基于增強現實的智能運維技術研究與應用

張建華

（萬橋信息技術有限公司，甘肅 蘭州 730000）

引言

隨著我國社會經濟發展水平不斷提升，為確保高質量供電目標實現，電力行業不斷提升電網覆蓋率并完善電力設備運維管理體系。由于電力工業科學技術的快速發展，電力設備種類以及數量不斷增加，其內部結構、外部實體以及邏輯關系復雜程度也隨之大幅提升，運維人員工作負荷較大。傳統運維管理系統在應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鍵數據，同時受大量復雜的分層二維圖形影響，增大了工作失誤的幾率。因此，電力行業技術人員開始將探索智能技術及運維技術相結合的路徑作為自己的主要工作目標。

1 增強現實技術概述

增強現實技術是伴隨現代信息技術發展出現的新型技術，該技術在實際應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，利用計算機圖像處理、三維建模等多學科技術對嗅覺信息、味覺信息等進行建模仿真，并疊加于相應載體之上，讓人們利用感官感受真實世界。增強現實技術在實際應用過程中，在顯示現實世界信息的同時，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。現階段，增強現實技術發展重點集中在視覺領域，通過利用專業化的增強現實應用，用戶在實際應用過程中可以依托于各種型號與功能的顯示器，將現實世界信息以及系統生成的數字虛擬信息，疊加展示在用戶面前，虛實結合，豐富了用戶對真實環境的認知。

2 基于增強現實的智能運維系統功能需求

2.1 系統功能簡述

研究人員充分認識到基于增強現實技術的智能運維系統在變電站設備運維管理工作中的重要意義，并對適用于電力設備運維管理的系統功能進行設計。為滿足運維管理工作實際需求，該系統主要包括數據管理、設備識別、設備信息全息展示、集成管理以及遠程協助[1]等五個功能模塊。在實際進行設備運維管理工作過程中，工作人員依托于增強現實以及識別技術，可以有效實現將現場作業所需信息實時傳輸至現場作業人員的顯示終端。此外，在智能運維系統技術優勢的支撐下，可以實現信息實時雙向傳輸，同時支持現場作業人員與專家進行對話，獲取相應的專業知識支援，實現對現場運維決策進行指導與幫助，有效提升運維工作效率。其具體功能如圖1所示。

2.2 系統功能需求

2.2.1 數據管理功能模塊

依據電力設備系統業務開展的需求，此功能模塊應涵蓋以下幾方面內容：

1）設備臺賬管理。實現數據的導入、查詢及修改，包括設備名稱、電壓等級、設備類型等。

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

3）培訓技術資料模塊。該模塊在運轉過程中主要承擔技術人員培訓資料儲存與查詢功能，導入的數據主要涵蓋設備信息、設備運行原理等。

4）運維終端管理模塊。該模塊在實際運行過程中主要承擔終端設備ID數據導入、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的渠道以及用戶注冊、數據修改權限等方面。

2.2.2 設備識別功能模塊

該模塊主要依托于智能終端設備對二維碼標簽進行識別，以獲取相應的設備類型以及相應關聯信息。具體用例如表1所示。

表1 變電站設備識別用例規約

2.2.3 設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備對二維碼標簽進行識別，利用特征點檢測、特征點匹配等算法對設備位置信息進行識別，并利用虛實融合顯示算法將設備關聯信息加載至屏幕設備，系統生成的虛擬信息標簽會隨設備的移動而移動，利用智能終端可對設備信息進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行統一規劃管理，在實際運行過程中，對終端設備的第一視角視頻信息進行實時采集，并通過網絡渠道將其傳輸至系統后臺，為中心管理人員對多個現場進行集中管理提供有力的條件支持。以變電站運維現場為例，系統依托于Android終端對設備攝像頭發布視頻請求指令，攝像頭在接受指令后開始將現場采集的第一視角視頻圖像文件實時傳輸到Android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 設備智能運維協助功能模塊

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

3 基于增強顯示技術的運維系統設計

3.1 總體框架設計

依據上文中功能分析結果，在實際進行系統框架設計時，依托于B/S架構，將系統設計劃分為數據層、支撐層、應用層以及用戶層四個層級，利用Spring+SpringMVC+MyBatis、MySQL作為框架及數據庫，同時利用JSP落實頁面交互功能，并依托于智能手機、增強現實眼鏡等AR智能終端及后臺服務功能模塊，構建相應的硬件系統。該系統應具備移動端和服務端兩大部分，移動端以及后臺服務端分別采用AR智能終端與Linux64服務器構建智能終端和硬件載體。同時在實際進行AR智能終端及服務端功能模塊時，應涵蓋上文中的系統功能需求，實現構建基于增強現實技術的運維系統設計目標[3]。其總體框架設計具體如圖3所示。

3.2 系統功能框架設計

依據上文分析，系統功能設計應具備五個功能模塊。系統功能運行流程如下：

1）用戶在利用智能端登錄后，利用AR設備對二維碼標簽進行識別，并獲取相應的信息。

2）系統在接收設備、運維需求信息后，利用增強現實模塊對相關信息進行增強。

3）系統利用AR設備采集運維工作現場視頻圖像信息，并利用多屏同步播放功能，對多個運維現場情況進行展示。

4）AR設備終端以及后臺方面設計由遠程協助功能模塊實現。

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

視頻采集單元在實際設計過程中，利用智能終端對真實環境進行視頻采集工作，并運用適當的算法對視頻信息進行降噪優化處理。

三維注冊單元在實際設計過程中，需要利用AR設備配置的計算視頻采集裝置明確現實世界坐標，依托于視頻對裝置內部的參數進行采集，在此基礎上計算運維工作開展虛擬信息在真實環境下的位置映射。

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

技術人員在實際開展輸出顯示單元設計工作時，應將虛實融合后產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行展示。

4 結語

在當前新時期背景下，增強顯示技術在各領域得到了普遍認可并廣泛應用。本文所研究的智能運維系統在實際發展過程中呈現出較強的應用價值，對推動運維管理效率具有重要意義。