山東黃金集團(tuán)建設(shè)工程有限公司 李 龍

1 引言

研究基于混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種電氣試驗(yàn)智能交互系統(tǒng)，旨在提高電氣試驗(yàn)的效率和安全性。該系統(tǒng)利用MR 技術(shù)將虛擬模型與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣試驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和交互式指導(dǎo)。通過(guò)用戶(hù)試驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)的使用體驗(yàn)和效果得到了肯定。

2 電氣試驗(yàn)現(xiàn)狀

2.1 現(xiàn)狀

電氣試驗(yàn)是電氣工程領(lǐng)域中非常重要的一環(huán)，其主要目的是評(píng)估電氣設(shè)備的性能和安全性。目前，電氣試驗(yàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力、電氣、交通、通信以及航空等領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，電氣試驗(yàn)通常包括高壓、大電流等特殊條件下的試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程需要考慮安全、準(zhǔn)確、穩(wěn)定等多方面的因素。

2.2 不足

效率低：傳統(tǒng)的電氣試驗(yàn)通常需要大量的人力和時(shí)間來(lái)完成，效率較低，不利于快速開(kāi)展試驗(yàn)工作。部分設(shè)備老化和缺乏維護(hù)，電氣試驗(yàn)設(shè)備通常需要長(zhǎng)期運(yùn)行，導(dǎo)致設(shè)備老化和故障率增加，需要進(jìn)行定期的維護(hù)和保養(yǎng)，否則會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。主要表現(xiàn)在試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理不規(guī)范，電氣試驗(yàn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量龐大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理不規(guī)范，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失和不完整，難以進(jìn)行分析和利用[1]。

成本高：傳統(tǒng)的電氣試驗(yàn)需要大量的設(shè)備和耗材，試驗(yàn)成本較高，影響了試驗(yàn)的廣泛應(yīng)用和推廣。試驗(yàn)過(guò)程中缺乏智能化交互和管理，表現(xiàn)在傳統(tǒng)的電氣試驗(yàn)通常需要人工操作，人工記錄數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，導(dǎo)致效率不足、容易出錯(cuò)。缺乏智能化的交互和管理系統(tǒng)，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，出現(xiàn)損失和浪費(fèi)。

操作難：試驗(yàn)設(shè)備精度不高，電氣試驗(yàn)設(shè)備的精度直接影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，如果設(shè)備精度不高，會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的誤差和不確定性。電氣試驗(yàn)通常需要使用復(fù)雜的儀器和設(shè)備，需要試驗(yàn)人員具備較高的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，不利于一般用戶(hù)的操作和使用。電氣試驗(yàn)涉及高電壓、高電流等危險(xiǎn)因素，試驗(yàn)人員的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，需要具備高度的安全意識(shí)和操作技能。

缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)流程和指導(dǎo)：電氣試驗(yàn)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)流程和指導(dǎo)，導(dǎo)致操作難度大，容易出現(xiàn)操作失誤和試驗(yàn)失敗的情況。因此，為了提高電氣試驗(yàn)的效率和安全性，降低試驗(yàn)成本，并提高試驗(yàn)的可操作性和易用性，需要開(kāi)發(fā)一種新型的智能化電氣試驗(yàn)系統(tǒng)。

2.3 技術(shù)路線(xiàn)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象的特點(diǎn)和試驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。試驗(yàn)方案包括試驗(yàn)的目的、內(nèi)容、要求、步驟、參數(shù)等。

試驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)備：根據(jù)試驗(yàn)方案需要，準(zhǔn)備各種試驗(yàn)設(shè)備，包括高壓電源、電纜、變壓器、繼電器、測(cè)試儀器等。

試驗(yàn)前檢查：對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行檢查，確保其正常工作。同時(shí)檢查試驗(yàn)環(huán)境，如溫度、濕度、空氣質(zhì)量等。

試驗(yàn)操作：按照試驗(yàn)方案的要求，進(jìn)行試驗(yàn)操作。操作包括設(shè)備接線(xiàn)、開(kāi)關(guān)控制、數(shù)據(jù)采集等。

數(shù)據(jù)處理和分析：對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)清洗、濾波、歸一化等，數(shù)據(jù)分析可以采用圖表、統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法。

結(jié)論和報(bào)告：根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，得出結(jié)論并撰寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告。試驗(yàn)報(bào)告包括試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)結(jié)果、結(jié)論、建議等。

