基于AR 技術(shù)的變電設(shè)備動態(tài)運維的技術(shù)研究

劉義福

摘要：基于AR 的變電動態(tài)運維系統(tǒng)可以輔助運維人員在工作場所安裝部署設(shè)備，將這些設(shè)備為用戶提供一個強大的實時性操作，保證后臺操作的一致性和全面性，能夠利用這些特點更好的進行操作和服務(wù)。基于先進的標識實現(xiàn)設(shè)備的安全流轉(zhuǎn)操作，保證變電設(shè)備的運行安全，還可以進行設(shè)備事故分析、責(zé)任劃分，同時利用這些系統(tǒng)實現(xiàn)信息獲取，建立一套運維安裝監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完善當前維修模式，進一步提高變電設(shè)備動態(tài)維修，具有重要的作用和意義。基于此， 本文主要分析了基于AR技術(shù)的變電設(shè)備動態(tài)運維的技術(shù)。

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

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A

引言

增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于智能變電站運維人員的操作培訓(xùn)，可做到運維過程中每一步的提示與要求可視化，并能嚴格遵循電網(wǎng)各項規(guī)范要求。應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)彌補了變電站傳統(tǒng)運維培訓(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，保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟高效運行。

1 增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）

1.1 概念及原理

增強現(xiàn)實技術(shù)（AR），最早被提出于1990年，它是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）所發(fā)展起來的一種新型技術(shù)，也可稱其為擴增現(xiàn)實技術(shù)，屬于以計算機的應(yīng)用為基礎(chǔ)人機交互的一種技術(shù)。此項技術(shù)在娛樂、軍事、醫(yī)療、教育等各個領(lǐng)域方面應(yīng)用前景較為深遠、廣泛。

增強現(xiàn)實技術(shù)，它主要是借助計算機信息系統(tǒng)來提供信息，把虛擬世界及現(xiàn)實世界當中信息進行無縫隙的對接，將原有現(xiàn)實世界處于一定空間及時間范圍內(nèi)無法體驗到實體感官的信息，經(jīng)電腦相關(guān)科技力量，在模仿仿真之后疊加至真實的場景當中，增強用戶對于現(xiàn)實世界感知，增強現(xiàn)實，達到一種超越了現(xiàn)實感官體驗感。增強現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)突出特點即為：三維注冊、實時化交互、虛擬結(jié)合，也就是虛擬世界與真實世界信息集成化，有著實時化的交互性。

1.2 核心技術(shù)

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）技術(shù)將虛擬信息與真實世界巧妙融合，從而實現(xiàn)虛擬信息對真實世界的“增強”。運用三維、多媒體、傳感、智能交互等多種技術(shù)手段，將計算機生產(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世界，實現(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)可提供人機的視覺交互和物理交互。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)境到真實世界的，也可以是真實世界到虛擬物體的，但不能同時進行;雙向交互是上述2 種交互的并存，一般是全雙工的[1]。

（2）標定及跟蹤注冊技術(shù)

標定技術(shù)包括2 個部分，頭戴透視顯示器增強現(xiàn)實系統(tǒng)標定和攝像機標定。跟蹤注冊技術(shù)是一個動態(tài)實現(xiàn)過程，跟蹤技術(shù)是對三維空間中某一個點或多個點的跟蹤，主要為坐標和六自由度的姿態(tài)信息;跟蹤注冊技術(shù)是3D 空間的整合，保持虛擬物體與現(xiàn)實場景在位置上的一致性。跟蹤注冊技術(shù)可以基于不同原理實現(xiàn)，時下應(yīng)用廣泛的有3 種分別是基于視覺的跟蹤注冊技術(shù)、基于傳感器的跟蹤注冊技術(shù)以及基于二者的混合跟蹤注冊技術(shù)。

（3）無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

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

（4）顯示技術(shù)

顯示技術(shù)是人機交互的實施環(huán)節(jié)，計算機生成的虛擬信息借由顯示技術(shù)傳達至用戶。AR 顯示模塊設(shè)計需滿足Eitoku提出的四則標準，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)實世界交互共存。

