AR技术在供水设备管理中的应用

AR技术在供水设备管理中的应用摘要：AR技术也称为增强现实技术，将虚拟信息，真实环境影像进行叠加从而实现信息数据交互，随着信息技术的深入普及，AR技术的应用领域不断扩展，在供水企业的设备管理及阀门巡检中发挥了重要的作用。关键词：AR技术；供水设备；管理；巡检引言阀门是供水设备管理中非常重要的环节，阀门巡检是保障阀门安全有效操的管理手段，但在过去，阀门巡检是供水企业设备管理中的一项管理难题。《AR智能阀门巡检系统》(以下简称《系统》)，通过先进的AR技术实现了数据可视化，可使地下管线等资产直观的呈现在巡检人员面前。该系统利用全球领先的人工智能(AI)视觉识别技术与三维图像匹配算法，通过AR眼镜将该路口的阀门及管线信息展示在实际的现场环境中，使阀门巡检工作更为真实有效。1设备管理现状概述设备管理旨在加强对设备的管理，即为了杜绝运行设备发生事故，运用各种经济技术手段，对机器设备进行全过程的管理，包括机器设备生命周期内的一切管理工作。设备作为支撑供水企业发展的基础与核心，必须对其进行严格的管理，随着信息化的推广，供水企业的自动化、智能化程度随之不断提升，针对供水的质量与效率要求也不断提高，对于机械设备的管理也提出了更高的挑战。为了满足实际需求，为人们提供更安全的水资源服务，供水企业全面实施了机械自动化运行模式，不断提高供水服务质量，为供水企业未来的发展奠定基础。AR技术作为高新技术，顺应当今社会的发展方向，在设备管理中表现出了超高的管理优势，为设备的管理提供了更加直观的解决方案。在供水设备管理中，城镇供水管网的建设和管理是一项复杂且系统的工程，阀门的施工安装是其中一项重要工作，由于缺乏良好的监管和保养，阀门在未安装之前可能就会出现部分质量问题。在蝶阀安装过程中，阀板和阀体之间可能会卡住异物。当工作人员进行启闭操作时，异物会使蝶阀关闭不严，而工作人员则可能认为操作不到位而加大操作力矩，导致蝶阀阀杆弯曲变形等损害。某些尖锐物品如金属片等会直接损害蝶阀的密封面，从而埋下阀门安全隐患。2阀门巡检的重要性阀门是供水管线中重要的供水设备，通过阀门启闭可以起到通水和断水的作用。无论是抢修、配合用户开关水、工程项目，大多都需要进行阀门开关操作。由于阀门的位置大多位于市政道路的交叉路口，经过道路建设的不断增多与演变，现场阀门操作工经常发生阀门找不到、阀门故障或关错阀门等情况，一旦发生大漏水、爆管等重大事件，会导致止水时间延迟，断水时间延长，造成损失和水资源浪费，还会出现大面积的供水服务问题。阀门巡检是阀门能够得到安全有效操作的手段，是为了保证能够找对阀门并能够进行快速操作的措施。3AR技术在供水设备管理中的优势3.1AR理论技术AR技术也称为增强现实技术，是将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。其通过计算机程序，将虚拟信息扩展到真实的世界中，真实环境和虚拟信息实时叠加，在同一个画面或空间同时存在，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。借助计算机图形技术和可视化技术，AR技术还可以产生现实环境中不存在的虚拟物体，并通过传感技术将虚拟物体“投射”在真实环境中，将虚拟物体与真实环境融为一体，让用户能看到甚至接触到新的环境事物。AR技术主要包含三大技术：交互技术、定位技术、镜片成像技术。交互技术：结合手机摄像头，可通过手指在手机屏幕上点选、拖动、拉伸来控制虚拟物体、功能菜单界面。定位技术：跟踪和定位技术与三维匹配技术共同完成对位置与方位的检测，并将数据提交至AR系统，实现被跟踪对象在真实世界里的坐标与虚拟世界中的坐标统一。镜片成像技术：包含有光学透视式和视频透视式。光学透视式增强现实具有简单、没有视觉偏差等优点，但对定位精度要求高，匹配缓慢。视频透视式采用基于视频合成技术的穿透方式。3.2AR技术在地下阀门巡检工作中的应用目前，对地下供水管网的监控、运维管理大多采用传统的自动化系统，其监测管理信息的最终呈现方式随着技术的升级经历了PC、笔记本电脑、手持PDA到现在的智能手机和平板电脑。AR技术作为高新技术，非常适配现实和虚拟信息互动的应用需求，而巡检和运维恰好属于典型该类应用场景。巡检人员通过手机摄像头和定制的AR系统，戴上定制的AR眼镜，眼前就可以虚拟投射出现阀门设备的各种信息，而且这些信息按照一定的形式精确叠加在实景中，并且可以根据不同的业务流程进行自动变换和调整，尤其是原先无法直接触及或者看到的区域，比如设备内部信息，都能在AR技术的支持下直接呈现在观察者眼前。《系统》在模型构建阶段考虑到AR眼镜的FOV视场角，对虚拟投影对象的比例进行严格控制，达到与AR眼镜精确匹配，同时考虑到现场环境的光照条件，对模型投射叠加的亮度及透明度等设置了自动适配功能。为了能够将模型精确的叠加到地下供水管网中，《系统》采用高德地图及GPS为基础定位，结合人工设置标识标签，再利用AR眼镜自带的摄像头，扫描识别并触发虚拟投影，实现对地下供水管网中阀门的精确定位。触发的虚拟三维投影精确叠加到现实的地下供水管网上，实现供水管网的虚拟化透视，同时可同步显示水管相关信息（标号、长度、巡检记录）。3.3技术的开发和功能《系统》可实现对地下供水管网三维视图和信息的自动调用，并通过AR眼镜实现超现实形态的显示，从而实现地下供水管网的“透视”巡检，解决供水行业所碰到的难题和瓶颈。《系统》在Unity引擎中开发设计UI交互系统，匹配巡检实时定位和地图显示。通过开发工具Unity制作供水管网三维场景，利用电子地图的切片原理，把供水管网的三维模型进按照不同区段进行切分，模型具备三维矩阵坐标，利用ARSDK配合设备陀螺仪可实现坐标的运算和转换。制作完成后生成相应的APK包，以供AR设备安装使用。巡检时根据定位信息，通过Unity软件代码调用AR设备的摄像头，再通过ARSDK提供的算法将虚拟三维供水管网模型坐标进行转换，精确的映射到巡检场景中。《系统》搭载了AI智能技术，运用谷歌的TensorFlow工具，用于各种感知和语言理解任务的机器学习，为系统创造了能识别出周围环境特征物体的技术可行性，解决路口识别难的问题。4实现的巡检效果通过运用《系统》进行巡检，实现了周围环境与虚拟信息的叠加展示功能，解决见阀率难以考核的难题，从原来一年只能完成部分水厂泵站等几处重要区域巡检，提升到现在完成大范围的阀门巡检，以及对问题阀门的整改，使巡检完成率和阀门见阀率大大提高，提高对外服务工作效率，保证居民正常用水。结束语AR技术的出现实现了虚拟和现实的结合，使原本不可见的地下管线和阀门变为可见，引领了阀门管理的变革，让水务行业走向了智慧化道路，使原先难以解决的阀门管理问题得到了解决，最终提升了供水服务质量，减少了公共安全风险，节省了水资源。参考文献陆云寅.AR技术在供水设备管理中的应用[J/OL].净水技术：1-4[2021-05-24].徐涛,梁新华，梅春雨.浅谈供水行业设备资产全寿命周期[J]