基于AR技术的电网现场作业智能可穿戴移动终端设计与实现＊

潘旭辉,岑正军,陈成,杨成,文蕾

（1．南方电网数字电网研究院有限公司，广东广州 510000；2．贵州电网公司雷山供电局，贵州凯里 557199）

1 引言

随着电网建设规模的不断增大，电网现场作业难度越来越大，需要结合远程视觉重构技术，进行电网现场作业的可穿戴设备设计，构建电网现场作业智能可穿戴移动终端接口模型，结合视景仿真和虚拟现实重构技术，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端检测，提高电网现场作业智能性，通过设计电网现场作业智能可穿戴移动终端，结合远程控制模型，进行电网现场作业智能控制和视景重建，在远程控制系统引导下，实现电网现场作业优化，研究电网现场作业智能可穿戴移动终端设计方法受到人们的极大重视[1]。

对电网现场作业智能可穿戴移动终端设计是建立在对电网现场作业的虚拟现实仿真和AR视景重构基础上，结合视觉图像分析方法，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端控制，提高电网现场作业的智能化水平[2]，可穿戴技术于20世纪60年代出现，起初由美国的麻省理工学院的实验室提出，作为一种新型的科学技术，其将传感技术、多媒体技术与无线通信技术等嵌入到人们穿戴的衣物中，目的是发明创造可以直接穿在身上或是嵌入用户的衣物、配件的小设备，具有可移动性、使用操作简便、负荷量低和无线数据传输等优势。传统方法中，对电网现场作业智能可穿戴移动终端设计方法主要有模糊控制方法和VIX总线控制方法，结合电网输出总线结构模型，进行电网现场作业的稳定性控制和远程集成控制设计，提高电网现场作业智能可穿戴移动终端的智能性。文献[3]中提出基于离散控制的电网现场作业智能可穿戴移动终端设计方法，采用逻辑ADSP-BF537 作为核心处理器，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的指令读写，实现电网现场作业智能可穿戴移动终端设计，但该系统的稳定性不好。文献[4]中提出可编程逻辑控制的电网现场作业智能可穿戴移动终端设计方法，通过FPGA 嵌入式控制，实现电网现场作业智能可穿戴移动终端设计，但该方法设计的电网现场作业智能可穿戴移动终端设计稳定性不好，抗干扰能力不强[5]。

针对上述问题，本文提出基于AR技术的电网现场作业智能可穿戴移动终端设计方法，展示了本文方法在提高电网现场作业智能移动终端稳定性方面的优越性能。

2 电网现场作业智能穿戴移动终端总体设计

2.1 总体构架分析和开发环境描述

本文设计的电网现场作业智能可穿戴移动终端主要包括硬件设计和软件设计两大部分，结合视觉图像分析方法，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的视景重构，结合虚拟现实重建方法[6]，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端设备分析，通过模糊度特征分析方法，进行电网现场作业智能设备检测和AR视景重构，设计可穿戴移动终端的人机交互接口，通过人机交互控制，采用DSP和逻辑PLC进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的总线模块设计[7]。采用ISA/EISA/Micro Channel 扩充总线进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的指令加载，构建电网现场作业智能可穿戴移动终端的总体结构如图1所示。

根据图1的总体设计构架分析，建立电网现场作业智能可穿戴移动终端系统的总体结构模型，采用AR技术进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的视觉信息处理，在控制信息处理模块中进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的逻辑控制和特征采样，对电网现场作业智能可穿戴移动终端的自动控制算法采用ZigBee网络结构模型[8]，通过上、下机位两部分进行联合控制。采用Multigen Creator3．2构建电网现场作业智能可穿戴移动终端的存储器系统(包括SDRAM、FLASH、NorFLASH 等)，实现对控制指令加载和虚拟现实增强控制，得到系统的开发环境结构如图2所示。

图1 电网现场作业智能可穿戴移动终端的总体结构

图2 电网现场作业智能移动终端的开发环境

2.2 电网现场作业智能穿戴移动终端的功能模块分析

在上述进行了移动终端的总体设计构架基础上，进行系统的功能模块分析，用Creator 的Terrain 菜单进行程序加载。采用中央处理器模块进行电网现场作业智能可穿戴移动终端系统的人机交互和视觉缓存控制，在模糊控制处理器中，通过交叉编译，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的程序加载。在集成程序处理器中，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的输出指令控制[9]，采用AR 技术进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的视觉信息处理，采用具有逻辑读写功能的低功耗EMC芯片作为电网现场作业智能可穿戴移动终端的嵌入式控制芯片，从EMC 单片机中进行程序引入，得到设备的功能结构模块构成如图3所示。

