基于AR技术的远控运维技术

刘丽丽

摘  要：相较于二维平面空间画面，三维空间模型具有更直观的表现力。文章提出一种基于AR技术的远控运维技术，通过将变电站站内环境在虚拟现实空间中呈现出来，让远程运维人员达到一种“身临其境”的感觉。通过该技术，将三维虚拟现实和远程运维控制结合起来，缩短空间距离，形成一个虚拟现实交互的“运维村”。

关键词：AR技术;远控;运维

中图分类号：TP391.9       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）30-0155-02

Abstract： The three-dimensional model has a more intuitive expression than a two-dimensional planar space picture. This paper proposes a remote control operation and maintenance technology based on AR technology. By presenting the environment inside the substation station in the virtual reality space， the remote operation and maintenance personnel can "achieve an immersive" feeling. Through this technology， 3D virtual reality and remote operation and maintenance control are combined to shorten the space distance and form a "operation and maintenance village" of virtual reality interaction.

Keywords： AR technology; remote control; operation and maintenance

引言

AR（Augmented Reality）同VR（Vitual Reality）都具有明显的虚拟性特征，主要区别在于，AR基于现实而产生虚拟影像，而VR却要求产生一个完全虚拟的世界[1]。基于AR技术生成各个变电站的三维视图，便于运维人员实时掌握现场情况。

远动是应用通信技术对远方的运行设备进行监视和控制，以实现远程测量、远程信号、远程控制和远程调节等各种功能。南平地区变电站分布稀疏，考虑到各个变电站中通信设备的特点以及成本预算，如果可以对状态量远程监控并且可实现简单控制，可减轻运维人员一定的负担。

1 AR技术

AR是通过3D建模模拟现实世界，其目标是采用如光电显示技术、可视化和交互技术等[2]技术，产生用户所需的虚拟对象，该对象不一定存在于现实中。另外，还可以通过注册技术将虚拟对象与现实环境无缝结合，让用户在真实和虚拟之间进行交互。

1.1 AR技术的关键技术

1.1.1 三维注册

三维注册在AR技术中的应用主要包含以下两个方面[3]：

（1）摄像机标定技术：通过将现实世界中各个物体的位置进行多维数据化，以确认其在待注册场景中的位置。

（2）跟踪注册技术：目的在于还原真实场景中物体移动所产生的位置信息变化。这种虚拟位置信息的变化主要通过跟踪摄像头中对象的位置、移动速度以及状态等方法实现。

1.1.2 虚拟现实融合显示

虚拟现实融合可理解为通过模拟人眼的视差效应将虚拟信息和现实信息相叠加并显示在屏幕上，主要采用图像融合技术。现实对象的位置和角度信息可通过机器视觉获得，虚拟对象的信息需要通过特定目标的三维数据计算得出。

1.1.3 人机交互

在虚拟现实融合的新环境中，打造“沉浸感”，让用户实现信息交互。

1.2 基于Unity3D平台的增强现实

Unity3D可让用户轻松的创建建筑可视化、实时三维动画等，是一个综合的、层级式的3D开发环境[3]。这三维空间环境需要摄像机作为窗口展现，用户也是通过摄像机这个窗口才能实现沉浸式、真实感的人机交互。

2 远程控制技术

2.1 远程控制技术的概念

远程控制是管理人员采用合适的信号对远端对象设备进行控制操作，该对象可以是电网、流域水电站等物理系统。该网络系统包括两个方面：基于无線电的远程控制;基于有线的远程控制，比如公用电话、专用线路等。

远程控制需要实时监控才能有效触发控制信息，远程监控分为三类[4]：（1）对目标计算机的监控：对目标计算机进行远程关机或者远程桌面控制等，进而达到监控效果;（2）对现场状况的实时监控：被动的监视系统，采用摄像头云台。多用于酒店、银行等系统监控方面;（3）对作业现场有效数据的采集监控：主动监视系统，多用于电力、机械生产等方面。

