CN108879440A - 基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统及方法，本发明实现基于增强现实技术红外影像智能识别、实现人员操作场景的视频采集、上传以及现场和监控中心的实时对话，从而指导检修人员执行标准和规范化的工作流程；建立基于大数据与人工智能的智能运维平台，优化巡检、识别缺陷和故障诊断；通过增强现实技术，将辅助信息实时传送至现场操作人员智能终端显示，提高作业效率，避免误操作，可应用于多类电网运维检修场景。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统及方法。
背景技术
加强电网设备巡检管理，是提高设备运行管理水平、保证安全生产的重要措施。目前，电网运维中终端多为手持式，现场操作不方便。检修缺少电网设备故障库和图谱库系统性的汇总和分析，不能发挥数据价值，数据的分析应用、挖掘诊断力度仍需加强。巡检过程中，现场人员无法直接了解部分设备信息，需返回档案室查询或问询其他人员，降低了工作效率。
同时对于复杂的设备检修存在运检人员一边翻看设备检修步骤一边操作的情形，该种操作方法繁琐且不方便，作业效率不高，因此需开展基于“互联网+电网运检”的运维智能化技术研究。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统及方法，本发明基于增强现实技术红外影像智能识别、实现人员操作场景的视频采集、上传以及现场和监控中心的实时对话，从而指导检修人员执行标准和规范化的工作流程，能够提高作业效率，避免误操作，可应用于多类电网运维检修场景。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一目的是提供一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统，包括可穿戴的增强现实显示终端、检测仪器仪表、设备管理器和云平台；
所述可穿戴的增强现实终端，佩戴在检修人员身上，被配置为具备增强现实显示功能，采集图像和影像数据；
所述检测仪器仪表，被配置为定时或实时检测各个设备的运行信息；
所述设备管理器，被配置为提供数据存储、人机交互和无线通信功能，对现场增强现实显示终端和检测仪器仪表进行管理，汇总增强现实终端与检测仪器仪表的采集信息，与远程检修云平台进行数据的交互；
所述检修云平台，被配置为存储有设备信息、检测图谱和设备故障信息，对检测参数进行连续采集和分析，并给出诊断和预警结果，实现设备预警与紧急控制，制定对应的检修决策，将检修决策信息反馈至增强现实显示终端。
进一步的，所述云平台，基于设备台账信息、图谱信息、设备故障库信息建立信息模型，包括设备故障类型和故障特征或因素。通过云平台采集的信息，利用常规的贝叶斯网络算法，以设备故障因素对设备故障发生的影响度为先验概率，以设备故障发生为后验概率，建立故障诊断模型，设定a为根据设备故障诊断准确度需求进行调整的比例阈值，当根据贝叶斯网络获取设备故障预测的概率大于a时，判定设备故障发生，否则判定设备故障未发生。
进一步的，所述可穿戴的增强现实终端至少具有环境传感器、可见光传感器和红外传感器，采集可见光影像和图像信息与红外图像信息，并实现多媒体信息的增强显示。
进一步的，所述可穿戴的增强现实终端对采集的可见光真实影像与数字影像或信息叠加显示。
进一步的，所述可穿戴的增强现实终端包括但不限于智能手机、智能眼镜或检测仪器仪表，具备液晶显示或投影显示的增强现实显示功能。
进一步的，所述检修云平台，包括信息存储管理模块、算法调度模块、设备预警模块和远程专家协助模块，所述信息存储管理模块被配置为录入设备参数、维修、保养记录和巡查记录信息，算法调度模块被配置为对不同巡查方案的调度与选配，设备预警模块被配置为连续采集和分析采集的相关检测参数，并给出诊断和预警结果，远程专家协助模块利用实时的视频或语音对设备重点区域进行监督与指导。
