基于增強現實技術的電力設備工程技術服務應用探究

劉 貴 劉 亮 帥 偉 曹 杰 孫 旭

（常州博瑞電力自動化設備有限公司，江蘇 常州 213025）

0 引言

大型電力設備如特高壓換流閥、柔性直流換流閥、高壓直流斷路器等在工程實施階段需要設備廠家提供及時、高效的工程技術服務。現有工程技術服務在遠程協作的可指導性和實時記錄的便捷性方面存在不足，無法實現技術問題的在線作業指導和知識經驗積累，并存在現場專業技術人員短缺、服務成本高和技術故障處理不及時的問題。

隨著電網工程建設數字化和智能化水平需求的不斷提升，增強現實（augmented reality, AR）在工程管理中的應用為解決現場技術溝通和信息共享問題提供了新的路徑[1-4]。AR 遠程協作工業制造與維修，主要用于復雜設備部位安裝維護信息精準投送、顯示和遠程協助。早在1990 年波音公司的兩位工程師Thomas Caudell 和David Mizell 提出使用一種抬頭透視裝置用于飛機航空線束的裝配指導過程，并創造“Augmented Reality”這一概念用于描述這種將虛擬內容自動疊加在用戶真實場景的技術。2012年谷歌眼鏡推出后，基于谷歌眼鏡，波音公司聯合應用軟件開發商Skylight 開發了線束裝配應用軟件和遠程專家協助功能。該研究幫助安裝工人節省了至少25%的裝配時間，并顯著降低了錯誤率[5]。AR作為新一代的人機信息交互平臺，目前已廣泛應用于電力巡檢和運維管理領域[6-12]。

根據以上情況，本文將AR 技術應用于工程技術服務項目管理過程中，對現有業務流程溝通記錄方式進行優化，實現工程技術問題的即時、高效溝通指導和知識經驗的實時便捷記錄，并達到降低服務成本、提高服務質量和項目管理水平的效果。

1 AR 遠程協作解決方案調研

AR 遠程協作是基于AR 眼鏡和網絡傳輸技術，利用網絡傳輸從現場端傳回眼鏡佩戴人員的第一視角畫面，幫助座席端進行現場問題診斷，同時，座席端也可以通過眼鏡端近眼顯示屏實時對現場人員進行作業指導的一種新型遠程協作形式。整個協作過程不影響現場端人員的正常操作。AR 遠程協作系統組成如圖1 所示。

圖1 AR 遠程協作系統組成

1.1 設備功能需求

現場技術支持過程，保證人員間即時音視頻溝通和在線指導功能。具體包括硬件操作、軟件功能和信息安全三方面需求。

硬件操作需求：①不影響使用者環境觀察、人身安全防護及現場操作；②佩戴可靠、舒適、不易疲勞，操作簡單易行，便于差旅攜帶。

通信軟件功能需求：①支持計算機端、移動端和穿戴端多方在線視頻語音通信；②支持在線輔助標記、座席端文件或屏幕共享；③支持視頻內容記錄和存儲管理功能。

信息安全需求：技術服務過程涉及產品信息安全，需提供相關信息安全解決措施。

1.2 AR 遠程協作行業現狀

目前行業內AR 遠程解決方案的區別主要在于AR 眼鏡硬件的技術路徑和軟件的功能開發。國外主流的AR 眼鏡廠商很多開始采用波導技術，如微軟HOLOLENS2、Magic Leap One。部分國內外廠商仍以自由曲面棱鏡為主，如愛普生、亮亮視野、耐德佳，主要原因在于其工藝比較完善、良品率高，成本逐漸降低，性價比高。而波導技術由于其顯示鏡片纖薄、工藝難度較大、成本偏高，其應用也會相對受限。國內AR 遠程協助解決方案的主要問題在于技術與產業缺少深度融合的應用開發。

1.3 AR 眼鏡參數與功能對比

根據AR 遠程協作需求，初步調研了蒂姆維澳、微軟、亮風臺和亮亮視野共四家廠商。其中，微軟公司的HOLOLENS2 由于還未量產不滿足工程應用要求被排除。最終調研方案有蒂姆維澳愛普生BT-35E、亮風臺HiAR G200 和亮亮視野GLXSS SE三組方案。方案技術參數對比見表1。

表1 AR 設備技術參數及功能對比

（續表1）

從表1 可以看出，各家AR 眼鏡產品形態均采用分體式結構，亮亮視野采用單目鏡片，虛擬屏幕大小、分辨率和視野等成像效果要弱于雙目形式；但由于其成像位置位于眼鏡一側，在進行現實與虛擬圖像的注視切換過程中不會遮擋視野，使現場作業人員的注意力更多關注眼前的操作。攝像頭輸入方面，亮亮視野的攝像頭參數與功能都要優于其他方案，并在產品質量、網絡環境需求、防護等級和安防用品兼容性方面也有明顯優勢。亮亮視野AR眼鏡搭載視覺處理芯片和人工智能算法引擎，實現了計算能效比的大幅飛躍。

