增強現實技術在變電站設備運檢中的應用

邱星浩

摘要：傳統的電力設備檢修主要依靠大量的經驗積累，存在效率低、誤檢率高、對運行維護人員要求高等問題。本文介紹了基于增強現實技術的變電站設備運維系統，利用增強現實技術在圖像識別和信息疊加、實時通信等方面的優勢，利用AR智能眼鏡等終端設備，實現設備異常自動排除、工作指導、檢測數據實時存儲和管理功能，可以顯著提高檢測效率，降低誤檢率。應用結果表明，基于增強現實技術的變電站設備運行維護系統可以大大提高變電站設備運行檢查的效率，提高一線服務能力。

關鍵詞：增強現實;變電站;圖像識別;運檢

有文件已經對發展智能電網作出重要部署，智能電網加快發展。高級變電站，常規檢查一般每3天不少于1次，綜合檢查每15天不少于1次，專業人員每季度至少檢查一次，而變電站作為電力系統的主要組成部分，其日常巡檢的有效性和安全性與電力系統的全面運行密切相關[1]。然而，巡更人員僅憑經驗檢查并生成相應的分析報告，維修決策缺乏科學性、預見性和準確性。隨著經濟的快速發展，電網規模不斷擴大，各種新技術、新設備相繼出現在電力系統中，大大增加了電力運行維護的工作量和復雜性。

增強現實是現實世界中一定時間的疊加在空間范圍內難以體驗的物理信息，將虛擬物體組合成真實場景，并支持用戶與之交互，如工程運維為維護等大量重復性工作提供技術支持，如何結合增強現實技術提高電力設備的日常運維效率，增強培訓效果成為一個新的研究目標。

借助于增強現實技術在圖像識別、圖像疊加、信息提取等方面的應用交互、智能糾錯等優點，通過智能終端集準備捕捉被檢設備的信息。在與后臺信息數據庫進線比對后，可自動檢測設備異常并采用智能模式提醒運輸檢驗人員處理等功能。語音或疊加圖像的信件信息提示方式，可以防止檢查中的疏漏、粗心等缺陷。另一方面，建立基于增強現實技術的變電站設備維護系統可以預設設備的運行策略和形式，輔助AR終端設備在運維人員的幫助下可以高效地完成對設備的檢查。同時，相關檢測數據可以直接傳輸到后臺數據庫，減少人工記錄和錄入系統的工作量，大大提高工作效率[2]。本文設計的一種基于增強現實技術的變電站設備備用運維系統是電力行業一種新型的遠程運維系統，可以大大提高一線服務能力，節約企業運營成本。

一.系統設計

基于增強現實技術的變電站設備整體運維系統，該框架由AR移動終端和服務器終端組成。其中，AR移動終端可以對現場設備進行識別，顯示運輸和檢驗工作流程，記錄相關操作，實現與服務器的實時數據傳輸。服務端實時處理AR移動終端上傳的設備狀態等信息，將識別結果和后續處理過程傳送給AR端。同時，服務器記錄用戶數據的所有作業流，以供以后分析。數據是無線傳輸的。支持4G和WiFi傳輸工作數據。根據運輸檢驗業務的需求，AR終端和服務器的數據流如圖1所示。

再根據圖一所示流程，將基于增強現實技術管理層級。如圖2所示

圖二中，管理是設備檢驗制度的最高層次，管理和安排運行維護任務。系統管理員通過PC機瀏覽瀏覽器和數據存儲服務器來訪問項目、添加和刪除等，班次層用來專門存儲作業數據，并與管理層和作業層進行通信進行數據傳輸和接收，利用數據存儲服務器來存儲行數據[3]。作業層是實現特定調試任務的級別。在每個任務中都有一個作業負責人，多個作業組成員可以使用作業層中的任意AR移動終端設備進行現場數據采集。

二.關鍵技術的實現

增強現實技術在變電站設備檢測中的關鍵應用，它涉及到設備圖像識別、過程引導、遠程引導以及人機交互技術等方面，其核心是圖像識別。增強現實技術將虛擬場景融入到真實環境中，這就要求攝像機拍攝頭部建立真實空間的坐標系。AR設備攝像機是在對人眼視覺范圍內的電源設備進行識別后，由運維系統根據需要顯示設備相關數據，從數據庫中檢索圖像信息，然后進行區分。

（一）圖像識別技術

在操作和維護期間識別設備部件，包括場景識別特定設備組件的目標標識[4]。場景識別用于確定具體設備的運行維護需求和運行維護任務信息;具體設備部門零件實物標識主要是獲取待檢設備的狀態和價值信息。圖像識別類型可分為：如閘刀開關、斷路器、設備、儀表等的多狀態識別。用于指示燈、終端等小目標識別還包括一些字符識別類的液晶數字表和集值識別等。

（二）圖像識別算法

本文采用深度學習技術來實現設備識別，并對其進行了仿真yolov3能夠更快地檢測出小目標和處理圖形，它采用算法作為圖形識別的核心引擎，通過構建深度卷積神經網絡對大量的標記圖像進行訓練，得到相應的深度學習模型。

三.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行維護系統應用范圍主要包括：

1）物理識別：研究設備物理識別算法，滿足不同角度掃描的要求，達到三維識別的效果。

2）信息疊加：通過AR將與真實物體相關聯的信息智能化，將眼鏡裝置疊加在實際裝置上，實現實時匹配效果。

3）工作指導：實時判斷操作狀態，并語音提醒業務流程。

4）實時通信：設備支持WiFi/Bluetooth通信方式實時傳輸，保證數據的實時采集和傳輸，同時采用線路。

5） 數據管理：實時記錄操作人員的相關信息和工作過程及設備的實時信息等數據，方便管理人員查看。

總結：本文介紹了基于增強現實技術的變電站設備運行維護，本系統應用于運維人員對變電站設備的運行進行巡檢，可以克服傳統運維人員巡檢工作重復性強、效率低和容易出錯的缺點，使工作過程的每一步都得到實時AR系統的輔助。同時，大大減少了手工記錄的工作量，提高了檢驗結果記錄的準確性。應用結果表明，基于增強現實技術的變電站設備運維統一，可以大大提高一線服務能力，節約企業運營成本。

參考文獻：

[1]孫冬，吉炫穎，王洪香.增強現實技術在變電站設備運檢中的應用[J].電力信息與通信技術，2021，19（06）：44-49.

[2]王豪. 500kV變電站虛擬現實仿真系統研究[D].鄭州大學，2019.

[3]黃陳. 基于虛擬現實的變電站仿真系統研究與設計[D].河南理工大學，2018.

[4]王順浦. 500kV變電站設備3D全景監控及培訓系統研究[D].山東大學，2017.