摘要：AR技术是虚拟现实技术的重要组成部分，其通过各个子系统将真实环境和虚拟环境合成。“扩增实境”又称为增强现实：就是将真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到同一个画面或空间，可以令使用者充分感知和操控虚拟的立体图像。要实现扩增实境，需电脑、电脑摄像镜头及识别标记，就能在二维的电脑荧光屏上展现三维动画。摄像镜头认出识别标记后，在电脑上运算预定程序，在摄像头所展示出的图像上添加三维画面。本文主要介绍了AR系统的结构组成、AR技术在变电站运维中的应用以及AR设备动态运维技术的研究内容。
关键词：AR技术；变电动态运维；关键技术；应用
前言：
互联网、多媒体、人工智能等技术的快速发展，促进了扩增实境（AR）技术的应用，有效覆盖了教育科研、装配制造、航天精工、娱乐游戏等领域，提高了人类社会的信息化、智能化和共享化。目前变电站设备运维工作流程复杂、维修任务紧迫、影响范围广，传统的变电站设备运维系统已无法满足实际需求。为了解决这个问题，利用AR技术开发了一个变电动态运维系统。该系统利用采集完整的变电设备监测数据，完整记录和准确分析变电设备运行状态，能够使变电设备运维人员快速掌握设备状况，进一步提高变电设备故障定位能力，提高现场信息交流的通畅性。
一、AR系统总体结构
AR系统的总体结构图主要由场景采集系统、跟踪注册系统、虚拟场景发生器、虚实合成系统、显示系统以及人机交互界面等多个子系统构成。这些子系统的功能各不相同，一般情况下，外界环境的信息通过场景采集系统来得到，且信息真实可靠，例如外界环境中的声音、视频以及图像等；跟踪注册系统主要是用来观察观察者的视线以及各个方位所发生情况的，以便及时做出调整，避免其他子系统受到影响；虚拟场景发生器主要功能是将采集到的真实场景表现出来，形成虚拟的声音、视频；通过虚拟合成系统将零散的虚拟图像合成为整体，与真实场景相互对比进行合成。
二、变电动态运维系统分析
基于AR的变电动态运维系统基于大数据、高可靠和高效率等原则进行设计与开发，可以满足变电设备动态的运维、AR现场监测、远程指导等实际需求，同时保留可扩展接口，将系统划分为四个层次，分别为信息采集层、通信集成层、服务与管理层和高级应用层。
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。
服务和管理层能够完成指挥中心后台服务器的交互传输，管理后台资源，分别是AR信息管理、故障归档管理、现场视频库管理、设备模型管理、备品备件管理、作业工单管理、人员管理。故障归档管理可以将设备故障存储到数据库，同时可以按照不同的类别记录故障，比如人为故障、自然故障等，实现故障的分类存储和管理。设备模型管理可以针对变电设备3D模型进行管理，模型包括变电器的每一个组件，可以经过渲染集成到多媒体AR显示器上，模拟每一个变电设备的构成。现场视频库管理可针对录制的设备进行存储，可以按照日期、设备名称、视频大小进行分类管理。备品备件管理可以将变电设备维护的每一个组成部件维护整合和拆解，然后将实物保存到仓库中，在系统中进行备注。人员管理可以根据系统用户的实际情况，添加人员名单、工作部门、工作年限等资料，针对人员的信息进行管理，实现人员的动态添加、修改、查询和删除。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
高级应用可以实现AR现场监测、变电设备动态运维、保护和故录故障诊断、远程指导、设备台账、备品备件、作业工单、人员指挥。高级应用可以部署于移动设备中，运维人员可以手持移动设备在现场录制视频，将现场设备信息发送给服务器，服务器人员可以通过在线监测等技术实现信息加工，快速的定位故障位置，准确的做出可执行的决策，比如维修或更换等，进一步提高AR技术的应用成效。
三、AR技术在变电动态运维系统中的应用设计
开展对输变电设备动态运维技术的研究，并根据变电站和供电局对变电设备运维角度的要求，提出多场景的输变电设备运维评估策略、标准和体系，以提高变电设备运维水平。
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。
结语：
本文主要介绍了AR技术的研究内容，阐述了变电设备动态运维的关键技术以及AR技术在变电动态运维中的应用。在实际应用中主要研究精确定位技术、视角跟踪技术研究、基于AR的变电站信息库以及实境图形分析算法研究等，通过研究这些技术将AR技术准确、高效应用于变电站的动态运维中。
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]王廷魁，顾星月，杨喆文等.增强现实（AR）技术在设备维护中的应用[J].工程研究-跨学科视野中的工程，2017，9（2）：173-180.
[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.
论文作者:邱健
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/3
标签：设备论文; 技术论文; 信息论文; 现场论文; 人员论文; 动态论文; 变电站论文; 《电力设备》2019年第3期论文;