智能眼镜在电力行业的应用分析

陈嘉鹏 赵桂梅 许仕伟 杨小娟 雷显荣

智能眼镜在电力行业的应用分析

陈嘉鹏 赵桂梅 许仕伟 杨小娟 雷显荣

国网福建省电力有限公司厦门供电公司，福建 厦门 361000

智慧单兵系统在电力输电线路巡视检修、变电站巡视检修、配电设备巡视检修、信息机房巡视检修等等众多场合有丰富的应用场景和需求。此外在其他例如医疗、石油等重资产维保相关行业也有广阔的应用前景。对智慧单兵系统、表盘AR读数、智慧单兵云平台等进行了详细探讨，以更好地把握智能眼镜在电力行业的应用情况。

智慧眼镜；电力行业；智慧单兵系统

1 智慧单兵系统在设备巡视检修中的应用

1.1 智慧单兵系统构成

智慧单兵系统主要由云端服务、智能眼镜、智能背包主机、可扩展传感器组、智能认证手环以及手势输入设备等几大模块组成。智能背包主机是单兵计算主机的一种载体，承担智慧单兵系统设备端主要的计算任务，是穿戴设备的大脑；智能眼镜是单兵的主要显示设备和图像采集设备；可扩展传感器组为单兵系统的各类信息来源提供了接口，可以让各类传感器（如红外成像、紫外成像、测高测距、气体检测等等）方便地接入智慧单兵系统；智能认证手环是智慧单兵系统主要的身份验证设备，同时也是个人健康传感器；手势输入设备是一系列新型人机交互设备的代表，可以实现更便捷的人机交互方式；云端服务是整个智慧单兵系统的大脑，提供业务数据，提供基础服务，使得整个智慧单兵系统真正形成体系。

1.2 智慧单兵系统在巡视检修中的应用情况

智慧单兵系统以穿戴设备（智能眼镜）为载体，使得巡视检修人员工作时能够做到“解放双手”，查看提示时可以同时一边工作，大大提升效率，特别是在巡视数量巨大的使用场景，利用眼镜的自动扫码功能，可以快速识别设备，并对接相关信息进行展示；智慧单兵系统通过智能眼镜，可以以第一人称视角录像，并将视频内容传递到云端以及其他终端，云端及其他终端上的人员可以对现场情况进行第一视角的视频了解并与现场人员进行互动指导，高效而且直观；利用增强现实技术（AR），智慧单兵系统识别出待巡视检修的设备后，云端可以推送操作指导内容到智慧单兵系统，作业人员在智能眼镜上可以看到巡视任务指导，以及查看检修标准化指导。标准化操作指导内容可以直接叠加显示在被巡视检修的设备上，直观易理解。在巡视检修的同时，设备的台账信息、过往维修记录等信息也会同步现实到智能眼镜上，给巡视检修提供足够的信息支撑；巡视检修过程中使用到的红外热像仪等设备，可以便捷地与系统进行对接，采集的图像等数据直接整理汇总到系统，提高了现场巡视检修的规范性以及作业效率[1]。

2 大兵智能眼镜变电站应用之仪表盘AR读数

目前变电站运维工作任务繁重，内容烦琐，存在巡视不到位、操作不规范、巡视效率低、效果差等问题，特别是巡视过程需抄录很多仪表数据，靠人为手动抄录非常耗时，且无法解放双手，从而导致不能高效执行日常运维工作。随着技术发展，利用先进的技术和智能穿戴巡检设备实现变电站仪表数据管理读取的自动化与智能化已成为一种趋势，势在必行。

近日，超瞳科技正致力研发仪表盘数据的识别与读取，包括设备信号灯的亮与灭、指针位置、七段式数字、开关位置和变压器油液面进行识别的读取，利用图像识别技术实现对变电站各类表计和开关状态的自动或半自动识别，实现巡视表单的自动采集功能，减少手工录入的时间。

现在工业常用的仪表主要分为两类：指针式仪表和数码管仪表。这两种仪表盘的识别与读取方法各不相同。以下是对这两种仪表盘的识别方法的研究。

2.1 指针式仪表识别

（1）图像采集：通过大兵智能眼镜对仪表盘进行图像采集。

（2）图像预处理：图像平滑处理（抑制噪声干扰）、图像锐化处理（让指针和刻度更加清晰）、边缘检测、图像二值化、特征增强（边缘检测、图像细化）。

（3）特征提取：主要识别指针和量程的刻度范围，有以下两种方法：①“1-0”法：“1”表示被测图片，“0”表示被测表调0的图片，两图相减图像用于识别。优点是定位更准确直观；缺点是拍摄条件要求严格，轻微旋转可能造成读数误差。②直接识别方法：检测指针以确定指针所处位置，检测刻度线以确定量程的上下限位置。优点是降低读数错误的可能；缺点是计算量大，处理识别速度慢，抗干扰能力差

