增强现实技术在变电站设备运检中的应用

张文娟

摘要：借助增强现实技术在图像识别、影像叠加、信息交互、智能纠错判断等方面的优势，通过智能终端设备捕捉被检查设备的信息。在与后台信息数据库进行比对后，可实现自动排查设备异常、采用智能方式提醒运检人员处理等功能。语音或叠加图像的信息提示方式，能够防止检查的漏检、粗心等不足。另外，建立的基于增强现实技术的变电站设备运维系统可预置设备运维策略和表单，在AR终端设备的辅助下，运维人员可高效的完成设备的巡检工作。而且，相关的巡检数据可直接传送到后台数据库，减少了人工记录和输入系统的工作量，极大的提高工作效率。本文设计的基于增强现实技术的变电站设备运维系统，是电力行业一种新型的远程运维新方式，可大幅提升一线服务能力，节约企业运营成本。

关键词：增强现实技术;变电站;运检

1 系统设计

基于增强现实技术的变电站设备运维系统整体框架由AR移动端和服务器端2部分组成。其中，AR移动端可识别现场的设备、显示运检工作流程、记录相关操作并实现与服务器的实时数据传输。服务器端则实时处理AR移动端上传的设备状态等数据信息，并将识别结果及后续处理流程下传至AR移动端。同时，服务器记录存储用户的所有作业流程数据以便后期分析。数据交互采用无线传输的方式，支持4G和WiFi传输工作数据。根据运检业务的需求，AR终端与服务端数据流程如图1所示。

根据图1所示数据流程，将基于增强现实技术的变电站设备运维系统分为符合现场作业的3个管理层级，如图2所示。

图2中，管理层是设备巡检系统最高层级，统一管理安排运维工作任务。系统管理员通过PC浏览器及数据存储服务器来进行项目的访问、增删等。班组层是用于具体存储作业数据并与管理层和作业层进行数据的传送与接收，使用数据存储服务器进行数据的存储。作业层是具体实施调试任务的层级，在每一个任务中都会有一个工作负责人和多名工作组成员，在作业层可以使用任意AR移动端设备进行现场的数据采集。

2 关键技术实现——图像识别技术

增强现实技术在变电站设备运检中应用的关键在于对设备图像的识别、流程指引、远程指导以及人机交互技术等多个方面，其核心是图像识别。增强现实技术把虚拟场景整合到现实环境中，需要摄像头建立现实空间的坐标系。AR设备摄像头在识别到人眼视觉范围内的电力设备后，运维系统进行识别并通过数据库检索后根据需要显示该设备相关的影像信息，然后进行差异化比对。本文主要以图像识别技术为切入点，重点介绍如下。

運维过程中对设备部件的识别，包括场景的识别和具体设备部件目标识别。场景识别用于确定需运维的具体设备以及运维任务信息等;具体设备部件目标识别主要是获取需维检设备的状态和数值等信息。可将图像识别类型具体分为：如刀闸、断路器、表计等的多状态识别;指示灯、端子等的小目标识别，还包括一些文字识别范畴的液晶数字表和定值的识别等。

在现实环境中，图像识别的性能和质量受不同的时间、光照效果、目标图像拍摄角度和姿态等因素影响。为便于研究分析，将被识别检测物体分为3个层次：实例层、类别层和语义层。

1）实例层。

实例层主要是具体电力设备的图像设备，识别受图像采集过程中的拍摄角度、光照情况、拍摄距离、设备形变以及遮挡情况等因素影响，使物体实例的表观特征产生很大变化，给视觉识别算法带来困难。

2）类别层。

类别层主要是设备类别的识别，图像识别的困难主要来自3个方面：类内差别，即属于同一类型的物体在某些特定工况下特征差别较大;类间模糊，即不同类型的设备实例之间可能具有一定的相似性;背景干扰，在实际运维场景中设备通常处于复杂多变的背景下，对所识别物体造成干扰。

3）语义层。

该层次所面临的识别困难与图像的视觉语义有关。例如，典型的多重稳定性问题，即同样的图像在不同观察视角、关注点等物理因素或者不同的人员性格、经历等主观条件下有不同的解释。

3 基于增强现实技术的变电站设备运维系统应用

基于增强现实技术的变电站设备运维系统，应用范围主要包括：

1）实物识别：

研究设备实物识别的算法，满足在不同角度扫描，达到三维立体识别的效果。

2）信息叠加：

将与实物关联的信息通过AR智能眼镜设备叠加到设备实物上，达到实时匹配的效果。

3）工作指引：

实时判断作业状态，并语音提醒作业流程;

4）实时通信：

设备支持WiFi/蓝牙通信模式下的实时传输，保证数据的实时采集和传输，同时可离线使用。

5）数据管理：

实时记录作业人员相关信息、工作流程及设备实时信息等数据，便于管理人员查看。

具体体现为刀闸、断路器、空开操作，表计、分合指示、状态指示灯、保护装置指示灯、压板等设备的状态显示，以及电网发生故障情况下动作行为及事故处理指引等。部分应用效果展示如下。

领取任务后，根据系统语音及图像提示准备相应工具，包括电缆盘、兆欧表、微机型继电保护测试仪、试验接线、光功率计、数字万用表、工具箱等。

随后，根据回路检验及装置调试逻辑进行运维，具体包括：外观检查，保护定值、版本与校验码核对;反措执行情况检查;开关本体信号回路检查;回路绝缘检查;线路保护关联回路检查;保护通道及接口装置的检验;单装置调试;端子紧固;整组传动等工作。

通过识别面板指示灯状态，若装置恢复正常运行则该次运维任务结束。

该运检任务过程通过增强现实运维系统的实时通信上传功能，在监控端（专家端）可全程查看视频并保存，并可方便截图，在现场图像的基础上，进行信息标注等操作，作为对运维人员的实战依据;通过视频资料的收集与分析，实现预防和实时解决问题时的智能化管理。

4 结语

文章引入基于增强现实技术的变电站设备运维系统，该系统应用于运维人员对变电站设备的操作巡检，可克服传统运维巡检工作中的重复性强、人员效率低且易出错等缺点，做到工作中每一步流程均有实时AR系统辅助。同时，在大幅减少人工记录的工作量前提下提高了巡检结果的记录准确性。应用结果表明，基于增强现实技术的变电站设备运维系统，可大幅提升一线服务能力，节约企业运营成本。

参考文献：

[1]何志鹏，郑永康，李迅波，等.智能变电站设备仿真培训系统可视化研究[J].电力系统保护与控制，2016，44（6）：111-114.