增強現實技術在變電站設備運檢中的應用

張文娟

摘要：借助增強現實技術在圖像識別、影像疊加、信息交互、智能糾錯判斷等方面的優勢，通過智能終端設備捕捉被檢查設備的信息。在與后臺信息數據庫進行比對后，可實現自動排查設備異常、采用智能方式提醒運檢人員處理等功能。語音或疊加圖像的信息提示方式，能夠防止檢查的漏檢、粗心等不足。另外，建立的基于增強現實技術的變電站設備運維系統可預置設備運維策略和表單，在AR終端設備的輔助下，運維人員可高效的完成設備的巡檢工作。而且，相關的巡檢數據可直接傳送到后臺數據庫，減少了人工記錄和輸入系統的工作量，極大的提高工作效率。本文設計的基于增強現實技術的變電站設備運維系統，是電力行業一種新型的遠程運維新方式，可大幅提升一線服務能力，節約企業運營成本。

關鍵詞：增強現實技術;變電站;運檢

1 系統設計

基于增強現實技術的變電站設備運維系統整體框架由AR移動端和服務器端2部分組成。其中，AR移動端可識別現場的設備、顯示運檢工作流程、記錄相關操作并實現與服務器的實時數據傳輸。服務器端則實時處理AR移動端上傳的設備狀態等數據信息，并將識別結果及后續處理流程下傳至AR移動端。同時，服務器記錄存儲用戶的所有作業流程數據以便后期分析。數據交互采用無線傳輸的方式，支持4G和WiFi傳輸工作數據。根據運檢業務的需求，AR終端與服務端數據流程如圖1所示。

根據圖1所示數據流程，將基于增強現實技術的變電站設備運維系統分為符合現場作業的3個管理層級，如圖2所示。

圖2中，管理層是設備巡檢系統最高層級，統一管理安排運維工作任務。系統管理員通過PC瀏覽器及數據存儲服務器來進行項目的訪問、增刪等。班組層是用于具體存儲作業數據并與管理層和作業層進行數據的傳送與接收，使用數據存儲服務器進行數據的存儲。作業層是具體實施調試任務的層級，在每一個任務中都會有一個工作負責人和多名工作組成員，在作業層可以使用任意AR移動端設備進行現場的數據采集。

2 關鍵技術實現——圖像識別技術

增強現實技術在變電站設備運檢中應用的關鍵在于對設備圖像的識別、流程指引、遠程指導以及人機交互技術等多個方面，其核心是圖像識別。增強現實技術把虛擬場景整合到現實環境中，需要攝像頭建立現實空間的坐標系。AR設備攝像頭在識別到人眼視覺范圍內的電力設備后，運維系統進行識別并通過數據庫檢索后根據需要顯示該設備相關的影像信息，然后進行差異化比對。本文主要以圖像識別技術為切入點，重點介紹如下。

運維過程中對設備部件的識別，包括場景的識別和具體設備部件目標識別。場景識別用于確定需運維的具體設備以及運維任務信息等;具體設備部件目標識別主要是獲取需維檢設備的狀態和數值等信息。可將圖像識別類型具體分為：如刀閘、斷路器、表計等的多狀態識別;指示燈、端子等的小目標識別，還包括一些文字識別范疇的液晶數字表和定值的識別等。

在現實環境中，圖像識別的性能和質量受不同的時間、光照效果、目標圖像拍攝角度和姿態等因素影響。為便于研究分析，將被識別檢測物體分為3個層次：實例層、類別層和語義層。

1）實例層。

實例層主要是具體電力設備的圖像設備，識別受圖像采集過程中的拍攝角度、光照情況、拍攝距離、設備形變以及遮擋情況等因素影響，使物體實例的表觀特征產生很大變化，給視覺識別算法帶來困難。

2）類別層。

類別層主要是設備類別的識別，圖像識別的困難主要來自3個方面：類內差別，即屬于同一類型的物體在某些特定工況下特征差別較大;類間模糊，即不同類型的設備實例之間可能具有一定的相似性;背景干擾，在實際運維場景中設備通常處于復雜多變的背景下，對所識別物體造成干擾。

3）語義層。

該層次所面臨的識別困難與圖像的視覺語義有關。例如，典型的多重穩定性問題，即同樣的圖像在不同觀察視角、關注點等物理因素或者不同的人員性格、經歷等主觀條件下有不同的解釋。

3 基于增強現實技術的變電站設備運維系統應用

基于增強現實技術的變電站設備運維系統，應用范圍主要包括：

1）實物識別：

研究設備實物識別的算法，滿足在不同角度掃描，達到三維立體識別的效果。

2）信息疊加：

將與實物關聯的信息通過AR智能眼鏡設備疊加到設備實物上，達到實時匹配的效果。

3）工作指引：

實時判斷作業狀態，并語音提醒作業流程;

4）實時通信：

設備支持WiFi/藍牙通信模式下的實時傳輸，保證數據的實時采集和傳輸，同時可離線使用。

5）數據管理：

實時記錄作業人員相關信息、工作流程及設備實時信息等數據，便于管理人員查看。

具體體現為刀閘、斷路器、空開操作，表計、分合指示、狀態指示燈、保護裝置指示燈、壓板等設備的狀態顯示，以及電網發生故障情況下動作行為及事故處理指引等。部分應用效果展示如下。

領取任務后，根據系統語音及圖像提示準備相應工具，包括電纜盤、兆歐表、微機型繼電保護測試儀、試驗接線、光功率計、數字萬用表、工具箱等。

隨后，根據回路檢驗及裝置調試邏輯進行運維，具體包括：外觀檢查，保護定值、版本與校驗碼核對;反措執行情況檢查;開關本體信號回路檢查;回路絕緣檢查;線路保護關聯回路檢查;保護通道及接口裝置的檢驗;單裝置調試;端子緊固;整組傳動等工作。

通過識別面板指示燈狀態，若裝置恢復正常運行則該次運維任務結束。

該運檢任務過程通過增強現實運維系統的實時通信上傳功能，在監控端（專家端）可全程查看視頻并保存，并可方便截圖，在現場圖像的基礎上，進行信息標注等操作，作為對運維人員的實戰依據;通過視頻資料的收集與分析，實現預防和實時解決問題時的智能化管理。

4 結語

文章引入基于增強現實技術的變電站設備運維系統，該系統應用于運維人員對變電站設備的操作巡檢，可克服傳統運維巡檢工作中的重復性強、人員效率低且易出錯等缺點，做到工作中每一步流程均有實時AR系統輔助。同時，在大幅減少人工記錄的工作量前提下提高了巡檢結果的記錄準確性。應用結果表明，基于增強現實技術的變電站設備運維系統，可大幅提升一線服務能力，節約企業運營成本。

參考文獻：

[1]何志鵬，鄭永康，李迅波，等.智能變電站設備仿真培訓系統可視化研究[J].電力系統保護與控制，2016，44（6）：111-114.