智能眼鏡在電力行業(yè)的應(yīng)用分析

陳嘉鵬 趙桂梅 許仕偉 楊小娟 雷顯榮

智能眼鏡在電力行業(yè)的應(yīng)用分析

陳嘉鵬 趙桂梅 許仕偉 楊小娟 雷顯榮

國網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建 廈門 361000

智慧單兵系統(tǒng)在電力輸電線路巡視檢修、變電站巡視檢修、配電設(shè)備巡視檢修、信息機(jī)房巡視檢修等等眾多場(chǎng)合有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景和需求。此外在其他例如醫(yī)療、石油等重資產(chǎn)維保相關(guān)行業(yè)也有廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)智慧單兵系統(tǒng)、表盤AR讀數(shù)、智慧單兵云平臺(tái)等進(jìn)行了詳細(xì)探討，以更好地把握智能眼鏡在電力行業(yè)的應(yīng)用情況。

智慧眼鏡；電力行業(yè)；智慧單兵系統(tǒng)

1 智慧單兵系統(tǒng)在設(shè)備巡視檢修中的應(yīng)用

1.1 智慧單兵系統(tǒng)構(gòu)成

智慧單兵系統(tǒng)主要由云端服務(wù)、智能眼鏡、智能背包主機(jī)、可擴(kuò)展傳感器組、智能認(rèn)證手環(huán)以及手勢(shì)輸入設(shè)備等幾大模塊組成。智能背包主機(jī)是單兵計(jì)算主機(jī)的一種載體，承擔(dān)智慧單兵系統(tǒng)設(shè)備端主要的計(jì)算任務(wù)，是穿戴設(shè)備的大腦；智能眼鏡是單兵的主要顯示設(shè)備和圖像采集設(shè)備；可擴(kuò)展傳感器組為單兵系統(tǒng)的各類信息來源提供了接口，可以讓各類傳感器（如紅外成像、紫外成像、測(cè)高測(cè)距、氣體檢測(cè)等等）方便地接入智慧單兵系統(tǒng)；智能認(rèn)證手環(huán)是智慧單兵系統(tǒng)主要的身份驗(yàn)證設(shè)備，同時(shí)也是個(gè)人健康傳感器；手勢(shì)輸入設(shè)備是一系列新型人機(jī)交互設(shè)備的代表，可以實(shí)現(xiàn)更便捷的人機(jī)交互方式；云端服務(wù)是整個(gè)智慧單兵系統(tǒng)的大腦，提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供基礎(chǔ)服務(wù)，使得整個(gè)智慧單兵系統(tǒng)真正形成體系。

1.2 智慧單兵系統(tǒng)在巡視檢修中的應(yīng)用情況

智慧單兵系統(tǒng)以穿戴設(shè)備（智能眼鏡）為載體，使得巡視檢修人員工作時(shí)能夠做到“解放雙手”，查看提示時(shí)可以同時(shí)一邊工作，大大提升效率，特別是在巡視數(shù)量巨大的使用場(chǎng)景，利用眼鏡的自動(dòng)掃碼功能，可以快速識(shí)別設(shè)備，并對(duì)接相關(guān)信息進(jìn)行展示；智慧單兵系統(tǒng)通過智能眼鏡，可以以第一人稱視角錄像，并將視頻內(nèi)容傳遞到云端以及其他終端，云端及其他終端上的人員可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行第一視角的視頻了解并與現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行互動(dòng)指導(dǎo)，高效而且直觀；利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR），智慧單兵系統(tǒng)識(shí)別出待巡視檢修的設(shè)備后，云端可以推送操作指導(dǎo)內(nèi)容到智慧單兵系統(tǒng)，作業(yè)人員在智能眼鏡上可以看到巡視任務(wù)指導(dǎo)，以及查看檢修標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)。標(biāo)準(zhǔn)化操作指導(dǎo)內(nèi)容可以直接疊加顯示在被巡視檢修的設(shè)備上，直觀易理解。在巡視檢修的同時(shí)，設(shè)備的臺(tái)賬信息、過往維修記錄等信息也會(huì)同步現(xiàn)實(shí)到智能眼鏡上，給巡視檢修提供足夠的信息支撐；巡視檢修過程中使用到的紅外熱像儀等設(shè)備，可以便捷地與系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，采集的圖像等數(shù)據(jù)直接整理匯總到系統(tǒng)，提高了現(xiàn)場(chǎng)巡視檢修的規(guī)范性以及作業(yè)效率[1]。

2 大兵智能眼鏡變電站應(yīng)用之儀表盤AR讀數(shù)

目前變電站運(yùn)維工作任務(wù)繁重，內(nèi)容煩瑣，存在巡視不到位、操作不規(guī)范、巡視效率低、效果差等問題，特別是巡視過程需抄錄很多儀表數(shù)據(jù)，靠人為手動(dòng)抄錄非常耗時(shí)，且無法解放雙手，從而導(dǎo)致不能高效執(zhí)行日常運(yùn)維工作。隨著技術(shù)發(fā)展，利用先進(jìn)的技術(shù)和智能穿戴巡檢設(shè)備實(shí)現(xiàn)變電站儀表數(shù)據(jù)管理讀取的自動(dòng)化與智能化已成為一種趨勢(shì)，勢(shì)在必行。