2.2 远程控制技术在电力系统中的应用

电力调度系统中，“四遥”功能是极其重要的远程控制技术[5]，即遥测、遥信、遥控、遥调。

（1）遥测：遥测值可以是变电站内的交流电流、电压功率、频率等电气运行信息。整站的遥测量采集可通过扫描周期采集，生成运行报表;也可通过对遥测量设定阈值，如果两次测量值相差大于阈值，则更新运行报表。

（2）遥信：遥信是针对状态量的传送，开关状态、刀闸状态、一次设备告警信号等。其采集是通过光耦二极管实现光信号转换成数字信息上传至监控后台。

（3）遥控：主控端发布命令，实现对被控端合上或断开某个开关或刀闸等操控。

（4）遥调：遥调是监控后台需要测控装置发布变压器分接头调节命令。一般来说，遥调对可靠性的要求程度不如遥控。

2.3 远程控制技术的实现

目前，远程控制普遍采用客户/服务器网络模型，监控方为客户端，被监控的物理系统所集成的计算机系统作为服务器模式，现场的监控采用摄像机，控制命令通过网络系统传送。服务器程序安放在被控制的计算机端，客户机程序安装在控制端[6]。

3 基于AR技术的远控运维

远控运维可采用就地或远地控制，功能模块图如图1所示。

现有远控运维技术，其核心技术偏向于“四遥”，通过云摄像头采集现场视频信息，传递给运维人员后，由运维人员根据现场视频信息进行远程运维。整个远控运维技术存在以下缺点：

（1）视频信息作为二维画面，无法切实反映现场状况。

（2）视频的清晰度、画面涵盖的内容有限，需要结合其他遥测、遥信信号数据进行分析，效率低。

（3）操作方式不够直观。

通过引进AR技术，将南平地区各个变电站真实环境进行测量，并通过视频采集现场状态数据，生成现实场景各个物体的虚拟位置。并且，通过视频监控信号，监控现场环境的变化量，将变化量实时传递到AR场景中，促使其产生与现场相应的变化，从而达到构建虚拟现实目标。

与此同时，通过远程技术获取的各类电气运行信息及各类开关信号等数据，也可通过AR技术实时显示在虚拟场景中。并可按照预先设置的程序，对场景中发生的重要事件进行视觉锐化提醒，如：连续多测测量值超阈值、现场用电等。甚至在虚拟场景中，可以极方便的调用各设备的故障记录、运行报表等，无需在操作台上进行重复比对，加强了作业效率。

AR的实现基于Unity3D平台，通过搭建好的虚拟空间作为远程运维技术的平台。其核心问题是如何在虚拟场景中操作现实环境，达到远程运维的目的。现有的人机交互技术，则为我们提供了一个行之有效的办法。人机交互技术强调用户在真实与虚拟环境中获得信息交互。例如设置工作台，通过在工作台上进行操作，将信号传递到远程控制端，达到在虚拟场景中输出控制信号的目的。

4 结束语

目前，电力通信系统中已铺设专用光缆，具有较成熟的规模，有效地实现有线远程信号传输。随着泛在电力物联网的逐步实现，其将对内实现“数据一个源、电网一张图、业务一条线”，对外广泛连接内外网、上下游资源和需求，进一步结合AR技术的推广应用，变电站真实环境建模将更加细具化、易操控，也能提高不同变电站之间紧密性，极大地缩短故障运维成本及时间，具有广阔的前景。

参考文献：

[1]俞飞扬.浅谈虚拟现实技术在现实中的应用[J].通讯世界，2019，26（01）：274-275.

[2]陈一民，李启明，馬德宜，等.增强虚拟现实技术研究及其应用[J].上海大学学报（自然科学版），2011，17（4）：412-428.

[3]李洁.基于Android平台的增强现实系统研究与应用[D].河北农业大学，2015.

[4]陈洋.无线远程控制技术研究及其系统平台实现[D].南京航空航天大学，2006.

[5]吴文涛.远程控制技术在电力系统自动化中的应用[J].科技创新与应用，2018，255（35）：166-167.

[6]王小林.远程控制技术在图书馆中的应用[J].数字与缩微影像，2011（1）：10-12.