AR技术在供水设备管理中的应用

发表时间:2021/8/30   来源:《城镇建设》2021年3月第9期(下)   作者:翁启晨
[导读] 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
        翁启晨
        浙江省水利水电勘测设计院  310000
        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AR SDK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AR SDK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
[1]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].
[2]徐涛,梁新华,梅春雨.浅谈供水行业设备资产全寿命周期[J].城乡建设,2020(10):62-64.
[3]乔玉峰.二次供水设施管理浅析[J].中国住宅设施,2019(07):22-23.
[4]姜源.二次供水设施管理浅析[J].城镇供水,2019(01):2-7.
[5]刘尚银.供水企业设备保养维护管理制度存在的问题及完善措施[J].现代经济信息,2017(15):353+355.
       
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