3 MR 技術(shù)在電氣試驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用

MR 技術(shù)在電氣試驗(yàn)領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用，可以大大提高試驗(yàn)效率和精度，降低試驗(yàn)成本[2]。具體的應(yīng)用場(chǎng)景如下。

設(shè)備識(shí)別和標(biāo)注：使用MR 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)識(shí)別和標(biāo)注，避免人工標(biāo)注的誤差和漏標(biāo)問(wèn)題。

檢修指導(dǎo)：使用MR 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢修指導(dǎo)，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以清晰地展示設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作方法，幫助技術(shù)人員快速準(zhǔn)確地完成設(shè)備維護(hù)和檢修。

試驗(yàn)過(guò)程監(jiān)測(cè)：使用MR 技術(shù)可以對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)和結(jié)果，幫助工程師及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和調(diào)整試驗(yàn)參數(shù)。

仿真試驗(yàn)：使用MR 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的虛擬仿真試驗(yàn)，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以準(zhǔn)確地還原設(shè)備的工作狀態(tài)和環(huán)境，幫助工程師快速完成試驗(yàn)流程，同時(shí)可以避免試驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題。

4 電氣試驗(yàn)智能交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

4.1 系統(tǒng)需求分析和設(shè)計(jì)目標(biāo)

系統(tǒng)需求分析：提高電氣試驗(yàn)的效率和準(zhǔn)確度；實(shí)現(xiàn)智能化交互和數(shù)據(jù)管理；管理和維護(hù)試驗(yàn)設(shè)備；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢修指導(dǎo)設(shè)備狀態(tài)，減少操作誤差和提高維護(hù)效率；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，方便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和調(diào)整試驗(yàn)參數(shù)；實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)流程的智能化管理，方便工程師進(jìn)行操作。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)智能化的電氣試驗(yàn)交互系統(tǒng)，能夠自動(dòng)識(shí)別試驗(yàn)設(shè)備，并為每個(gè)設(shè)備提供標(biāo)注和管理功能；設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢修指導(dǎo)系統(tǒng)，能夠?yàn)楣こ處熖峁?zhǔn)確的檢修指導(dǎo)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)；設(shè)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)，能夠?qū)υ囼?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并自動(dòng)識(shí)別異常情況；設(shè)計(jì)試驗(yàn)流程的智能化管理系統(tǒng)，能夠自動(dòng)識(shí)別試驗(yàn)流程，并為工程師提供自動(dòng)化操作指導(dǎo)；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，能夠自動(dòng)存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并為工程師提供數(shù)據(jù)查詢(xún)和下載功能；設(shè)計(jì)安全和可靠的系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

4.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)和模塊劃分

電氣試驗(yàn)智能交互系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。

圖2 電氣試驗(yàn)智能交互系統(tǒng)構(gòu)架

4.2.1 架構(gòu)劃分

數(shù)據(jù)采集模塊：負(fù)責(zé)采集電氣試驗(yàn)中的各種信號(hào)，如電壓、電流、功率等參數(shù)，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中進(jìn)行處理。

數(shù)據(jù)處理模塊：對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、存儲(chǔ)和可視化，以便用戶(hù)能夠方便地了解試驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)參數(shù)的變化趨勢(shì)和變化規(guī)律。

控制模塊：通過(guò)對(duì)電氣試驗(yàn)系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)參數(shù)的調(diào)整和控制。同時(shí)，該模塊還可以進(jìn)行故障檢測(cè)和故障診斷。

人機(jī)交互模塊：負(fù)責(zé)用戶(hù)與系統(tǒng)的交互，提供可視化界面，實(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)便和用戶(hù)友好。

數(shù)據(jù)共享和管理模塊：該模塊用于存儲(chǔ)和管理電氣試驗(yàn)系統(tǒng)中所涉及的各種數(shù)據(jù)，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)協(xié)同。

4.2.2 模塊劃分

采集模塊：主要包括數(shù)據(jù)采集設(shè)備、傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等。

數(shù)據(jù)處理模塊：主要包括數(shù)據(jù)處理算法、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)據(jù)可視化界面等。

控制模塊：主要包括控制器、執(zhí)行器、故障檢測(cè)和診斷模塊等。

人機(jī)交互模塊：主要包括用戶(hù)界面設(shè)計(jì)、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等。

數(shù)據(jù)共享和管理模塊：主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)處理平臺(tái)等。

4.3 交互方式和技術(shù)實(shí)現(xiàn)

