劉義福

摘要：基于AR 的變電動態(tài)運維系統(tǒng)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?；谙冗M的標識實現(xiàn)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(tǒng)實現(xiàn)信息獲取，建立一套運維安裝監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完善當前維修模式，進一步提高變電設備動態(tài)維修，具有重要的作用和意義?；诖?， 本文主要分析了基于AR技術的變電設備動態(tài)運維的技術。

關鍵詞：AR 技術;變電設備;運維系統(tǒng)

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A

引言

增強現(xiàn)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(guī)范要求。應用結果表明，該系統(tǒng)彌補了變電站傳統(tǒng)運維培訓模式的不足，降低了培訓成本，規(guī)避了可能發(fā)生的誤操作風險，保證了電網的安全穩(wěn)定和經濟高效運行。

1 增強現(xiàn)實技術（AR）

1.1 概念及原理

增強現(xiàn)實技術（AR），最早被提出于1990年，它是基于虛擬現(xiàn)實技術（VR）所發(fā)展起來的一種新型技術，也可稱其為擴增現(xiàn)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(yī)療、教育等各個領域方面應用前景較為深遠、廣泛。

增強現(xiàn)實技術，它主要是借助計算機信息系統(tǒng)來提供信息，把虛擬世界及現(xiàn)實世界當中信息進行無縫隙的對接，將原有現(xiàn)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(xiàn)實世界感知，增強現(xiàn)實，達到一種超越了現(xiàn)實感官體驗感。增強現(xiàn)實技術系統(tǒng)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(xiàn)實（Augmented Reality，AR）技術將虛擬信息與真實世界巧妙融合，從而實現(xiàn)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(huán)境應用于用戶周邊的真實世界，實現(xiàn)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?？梢允菃蜗蚪换ヒ部梢允请p向交互，單向交互可以是虛擬環(huán)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(xiàn)實系統(tǒng)標定和攝像機標定。跟蹤注冊技術是一個動態(tài)實現(xiàn)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(tài)信息;跟蹤注冊技術是3D 空間的整合，保持虛擬物體與現(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)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(xiàn)實技術的多應用場景實現(xiàn)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(xiàn)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(huán)節(jié)，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(xié)同工作、虛擬信息與現(xiàn)實世界交互共存。

2增強現(xiàn)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(tài)，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(lián)合互聯(lián)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(xiàn)實生活中的實物，并且還能夠進行互動。以現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)在，除去以前的PC 機顯示屏，又發(fā)明了一種頭戴式可視設備，這種設備可用于增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的硬件顯示，也可說成增強現(xiàn)實中廣泛應用的穿透式HMD。

3 AR 技術在變電動態(tài)運維系統(tǒng)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(xiàn)計算機機器學習、模式識別、圖像處理，是計算機發(fā)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(yè)務操作，然后生成一個虛擬的、沉浸的操作環(huán)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(yè)中，其可以為現(xiàn)場運維作業(yè)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(xiàn)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(huán)境進行配準注冊，實現(xiàn)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(xiàn)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(guī)則，深度學習規(guī)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(shù)據進行深度學習，能夠更加有效的實現(xiàn)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(yè)工單等等，現(xiàn)場運維人員根據這些信息進行運維操作。

現(xiàn)場運維人員如果認為現(xiàn)場裝置的情況與作業(yè)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(xiàn)場情況發(fā)送給指揮中心，指揮中心也可要求現(xiàn)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(tǒng)的運維人員擁有來自數(shù)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(xiàn)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(tài)運維系統(tǒng)信息采集層的主要數(shù)據包括四種來源，分別是穿戴AR 裝備的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)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(tǒng)的設備信息。通信集成層可以將采集的數(shù)據按照網絡傳輸協(xié)議進行轉換，可以與遠方指揮中心實現(xiàn)信息交互和指令交換，具體的傳輸協(xié)議包括AR 接口與生產管理接口通信規(guī)范，設備保護信息與故障錄入信息使用的通信規(guī)范。

參考文獻：

[1] 齊文平， 姚京松， 劉曉芳等. 增強現(xiàn)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(xiàn)實系統(tǒng)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(xiàn)實顯示設備技術綜述[J].河南科技，2016，（17）：90-92.