基于增強虛擬現實技術的高壓電力設備檢修應用研究

武宇平，呂志瑞，黃曉樂，孫 旭，李振動，張曉飛

(1.國網冀北電力有限公司，北京 100054；2.常州博瑞電力自動化設備有限公司，江蘇 常州 213025；3.國網冀北電力有限公司 檢修分公司，北京 100054)

增強虛擬現實技術在信息化高速普及的背景下應運而生，作為一項新興技術，被廣泛應用在各種行業中。得益于高度的可編輯性和互動性，該技術能夠在正向反饋的激勵下持續發展并應用在更多類型的場景中[1]。該技術通過合理應用人的視覺多元化特征，將虛擬畫面現實化增強投放到視覺觀察范圍內，使得虛擬操作平臺與真實觀感協同出現在操作者眼前，從而實現雙維度操作以及深化對比的功能。在傳統高壓電氣設備的檢修過程中，檢修作業的開展通常需要紙質文件的參照以實現對照式操作，考驗工作人員的瞬時記憶能力及操作協同性，具有較大的難度。在應用基于增強虛擬現實技術的對照式操作后，工作人員在多視角的切換過程中，僅需通過語言與動作的簡單操作即可實現雙目對照檢修過程[2]。

通過將電力設備檢修與AR技術進行整合，將圖片識別、視角疊加與轉換以及智能交互等技術應用到實際操作過程中，借助輸入端的攝像頭、語音系統以及通話系統等終端設備，結合多種形式的檢修指導性文件素材及模型的輸入，依據核心的檢修邏輯步驟實現多元合作實施的電力設備檢修方式。通過后臺配置現場作業工序及輔助信息，利用智能眼鏡近眼推送使現場作業人員在第一時間獲得作業要求、作業輔助，保證作業過程的規范性、準確性、可靠性。同時，操作人員在作業過程中解放雙手，可以進行第一視角的視頻、圖片以及語音文字記錄，多維度地強化現場作業過程的可追溯性[3]。當現場需要專家協助時，通過智能眼鏡的實時交互能力，將作業現場的第一視角畫面實時回傳，連接后端專家資源，實現遠程指導工作，并且能夠融合智能識別與分析技術沉淀數據，優化工作流程，形成專家知識庫，提升現場水平。

1 增強虛擬現實技術功能簡述

綜合AR眼鏡設備及遠端服務平臺的功能進行開發與應用，高壓電力設備的檢修也激勵出了一系列的改進。

在設備的檢修過程中，按步驟推送近眼指導信息或作業要求，近眼通過第一視角視頻和圖片跟蹤記錄作業過程，杜絕不規范、不標準作業，扼殺安全隱患，從而保證了現場作業質量[4]。為了提高現場作業效率，取代手持終端或紙質工單，通過語音識別技術錄入數據，同步展示操作視頻教程或AR疊加內容，解放操作人員雙手，有效地提高工單任務完成質量，提高作業過程效率。

現場檢修的作業人員遇到無法解決的問題，遠程專家可通過現場人員第一視角實時查看現場狀況，通過語音、文字、圖片、勾畫、推送資料等方式進行指導，加速了現場問題處理速度[5]。通過后臺配置檢查步驟、檢查內容、過程留存方式，可實現對所有風險控制點的管理，做到可視化追溯，為管理改善提供可靠依據，實現作業過程可視化追溯。以人臉識別為基礎，加強作業人員、來訪人員管理，嚴格執行安全作業票證管理標準，以加強現場人員管理。為管理人員提供任務管理、計劃、審核、跟蹤和生成可視化報表及KPI的平臺，使其作為企業運營中心的一環，提供集成開發環境，客戶可以自主創建及修改所有的作業規范、配置數據，并完成系統授權、部署等管理工作。移動工作站應用于移動設備的客戶端，與智能眼鏡連接，使用者為巡檢員，使用智能眼鏡快速獲取工單信息及作業指導，通過文字、語音、圖片、視頻等方式快速記錄現場信息，快速提高現場作業效率。結合現場作業管理系統，以工單為作業基礎，將作業指導書分時、分步驟推送到智能眼鏡端進行顯示或播報，作業人員將根據相應指示或指導進行現場作業。作業人員可對各步驟作業過程進行實時視頻記錄，并通過語音、手勢、掃描二維碼等交互手段，獲取輔助信息[6]。

通過第一視角的智能眼鏡，專家可以遠程連接服務站或設備維修現場，指導前方工作人員解決問題，通過實時視頻、文字、圖片、AR標記等多種方式，提升溝通效率。通過智能眼鏡融合物體識別、二維碼/條碼識別、車牌識別、人臉識別技術，訓練基于深度學習的模型算法，對維修現場的車輛、設備、配件、人員進行智能化識別與分析，幫助工人提升工作能效。

2 高壓電力設備檢修技術

結合高壓電力設備產品檢修的需求，將上述增強虛擬現實技術進行功能化定制，實現此項技術在高強度檢修作業中的應用。不同于傳統應用形式，高壓電力設備的檢修更加重視過程的記錄對比以及步驟化操作，所以作業前的數據準備及形式就需要著重考慮。

目前，該技術采用以CREO為三維建模工具、SolidWorks Composer為制作載體，建立了高精度水平的高壓電力設備零組件三維模型。為了應對不同工器具的檢修功能需求，應對設備中推送的文件進行邏輯特性優化，并輔助以各類圖片、視頻媒介，從而使虛擬現實增強技術更符合電力設備檢修的功能應用[7]。

