增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在變電站設(shè)備運(yùn)檢中的應(yīng)用

張文娟

摘要：借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在圖像識(shí)別、影像疊加、信息交互、智能糾錯(cuò)判斷等方面的優(yōu)勢(shì)，通過智能終端設(shè)備捕捉被檢查設(shè)備的信息。在與后臺(tái)信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)后，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排查設(shè)備異常、采用智能方式提醒運(yùn)檢人員處理等功能。語音或疊加圖像的信息提示方式，能夠防止檢查的漏檢、粗心等不足。另外，建立的基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)可預(yù)置設(shè)備運(yùn)維策略和表單，在AR終端設(shè)備的輔助下，運(yùn)維人員可高效的完成設(shè)備的巡檢工作。而且，相關(guān)的巡檢數(shù)據(jù)可直接傳送到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，減少了人工記錄和輸入系統(tǒng)的工作量，極大的提高工作效率。本文設(shè)計(jì)的基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)，是電力行業(yè)一種新型的遠(yuǎn)程運(yùn)維新方式，可大幅提升一線服務(wù)能力，節(jié)約企業(yè)運(yùn)營成本。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù);變電站;運(yùn)檢

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)整體框架由AR移動(dòng)端和服務(wù)器端2部分組成。其中，AR移動(dòng)端可識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備、顯示運(yùn)檢工作流程、記錄相關(guān)操作并實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。服務(wù)器端則實(shí)時(shí)處理AR移動(dòng)端上傳的設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息，并將識(shí)別結(jié)果及后續(xù)處理流程下傳至AR移動(dòng)端。同時(shí)，服務(wù)器記錄存儲(chǔ)用戶的所有作業(yè)流程數(shù)據(jù)以便后期分析。數(shù)據(jù)交互采用無線傳輸?shù)姆绞?，支?G和WiFi傳輸工作數(shù)據(jù)。根據(jù)運(yùn)檢業(yè)務(wù)的需求，AR終端與服務(wù)端數(shù)據(jù)流程如圖1所示。

根據(jù)圖1所示數(shù)據(jù)流程，將基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)分為符合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的3個(gè)管理層級(jí)，如圖2所示。

圖2中，管理層是設(shè)備巡檢系統(tǒng)最高層級(jí)，統(tǒng)一管理安排運(yùn)維工作任務(wù)。系統(tǒng)管理員通過PC瀏覽器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器來進(jìn)行項(xiàng)目的訪問、增刪等。班組層是用于具體存儲(chǔ)作業(yè)數(shù)據(jù)并與管理層和作業(yè)層進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送與接收，使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。作業(yè)層是具體實(shí)施調(diào)試任務(wù)的層級(jí)，在每一個(gè)任務(wù)中都會(huì)有一個(gè)工作負(fù)責(zé)人和多名工作組成員，在作業(yè)層可以使用任意AR移動(dòng)端設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集。

2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)——圖像識(shí)別技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在變電站設(shè)備運(yùn)檢中應(yīng)用的關(guān)鍵在于對(duì)設(shè)備圖像的識(shí)別、流程指引、遠(yuǎn)程指導(dǎo)以及人機(jī)交互技術(shù)等多個(gè)方面，其核心是圖像識(shí)別。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)把虛擬場(chǎng)景整合到現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，需要攝像頭建立現(xiàn)實(shí)空間的坐標(biāo)系。AR設(shè)備攝像頭在識(shí)別到人眼視覺范圍內(nèi)的電力設(shè)備后，運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別并通過數(shù)據(jù)庫檢索后根據(jù)需要顯示該設(shè)備相關(guān)的影像信息，然后進(jìn)行差異化比對(duì)。本文主要以圖像識(shí)別技術(shù)為切入點(diǎn)，重點(diǎn)介紹如下。

運(yùn)維過程中對(duì)設(shè)備部件的識(shí)別，包括場(chǎng)景的識(shí)別和具體設(shè)備部件目標(biāo)識(shí)別。場(chǎng)景識(shí)別用于確定需運(yùn)維的具體設(shè)備以及運(yùn)維任務(wù)信息等;具體設(shè)備部件目標(biāo)識(shí)別主要是獲取需維檢設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)值等信息?？蓪D像識(shí)別類型具體分為：如刀閘、斷路器、表計(jì)等的多狀態(tài)識(shí)別;指示燈、端子等的小目標(biāo)識(shí)別，還包括一些文字識(shí)別范疇的液晶數(shù)字表和定值的識(shí)別等。

在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，圖像識(shí)別的性能和質(zhì)量受不同的時(shí)間、光照效果、目標(biāo)圖像拍攝角度和姿態(tài)等因素影響。為便于研究分析，將被識(shí)別檢測(cè)物體分為3個(gè)層次：實(shí)例層、類別層和語義層。