近日，超瞳科技正致力研發(fā)儀表盤數(shù)據(jù)的識(shí)別與讀取，包括設(shè)備信號(hào)燈的亮與滅、指針位置、七段式數(shù)字、開關(guān)位置和變壓器油液面進(jìn)行識(shí)別的讀取，利用圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站各類表計(jì)和開關(guān)狀態(tài)的自動(dòng)或半自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)巡視表單的自動(dòng)采集功能，減少手工錄入的時(shí)間。

現(xiàn)在工業(yè)常用的儀表主要分為兩類：指針式儀表和數(shù)碼管儀表。這兩種儀表盤的識(shí)別與讀取方法各不相同。以下是對(duì)這兩種儀表盤的識(shí)別方法的研究。

2.1 指針式儀表識(shí)別

（1）圖像采集：通過大兵智能眼鏡對(duì)儀表盤進(jìn)行圖像采集。

（2）圖像預(yù)處理：圖像平滑處理（抑制噪聲干擾）、圖像銳化處理（讓指針和刻度更加清晰）、邊緣檢測(cè)、圖像二值化、特征增強(qiáng)（邊緣檢測(cè)、圖像細(xì)化）。

（3）特征提取：主要識(shí)別指針和量程的刻度范圍，有以下兩種方法：①“1-0”法：“1”表示被測(cè)圖片，“0”表示被測(cè)表調(diào)0的圖片，兩圖相減圖像用于識(shí)別。優(yōu)點(diǎn)是定位更準(zhǔn)確直觀；缺點(diǎn)是拍攝條件要求嚴(yán)格，輕微旋轉(zhuǎn)可能造成讀數(shù)誤差。②直接識(shí)別方法：檢測(cè)指針以確定指針?biāo)幬恢?，檢測(cè)刻度線以確定量程的上下限位置。優(yōu)點(diǎn)是降低讀數(shù)錯(cuò)誤的可能；缺點(diǎn)是計(jì)算量大，處理識(shí)別速度慢，抗干擾能力差

（4）指針識(shí)別：霍夫曼變換實(shí)現(xiàn)。

（5）數(shù)字識(shí)別：根據(jù)指針的偏角計(jì)算得出刻度值[2]。

2.2 數(shù)碼管儀表識(shí)別

（1）圖像采集：通過大兵智能眼鏡對(duì)儀表盤進(jìn)行圖像采集。

（2）圖像預(yù)處理：圖像去噪、像素細(xì)化（將二值圖像變換為只有一個(gè)像素寬度的骨架）、圖像二值化（若光照均勻）等。

（3）字符串區(qū)域定位：方法有縱橫雙向投影、區(qū)域生長法、邊緣提取法。

（4）字符分割：方法有投影法（垂直和水平）、計(jì)算圖像梯度矩陣及定位圖像高頻部位（字符分割原因：識(shí)別只能根據(jù)每個(gè)字符的特征進(jìn)行判斷）。

（5）字符識(shí)別：①統(tǒng)計(jì)方法：框架左邊沿到數(shù)字之間的距離，在每個(gè)數(shù)字圖像上提取特征；②結(jié)構(gòu)特征方法：交線法識(shí)別，七段數(shù)碼管除“1”外其他的寬高比均在30%以上；③神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法：筆畫結(jié)構(gòu)特征作為依據(jù)，基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提??；④基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：求背景四連通區(qū)域的個(gè)數(shù)以此分類。大兵眼鏡將融合上述儀表盤識(shí)別與讀取技術(shù)，在某變電站嘗試應(yīng)用。

3 智慧單兵云平臺(tái)的應(yīng)用

3.1 產(chǎn)品概述

智慧單兵云平臺(tái)是依托于云服務(wù)技術(shù)以及小型化智能穿戴技術(shù)提升電力行業(yè)作業(yè)人員單兵作業(yè)能力及整體作業(yè)水平的一整套系統(tǒng)。平臺(tái)的目標(biāo)是打造各行業(yè)專業(yè)作業(yè)人員的“特種兵”。平臺(tái)主要由大數(shù)據(jù)云端服務(wù)、智能眼鏡、智能背包主機(jī)、可擴(kuò)展傳感器組等幾大模塊組成。智慧單兵云平臺(tái)通過AR+智能穿戴設(shè)備提供的是深度連接的能力，連接人與環(huán)境，連接人與工作，連接人與數(shù)據(jù)，核心理念是“解放雙手、多雙眼睛、增強(qiáng)大腦”。

智慧單兵云平臺(tái)著力解決電力現(xiàn)場(chǎng)工作人員以下問題：工作所需設(shè)備繁雜，負(fù)擔(dān)較重；人員雙手被占用，操作不便；現(xiàn)場(chǎng)遇到困難時(shí)，求助受限；數(shù)據(jù)資料搜索查看，步驟煩瑣；多系統(tǒng)重復(fù)記錄，增加工作量；指揮中心無法實(shí)時(shí)看到各個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)狀況；人員安全和監(jiān)控狀況不可知無保障。