針對避雷器組件的成組檢修，需要將吊裝工藝與增強虛擬現實技術相結合，突出可視化設備的便攜特點，融合第一視角現實狀態與虛擬操作界面，規避人力操作和交互的重疊，提升操作的安全性和可操作性。同樣地，在柔性直流換流閥的檢修過程中，模組的檢修也需要將成組化吊裝和工裝滑輪組件相結合，在機構運動指導操作的方式上，結合三維模型和動畫演示，將復雜的機構操作步驟逐條展現給操作人員，解決了理論步驟同步操作的問題。

增強虛擬現實技術在檢修技術上的應用如圖1所示，在人員組織架構安排和信息共享上，采用智能交互平臺，可以更好地將人員分工安排、工作任務下發和操作結果反饋集成在云平臺中，形成系統化的檢修維護事務與人員記錄。

3 終端平臺的開發

Arise(MSP)平臺是一款集大容量、高并發、統一管理、多業務融合、高擴展性、高安全性、高兼容性、高可靠性、高開放性等為一體的軟件技術平臺。其中，LiveService是基于AR智能眼鏡開發的富媒體通信微服務，依托高質量、超低延時的音視頻和IM消息通信技術，搭配完善的業務和存儲服務，封裝成標準SDK幫助開發者快速搭建多端富媒體通信應用，適用于遠程協作、指揮調度、驗收和監管等場景。

AIService是基于AR智能眼鏡開發的AI識別微服務，依托成熟的自研人臉識別、物體識別技術，提供完整的人臉追蹤、識別、比對、報警和物體識別、比對、檢測等功能，封裝成標準SDK幫助開發者快速集成到三方系統，適用于指揮調度、園區安保、維修檢驗等場景。WorkflowService是基于AR智能眼鏡開發的作業流程微服務，提供從作業流程創建、執行、記錄、上報的完整功能，封裝成標準SDK幫助開發者快速集成到ERP、OA等系統，適用于工廠作業、巡查取證、警情上報等場景。

集成用戶頁面是必須先初始化成功或已連接到服務端，創建顯示用戶界面的Activity，在該Activity的界面中添加用戶fragment：

android:id="@+id/im_main"

android:layout_width="match_parent"

android:layout_height="match_parent"

android:name="com.llvision.glxsslivesdk.ui.moduls.main.fragment.LiveServiceMainFragment"

>

通過采用AIService的智能化識別技術，項目編程人員可以以電力檢修設備庫為基礎，搭建模塊化識別平臺，集成在檢修過程的每個子項目中，從而實現各階段的智能對照式檢修。

基于前期對于軟件及終端的研究，可以實現高壓電力設備檢修工器具、零組件以及系列化工裝模型的導入，實現工作人員對零組件的交互式理解。虛擬增強現實技術目前已經應用于多項電力設備檢修過程當中。通過將該項技術引入到高壓電力設備的檢修過程中，為現在的檢修帶來了新的智能化便捷化可閱讀性的解決方案。

在圖片識別方面需要建立大量的庫，以實現對照式檢查。分別對每個步驟所在的場景設備、模型、器具進行圖形建模，并通過基于AIService的計算機識別，形成多種數據結合的圖形庫。在檢修過程中，操作人員根據設備平臺提供的對應拍照功能識別對應元器件已實現高度重合的圖像識別與檢修應用[8]。

除了圖片識別的庫以外，還需要對巡檢記錄數據的維護和視頻輔助參考等進行信息維護，集成形成一套便于檢修的指導文庫。工作人員在檢修過程中即可通過步驟以及頭部的操作識別實現不同步驟的切換和信息的獲取。圖像識別技術及檢修應用如圖2所示，后臺的信息處理除了以構建的模型與圖片信息庫為基礎，將多元化的輸入信息通過自研算法的集成歸化，實現高度智能便捷化的操作。信息間的轉換除了需要關注算法的可靠性外，還需要將信息加密化、媒介化，有效避免信息泄露等風險。

4 發展方向

傳統的檢修模式得益于其嚴謹的工作模式，持續多年支撐著電力設備檢修模式的運轉?；谠鰪娞摂M現實技術的高壓電力設備檢修方式是在傳統模式的基礎上，將信息智能化時代的工具融合到傳統的檢修過程中[9]。電力設備檢修是一個體系繁雜的工作項目，設備類型、應用技術多樣性以及可操作性按照難易程度分類廣泛。采用AR技術進行操作人員工作體系的研究開發，可以實現新人高效率地對工作內容和場景地認識。電力設備檢修涵蓋知識面龐大且復雜，基于增強虛擬顯示技術，可以使人快速熟悉操作步驟和核心檢修器件。同時，運用該技術可以快速形成互動檢修系統知識庫，建立正向反饋體系，豐富電力設備檢修的層級。

增強虛擬現實技術作為人工智能領域的前沿科技，在電力設備檢修的應用上除了上述介紹的應用外，還有許多新型研究點可待開發。圍繞三維注冊功能，可以開發出智能檢修對象定位追蹤功能，將主動的視覺識別轉化為AI識別，降低人為檢修疏漏的風險。強化虛擬融合現實，可以將檢修過程中的各類數據結合現實呈現在操作者視野中，減少不必要的交互。

5 結語

現有的針對電力設備現場檢修的輔助工具操作復雜，響應速度不能滿足需求，且信息的展現形式較為單一。目前，增強虛擬現實技術已在消費工商業、電力電子和醫療等領域中取得不少的創新性應用，通過引入增強虛擬現實技術，給電網設備的安裝、運行和檢修作業帶來了新的信息化、智能化解決方案[10]。

本文基于對增強虛擬現實技術在高壓電力設備檢修的研究，使作業人員能夠更全面更豐富地了解檢修內容，借助AR設備對被檢修對象有更深刻的理解。通過AR技術，利用3D建模，模擬設備內部構造，突破現場檢修人員的感官范圍，為現場作業提供更為全面和深層次的技術支撐。