1）實(shí)例層。

實(shí)例層主要是具體電力設(shè)備的圖像設(shè)備，識(shí)別受圖像采集過程中的拍攝角度、光照情況、拍攝距離、設(shè)備形變以及遮擋情況等因素影響，使物體實(shí)例的表觀特征產(chǎn)生很大變化，給視覺識(shí)別算法帶來困難。

2）類別層。

類別層主要是設(shè)備類別的識(shí)別，圖像識(shí)別的困難主要來自3個(gè)方面：類內(nèi)差別，即屬于同一類型的物體在某些特定工況下特征差別較大;類間模糊，即不同類型的設(shè)備實(shí)例之間可能具有一定的相似性;背景干擾，在實(shí)際運(yùn)維場(chǎng)景中設(shè)備通常處于復(fù)雜多變的背景下，對(duì)所識(shí)別物體造成干擾。

3）語義層。

該層次所面臨的識(shí)別困難與圖像的視覺語義有關(guān)。例如，典型的多重穩(wěn)定性問題，即同樣的圖像在不同觀察視角、關(guān)注點(diǎn)等物理因素或者不同的人員性格、經(jīng)歷等主觀條件下有不同的解釋。

3 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)用

基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)，應(yīng)用范圍主要包括：

1）實(shí)物識(shí)別：

研究設(shè)備實(shí)物識(shí)別的算法，滿足在不同角度掃描，達(dá)到三維立體識(shí)別的效果。

2）信息疊加：

將與實(shí)物關(guān)聯(lián)的信息通過AR智能眼鏡設(shè)備疊加到設(shè)備實(shí)物上，達(dá)到實(shí)時(shí)匹配的效果。

3）工作指引：

實(shí)時(shí)判斷作業(yè)狀態(tài)，并語音提醒作業(yè)流程;

4）實(shí)時(shí)通信：

設(shè)備支持WiFi/藍(lán)牙通信模式下的實(shí)時(shí)傳輸，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸，同時(shí)可離線使用。

5）數(shù)據(jù)管理：

實(shí)時(shí)記錄作業(yè)人員相關(guān)信息、工作流程及設(shè)備實(shí)時(shí)信息等數(shù)據(jù)，便于管理人員查看。

具體體現(xiàn)為刀閘、斷路器、空開操作，表計(jì)、分合指示、狀態(tài)指示燈、保護(hù)裝置指示燈、壓板等設(shè)備的狀態(tài)顯示，以及電網(wǎng)發(fā)生故障情況下動(dòng)作行為及事故處理指引等。部分應(yīng)用效果展示如下。

領(lǐng)取任務(wù)后，根據(jù)系統(tǒng)語音及圖像提示準(zhǔn)備相應(yīng)工具，包括電纜盤、兆歐表、微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試儀、試驗(yàn)接線、光功率計(jì)、數(shù)字萬用表、工具箱等。

隨后，根據(jù)回路檢驗(yàn)及裝置調(diào)試邏輯進(jìn)行運(yùn)維，具體包括：外觀檢查，保護(hù)定值、版本與校驗(yàn)碼核對(duì);反措執(zhí)行情況檢查;開關(guān)本體信號(hào)回路檢查;回路絕緣檢查;線路保護(hù)關(guān)聯(lián)回路檢查;保護(hù)通道及接口裝置的檢驗(yàn);單裝置調(diào)試;端子緊固;整組傳動(dòng)等工作。

通過識(shí)別面板指示燈狀態(tài)，若裝置恢復(fù)正常運(yùn)行則該次運(yùn)維任務(wù)結(jié)束。

該運(yùn)檢任務(wù)過程通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)運(yùn)維系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信上傳功能，在監(jiān)控端（專家端）可全程查看視頻并保存，并可方便截圖，在現(xiàn)場(chǎng)圖像的基礎(chǔ)上，進(jìn)行信息標(biāo)注等操作，作為對(duì)運(yùn)維人員的實(shí)戰(zhàn)依據(jù);通過視頻資料的收集與分析，實(shí)現(xiàn)預(yù)防和實(shí)時(shí)解決問題時(shí)的智能化管理。

4 結(jié)語

文章引入基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用于運(yùn)維人員對(duì)變電站設(shè)備的操作巡檢，可克服傳統(tǒng)運(yùn)維巡檢工作中的重復(fù)性強(qiáng)、人員效率低且易出錯(cuò)等缺點(diǎn)，做到工作中每一步流程均有實(shí)時(shí)AR系統(tǒng)輔助。同時(shí)，在大幅減少人工記錄的工作量前提下提高了巡檢結(jié)果的記錄準(zhǔn)確性。應(yīng)用結(jié)果表明，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的變電站設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)，可大幅提升一線服務(wù)能力，節(jié)約企業(yè)運(yùn)營成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]何志鵬，鄭永康，李迅波，等.智能變電站設(shè)備仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可視化研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，44（6）：111-114.