2增強現(xiàn)實所包含的技術(shù)成分

首先需要檢查目標物體的級本特征已經(jīng)形態(tài)，根據(jù)目標物體進行合成二三維坐標。使用頻率高的跟蹤技術(shù)有四種： ①硬件設(shè)備自動跟蹤。利用機械設(shè)備的視覺，聯(lián)合互聯(lián)網(wǎng)進行工作的技術(shù)。②實物生長模擬技術(shù)。把虛擬世界中融入現(xiàn)實生活中的實物，并且還能夠進行互動。以現(xiàn)在擁有的技術(shù)是遠遠辦不到的。所以，在跟蹤技術(shù)基礎(chǔ)上，還要進一步加強增強現(xiàn)實技術(shù)，這樣才可以提高植物模擬生長的真實性。③顯示技術(shù)。高效的顯示技術(shù)和顯示設(shè)備是達到逼真的虛擬融合必不可少的。現(xiàn)在，除去以前的PC 機顯示屏，又發(fā)明了一種頭戴式可視設(shè)備，這種設(shè)備可用于增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的硬件顯示，也可說成增強現(xiàn)實中廣泛應(yīng)用的穿透式HMD。

3 AR 技術(shù)在變電動態(tài)運維系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計

擴增實境（Augmented Reality，簡稱AR）技術(shù)是一種集成多媒體、人機交互、設(shè)備建模的信息技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)計算機機器學(xué)習(xí)、模式識別、圖像處理，是計算機發(fā)展到一定階段的高科技產(chǎn)物。擴增實境AR 技術(shù)能夠?qū)崟r跟蹤用戶手勢，感知用戶的邏輯業(yè)務(wù)操作，然后生成一個虛擬的、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，同時可以配合語音輸出到播放器，具有重要的作用。

擴增實境AR 技術(shù)應(yīng)用在變電站運維作業(yè)中，其可以為現(xiàn)場運維作業(yè)人員帶來更多有助于提高工作效率和準確性的信息。比如以智能眼鏡為穿戴AR 裝備的時候（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)和耳機作為聲音的輸入/ 輸出設(shè)備），現(xiàn)場運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變電裝置的時候，開始對這臺變電裝置進行跟蹤注冊識別，跟蹤注冊技術(shù)可以將虛擬信息、真實環(huán)境進行配準注冊，實現(xiàn)虛擬信息和真實場景的無縫疊加。目前，跟蹤注冊技術(shù)主要是基于機器學(xué)習(xí)，實現(xiàn)跟蹤物體特征的預(yù)處理和增強。BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為了提高跟蹤注冊的準確度，又開始引入深度學(xué)習(xí)規(guī)則，深度學(xué)習(xí)規(guī)則作為一個多層次的感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用強度值向量、矩陣向量等特征的數(shù)據(jù)進行深度學(xué)習(xí)，能夠更加有效的實現(xiàn)特征識別和提取。智能眼鏡識別出這臺變電裝置后，將顯示這臺變電裝置的信息，如當前運行情況、運維記錄、對這臺變電裝置的運維作業(yè)工單等等，現(xiàn)場運維人員根據(jù)這些信息進行運維操作。

現(xiàn)場運維人員如果認為現(xiàn)場裝置的情況與作業(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)場情況發(fā)送給指揮中心，指揮中心也可要求現(xiàn)場人員對某處進行細致查看，指揮中心的指揮人員通過視頻功能遠程進行問題的調(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)真實一二次設(shè)備旁添加文字標簽、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)的運維人員擁有來自數(shù)據(jù)庫的實時幫助信息，同時可以獲取遠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的現(xiàn)場情況，可以給運維工作的高效完成帶來很大幫助[3]。

結(jié)束語

變電動態(tài)運維系統(tǒng)信息采集層的主要數(shù)據(jù)包括四種來源，分別是穿戴AR 裝備的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、繼電保護裝置的保護信息、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)議進行轉(zhuǎn)換，可以與遠方指揮中心實現(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)備保護信息與故障錄入信息使用的通信規(guī)范。

參考文獻：

[1] 齊文平， 姚京松， 劉曉芳等. 增強現(xiàn)實（AR） 技術(shù)在電力設(shè)備智能巡檢中的應(yīng)用[J]. 電子產(chǎn)品世界，2017，24（5）：58-60.

[2] 陳酌灼， 梁雪青， 田純青等. 基于移動平臺變電設(shè)備增強現(xiàn)實系統(tǒng)的研究[J]. 中國新通信，2017，（21）.

[3] 王文曉， 張謙， 徐國祥. 頭戴式增強現(xiàn)實顯示設(shè)備技術(shù)綜述[J].河南科技，2016，（17）：90-92.