王 輝 王 岳 王國輝 王維明 賀祥彪

石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督總站勝利監(jiān)督站 山東東營 257100

石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督總站勝利監(jiān)督站（以下簡稱勝利站）是石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督總站（監(jiān)測公司）派駐勝利油田從事工程質(zhì)量監(jiān)督、監(jiān)測，以及壓力管道監(jiān)檢和特種設(shè)備檢驗(yàn)的專業(yè)機(jī)構(gòu)。所負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)存在著服務(wù)企業(yè)多、工作地域廣的特點(diǎn)，現(xiàn)有職工30 人，目前的最大困難是人力資源不足及專業(yè)人員匹配不均衡。

1 現(xiàn)有遠(yuǎn)程監(jiān)督技術(shù)的不足

傳統(tǒng)?；鳂I(yè)一般通過視頻監(jiān)控和對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場和后方溝通交流等方式，這些裝備的應(yīng)用有效提升了施工效率，但依然存在如下問題：

（1）性能不夠智能化，無法保障信息傳輸質(zhì)量和實(shí)時(shí)性。指揮中心無法及時(shí)獲取清晰的實(shí)時(shí)現(xiàn)場視頻，不利于指揮人員的決策判斷；受現(xiàn)場環(huán)境噪音干擾，指揮員很難實(shí)現(xiàn)與前線作業(yè)人員的通暢溝通，無法保證有效指揮。

（2）靈活性機(jī)動(dòng)性不足，無法滿足復(fù)雜環(huán)境及遠(yuǎn)程指導(dǎo)要求。目前利用監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行作業(yè)監(jiān)控，存在圖像傳輸能力有局限、靈活程度不足等問題。由于現(xiàn)場環(huán)境極具復(fù)雜性，固定式攝像頭受安裝位置的限制，在需要提供特殊區(qū)域作業(yè)圖像信息時(shí)十分困難。

（3）攝像頭和對(duì)講機(jī)系統(tǒng)僅能夠提供音、視頻通訊服務(wù)，不具備遠(yuǎn)程資料傳輸能力，也不具備大數(shù)據(jù)及時(shí)處理能力。在緊急情況下，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和救援方案及時(shí)互通；密閉空間作業(yè)時(shí)，在線專家無法即時(shí)掌握密閉空間內(nèi)的情況。

2 AR技術(shù)與工程質(zhì)量監(jiān)督現(xiàn)場的關(guān)聯(lián)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，AR 產(chǎn)品普遍在向高清化、輕量化、長待時(shí)等方向發(fā)展。同時(shí)，工業(yè)場所的復(fù)雜性和變化性對(duì)軟件系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)，亟待提高AR 產(chǎn)品軟件與用戶工作現(xiàn)場需求的匹配度。通過探索AR 遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)在工程質(zhì)量監(jiān)督現(xiàn)場的研究及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)的質(zhì)監(jiān)人員與遠(yuǎn)程專家音、視頻雙向交互；針對(duì)復(fù)雜的質(zhì)量問題，進(jìn)行多個(gè)專業(yè)的專家同時(shí)在線，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程會(huì)診，提高問題解決的時(shí)效性；加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場監(jiān)督的管控，提高運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理水平，引導(dǎo)、教育、督促一線人員的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化操作，還可提高對(duì)復(fù)雜問題解決的時(shí)效性，減少差旅費(fèi)用。

3 AR遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)的研究

3.1 技術(shù)路線

（1）頭戴式設(shè)計(jì)：和現(xiàn)有各種防護(hù)眼鏡兼容，并具備頭部安全防護(hù)能力；

（2）單目式顯示屏：不影響一線監(jiān)督人員工作視線，方便實(shí)現(xiàn)左右眼自動(dòng)切換；

（3）基于硬件的語音識(shí)別系統(tǒng)：確保在無網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的環(huán)境中也能實(shí)現(xiàn)全語音控制，解放雙手；

（4）HD 攝像頭1600 萬像素：帶圖像穩(wěn)定系統(tǒng)，自動(dòng)對(duì)焦，保證視頻傳輸及錄制質(zhì)量，支持二維碼掃描識(shí)別；

（5）強(qiáng)抗噪技術(shù)：可在93dB（A）環(huán)境噪音下識(shí)別語音命令，保證一線監(jiān)督人員在嘈雜環(huán)境下仍能對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制；

（6）近場語音識(shí)別功能：僅接受佩戴者的語音指令；

（7）音質(zhì)清晰：采用91dB（A）高靈敏度揚(yáng)聲器與3.5mm 音頻接口，可外接降噪防爆耳機(jī)，最大程度保護(hù)佩戴者聽力并提供高清音頻，保證溝通順暢。

3.2 技術(shù)指標(biāo)

（1） 要求滿足Ex ib IIC T4 Gb, 通過Atex、IECEX、CSA 等防爆認(rèn)證，滿足石油石化現(xiàn)場環(huán)境作業(yè)安全要求；

