基于AR 技术的变电设备动态运维的技术研究

刘义福

摘要：基于AR 的变电动态运维系统可以辅助运维人员在工作场所安装部署设备，将这些设备为用户提供一个强大的实时性操作，保证后台操作的一致性和全面性，能够利用这些特点更好的进行操作和服务。基于先进的标识实现设备的安全流转操作，保证变电设备的运行安全，还可以进行设备事故分析、责任划分，同时利用这些系统实现信息获取，建立一套运维安装监测系统。该系统能够完善当前维修模式，进一步提高变电设备动态维修，具有重要的作用和意义。基于此， 本文主要分析了基于AR技术的变电设备动态运维的技术。

关键词：AR 技术;变电设备;运维系统

中图分类号：TM732 文献标识码：A

引言

增强现实技术应用于智能变电站运维人员的操作培训，可做到运维过程中每一步的提示与要求可视化，并能严格遵循电网各项规范要求。应用结果表明，该系统弥补了变电站传统运维培训模式的不足，降低了培训成本，规避了可能发生的误操作风险，保证了电网的安全稳定和经济高效运行。

1 增强现实技术（AR）

1.1 概念及原理

增强现实技术（AR），最早被提出于1990年，它是基于虚拟现实技术（VR）所发展起来的一种新型技术，也可称其为扩增现实技术，属于以计算机的应用为基础人机交互的一种技术。此项技术在娱乐、军事、医疗、教育等各个领域方面应用前景较为深远、广泛。

增强现实技术，它主要是借助计算机信息系统来提供信息，把虚拟世界及现实世界当中信息进行无缝隙的对接，将原有现实世界处于一定空间及时间范围内无法体验到实体感官的信息，经电脑相关科技力量，在模仿仿真之后叠加至真实的场景当中，增强用户对于现实世界感知，增强现实，达到一种超越了现实感官体验感。增强现实技术系统突出特点即为：三维注册、实时化交互、虚拟结合，也就是虚拟世界与真实世界信息集成化，有着实时化的交互性。

1.2 核心技术

增强现实（Augmented Reality，AR）技术将虚拟信息与真实世界巧妙融合，从而实现虚拟信息对真实世界的“增强”。运用三维、多媒体、传感、智能交互等多种技术手段，将计算机生产的文字、图像、视频信息组成虚拟仿真环境应用于用户周边的真实世界，实现感官上的一体式融合。AR 涉及的核心技术如下。

（1）交互技术

AR 技术可提供人机的视觉交互和物理交互。可以是单向交互也可以是双向交互，单向交互可以是虚拟环境到真实世界的，也可以是真实世界到虚拟物体的，但不能同时进行;双向交互是上述2 种交互的并存，一般是全双工的[1]。

（2）标定及跟踪注册技术

标定技术包括2 个部分，头戴透视显示器增强现实系统标定和摄像机标定。跟踪注册技术是一个动态实现过程，跟踪技术是对三维空间中某一个点或多个点的跟踪，主要为坐标和六自由度的姿态信息;跟踪注册技术是3D 空间的整合，保持虚拟物体与现实场景在位置上的一致性。跟踪注册技术可以基于不同原理实现，时下应用广泛的有3 种分别是基于视觉的跟踪注册技术、基于传感器的跟踪注册技术以及基于二者的混合跟踪注册技术。

（3）無线网络技术

现代化智能移动终端是可穿戴计算机、AR 接口技术与无线网络技术的集合。增强现实技术的多应用场景实现需要足够带宽、高传输速率、低延迟的无线移动通信网络。不同的无线网技术路线还无法做到完全兼容，这成为增强现实技术拓展应用场景提升服务质量的制约因素[2]。

（4）显示技术

显示技术是人机交互的实施环节，计算机生成的虚拟信息借由显示技术传达至用户。AR 显示模块设计需满足Eitoku提出的四则标准，提供三维图形全息显示、不增加额外的输出仪器、支撑协同工作、虚拟信息与现实世界交互共存。

