基于AR技術的電力設備智能巡檢探討

何智頻，傅建鋼，趙 能，酈永傳，駱 斌

（浙江省諸暨市東白電力安裝工程有限公司，浙江 諸暨 311800）

電力設備巡檢工作是為確保輸變配電線路和設備安全工作，通過巡檢掌握線路運行情況，找到設備缺陷和線路安全隱患，提出檢修內容消除缺陷。電網巡檢是確保輸變電線路安全的重要條件，通過電力巡檢可以及時了解線路設備運行情況，發現設備存在缺陷提出檢修建議。目前我國大部分電力企業在設備巡檢中存在數據統計不完善，工作效率低等問題。隨著科技的發展，智能技術發展迅速，全新科技產品進入各行業。智能穿戴設備以高效交互為理念，AR技術推出后在現場服務、設備檢修等行業得到廣泛應用，有效提高行業工作效率。

1 基于AR技術的電力設備智能巡檢的意義

電力的出現改變人們的生活方式，生產依賴于電力，電力出現問題，通信照明系統等基礎設施陷入癱瘓。隨著社會的進步，一些工業企業電力設備信息安全事故頻發，為社會造成不良負面影響[1]。如何保證電力設備安全運行，及時排除發現安全隱患，是電力設備系統巡檢管理的新課題。

電力設備巡檢是電力系統中的重要環節，是電力設備平穩運行的保障，隨著電網規模擴大，運維巡檢工作量日益增大，國內變電站巡檢大多通過巡檢人員憑借自身經驗對設備情況核查判斷。傳統信息系統監控制度無法適應企業信息化發展，原因是信息系統日益復雜。目前巡檢過程依賴人的主動性，不能及時發現故障隱患。現有電力設備信息管理系統側重離線管理，為解決實際問題，確保巡檢人員隨時發現系統隱患成為當務之急。有必要采取自動化手段減少巡檢工作量。電網問題日益突出同時物聯網技術飛速發展，大容量數據傳輸在現代管理信息系統發揮重要作用。為電力設備狀態檢查等應用運行提供可靠保障。

智能巡檢技術職稱系統具備技術基礎，基于AR技術的電力設備智能巡檢系統可以對設備自動巡檢，隨時掌握電力設備運行情況，分析判斷設備系統未來運行情況。AR是實時計算攝影機影像位置加上相應圖像的技術，技術目標是把虛擬世界套在現實世界互動，隨著隨身電子產品CPU運算能力提升，預期AR用途得到廣泛推廣。目前電力企業中巡檢工作量大，易引發多種問題[2]。通過AR技術在配電站房巡檢業務應用，實現AR可視化指導，解決傳統人工巡檢漏檢問題，確保巡檢數據真實性。

2 電力設備巡檢技術研究

物聯網技術近年來飛速發展，電力系統設備監視領域側重于絕緣等內容，本文研究對環網柜等配電設備工況檢測傳感器，包括回路電流等。國外電氣領域積累很多經驗科技成果，可以借鑒部分國外科技成果。根據IEEE搜索外文資料，國外電力巡檢通常以智能機器人巡檢方式自動記錄采集信息，用數據庫對巡檢結果存儲。視頻監控大多建立與地理信息系統上，用GPS提供經緯度定位信息，人工巡檢獨有高度適應性使其在電力巡檢中占據主流地位。

我國電力設備巡檢中電氣化領域發展較晚，大部分企業電力設備采用人工巡檢方式管理[3]。隨著信息技術發展，我國部分地區推廣信息化程度高的巡檢方式，如北塔BTIM的IT運維管理方案，是對客戶系統中間件，服務器等核心信息監控，但存在一些不足。主要包括缺乏實時交互，系統不能接受巡檢人員指令，不能滿足巡檢人員隨時得到設備運行情況需求；大部分電力設備巡檢系統為基于行業特點開發實現，針對不同公司不具有針對性；無趨勢分析能力，系統僅靠設定閾值報警，發生故障后告知運維檢修人員，無法在故障發生前預警。實現預警必須分析歷史數據，通過數據信息趨勢把握未來電力系統設備運行情況。

目前市場智能巡檢系統產品研究大多基于RFID定位，專用手持終端問題是設備體積大，多媒體功能較差。隨著智能手機飛速發展，可以基于Android/IOS等操作系統開發APP應用完成巡檢。本文研究基于WIF通信巡檢系統，目前巡檢系統大多在巡檢后人工錄入信息，不便于及時發現問題。本文應用移動通信技術，巡檢人員采集數據后通過移動互聯網將數據上傳至云平臺服務器。研究云平臺技術電力設備巡檢系統，為設備狀態檢修提供技術依據。

