基于增强现实的智能运维技术研究与应用

张建华

（万桥信息技术有限公司，甘肃 兰州 730000）

引言

随着我国社会经济发展水平不断提升，为确保高质量供电目标实现，电力行业不断提升电网覆盖率并完善电力设备运维管理体系。由于电力工业科学技术的快速发展，电力设备种类以及数量不断增加，其内部结构、外部实体以及逻辑关系复杂程度也随之大幅提升，运维人员工作负荷较大。传统运维管理系统在应用过程中对电子表格及二维图形依赖性较大，这就造成运维人员难以及时获取关键数据，同时受大量复杂的分层二维图形影响，增大了工作失误的几率。因此，电力行业技术人员开始将探索智能技术及运维技术相结合的路径作为自己的主要工作目标。

1 增强现实技术概述

增强现实技术是伴随现代信息技术发展出现的新型技术，该技术在实际应用过程中可以将工作所需的虚拟信息实时叠加于真实世界之中，利用计算机图像处理、三维建模等多学科技术对嗅觉信息、味觉信息等进行建模仿真，并叠加于相应载体之上，让人们利用感官感受真实世界。增强现实技术在实际应用过程中，在显示现实世界信息的同时，还可以实时地将虚拟信息显示于界面之中，通过虚拟以及显示信息之间的相互补充、叠加，切实提升虚实融合效果。现阶段，增强现实技术发展重点集中在视觉领域，通过利用专业化的增强现实应用，用户在实际应用过程中可以依托于各种型号与功能的显示器，将现实世界信息以及系统生成的数字虚拟信息，叠加展示在用户面前，虚实结合，丰富了用户对真实环境的认知。

2 基于增强现实的智能运维系统功能需求

2.1 系统功能简述

研究人员充分认识到基于增强现实技术的智能运维系统在变电站设备运维管理工作中的重要意义，并对适用于电力设备运维管理的系统功能进行设计。为满足运维管理工作实际需求，该系统主要包括数据管理、设备识别、设备信息全息展示、集成管理以及远程协助[1]等五个功能模块。在实际进行设备运维管理工作过程中，工作人员依托于增强现实以及识别技术，可以有效实现将现场作业所需信息实时传输至现场作业人员的显示终端。此外，在智能运维系统技术优势的支撑下，可以实现信息实时双向传输，同时支持现场作业人员与专家进行对话，获取相应的专业知识支援，实现对现场运维决策进行指导与帮助，有效提升运维工作效率。其具体功能如图1所示。

2.2 系统功能需求

2.2.1 数据管理功能模块

依据电力设备系统业务开展的需求，此功能模块应涵盖以下几方面内容：

1）设备台账管理。实现数据的导入、查询及修改，包括设备名称、电压等级、设备类型等。

2）运维记录管理模块。该模块在实际运行过程中主要对设备运维检修信息进行记录并开放查询渠道，主要内容包括日期、设备型号、故障特征等。

3）培训技术资料模块。该模块在运转过程中主要承担技术人员培训资料储存与查询功能，导入的数据主要涵盖设备信息、设备运行原理等。

4）运维终端管理模块。该模块在实际运行过程中主要承担终端设备ID数据导入、查询等功能。

5）用户管理模块。其主要功能为给用户提供登录系统的渠道以及用户注册、数据修改权限等方面。

2.2.2 设备识别功能模块

该模块主要依托于智能终端设备对二维码标签进行识别，以获取相应的设备类型以及相应关联信息。具体用例如表1所示。

表1 变电站设备识别用例规约

2.2.3 设备全新信息展示功能模块

运维工作人员在登录智能终端后利用设备对二维码标签进行识别，利用特征点检测、特征点匹配等算法对设备位置信息进行识别，并利用虚实融合显示算法将设备关联信息加载至屏幕设备，系统生成的虚拟信息标签会随设备的移动而移动，利用智能终端可对设备信息进行实时在线查看并增强显示[2]。

2.2.4 集成管理功能模块

集成管理功能模块对智能终端进行统一规划管理，在实际运行过程中，对终端设备的第一视角视频信息进行实时采集，并通过网络渠道将其传输至系统后台，为中心管理人员对多个现场进行集中管理提供有力的条件支持。以变电站运维现场为例，系统依托于Android终端对设备摄像头发布视频请求指令，摄像头在接受指令后开始将现场采集的第一视角视频图像文件实时传输到Android终端，Android终端再将接受的视频图像信息传输回中心，具体流程如图2所示。

2.2.5 设备智能运维协助功能模块

基于增强显示技术的设备智能运维协助功能模块，运维人员在实际工作中利用智能终端，通过图像、文字、语音等数据信息与现场操作场景的融合处理，依托于增强现实以及人工智能技术，可以明确电力设备故障的位置以及原因，同时为专家与现场工作人员提供畅通的沟通渠道，也为现场维修人员提供相应的决策引导以及专业知识支持。

3 基于增强显示技术的运维系统设计

3.1 总体框架设计

依据上文中功能分析结果，在实际进行系统框架设计时，依托于B/S架构，将系统设计划分为数据层、支撑层、应用层以及用户层四个层级，利用Spring+SpringMVC+MyBatis、MySQL作为框架及数据库，同时利用JSP落实页面交互功能，并依托于智能手机、增强现实眼镜等AR智能终端及后台服务功能模块，构建相应的硬件系统。该系统应具备移动端和服务端两大部分，移动端以及后台服务端分别采用AR智能终端与Linux64服务器构建智能终端和硬件载体。同时在实际进行AR智能终端及服务端功能模块时，应涵盖上文中的系统功能需求，实现构建基于增强现实技术的运维系统设计目标[3]。其总体框架设计具体如图3所示。

3.2 系统功能框架设计

依据上文分析，系统功能设计应具备五个功能模块。系统功能运行流程如下：

1）用户在利用智能端登录后，利用AR设备对二维码标签进行识别，并获取相应的信息。

2）系统在接收设备、运维需求信息后，利用增强现实模块对相关信息进行增强。

3）系统利用AR设备采集运维工作现场视频图像信息，并利用多屏同步播放功能，对多个运维现场情况进行展示。

4）AR设备终端以及后台方面设计由远程协助功能模块实现。

其中，运维信息全新显示功能模块关键支撑技术为设备图像跟踪技术，同时利用点检测以及匹配、姿态估计等三维注册算法落实设备图像跟踪以及信息增强显示目标。

视频采集单元在实际设计过程中，利用智能终端对真实环境进行视频采集工作，并运用适当的算法对视频信息进行降噪优化处理。

三维注册单元在实际设计过程中，需要利用AR设备配置的计算视频采集装置明确现实世界坐标，依托于视频对装置内部的参数进行采集，在此基础上计算运维工作开展虚拟信息在真实环境下的位置映射。

技术人员在实际开展虚实融合单元设计过程中应充分利用三维注册单元输出的结果，并将虚拟信息与现实环境视频图像进行充分融合，确保用户在不同视角情况下均可实现对现实世界中对应的虚拟信息进行查阅，此功能为虚实融合单元必须具备的重要功能。

技术人员在实际开展输出显示单元设计工作时，应将虚实融合后产生的信息直观地展示给用户，虚拟信息形式并不固定，可以使用文字或图片信息显示，也可以利用三维模型信息进行展示。

4 结语

在当前新时期背景下，增强显示技术在各领域得到了普遍认可并广泛应用。本文所研究的智能运维系统在实际发展过程中呈现出较强的应用价值，对推动运维管理效率具有重要意义。