更进一步的，所述设备预警模块对设备故障和温度异常的通过不同颜色的信号灯显示预警等级。
更进一步的，所述专家远程协助模块，被配置为提供在巡检人员整个操作过程，并实时推送设备故障信息以及指导方案，辅助现场人员做出决策。
本发明的第二目的是提供一种基于上述系统的工作方法，具体实现步骤如下：可穿戴的增强现实终端利用传感器进行连续的数据采集，通过设备管理器内置的双向数据传输机制回传至检修云平台，并实时的给出诊断和分析，并将检修决策回传至终端并叠加到现实环境中；
可穿戴的增强现实终端通过智能终端建立远程监控通道，第一视角同步回传至检修云平台监控中心、语音、视频信息共享，实现专家远程协助和监督；
检修云平台对检修的设备进行实时监测数据和设备离线状态数据进行管理；
检修云平台对设备设定预警最高阈值，根据对设备实时监测到的数据进行诊断，若诊断结果为有故障，则发出警告信息；
可穿戴的增强现实终端接收到检修云平台的反馈之后，更新终端的预警型号。
具体诊断过程包括：
(D1)设x＝{a1,a2,…,am}为一个待分类项，而每个a为x的一个特征属性，即设备故障影响因素变量节点；
(D2)确定类别集合C＝{0,1}，设C＝0表示设备故障未发生，C＝1表示设备故障发生；
(D3)用数据库内设备故障发生情况已知的80％的数据作为训练样本集；
(D4)统计得到在各类别及其直接前驱节点的联合下各个特征属性的条件概率估计，即计算P(xi|parents(xi))，其中Parents表示xi的直接前驱节点的联合，当特征属性为离散值时，只要很方便的统计训练样本中各个特征属性划分在其直接前驱节点的联合类别中出现的频率即可用来估计P(xi|parents(xi))，当特征属性为连续值时，通常假定其值服从高斯分布(也称正态分布)。
因此只要计算出训练样本中此特征项在其直接前驱节点的联合类别中划分的各均值和标准差，代入上述公式即可得到需要的估计值；
(D5)根据贝叶斯网络获取设备故障预测模型推导公式：P(C|x)∞Πp(xi|parents(xi))，将数据库内设备故障发生情况已知的20％的数据作为测试样本集，根据D5求得的各变量的先验概率求设备故障发生概率；
(D6)设定a为根据设备故障预测准确度需求进行调整的比例阈值，当时，判定设备故障发生，否则判定设备故障未发生。
进一步的，所述检修决策包括：根据现场任务巡视，所述可穿戴的增强现实终端采集设备特征码并上传至云平台，云平台依据设备特征码，进行设备匹配，并将设备信息以及历次的设备维修记录等信息推送至所述可穿戴的增强现实终端，现场操作人员依据此信息对设备进行现场检测与记录，并将信息自动上传至云平台智能检修系统进行存储。
进一步的，所述检修决策包括：可穿戴的增强现实终端进行人员身份验证，调取历次的巡检线路以及巡检设备信息，并将此信息与大数据库信息匹配，优化巡检路线，自动生成巡检任务，并将任务推送至所述可穿戴的增强现实终端的显示屏上，并将任务完成情况上传并存储。
进一步的，所述检修决策包括：可穿戴的增强现实终端开启红外传感器，将巡检设备置于识别框内，实时识别设备温度，并以不同信号灯予以显示，告知操作人员设备运行状态，同时将识别出设备红外影像以及温度上传至设备诊断系统平台，依据算法调度模块，进行设备匹配，超过所设设备最高阈值实时报警以及将可能的异常情况告知巡检人员排查设备故障异常。
进一步的，所述检修决策包括：可穿戴的增强现实终端开启远程协助功能，后台专家实时获取智能终端第一视角，通过文字、语音或框选信息对现场操作人员进行工作指导以及安全监督，后台专家也可以实现巡检全程影像存档。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明能够较系统的研究和实现人员操作场景的视频采集、上传以及现场和监控中心的实时对话，从而解放双手，实现专家远程协助并进行安全监督。
2、本发明能够指导检修人员执行标准和规范化的工作流程，基于大数据的分析平台可提高设备潜伏性故障的预判能力，优化巡检。
