劉麗麗

摘? 要：相較于二維平面空間畫面，三維空間模型具有更直觀的表現(xiàn)力。文章提出一種基于AR技術(shù)的遠(yuǎn)控運(yùn)維技術(shù)，通過將變電站站內(nèi)環(huán)境在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中呈現(xiàn)出來，讓遠(yuǎn)程運(yùn)維人員達(dá)到一種“身臨其境”的感覺。通過該技術(shù)，將三維虛擬現(xiàn)實(shí)和遠(yuǎn)程運(yùn)維控制結(jié)合起來，縮短空間距離，形成一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)交互的“運(yùn)維村”。

關(guān)鍵詞：AR技術(shù);遠(yuǎn)控;運(yùn)維

中圖分類號：TP391.9? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）30-0155-02

Abstract： The three-dimensional model has a more intuitive expression than a two-dimensional planar space picture. This paper proposes a remote control operation and maintenance technology based on AR technology. By presenting the environment inside the substation station in the virtual reality space， the remote operation and maintenance personnel can "achieve an immersive" feeling. Through this technology， 3D virtual reality and remote operation and maintenance control are combined to shorten the space distance and form a "operation and maintenance village" of virtual reality interaction.

Keywords： AR technology; remote control; operation and maintenance

引言

AR（Augmented Reality）同VR（Vitual Reality）都具有明顯的虛擬性特征，主要區(qū)別在于，AR基于現(xiàn)實(shí)而產(chǎn)生虛擬影像，而VR卻要求產(chǎn)生一個(gè)完全虛擬的世界[1]。基于AR技術(shù)生成各個(gè)變電站的三維視圖，便于運(yùn)維人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場情況。

遠(yuǎn)動是應(yīng)用通信技術(shù)對遠(yuǎn)方的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測量、遠(yuǎn)程信號、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)等各種功能。南平地區(qū)變電站分布稀疏，考慮到各個(gè)變電站中通信設(shè)備的特點(diǎn)以及成本預(yù)算，如果可以對狀態(tài)量遠(yuǎn)程監(jiān)控并且可實(shí)現(xiàn)簡單控制，可減輕運(yùn)維人員一定的負(fù)擔(dān)。

1 AR技術(shù)

AR是通過3D建模模擬現(xiàn)實(shí)世界，其目標(biāo)是采用如光電顯示技術(shù)、可視化和交互技術(shù)等[2]技術(shù)，產(chǎn)生用戶所需的虛擬對象，該對象不一定存在于現(xiàn)實(shí)中。另外，還可以通過注冊技術(shù)將虛擬對象與現(xiàn)實(shí)環(huán)境無縫結(jié)合，讓用戶在真實(shí)和虛擬之間進(jìn)行交互。

1.1 AR技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

1.1.1 三維注冊

三維注冊在AR技術(shù)中的應(yīng)用主要包含以下兩個(gè)方面[3]：

（1）攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)：通過將現(xiàn)實(shí)世界中各個(gè)物體的位置進(jìn)行多維數(shù)據(jù)化，以確認(rèn)其在待注冊場景中的位置。

（2）跟蹤注冊技術(shù)：目的在于還原真實(shí)場景中物體移動所產(chǎn)生的位置信息變化。這種虛擬位置信息的變化主要通過跟蹤攝像頭中對象的位置、移動速度以及狀態(tài)等方法實(shí)現(xiàn)。

1.1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)融合顯示

虛擬現(xiàn)實(shí)融合可理解為通過模擬人眼的視差效應(yīng)將虛擬信息和現(xiàn)實(shí)信息相疊加并顯示在屏幕上，主要采用圖像融合技術(shù)?，F(xiàn)實(shí)對象的位置和角度信息可通過機(jī)器視覺獲得，虛擬對象的信息需要通過特定目標(biāo)的三維數(shù)據(jù)計(jì)算得出。

1.1.3 人機(jī)交互

在虛擬現(xiàn)實(shí)融合的新環(huán)境中，打造“沉浸感”，讓用戶實(shí)現(xiàn)信息交互。

1.2 基于Unity3D平臺的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

Unity3D可讓用戶輕松的創(chuàng)建建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動畫等，是一個(gè)綜合的、層級式的3D開發(fā)環(huán)境[3]。這三維空間環(huán)境需要攝像機(jī)作為窗口展現(xiàn)，用戶也是通過攝像機(jī)這個(gè)窗口才能實(shí)現(xiàn)沉浸式、真實(shí)感的人機(jī)交互。

2 遠(yuǎn)程控制技術(shù)

2.1 遠(yuǎn)程控制技術(shù)的概念

遠(yuǎn)程控制是管理人員采用合適的信號對遠(yuǎn)端對象設(shè)備進(jìn)行控制操作，該對象可以是電網(wǎng)、流域水電站等物理系統(tǒng)。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括兩個(gè)方面：基于無線電的遠(yuǎn)程控制;基于有線的遠(yuǎn)程控制，比如公用電話、專用線路等。

遠(yuǎn)程控制需要實(shí)時(shí)監(jiān)控才能有效觸發(fā)控制信息，遠(yuǎn)程監(jiān)控分為三類[4]：（1）對目標(biāo)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控：對目標(biāo)計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)或者遠(yuǎn)程桌面控制等，進(jìn)而達(dá)到監(jiān)控效果;（2）對現(xiàn)場狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控：被動的監(jiān)視系統(tǒng)，采用攝像頭云臺。多用于酒店、銀行等系統(tǒng)監(jiān)控方面;（3）對作業(yè)現(xiàn)場有效數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控：主動監(jiān)視系統(tǒng)，多用于電力、機(jī)械生產(chǎn)等方面。