（2）要求2m 防摔：通過2m 水泥地跌落測試，保證設(shè)備在意外掉落時(shí)仍可正常使用；

（3）防護(hù)等級(jí)IP66：保證在潮濕環(huán)境、大雨及粉塵環(huán)境中均可正常使用；

（4）顯示屏：分辨率不低于854×480，抗眩光，保證一線監(jiān)督人員在室外強(qiáng)光環(huán)境下仍能正常清晰觀看視窗內(nèi)容；

（5）操作系統(tǒng)：不低于安卓6.0 系統(tǒng)；

（6）CPU：不低于高通驍龍625 處理器、2GB/ 16GB內(nèi)存，并可通過MicroSD 擴(kuò)展存儲(chǔ)至64G 以上，以保證對(duì)現(xiàn)場大量視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求；

（7）無線連接：支持Wi- Fi、藍(lán)牙，滿足音、視頻實(shí)時(shí)傳輸要求；

（8）設(shè)備輕便：機(jī)體重量小于900g；

（9）導(dǎo)航追蹤：含GPS、陀螺儀和數(shù)字羅盤位置識(shí)別功能；

（10）電池：充電電池容量不低于3400mA，連續(xù)工作時(shí)間約8h。

3.3 技術(shù)關(guān)鍵

（1）建立AR 遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)雙向音視頻交流、語音操控（解放現(xiàn)場佩戴者的雙手），第一視角記錄現(xiàn)場情況，能用于易燃易爆等危險(xiǎn)場所等功能。

（2）通過設(shè)置服務(wù)器、電腦終端、AR 頭盔、專家通道建立完整的AR 遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)。研究并創(chuàng)建高效的雙向音視頻傳輸、文件傳輸能力和外部專家?guī)椭ǖ?。使指揮中心能夠以與一線監(jiān)督人員相同的視角感知現(xiàn)場事態(tài)，方便地獲取相關(guān)技術(shù)資料和專家意見。同時(shí)，指揮中心和遠(yuǎn)程專家可以方便地將資料、指令等信息即時(shí)傳送給一線監(jiān)督人員。

（3）建設(shè)方案：軟件系統(tǒng)除覆蓋服務(wù)器、各電腦終端、各AR 頭盔外，還應(yīng)設(shè)置不少于10 個(gè)專家通道；硬件系統(tǒng)包含勝利站設(shè)服務(wù)器及指揮中心終端1 套，配備AR遠(yuǎn)程交互設(shè)備（防爆型）。AR 遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 AR遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)示意圖

每個(gè)在油氣工程現(xiàn)場的質(zhì)監(jiān)人員配置有相應(yīng)的AR設(shè)備，使其能夠利用AR 設(shè)備完成自身的現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督任務(wù)。后臺(tái)終端可以為一個(gè)或多個(gè)。每個(gè)后臺(tái)指揮人員、專家人員配置相應(yīng)的后臺(tái)終端。其中，不同位置的AR 設(shè)備之間有通訊連接關(guān)系。系統(tǒng)服務(wù)器通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和/ 或外部網(wǎng)絡(luò)，能夠與后臺(tái)終端通訊連接。

利用AR 技術(shù)，各個(gè)監(jiān)督項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)的質(zhì)監(jiān)人員與遠(yuǎn)程專家的音視頻雙向交互。遠(yuǎn)程監(jiān)控施工質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)，輔助質(zhì)監(jiān)人員監(jiān)督檢查，遠(yuǎn)程發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。通過WiFi 或其他無線通訊網(wǎng)絡(luò)，AR 設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)視頻、語音、圖片實(shí)時(shí)分享，以第一視角方式分享現(xiàn)場影像和圖像?，F(xiàn)場異常情況可實(shí)時(shí)回傳至系統(tǒng)服務(wù)器，同時(shí)系統(tǒng)服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)向內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)及外部網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，使得后端人員在公司內(nèi)部及公司外部均可及時(shí)了解現(xiàn)場全面信息，并做出相應(yīng)的處理指導(dǎo)。

頭戴式AR 設(shè)備可以對(duì)當(dāng)前顯示的現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督視頻進(jìn)行操作，操作指令包含放大或縮小、對(duì)焦、打開或關(guān)閉閃光燈、切換攝像頭等。頭戴式AR 設(shè)備具有定位功能，通過不同位置的AR 設(shè)備之間的相互通訊，以及現(xiàn)場AR設(shè)備與后臺(tái)終端之間的通訊，可實(shí)時(shí)獲取一線人員的地理信息，了解對(duì)方的位置。頭戴式AR 設(shè)備還具有錄像功能，可錄制整個(gè)質(zhì)量監(jiān)督過程的屏幕及聲音。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和帶寬狀況，頭戴式AR 設(shè)備可選擇支持CIF、VGA、720P和1080P 視頻清晰度。在現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)差或者無網(wǎng)絡(luò)的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)離線自動(dòng)存儲(chǔ)，在線斷點(diǎn)續(xù)傳功能，以保證所有數(shù)據(jù)的完整性。

