基于AR 技術的變電設備動態運維的技術研究

劉義福

摘要：基于AR 的變電動態運維系統可以輔助運維人員在工作場所安裝部署設備，將這些設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。基于先進的標識實現設備的安全流轉操作，保證變電設備的運行安全，還可以進行設備事故分析、責任劃分，同時利用這些系統實現信息獲取，建立一套運維安裝監測系統。該系統能夠完善當前維修模式，進一步提高變電設備動態維修，具有重要的作用和意義。基于此， 本文主要分析了基于AR技術的變電設備動態運維的技術。

關鍵詞：AR 技術;變電設備;運維系統

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A

引言

增強現實技術應用于智能變電站運維人員的操作培訓，可做到運維過程中每一步的提示與要求可視化，并能嚴格遵循電網各項規范要求。應用結果表明，該系統彌補了變電站傳統運維培訓模式的不足，降低了培訓成本，規避了可能發生的誤操作風險，保證了電網的安全穩定和經濟高效運行。

1 增強現實技術（AR）

1.1 概念及原理

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

增強現實技術，它主要是借助計算機信息系統來提供信息，把虛擬世界及現實世界當中信息進行無縫隙的對接，將原有現實世界處于一定空間及時間范圍內無法體驗到實體感官的信息，經電腦相關科技力量，在模仿仿真之后疊加至真實的場景當中，增強用戶對于現實世界感知，增強現實，達到一種超越了現實感官體驗感。增強現實技術系統突出特點即為：三維注冊、實時化交互、虛擬結合，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

增強現實（Augmented Reality，AR）技術將虛擬信息與真實世界巧妙融合，從而實現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手段，將計算機生產的文字、圖像、視頻信息組成虛擬仿真環境應用于用戶周邊的真實世界，實現感官上的一體式融合。AR 涉及的核心技術如下。

（1）交互技術

AR 技術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

標定技術包括2 個部分，頭戴透視顯示器增強現實系統標定和攝像機標定。跟蹤注冊技術是一個動態實現過程，跟蹤技術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信息;跟蹤注冊技術是3D 空間的整合，保持虛擬物體與現實場景在位置上的一致性。跟蹤注冊技術可以基于不同原理實現，時下應用廣泛的有3 種分別是基于視覺的跟蹤注冊技術、基于傳感器的跟蹤注冊技術以及基于二者的混合跟蹤注冊技術。

（3）無線網絡技術

現代化智能移動終端是可穿戴計算機、AR 接口技術與無線網絡技術的集合。增強現實技術的多應用場景實現需要足夠帶寬、高傳輸速率、低延遲的無線移動通信網絡。不同的無線網技術路線還無法做到完全兼容，這成為增強現實技術拓展應用場景提升服務質量的制約因素[2]。

（4）顯示技術

顯示技術是人機交互的實施環節，計算機生成的虛擬信息借由顯示技術傳達至用戶。AR 顯示模塊設計需滿足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、支撐協同工作、虛擬信息與現實世界交互共存。

2增強現實所包含的技術成分

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

3 AR 技術在變電動態運維系統中的應用設計

擴增實境（Augmented Reality，簡稱AR）技術是一種集成多媒體、人機交互、設備建模的信息技術，能夠實現計算機機器學習、模式識別、圖像處理，是計算機發展到一定階段的高科技產物。擴增實境AR 技術能夠實時跟蹤用戶手勢，感知用戶的邏輯業務操作，然后生成一個虛擬的、沉浸的操作環境，整合多種信息技術，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 技術應用在變電站運維作業中，其可以為現場運維作業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，在眼鏡側面安裝有攝像頭作為視頻采集裝置，使用鏡片作為顯示設備，配備麥克風和耳機作為聲音的輸入/ 輸出設備），現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，跟蹤注冊技術可以將虛擬信息、真實環境進行配準注冊，實現虛擬信息和真實場景的無縫疊加。目前，跟蹤注冊技術主要是基于機器學習，實現跟蹤物體特征的預處理和增強。BP 神經網絡為了提高跟蹤注冊的準確度，又開始引入深度學習規則，深度學習規則作為一個多層次的感知神經網絡，利用強度值向量、矩陣向量等特征的數據進行深度學習，能夠更加有效的實現特征識別和提取。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工單等等，現場運維人員根據這些信息進行運維操作。

現場運維人員如果認為現場裝置的情況與作業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場情況發送給指揮中心，指揮中心也可要求現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，如在變電站內真實一二次設備旁添加文字標簽、變電站導航、屏柜布置圖、廠家及裝置提示信息等等，配備穿戴AR 系統的運維人員擁有來自數據庫的實時幫助信息，同時可以獲取遠方指揮中心的指令和引導信息，并能為指揮中心提供及時的現場情況，可以給運維工作的高效完成帶來很大幫助[3]。

結束語

變電動態運維系統信息采集層的主要數據包括四種來源，分別是穿戴AR 裝備的現場監測數據、繼電保護裝置的保護信息、故障錄波裝置的故錄信息、生產管理系統的設備信息。通信集成層可以將采集的數據按照網絡傳輸協議進行轉換，可以與遠方指揮中心實現信息交互和指令交換，具體的傳輸協議包括AR 接口與生產管理接口通信規范，設備保護信息與故障錄入信息使用的通信規范。

參考文獻：

[1] 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.

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

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