遠程協作功能對比：蒂姆維澳與亮風臺AR 眼鏡支持本地視角與座席端桌面切換；亮亮視野則支持AR 動態追蹤標記，虛擬標記不隨視角的偏移丟失標記目標，AR 動態追蹤標記功能如圖2 所示。

圖2 AR 動態追蹤標記功能

蒂姆維澳與亮風臺支持普通錄像功能。亮亮企服平臺的錄像與標準作業流程功能可方便實現語音命令控制節點記錄和生產作業指導。AR 眼鏡佩戴效果如圖3 所示。

圖3 AR 眼鏡佩戴效果

AR 遠程協作軟件支持公有云和私有云兩種部署方式。公有云通過互聯網加密傳輸和存儲，而私有云則通過私有化網絡或互聯網加密傳輸和存儲。軟件私有云部署僅能部署節點覆蓋范圍，還需要考慮定期維護和硬件服務器成本。

AR 遠程協作解決方案建議采用亮亮視野GLXSS SE 方案并采取公有云方式部署。

2 工程技術服務項目管理業務應用

工程技術服務項目管理工作主要包括安全生產、質量和進度管理、生產技術問題處理和知識經驗積累，這些都需要通過溝通協作、作業指導和過程記錄實現。下面基于工程現場作業指導經驗，以亮亮視野AR 遠程協作系統功能為例，進行相關工程技術服務項目管理業務應用設計。

2.1 系統功能

1）作業記錄

現場作業人員通過AR 眼鏡將作業過程的第一視角錄像和語音打點標記上傳至系統，并輸出包含耗時和地理位置信息的直觀作業報告，供企業分析決策。對比以往的手機錄像記錄方式，AR 眼鏡的視頻記錄和存儲方式更為便捷、自然、智能和高效。組件檢修過程作業記錄如圖4 所示。

圖4 組件檢修過程作業記錄

2）遠程協作

遠程協作可將AR 眼鏡第一視角音視頻分享給座席端，同時提供語音、圖文通信、AR 標記和文檔收發工具選項，遠程協作過程的錄像和圖文消息記錄均可以進行回看。對比傳統的音視頻通話軟件，AR 眼鏡的可穿戴近眼顯示特性可減輕現場作業負擔、解放雙手并輔以遠程變焦和追蹤標記功能豐富交互途徑，提高在線作業指導效率。第一視角音視頻回傳如圖5 所示。

圖5 第一視角音視頻回傳

3）標準作業流程

AR 遠程協作系統提供編輯工具，可將線性作業流程添加至系統中，附加圖片或視頻進行指導。現場作業人員從手機端下載標準作業流程，執行并標記每一步作業內容，系統輸出作業報告和效率分析。對比傳統的圖片文字內容和紙質瀏覽方式，通過AR眼鏡進行作業指導更為直觀、便捷和高效。

采用AR 眼鏡標準作業流程逐步參考和記錄作業過程，可以減少裝配的錯誤率。同時記錄的現場標準作業過程，也可以回傳至廠內技術人員進行效率和質量分析，幫助其優化現場作業方式。標準作業流程編輯界面如圖6 所示。作業效率分析界面如圖7 所示。

圖6 標準作業流程編輯界面

圖7 作業效率分析界面

2.2 工程應用案例

2020 年6 月受全球新冠肺炎疫情影響，公司海外儲能項目現場技術服務工作受阻。用戶要求有經驗的工程師現場或遠程指導現場安裝調試工作，同時不影響產品的使用。項目實施對遠程溝通交互的效率和可操作性提出更高要求。海外儲能設備工程技術服務現場如圖8 所示。

圖8 海外儲能設備工程技術服務現場

項目執行過程中，現場安裝和技術服務人員通過使用亮亮視野AR 遠程協作解決方案實現多方的在線視頻溝通，廠內售后人員可獲得用戶現場設備狀態的清晰畫面，并標記指引和確認現場進行安裝調試作業。用戶現場根據指引完成相應的安裝調試作業過程，項目得以順利實施投運。

3 結論

AR 遠程協作解決方案的電力設備工程技術服務管理應用對比傳統遠程溝通方式，現場安裝調試人員或用戶通過AR 眼鏡的第一視角畫面多方共享和在線作業指導功能，如同技術人員親臨現場，保證協作過程的精準和高效；專業技術人員則可以實現多任務在線指導，實現資源的最大化利用；項目實施過程和問題處理的經驗知識可以得到便捷記錄和充分積累，為項目多層面、多維度評估和優化提供數據基礎；對于危險偏遠地區的緊急技術問題可快速建立響應，縮短故障修復時間，同時降低現場服務成本，提高用戶體驗。

隨著大數據和人工智能技術的不斷演化，機器學習逐漸掌握并分擔人類思考工作，AR 遠程應用將人與人的溝通轉為人與機器的溝通，構建完備的知識庫并提升人機交互體驗成為下一階段研究的關鍵。因此，要注重產品數據的高效收集和深入挖掘，并關注信息虛擬交互技術的發展動態。AR 遠程協作不只是某一行業或領域的技術革新，而是人類認知交互技術發展的又一里程碑。