3、本发明具有较好的应用领域，可大力推进输变专业运检智能化建设，提高运检专业智能化水平，基于增强现实技术的信息推送，可为作业人员提供强有力的支撑；
4、本发明还可应用于多种电网运维应用场景，降低巡检人员工作强度，提高巡检工作效率和安全性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统流程图；
图2可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统架构图；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
本发明实现基于增强现实技术红外影像智能识别、实现人员操作场景的视频采集、上传以及现场和监控中心的实时对话，从而指导检修人员执行标准和规范化的工作流程；建立基于大数据与人工智能的智能运维平台，优化巡检、识别缺陷和故障诊断；通过增强现实技术，将辅助信息实时传送至现场操作人员智能终端显示，提高作业效率，避免误操作，可应用于多类电网运维检修场景。
具体的，提供一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统，包括可穿戴的增强现实显示终端、检测仪器仪表、设备管理器和云平台的智能检修系统。
可穿戴的增强现实终端可以方便的佩戴在检修人员身上，终端包括但不限于智能手机、智能眼镜、检测仪器仪表等设备，终端具备液晶显示，投影显示等增强现实显示功能；
可穿戴的增强现实终端具有环境传感器、可见光传感器和红外传感器；
增强现实技术指可见光真实影像与数字影像或信息叠加显示的技术；
设备管理器具备数据存储、人机交互、wifi或蓝牙短距离无线通信、以及4G等远距离无线通信功能。对现场增强现实显示终端和检测仪器仪表进行管理，实现与远程检修云平台的数据交互；
检修云平台由计算机和相应软件系统构成，具备设备信息库、检测图谱库、设备故障库、智能识别与统计分析、音视频通话等功能；
检修云平台，包括信息存储管理模块、算法调度模块、设备预警模块和远程专家协助模块。其中信息存储管理模块用于设备参数、维修、保养记录、巡查记录等信息的存储录入，算法调度模块用于对不同巡查方案的调度与选配，设备预警模块用于设备的相关检测参数进行连续采集和分析，并给出诊断和预警结果，对设备故障和温度异常的通过不同颜色的信号灯显示预警等级，从而达到设备预警与紧急控制的功能，远程专家协助模块的作用在于对智能终端操作人员实时的视频、语音以及设备重点区域的监督与指导；
云平台，基于设备台账信息、图谱信息、设备故障库信息建立信息模型，包括设备故障类型和故障特征或因素。通过云平台采集的信息，利用常规的贝叶斯网络算法，以设备故障因素对设备故障发生的影响度为先验概率，以设备故障发生为后验概率，建立故障诊断模型，设定a为根据设备故障诊断准确度需求进行调整的比例阈值，当根据贝叶斯网络获取设备故障预测的概率大于a时，判定设备故障发生，否则判定设备故障未发生。
智能检修系统的架构和工作流程为：增强现实显示终端和检测仪器仪表采集检测信息传送至设备管理器，设备管理器汇总检测信息上传至云平台，检修云平台处理分析检测信息，人类专家或人工智能程序作出检修决策，检修决策信息从云平台发送至增强现实显示终端。
一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修方法，具体实现步骤如下：
1)可穿戴的增强现实终端利用集成的传感器进行连续的数据采集，通过设备管理器内置的双向数据传输机制回传至检修云平台，并实时的给出诊断和分析，并将检修决策回传至终端并叠加到现实环境中。
2)可穿戴的增强现实终端通过智能终端建立远程监控通道，第一视角同步回传至检修云平台监控中心、语音、视频信息共享，实现专家远程协助和监督。
3)检修云平台可对检修的设备进行实时监测数据和设备离线状态数据进行管理。
4)检修云平台可对设备设定预警最高阈值，根据对设备实时监测到的数据进行诊断，若诊断结果为有故障，则发出警告信息。可穿戴的增强现实终端接收到检修云平台的反馈之后，更新终端的预警型号。