3 AR智能巡檢系統設計

AR智能巡檢系統設計包括建立模型，上傳巡檢數據，過程監控數據記錄等。配電站房巡檢中根據設備管理需要建立模型，巡檢流程是巡檢依據，對巡檢人員操作過程巡檢，包括巡檢人員信息設定等。可以建立圖像識別模型，包括物理參數與設備識別，實現AR智能巡檢自動識別目標。

巡檢指令是利用管理系統相巡檢人員發送操作命令，通過管理系統對工作人員發出指令信號，判斷依據是通過數據服務器管理功能模塊發送。巡檢人員可通過AR技術對須巡檢設備全面識別，包括設備屬性，與供電相關電力物理參數等。通過計算機視覺SDK，將圖文視頻等模型數據與AR眼鏡識別設備巡檢對象對接，AR智能眼鏡識別指定對象實現設備物理參數識別，收集物理參數通過判斷模型判斷，根據相應規程處理后將收集數據發送到AR眼鏡中存儲。巡檢任務按操作規程完成后AR眼鏡將存儲數據上傳至服務器。作業人員通過身份登錄APP，AR獲得交互結果。

巡檢工作中根據操作指令完成工作，AR眼鏡將巡檢信號上傳服務器。數據分析目的是實現數據收集和結果分析，得到巡檢人員在特定模塊表現，實現企業數據推送挖掘。通過對配電站房巡檢數據分析檢查，可以得到巡檢人員表現，及時發現巡檢業務中的缺陷。大數據背景下企業可通過對巡檢數據采集等方式為企業決策提供依據。數據分析系統將采集數據結果過濾綜合，實現以人合設備為中心融合的大數據采集挖掘。通過相機拍照記錄異常情況儲存，通過紅外測溫模塊測出設備溫度數據儲存到AR終端。

4 AR電力設備智能巡檢系統的實現應用

本文分析AR智能巡檢方法，在建模階段增加圖文視頻等虛擬內容，通過語音方式使拍照模塊對設備狀態記錄。AR智能眼鏡巡檢技術包括特征信息提取與場景匹配，區域定位與目標識別。配電站房中環境，儀表等巡檢場景進行計算機圖形建模，實際巡檢中可以根據智能導航提示達到位置進行場景圖像采集。

巡檢點所在場景包括設備等進行計算機識別圖形建模，巡檢人員根據AR眼鏡自動導航提示到達相應位置，將場景圖像與訓練圖像匹配，得到查詢圖像場景吻合訓練圖像。將場景模型定義為離散函數Tx，y，在窗口內取值，是點（x，y）∈w坐標，圖像受到噪聲干擾均值為0，放在坐標（i，j）處模型中的點。模型位于坐標（x，y）概率為模型覆蓋不同像素聯合概率。選擇參數時使函數最大化，場景匹配使用存儲模型采集圖像不同位置匹配存儲空間。

在訓練圖像對特定設備等需識別對象做區域定位，利用與匹配訓練圖像透視變換關系，確定查詢圖像待識別目標區域。通過算法實現基于圖像目標識別，識別出建模操作規程要求的巡檢點。增強現實SDK將建好對應可視化巡檢流程數據傳輸至AR眼鏡，通過SDK指引巡檢人員實現標準規范化巡檢。AR眼鏡使用中需全方位移動，內置頭部姿態傳感器，實現物體跟蹤，確保頭部運動不影響虛擬信息融合。根據《配網巡視作業指導書》指導操作，復雜檢查項通過圖片等形式解說指導，調出高清電子線路圖。AR技術采用全方位移動方式，實現巡檢業務及時跟蹤。

AR-GIS技術是GIS的分支，AR技術智能穿戴設備中添加GIS應用大數據，是高精度定位導航體驗。AR技術具有簡潔界面風格，利用AR技術將GIS應用于大數據中，透過智能眼鏡光學元器件投影到人眼視網膜中，電力人員通過語音搜索得到需要信息，技術使得移動端等工作模式得到發展，提高工作效率。工作人員根據AR眼鏡中導航提示進入相應位置，將采集場景圖像與訓練圖像匹配，得到與查詢圖像場景吻合訓練場景。場景匹配通過存儲模型實現圖像匹配存儲。通過AR技術對巡檢人員指引，AR技術使用中要全方位移動，在眼鏡頭部安裝傳感器捕捉運動，避免識別受對象頭部運動影響。