图3 系统的功能结构模块构成

3 电网现场作业智能可穿戴移动终端AR视觉重建

3.1 电网现场作业视景重建

采用AR 技术进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的视觉信息处理，结合视景重构技术进行电网现场作业的视景三维重建，采用分块特征匹配技术进行电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景重组[10]，得到电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景的灰度像素为：

其中，q 为边界参数，λ为视觉场景A 的范围为灰度像素均值。建立电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景重构模型，根据图像特征分布性进行AR 重建，得到可穿戴移动终端视觉信息重组的输出特征值，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景融合[11]，得到输出特征点为K(x0，y0)，以K(x0，y0)为中心，得到电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉特征分布为：

对电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景进行显著度特征分离，得到子空间分布集为：

其中，r0代表目标数据集中的初检测节点数量，r1代表目标数据集中的终止检测节点数量，i1代表目标的终止检测位置，i0代表目标的起始检测位置。通过穿戴移动终端视觉场景融合结果，采用AR 技术进行信息重构，生成一个Open Flight格式的文件，可得到高分辨的现场作业视景图像：

建立电网现场作业的视景融合模型，通过批处理模块(Batch)进行特征匹配，得到电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉重构的线性函数为：

电网现场作业智能可穿戴移动终端高分辨信息重构输出描述为一个虚拟视景三维重构模型，得到轮廓大小为M×N，根据上述分析，进行电网现场作业视景重建，根据重建结果进行终端设计。

3.2 电网现场作业智能可穿戴移动终端AR视景重构

通过可穿戴设备，实现移动终端的指令加载和远程控制，根据电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景进行特征分区处理，对提取的电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景信息采用卷积变换的方法进行特征定位，得到电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景RGB特征分解结果，采用高分辨率残差分解的方法，计算原图像的视觉场景模板匹配函数：

设J(x)t(x)为电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景特征分量的模糊度，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景RGB-D图像分离，得到电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景融合参量为：

式中，L为检测候选区域面积，L=1，2，…，R。建立电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉特征融合模型，将低分辨率图像进行三维重构，得到电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景重构相似度函数为：

通过电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景RGB分解，获得虚拟三维视景特征量，基于AR 技术得到电网现场作业智能可穿戴移动终端的视景重构结果为：

基于重叠块检测和模板匹配，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉重构，根据视景重构结果，进行移动终端输出控制。

4 硬件实现及实验测试

采用人机交互接口设计进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的输出接口数据和面向对象性设计，采用ISA/EISA 扩充总线技术进行总线调度，采用4 路联合Cache 进行电网现场作业智能可穿戴移动终端设计的中断复位，得到硬件模块如图4所示。

图4 硬件模块设计

电网现场作业的实验现场及终端设备的实物图如图5所示。

图5 实验场景

根据上述实验场景描述，进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的稳定性测试，得到不同的阈值参数下的稳定性分布直方图如图6所示。

图6 性能测试

分析上述仿真结果得知，采用本文方法进行电网现场作业智能可穿戴移动终端设计，系统的输出稳定性较好，测试电网现场作业的效率，得到结果见表1，分析表1得知，通过电网现场作业智能可穿戴移动终端控制，提高了电网现场作业的效率。

表1 执行效率测试

5 结束语

进行电网现场作业智能可穿戴移动终端检测，提高电网现场作业智能性，本文提出基于AR技术的电网现场作业智能可穿戴移动终端设计方法，设计可穿戴移动终端的人机交互接口，通过人机交互控制，采用DSP和逻辑PLC进行电网现场作业智能可穿戴移动终端的总线模块设计，建立电网现场作业智能可穿戴移动终端视觉场景图像分析模型，根据视景场景的特征分布性进行AR 重建，实现系统的硬件设计。分析得知，设计的电网现场作业智能可穿戴移动终端输出稳定性较好，提高了电网现场作业的执行效率。