（4）指针识别：霍夫曼变换实现。

（5）数字识别：根据指针的偏角计算得出刻度值[2]。

2.2 数码管仪表识别

（1）图像采集：通过大兵智能眼镜对仪表盘进行图像采集。

（2）图像预处理：图像去噪、像素细化（将二值图像变换为只有一个像素宽度的骨架）、图像二值化（若光照均匀）等。

（3）字符串区域定位：方法有纵横双向投影、区域生长法、边缘提取法。

（4）字符分割：方法有投影法（垂直和水平）、计算图像梯度矩阵及定位图像高频部位（字符分割原因：识别只能根据每个字符的特征进行判断）。

（5）字符识别：①统计方法：框架左边沿到数字之间的距离，在每个数字图像上提取特征；②结构特征方法：交线法识别，七段数码管除“1”外其他的宽高比均在30%以上；③神经网络方法：笔画结构特征作为依据，基于RBF神经网络提取；④基于拓扑结构：求背景四连通区域的个数以此分类。大兵眼镜将融合上述仪表盘识别与读取技术，在某变电站尝试应用。

3 智慧单兵云平台的应用

3.1 产品概述

智慧单兵云平台是依托于云服务技术以及小型化智能穿戴技术提升电力行业作业人员单兵作业能力及整体作业水平的一整套系统。平台的目标是打造各行业专业作业人员的“特种兵”。平台主要由大数据云端服务、智能眼镜、智能背包主机、可扩展传感器组等几大模块组成。智慧单兵云平台通过AR+智能穿戴设备提供的是深度连接的能力，连接人与环境，连接人与工作，连接人与数据，核心理念是“解放双手、多双眼睛、增强大脑”。

智慧单兵云平台着力解决电力现场工作人员以下问题：工作所需设备繁杂，负担较重；人员双手被占用，操作不便；现场遇到困难时，求助受限；数据资料搜索查看，步骤烦琐；多系统重复记录，增加工作量；指挥中心无法实时看到各个作业现场状况；人员安全和监控状况不可知无保障。

3.2 产品功能

智慧单兵云平台作为一个开放且完整的平台，可服务于电力现场作业的各个方面，典型的应用有：远程专家协助、现场单兵视频采集、智慧导航、输变配电巡检辅助、抢修辅助以及现场安全监督等。给现场作业提供业务支撑，实现更好的、更智能的人机交互。

3.3 产品特点

（1）解放双手。穿戴式显示设备以及各类传感设备，让人与环境的交互更加自然，改变传统手持终端等模式的弊端，实现解放双手。

（2）多双眼睛。远端的人可以通过现场人员的摄像头轻松获取现场图像，作业人员可以通过红外等多种辅助设备，扩展自己的可视范围，实现多双眼睛。

（3）增强大脑。丰富的大数据作为作业人员的“大脑”，提供强有力的数据和业务计算支撑，达到“增强大脑”的最终效果。

（4）开放平台。在大数据信息服务的大背景下，云平台以及智能眼镜等终端均提供了开放的开发接口，让产业链上的参与者们都能在云平台施展自己的能力，产生用户价值。

4 大兵眼镜与变电运维融合的未来

4.1 SLAM实时空间定位技术

利用SLAM实时空间定位技术，构建变电站三维空间信息地图，并能实时跟踪运维检修人员位置，精准定位待巡视设备，巡检路线规划等。

4.2 远程监督指导

作业现场人员佩戴智能眼镜以第一视角采集现场作业信息，后台人员可随时监督现场情况，并进行语音指挥，提高现场作业的安全性与规范性；同时作业人员也可发起远程求助，获得专家的现场指导，处理棘手问题，极大地减少沟通和交流成本。

4.3 预警功能

通过佩戴大兵眼镜等智能设备，可实现对温度过高、路径偏移、录入数值超上下限、设备漏巡等情况进行报警，保障工作安全进行。

4.4 图像识别

利用图像识别、语音识别、手势交互等技术实现对变电站各类表计和开关状态的自动或半自动识别，实现巡视表单的自动采集功能，减少手工录入的时间。

4.5 平台可视化展示

智能感知运维平台为管理人员提供作业的可视化展示平台，能够实现作业任务、人员位置和轨迹、作业结果等作业信息的综合展示，支撑管理人员对现场作业的全过程管控和对巡视人员进行工作评估。该项目现在还在研发阶段，超瞳科技正加紧步伐，推出变电智能感知运维平台[3]。

[1]张沛，孟祥飞，邓晓洋，等. 智能眼镜在电力行业的应用分析[J]. 电力建设，2017，38（5）：31-37.

[2]齐文平，姚京松，刘晓芳，等. 增强现实（AR）技术在电力设备智能巡检中的应用[J]. 电子产品世界，2017，24（5）：58-60.

[3]冷贵峰，李巍，文屹. 基于智能眼镜的电网远程监控系统的研究及实践[J]. 电气应用，2016（12）：78-81.

Application Analysis of Smart Glasses in the Power Industry

Chen Jiapeng Zhao Guimei Xu Shiwei Yang Xiaojuan Lei Xianrong

State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd., Xiamen Power Supply Company, Fujian Xiamen 361000

The intelligent individual system has rich application scenarios and requirements in many occasions such as inspection and maintenance of power transmission lines, inspection and maintenance of substation, inspection and maintenance of power distribution equipment, inspection and maintenance of information equipment room. In addition, there are also broad application prospects in other industries such as medical and petroleum. The paper discusses in detail the smart individual system, the dial AR reading and the smart individual cloud platform to better grasp the application of smart glasses in the power industry.

smart glasses; power industry; smart individual system

TM73

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