱橫雙向投影、區域生長法、邊緣提取法。

（4）字符分割：方法有投影法（垂直和水平）、計算圖像梯度矩陣及定位圖像高頻部位（字符分割原因：識別只能根據每個字符的特征進行判斷）。

（5）字符識別：①統計方法：框架左邊沿到數字之間的距離，在每個數字圖像上提取特征；②結構特征方法：交線法識別，七段數碼管除“1”外其他的寬高比均在30%以上；③神經網絡方法：筆畫結構特征作為依據，基于RBF神經網絡提取；④基于拓撲結構：求背景四連通區域的個數以此分類。大兵眼鏡將融合上述儀表盤識別與讀取技術，在某變電站嘗試應用。

3 智慧單兵云平臺的應用

3.1 產品概述

智慧單兵云平臺是依托于云服務技術以及小型化智能穿戴技術提升電力行業作業人員單兵作業能力及整體作業水平的一整套系統。平臺的目標是打造各行業專業作業人員的“特種兵”。平臺主要由大數據云端服務、智能眼鏡、智能背包主機、可擴展傳感器組等幾大模塊組成。智慧單兵云平臺通過AR+智能穿戴設備提供的是深度連接的能力，連接人與環境，連接人與工作，連接人與數據，核心理念是“解放雙手、多雙眼睛、增強大腦”。

智慧單兵云平臺著力解決電力現場工作人員以下問題：工作所需設備繁雜，負擔較重；人員雙手被占用，操作不便；現場遇到困難時，求助受限；數據資料搜索查看，步驟煩瑣；多系統重復記錄，增加工作量；指揮中心無法實時看到各個作業現場狀況；人員安全和監控狀況不可知無保障。

3.2 產品功能

智慧單兵云平臺作為一個開放且完整的平臺，可服務于電力現場作業的各個方面，典型的應用有：遠程專家協助、現場單兵視頻采集、智慧導航、輸變配電巡檢輔助、搶修輔助以及現場安全監督等。給現場作業提供業務支撐，實現更好的、更智能的人機交互。

3.3 產品特點

（1）解放雙手。穿戴式顯示設備以及各類傳感設備，讓人與環境的交互更加自然，改變傳統手持終端等模式的弊端，實現解放雙手。

（2）多雙眼睛。遠端的人可以通過現場人員的攝像頭輕松獲取現場圖像，作業人員可以通過紅外等多種輔助設備，擴展自己的可視范圍，實現多雙眼睛。

（3）增強大腦。豐富的大數據作為作業人員的“大腦”，提供強有力的數據和業務計算支撐，達到“增強大腦”的最終效果。

（4）開放平臺。在大數據信息服務的大背景下，云平臺以及智能眼鏡等終端均提供了開放的開發接口，讓產業鏈上的參與者們都能在云平臺施展自己的能力，產生用戶價值。

4 大兵眼鏡與變電運維融合的未來

4.1 SLAM實時空間定位技術

利用SLAM實時空間定位技術，構建變電站三維空間信息地圖，并能實時跟蹤運維檢修人員位置，精準定位待巡視設備，巡檢路線規劃等。

4.2 遠程監督指導

作業現場人員佩戴智能眼鏡以第一視角采集現場作業信息，后臺人員可隨時監督現場情況，并進行語音指揮，提高現場作業的安全性與規范性；同時作業人員也可發起遠程求助，獲得專家的現場指導，處理棘手問題，極大地減少溝通和交流成本。

4.3 預警功能

通過佩戴大兵眼鏡等智能設備，可實現對溫度過高、路徑偏移、錄入數值超上下限、設備漏巡等情況進行報警，保障工作安全進行。

4.4 圖像識別

利用圖像識別、語音識別、手勢交互等技術實現對變電站各類表計和開關狀態的自動或半自動識別，實現巡視表單的自動采集功能，減少手工錄入的時間。

4.5 平臺可視化展示

智能感知運維平臺為管理人員提供作業的可視化展示平臺，能夠實現作業任務、人員位置和軌跡、作業結果等作業信息的綜合展示，支撐管理人員對現場作業的全過程管控和對巡視人員進行工作評估。該項目現在還在研發階段，超瞳科技正加緊步伐，推出變電智能感知運維平臺[3]。

[1]張沛，孟祥飛，鄧曉洋，等. 智能眼鏡在電力行業的應用分析[J]. 電力建設，2017，38（5）：31-37.

[2]齊文平，姚京松，劉曉芳，等. 增強現實（AR）技術在電力設備智能巡檢中的應用[J]. 電子產品世界，2017，24（5）：58-60.

[3]冷貴峰，李巍，文屹. 基于智能眼鏡的電網遠程監控系統的研究及實踐[J]. 電氣應用，2016（12）：78-81.

Application Analysis of Smart Glasses in the Power Industry

Chen Jiapeng Zhao Guimei Xu Shiwei Yang Xiaojuan Lei Xianrong

State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd., Xiamen Power Supply Company, Fujian Xiamen 361000

The intelligent individual system has rich application scenarios and requirements in many occasions such as inspection and maintenance of power transmission lines, inspection and maintenance of substation, inspection and maintenance of power distribution equipment, inspection and maintenance of information equipment room. In addition, there are also broad application prospects in other industries such as medical and petroleum. The paper discusses in detail the smart individual system, the dial AR reading and the smart individual cloud platform to better grasp the application of smart glasses in the power industry.

smart glasses; power industry; smart individual system

TM73

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