所述专家远程协助是后台人员可在后台监控中心实时看到巡检人员整个操作过程，并可以实时推送设备故障信息以及指导方案，辅助现场人员做出决策。
具体诊断过程包括：
(D1)设x＝{a1,a2,…,am}为一个待分类项，而每个a为x的一个特征属性，即设备故障影响因素变量节点；
(D2)确定类别集合C＝{0,1}，设C＝0表示设备故障未发生，C＝1表示设备故障发生；
(D3)用数据库内设备故障发生情况已知的80％的数据作为训练样本集；
(D4)统计得到在各类别及其直接前驱节点的联合下各个特征属性的条件概率估计，即计算P(xi|parents(xi))，其中Parents表示xi的直接前驱节点的联合，当特征属性为离散值时，只要很方便的统计训练样本中各个特征属性划分在其直接前驱节点的联合类别中出现的频率即可用来估计P(xi|parents(xi))，当特征属性为连续值时，通常假定其值服从高斯分布(也称正态分布)。
因此只要计算出训练样本中此特征项在其直接前驱节点的联合类别中划分的各均值和标准差，代入上述公式即可得到需要的估计值；
(D5)根据贝叶斯网络获取设备故障预测模型推导公式：P(C|x)∞Πp(xi|parents(xi))，将数据库内设备故障发生情况已知的20％的数据作为测试样本集，根据D5求得的各变量的先验概率求设备故障发生概率；
(D6)设定a为根据设备故障预测准确度需求进行调整的比例阈值，当时，判定设备故障发生，否则判定设备故障未发生。
云平台智能检修系统通过设备管理器内置的双向通信机制与智能终端实时交互信息，其智能巡检策略包括四个方面：(1)云平台检修系统捕获到终端上传设备的特征码，并在数据库内匹配分析，然后将设备信息推送至智能终端并叠加于现实环境中；(2)基于大数据平台统计分析模块，完成设备巡检计划自动生成，并将巡检结果上传至云平台智能检修系统；(3)依据智能终端集成的红外测温技术，完成设备故障预警与紧急控制；(4)依据双向语音、视频实时通信完成专家远程协助辅助现场人员决策。
智能巡检策略(1)根据现场任务巡视，智能终端采集设备特征码并上传至云平台，云平台依据设备特征码，进行设备匹配，并将设备信息以及历次的设备维修记录等信息推送至显示终端，现场操作人员依据此信息对设备进行现场检测与记录，并将信息自动上传至云平台智能检修系统进行存储；
智能巡检策略(2)智能终端进行人员身份验证，从智能检修系统调取历次的巡检线路以及巡检设备信息，并将此信息与大数据库信息匹配，优化巡检路线，自动生成巡检任务，并将任务推送至智能终端显示屏上，并将任务完成情况上传至智能检修系统进行存储；
智能巡检策略(3)智能终端操作人员开启红外传感器，将巡检设备置于识别框内，实时识别设备温度，并以不同信号灯予以显示，告知操作人员设备运行状态。同时将识别出设备红外影像以及温度上传至设备诊断系统平台，依据算法调度模块，进行设备匹配，超过所设设备最高阈值实时报警以及将可能的异常情况告知巡检人员排查设备故障异常；
智能巡检策略(4)智能终端操作人员开启远程协助功能，后台专家实时获取智能终端第一视角，可以通过文字、语音以及框选信息对现场操作人员进行工作指导以及安全监督，后台专家也可以实现巡检全程影像存档。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统，其特征是：包括可穿戴的增强现实显示终端、检测仪器仪表、设备管理器和云平台；
所述可穿戴的增强现实终端，佩戴在检修人员身上，被配置为具备增强现实显示功能，采集图像和影像数据；
所述检测仪器仪表，被配置为定时或实时检测各个设备的运行信息；
所述设备管理器，被配置为提供数据存储、人机交互和无线通信功能，对现场增强现实显示终端和检测仪器仪表进行管理，汇总增强现实终端与检测仪器仪表的采集信息，与远程检修云平台进行数据的交互；