交互方式的設(shè)計(jì)：可以考慮使用基于語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別、面部表情識(shí)別等技術(shù)的交互方式，以及基于可穿戴設(shè)備、VR、AR等技術(shù)的交互方式等，可以結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和用戶(hù)需求進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)的選擇：可以考慮使用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化和自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)可以結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，以便為用戶(hù)提供更加準(zhǔn)確、快速、便捷的服務(wù)。

交互系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框架：可以考慮使用客戶(hù)端—服務(wù)器模式或者瀏覽器—服務(wù)器模式等架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，以及采用基于Web 的前端技術(shù)和服務(wù)器端技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的交互功能，同時(shí)可以使用多種開(kāi)發(fā)框架和語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)：可以根據(jù)用戶(hù)習(xí)慣和界面美學(xué)來(lái)設(shè)計(jì)用戶(hù)界面，同時(shí)可以使用UI 框架和控件來(lái)提高用戶(hù)體驗(yàn)和交互效率，例如響應(yīng)式設(shè)計(jì)、動(dòng)畫(huà)效果等。

交互流程的優(yōu)化：可以使用交互設(shè)計(jì)的方法和工具來(lái)優(yōu)化交互流程，例如用戶(hù)故事、場(chǎng)景設(shè)計(jì)、原型設(shè)計(jì)等，以提高系統(tǒng)的易用性和用戶(hù)滿(mǎn)意度[3]。

4.4 數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)

在系統(tǒng)中設(shè)置傳感器、監(jiān)測(cè)儀器等設(shè)備，對(duì)電氣試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，包括電壓、電流、功率、溫度、濕度等參數(shù)；在采集到的數(shù)據(jù)中，可能存在異常值、噪聲等問(wèn)題，需要進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的方法包括平滑、濾波、去噪、數(shù)據(jù)清洗等，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性；根據(jù)電氣試驗(yàn)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和需求，選擇合適的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以采用本地存儲(chǔ)和云端存儲(chǔ)相結(jié)合的方式。本地存儲(chǔ)可以使用固態(tài)硬盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備，將實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地；云端存儲(chǔ)可以利用云計(jì)算技術(shù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，并進(jìn)行備份和管理；對(duì)存儲(chǔ)在本地和云端的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，以獲取更多的有用信息。數(shù)據(jù)分析和挖掘可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、聚類(lèi)、預(yù)測(cè)等處理；將處理和分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，以便用戶(hù)更直觀(guān)地了解數(shù)據(jù)分析結(jié)果。可視化處理可以采用圖表、統(tǒng)計(jì)分析等方式，以便用戶(hù)更好地理解數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

5 電氣試驗(yàn)智能交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐

5.1 數(shù)據(jù)采集

該層次包括電氣試驗(yàn)過(guò)程中所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)信息，如電流、電壓、溫度、濕度等，這些數(shù)據(jù)需要通過(guò)采集設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，電力系統(tǒng)中的電壓和電流信號(hào)可以通過(guò)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)傳輸?shù)街螌舆M(jìn)行處理和存儲(chǔ)。

5.2 支撐處理

該層次主要是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，提供數(shù)據(jù)處理、管理、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)功能，以支持后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用。例如，支撐層可以對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、校準(zhǔn)、歸一化等處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備后續(xù)的分析和應(yīng)用。

5.3 用戶(hù)需求

該層次主要是為用戶(hù)提供友好的交互界面和操作方式，讓用戶(hù)能夠方便地使用和管理系統(tǒng)。例如，用戶(hù)層可以通過(guò)圖形化界面顯示采集到的數(shù)據(jù)信息，提供實(shí)時(shí)監(jiān)控和警報(bào)功能，同時(shí)也可以提供數(shù)據(jù)分析和報(bào)表生成功能等。

5.4 數(shù)據(jù)應(yīng)用

該層次主要是為電氣試驗(yàn)中的實(shí)際應(yīng)用提供支持，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用算法等手段，為用戶(hù)提供精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)和控制。例如，應(yīng)用層可以基于采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)測(cè)，提供異常檢測(cè)和故障診斷等功能，同時(shí)也可以支持自動(dòng)化控制和優(yōu)化決策等應(yīng)用場(chǎng)景。

6 結(jié)語(yǔ)

基于MR 技術(shù)的電氣試驗(yàn)智能交互系統(tǒng)在電氣試驗(yàn)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。該系統(tǒng)利用MR 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)景的三維重構(gòu)和真實(shí)感呈現(xiàn)，以及對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理。通過(guò)智能交互方式，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與場(chǎng)景相結(jié)合，為用戶(hù)提供了更加直觀(guān)、生動(dòng)的體驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析手段。