另外，后臺(tái)終端采用PC 設(shè)備或移動(dòng)終端設(shè)備。后臺(tái)終端還支持有限網(wǎng)絡(luò)、WiFi 無限網(wǎng)絡(luò)和5G 熱點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)或多個(gè)后臺(tái)終端能夠與現(xiàn)場一個(gè)或多個(gè)AR 設(shè)備構(gòu)造為局部通訊鏈路。AR 設(shè)備支持1（1 個(gè)AR 設(shè)備）對(duì)1（1 個(gè)后臺(tái)終端）或最多1（1 個(gè)AR 設(shè)備）對(duì)N（N 個(gè)后臺(tái)終端）的多人多視角實(shí)時(shí)連線。也就是說，質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)能夠通過形成臨時(shí)性的局部通訊鏈路來組建臨時(shí)群組，進(jìn)行專項(xiàng)任務(wù)。后臺(tái)終端為PC 端時(shí)，能夠顯示全部視頻；后臺(tái)終端為移動(dòng)端時(shí)，使用分頁顯示方式，每頁最多4人（包括AR 設(shè)備和其他后臺(tái)終端），且可以隨時(shí)切換顯示另外4 人。

具有最高權(quán)限人員身份的后臺(tái)終端可以暫?，F(xiàn)場人員視頻畫面來進(jìn)行圖像標(biāo)識(shí)。圖像標(biāo)識(shí)時(shí)，位于同一局部通訊鏈路中的所有與會(huì)者可以實(shí)時(shí)觀看，同時(shí)可以進(jìn)行語音交流。標(biāo)識(shí)完成后，最終圖片會(huì)發(fā)送給群內(nèi)所有與會(huì)人員。這些圖片保存在所有參與者的本地存儲(chǔ)器，參與者會(huì)后可以通過消息記錄查看這些圖片。還可實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前顯示的視頻抓屏并做標(biāo)記。

在所形成的局部通訊鏈路網(wǎng)絡(luò)中，后臺(tái)終端能夠向現(xiàn)場一個(gè)或多個(gè)AR 設(shè)備發(fā)送圖形化指令、和/ 或圖片、和/或文檔、和/ 或流程圖和和/ 或文字。具體地，在視頻過程中，后端指揮人員可以利用AR 實(shí)時(shí)智能標(biāo)注的方式，通過后臺(tái)終端向前端人員（AR 設(shè)備）發(fā)送圖形化指令，提高指令傳達(dá)效率；可以選擇發(fā)送給群的所有人作為本地存檔，參與者也可以隨時(shí)調(diào)取本地存儲(chǔ)的這些圖片進(jìn)行查看；也可發(fā)送文檔或流程圖給所有參與者，參與者可以隨時(shí)打開文檔進(jìn)行學(xué)習(xí)或講解；還可發(fā)送文字消息給所有參與者。

4 前景分析及效益

4.1 技術(shù)路線

AR 遠(yuǎn)程交互設(shè)備為可穿戴式設(shè)備，全部操作依靠語音完成，具備高效的雙向音視頻傳輸、文件傳輸能力和外部專家?guī)椭ǖ馈Ｔ诒ＷC一線監(jiān)督人員安全及工作效率的前提下，使得指揮中心能夠方便地將資料、指令等信息即時(shí)傳送給現(xiàn)場人員，滿足現(xiàn)場監(jiān)督的需要，進(jìn)一步提升工程質(zhì)量監(jiān)督總站形象及科技水平，具有較好的推廣前景。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過AR 遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)，監(jiān)督工程師（專家）無需到現(xiàn)場，可通過遠(yuǎn)程視頻同時(shí)監(jiān)督2～3 個(gè)點(diǎn)位，效率提升至少一倍。目前，勝利站配置了2 套AR 設(shè)備，以每個(gè)監(jiān)督工程師（專家）的人工成本1 萬元/ 月計(jì)，監(jiān)督遠(yuǎn)程探查支持設(shè)備的增值效益測算為24 萬元/ a。

5 結(jié)語

AR 遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)系統(tǒng)建設(shè)可以加強(qiáng)勝利站對(duì)現(xiàn)場監(jiān)督的管控，提高運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理水平，引導(dǎo)、教育、督促一線人員的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化操作。該系統(tǒng)的建成使用可顯著降低勝利站對(duì)一線監(jiān)督人員的技術(shù)能力依賴，節(jié)省大量的人工成本。同時(shí)，AR 遠(yuǎn)程交互系統(tǒng)系統(tǒng)可以滿足勝利站大數(shù)據(jù)采集的需要，為日后的取證、分析、研判提供第一手資料。提高運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理水平，引導(dǎo)、教育、督促一線人員的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化操作。