3.2 產(chǎn)品功能

智慧單兵云平臺(tái)作為一個(gè)開放且完整的平臺(tái)，可服務(wù)于電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的各個(gè)方面，典型的應(yīng)用有：遠(yuǎn)程專家協(xié)助、現(xiàn)場(chǎng)單兵視頻采集、智慧導(dǎo)航、輸變配電巡檢輔助、搶修輔助以及現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督等。給現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)提供業(yè)務(wù)支撐，實(shí)現(xiàn)更好的、更智能的人機(jī)交互。

3.3 產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）解放雙手。穿戴式顯示設(shè)備以及各類傳感設(shè)備，讓人與環(huán)境的交互更加自然，改變傳統(tǒng)手持終端等模式的弊端，實(shí)現(xiàn)解放雙手。

（2）多雙眼睛。遠(yuǎn)端的人可以通過現(xiàn)場(chǎng)人員的攝像頭輕松獲取現(xiàn)場(chǎng)圖像，作業(yè)人員可以通過紅外等多種輔助設(shè)備，擴(kuò)展自己的可視范圍，實(shí)現(xiàn)多雙眼睛。

（3）增強(qiáng)大腦。豐富的大數(shù)據(jù)作為作業(yè)人員的“大腦”，提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)計(jì)算支撐，達(dá)到“增強(qiáng)大腦”的最終效果。

（4）開放平臺(tái)。在大數(shù)據(jù)信息服務(wù)的大背景下，云平臺(tái)以及智能眼鏡等終端均提供了開放的開發(fā)接口，讓產(chǎn)業(yè)鏈上的參與者們都能在云平臺(tái)施展自己的能力，產(chǎn)生用戶價(jià)值。

4 大兵眼鏡與變電運(yùn)維融合的未來

4.1 SLAM實(shí)時(shí)空間定位技術(shù)

利用SLAM實(shí)時(shí)空間定位技術(shù)，構(gòu)建變電站三維空間信息地圖，并能實(shí)時(shí)跟蹤運(yùn)維檢修人員位置，精準(zhǔn)定位待巡視設(shè)備，巡檢路線規(guī)劃等。

4.2 遠(yuǎn)程監(jiān)督指導(dǎo)

作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人員佩戴智能眼鏡以第一視角采集現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)信息，后臺(tái)人員可隨時(shí)監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)情況，并進(jìn)行語音指揮，提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性與規(guī)范性；同時(shí)作業(yè)人員也可發(fā)起遠(yuǎn)程求助，獲得專家的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，處理棘手問題，極大地減少溝通和交流成本。

4.3 預(yù)警功能

通過佩戴大兵眼鏡等智能設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度過高、路徑偏移、錄入數(shù)值超上下限、設(shè)備漏巡等情況進(jìn)行報(bào)警，保障工作安全進(jìn)行。

4.4 圖像識(shí)別

利用圖像識(shí)別、語音識(shí)別、手勢(shì)交互等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站各類表計(jì)和開關(guān)狀態(tài)的自動(dòng)或半自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)巡視表單的自動(dòng)采集功能，減少手工錄入的時(shí)間。

4.5 平臺(tái)可視化展示

智能感知運(yùn)維平臺(tái)為管理人員提供作業(yè)的可視化展示平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)任務(wù)、人員位置和軌跡、作業(yè)結(jié)果等作業(yè)信息的綜合展示，支撐管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的全過程管控和對(duì)巡視人員進(jìn)行工作評(píng)估。該項(xiàng)目現(xiàn)在還在研發(fā)階段，超瞳科技正加緊步伐，推出變電智能感知運(yùn)維平臺(tái)[3]。

[1]張沛，孟祥飛，鄧曉洋，等. 智能眼鏡在電力行業(yè)的應(yīng)用分析[J]. 電力建設(shè)，2017，38（5）：31-37.

[2]齊文平，姚京松，劉曉芳，等. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)在電力設(shè)備智能巡檢中的應(yīng)用[J]. 電子產(chǎn)品世界，2017，24（5）：58-60.

[3]冷貴峰，李巍，文屹. 基于智能眼鏡的電網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究及實(shí)踐[J]. 電氣應(yīng)用，2016（12）：78-81.

Application Analysis of Smart Glasses in the Power Industry

Chen Jiapeng Zhao Guimei Xu Shiwei Yang Xiaojuan Lei Xianrong

State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd., Xiamen Power Supply Company, Fujian Xiamen 361000

The intelligent individual system has rich application scenarios and requirements in many occasions such as inspection and maintenance of power transmission lines, inspection and maintenance of substation, inspection and maintenance of power distribution equipment, inspection and maintenance of information equipment room. In addition, there are also broad application prospects in other industries such as medical and petroleum. The paper discusses in detail the smart individual system, the dial AR reading and the smart individual cloud platform to better grasp the application of smart glasses in the power industry.

smart glasses; power industry; smart individual system

TM73

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