2.2 遠(yuǎn)程控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電力調(diào)度系統(tǒng)中，“四遙”功能是極其重要的遠(yuǎn)程控制技術(shù)[5]，即遙測、遙信、遙控、遙調(diào)。

（1）遙測：遙測值可以是變電站內(nèi)的交流電流、電壓功率、頻率等電氣運(yùn)行信息。整站的遙測量采集可通過掃描周期采集，生成運(yùn)行報(bào)表;也可通過對遙測量設(shè)定閾值，如果兩次測量值相差大于閾值，則更新運(yùn)行報(bào)表。

（2）遙信：遙信是針對狀態(tài)量的傳送，開關(guān)狀態(tài)、刀閘狀態(tài)、一次設(shè)備告警信號等。其采集是通過光耦二極管實(shí)現(xiàn)光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息上傳至監(jiān)控后臺。

（3）遙控：主控端發(fā)布命令，實(shí)現(xiàn)對被控端合上或斷開某個(gè)開關(guān)或刀閘等操控。

（4）遙調(diào)：遙調(diào)是監(jiān)控后臺需要測控裝置發(fā)布變壓器分接頭調(diào)節(jié)命令。一般來說，遙調(diào)對可靠性的要求程度不如遙控。

2.3 遠(yuǎn)程控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

目前，遠(yuǎn)程控制普遍采用客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)模型，監(jiān)控方為客戶端，被監(jiān)控的物理系統(tǒng)所集成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為服務(wù)器模式，現(xiàn)場的監(jiān)控采用攝像機(jī)，控制命令通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳送。服務(wù)器程序安放在被控制的計(jì)算機(jī)端，客戶機(jī)程序安裝在控制端[6]。

3 基于AR技術(shù)的遠(yuǎn)控運(yùn)維

遠(yuǎn)控運(yùn)維可采用就地或遠(yuǎn)地控制，功能模塊圖如圖1所示。

現(xiàn)有遠(yuǎn)控運(yùn)維技術(shù)，其核心技術(shù)偏向于“四遙”，通過云攝像頭采集現(xiàn)場視頻信息，傳遞給運(yùn)維人員后，由運(yùn)維人員根據(jù)現(xiàn)場視頻信息進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)維。整個(gè)遠(yuǎn)控運(yùn)維技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：

（1）視頻信息作為二維畫面，無法切實(shí)反映現(xiàn)場狀況。

（2）視頻的清晰度、畫面涵蓋的內(nèi)容有限，需要結(jié)合其他遙測、遙信信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，效率低。

（3）操作方式不夠直觀。

通過引進(jìn)AR技術(shù)，將南平地區(qū)各個(gè)變電站真實(shí)環(huán)境進(jìn)行測量，并通過視頻采集現(xiàn)場狀態(tài)數(shù)據(jù)，生成現(xiàn)實(shí)場景各個(gè)物體的虛擬位置。并且，通過視頻監(jiān)控信號，監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境的變化量，將變化量實(shí)時(shí)傳遞到AR場景中，促使其產(chǎn)生與現(xiàn)場相應(yīng)的變化，從而達(dá)到構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)目標(biāo)。

與此同時(shí)，通過遠(yuǎn)程技術(shù)獲取的各類電氣運(yùn)行信息及各類開關(guān)信號等數(shù)據(jù)，也可通過AR技術(shù)實(shí)時(shí)顯示在虛擬場景中。并可按照預(yù)先設(shè)置的程序，對場景中發(fā)生的重要事件進(jìn)行視覺銳化提醒，如：連續(xù)多測測量值超閾值、現(xiàn)場用電等。甚至在虛擬場景中，可以極方便的調(diào)用各設(shè)備的故障記錄、運(yùn)行報(bào)表等，無需在操作臺上進(jìn)行重復(fù)比對，加強(qiáng)了作業(yè)效率。

AR的實(shí)現(xiàn)基于Unity3D平臺，通過搭建好的虛擬空間作為遠(yuǎn)程運(yùn)維技術(shù)的平臺。其核心問題是如何在虛擬場景中操作現(xiàn)實(shí)環(huán)境，達(dá)到遠(yuǎn)程運(yùn)維的目的?，F(xiàn)有的人機(jī)交互技術(shù)，則為我們提供了一個(gè)行之有效的辦法。人機(jī)交互技術(shù)強(qiáng)調(diào)用戶在真實(shí)與虛擬環(huán)境中獲得信息交互。例如設(shè)置工作臺，通過在工作臺上進(jìn)行操作，將信號傳遞到遠(yuǎn)程控制端，達(dá)到在虛擬場景中輸出控制信號的目的。

4 結(jié)束語

目前，電力通信系統(tǒng)中已鋪設(shè)專用光纜，具有較成熟的規(guī)模，有效地實(shí)現(xiàn)有線遠(yuǎn)程信號傳輸。隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的逐步實(shí)現(xiàn)，其將對內(nèi)實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)一個(gè)源、電網(wǎng)一張圖、業(yè)務(wù)一條線”，對外廣泛連接內(nèi)外網(wǎng)、上下游資源和需求，進(jìn)一步結(jié)合AR技術(shù)的推廣應(yīng)用，變電站真實(shí)環(huán)境建模將更加細(xì)具化、易操控，也能提高不同變電站之間緊密性，極大地縮短故障運(yùn)維成本及時(shí)間，具有廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

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