2增强现实所包含的技术成分

首先需要检查目标物体的级本特征已经形态，根据目标物体进行合成二三维坐标。使用频率高的跟踪技术有四种： ①硬件设备自动跟踪。利用机械设备的视觉，联合互联网进行工作的技术。②实物生长模拟技术。把虚拟世界中融入现实生活中的实物，并且还能够进行互动。以现在拥有的技术是远远办不到的。所以，在跟踪技术基础上，还要进一步加强增强现实技术，这样才可以提高植物模拟生长的真实性。③显示技术。高效的显示技术和显示设备是达到逼真的虚拟融合必不可少的。现在，除去以前的PC 机显示屏，又发明了一种头戴式可视设备，这种设备可用于增强现实系统中的硬件显示，也可说成增强现实中广泛应用的穿透式HMD。

3 AR 技术在变电动态运维系统中的应用设计

扩增实境（Augmented Reality，简称AR）技术是一种集成多媒体、人机交互、设备建模的信息技术，能够实现计算机机器学习、模式识别、图像处理，是计算机发展到一定阶段的高科技产物。扩增实境AR 技术能够实时跟踪用户手势，感知用户的逻辑业务操作，然后生成一个虚拟的、沉浸的操作环境，整合多种信息技术，将其输出到视频显示器中，同时可以配合语音输出到播放器，具有重要的作用。

扩增实境AR 技术应用在变电站运维作业中，其可以为现场运维作业人员带来更多有助于提高工作效率和准确性的信息。比如以智能眼镜为穿戴AR 装备的时候（穿戴AR 装备也可为其他形式的智能设备，在此以智能眼镜为例。智能眼镜为眼镜型可视化终端，形状与普通眼镜类似，在眼镜侧面安装有摄像头作为视频采集装置，使用镜片作为显示设备，配备麦克风和耳机作为声音的输入/ 输出设备），现场运维人员戴着智能眼镜看向某变电装置，智能眼镜在视野里定位到这台变电装置的时候，开始对这台变电装置进行跟踪注册识别，跟踪注册技术可以将虚拟信息、真实环境进行配准注册，实现虚拟信息和真实场景的无缝叠加。目前，跟踪注册技术主要是基于机器学习，实现跟踪物体特征的预处理和增强。BP 神经网络为了提高跟踪注册的准确度，又开始引入深度学习规则，深度学习规则作为一个多层次的感知神经网络，利用强度值向量、矩阵向量等特征的数据进行深度学习，能够更加有效的实现特征识别和提取。智能眼镜识别出这台变电装置后，将显示这台变电装置的信息，如当前运行情况、运维记录、对这台变电装置的运维作业工单等等，现场运维人员根据这些信息进行运维操作。

现场运维人员如果认为现场装置的情况与作业工单上所述不太吻合，可利用摄像头的拍照功能或视频功能将现场情况发送给指挥中心，指挥中心也可要求现场人员对某处进行细致查看，指挥中心的指挥人员通过视频功能远程进行问题的调查。除上述举例外，穿戴AR装备还能显示很多信息，如在变电站内真实一二次设备旁添加文字标签、变电站导航、屏柜布置图、厂家及装置提示信息等等，配备穿戴AR 系统的运维人员拥有来自数据库的实时帮助信息，同时可以获取远方指挥中心的指令和引导信息，并能为指挥中心提供及时的现场情况，可以给运维工作的高效完成带来很大帮助[3]。

结束语

变电动态运维系统信息采集层的主要数据包括四种来源，分别是穿戴AR 装备的现场监测数据、继电保护装置的保护信息、故障录波装置的故录信息、生产管理系统的设备信息。通信集成层可以将采集的数据按照网络传输协议进行转换，可以与远方指挥中心实现信息交互和指令交换，具体的传输协议包括AR 接口与生产管理接口通信规范，设备保护信息与故障录入信息使用的通信规范。

参考文献：

[1] 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.

[2] 陈酌灼， 梁雪青， 田纯青等. 基于移动平台变电设备增强现实系统的研究[J]. 中国新通信，2017，（21）.

[3] 王文晓， 张谦， 徐国祥. 头戴式增强现实显示设备技术综述[J].河南科技，2016，（17）：90-92.