所述检修云平台，被配置为存储有设备信息、检测图谱和设备故障信息，对检测参数进行连续采集和分析，并给出诊断和预警结果，实现设备预警与紧急控制，制定对应的检修决策，将检修决策信息反馈至增强现实显示终端。
2.如权利要求1所述的一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统，其特征是：所述可穿戴的增强现实终端至少具有环境传感器、可见光传感器和红外传感器，采集可见光影像和图像信息与红外图像信息。
3.如权利要求1所述的一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统，其特征是：所述可穿戴的增强现实终端对采集的可见光真实影像与数字影像或信息叠加显示；
或，所述可穿戴的增强现实终端包括但不限于智能手机、智能眼镜或检测仪器仪表，具备液晶显示或投影显示的增强现实显示功能。
4.如权利要求1所述的一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统，其特征是：所述检修云平台，包括信息存储管理模块、算法调度模块、设备预警模块和远程专家协助模块，所述信息存储管理模块被配置为录入设备参数、维修、保养记录和巡查记录信息，算法调度模块被配置为对不同巡查方案的调度与选配，设备预警模块被配置为连续采集和分析采集的相关检测参数，并给出诊断和预警结果，远程专家协助模块利用实时的视频或语音对设备重点区域进行监督与指导。
5.如权利要求4所述的一种基于可穿戴增强现实显示终端和云平台的智能检修系统，其特征是：所述设备预警模块对设备故障和温度异常的通过不同颜色的信号灯显示预警等级。
6.一种基于如权利要求1-5中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：具体实现步骤如下：可穿戴的增强现实终端利用传感器进行连续的数据采集，通过设备管理器内置的双向数据传输机制回传至检修云平台，并实时的给出诊断和分析，并将检修决策回传至终端并叠加到现实环境中；
可穿戴的增强现实终端通过智能终端建立远程监控通道，第一视角同步回传至检修云平台监控中心、语音、视频信息共享，实现专家远程协助和监督；
检修云平台对检修的设备进行实时监测数据和设备离线状态数据进行管理；
检修云平台对设备设定预警最高阈值，根据对设备实时监测到的数据进行诊断，若诊断结果为有故障，则发出警告信息；
可穿戴的增强现实终端接收到检修云平台的反馈之后，更新终端的预警型号。
7.如权利要求6所述的工作方法，其特征是：所述检修决策包括：根据现场任务巡视，所述可穿戴的增强现实终端采集设备特征码并上传至云平台，云平台依据设备特征码，进行设备匹配，并将设备信息以及历次的设备维修记录等信息推送至所述可穿戴的增强现实终端，现场操作人员依据此信息对设备进行现场检测与记录，并将信息自动上传至云平台智能检修系统进行存储。
8.如权利要求6所述的工作方法，其特征是：所述检修决策包括：可穿戴的增强现实终端进行人员身份验证，调取历次的巡检线路以及巡检设备信息，并将此信息与大数据库信息匹配，优化巡检路线，自动生成巡检任务，并将任务推送至所述可穿戴的增强现实终端的显示屏上，并将任务完成情况上传并存储。
9.如权利要求6所述的工作方法，其特征是：所述检修决策包括：可穿戴的增强现实终端开启红外传感器，将巡检设备置于识别框内，实时识别设备温度，并以不同信号灯予以显示，告知操作人员设备运行状态，同时将识别出设备红外影像以及温度上传至设备诊断系统平台，依据算法调度模块，进行设备匹配，超过所设设备最高阈值实时报警以及将可能的异常情况告知巡检人员排查设备故障异常。
10.如权利要求6所述的工作方法，其特征是：所述检修决策包括：可穿戴的增强现实终端开启远程协助功能，后台专家实时获取智能终端第一视角，通过文字、语音或框选信息对现场操作人员进行工作指导以及安全监督，后台专家也可以实现巡检全程影像存档。
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