基于AR技术的铁路四电数字工程现场检测系统研发

为了实现数字工程和真实场景的无缝叠加、实景 照片采集，方便检测人员对比数字工程与实体工程， 系统以 AR 技术为基础，研究实现数字工程与实体工程 对比检测的信息化手段。

AR 技术是促使真实物理世界和虚拟数字世界信 息综合在一起的新技术，其将原本在现实空间范围 中较难体验的实体信息在电子科学技术的基础上， 实施模拟仿真处理叠加，将虚拟信息在真实世界中 有效应用，并且在这一过程中能够被人类感官所感 知，从而实现超越现实的感官体验。真实环境和虚 拟物体重叠后，能在同一个画面以及空间中同时 存在。

利用 AR 技术，持续跟踪设备相对于周围环境的位 置和姿态变化轨迹，建立真实物理世界和虚拟数字世 界的统一几何空间，跟踪设备周围的光照、平面、图 像、物体等环境信息，实现虚拟物体以场景化的方式 逼真地融入现实物理世界，为 AR 检测应用提供虚实融 合的交互基础平台，帮助检测人员自动对比数字工程 和真实场景。

图1 系统架构

图2 主要功能模块

根据系统需求，分别建立流程管理、用户管理、数字工程管理三部分的数据库。用户管理包含组织架构表、角色表、菜单表、用户信息表、角色权限表和数据字典表。数字工程管理包含项目表、工点表、设备表、属性信息表等。由于待检数字工程数据量较大以及数据安全性要求高，系统运行中比较占用带宽，为了减轻数据服务器访问压力，保护系统运行不受故障、带宽和崩溃的影响，系统中流程数据、人员数据、数字工程分别采用独立的数据库，数据库服务器采用双机热备及双机负载均衡的数据库设计模式。数据库架构见图3。

图3 数据库架构

图4 AR现场检测模块主界面

该模块主要实现以下功能：（1）三维展示。现场检测人员通过该功能，查看单独设备模型，通过放大或缩小设备模型，实现对单个设备模型的单独查看。

（2）基准调节。在场景首次定位过程中，由于检测人员身高、检测终端位置等存在差别，需要手动微调数字工程显示位置。该功能实现通过“水平”“垂直”“旋转”滑块，调整BIM模型在三维场景中的位置。

（3）检测意见。在现场检测过程中，自动检测存在一定的盲区或误差，需要人工判断数字工程与实际场景的差异。该功能实现检测人员输入检测意见，点击提交，系统保存检测意见到后台服务器，系统自动关联用户选择的设备，并采集当前三维场景图片和数字工程截图至后台服务器。

（4）资料查看。在现场检验过程中，检验人员常常需要查看设计图纸、竣工资料等文件，该功能实现BIM与资料、图纸等相关文件及数字工程模型关联，实现资料在线查看。

（5）透明度调节、显示隐藏。对隐蔽工程和柜内设备进行抽检，为清楚识别和查看被遮挡的数字设备，该功能实现用户选中BIM模型的透明度调节、显示隐藏，可以查看被遮挡模型的状态。

随着数字技术的快速发展，为提高数字资产创建 和交互过程中规范性和准确性，助力智能高铁发展， 2021 年 4 月，中国国家铁路集团有限公司工程管理中 心发布了 《关于开展铁路数字工程认证试点工作的通 知》，确定酒额铁路作为认证试点。 2022 年 8 月 10 日， 酒额铁路数字认证工作在甘肃酒泉开展（见图 5 ），认 证期间，审核团队利用基于 AR 技术的铁路四电数字工 程现场检测系统对金塔站通信机械室内数字工程（见 图 6 ）、金塔站信号室内数字工程、金塔站 10kV 配电 所、 DK52+800 无线通信基站 4 个数字工程进行抽检， 主要抽检内容为机柜、走线架、线缆等，通过对其属 性、几何等信息判断其与真实场景的一致性。系统应 用效果如下：

（ 1 ）实现了数字工程场景根据检测人员的移动， 自动调整场景相机位置，保持数字工程与实际场景视 角一致，达到辅助现场检验的目的。

（ 2 ）检测人员能方便核对数字工程的数据信息与 实际现场是否一致，能及时发现数字工程设备布局、 线缆布放与实际现场存在的差异，并通过系统填写工 单，系统自动采集现场照片和数字工程截图，将现场 照片、截图、问题描述及时反馈至管理平台，提高了 检测效率。

图5 金塔站通信机械室数字工程检验现场

图6 金塔站通信机械室内数字工程

通过现场检测，数字工程能根据检测人员在空间 中的移动进行准确定位，并能将虚拟模型与真实场景 进行叠加，达到预期效果。

当前， AR 技术不仅影响人机交互的方式和体验， 也凭借垂直整合能力，赋能各行各业的智能化转型。 通过介绍基于 AR 技术的铁路四电数字工程现场检测系 统的主要技术选型和主要模块的实现过程，实现 AR 技 术赋能数字工程检验检测，进而探索出一种数字工程 现场检验的信息化手段，为数字工程在后续智能运维 中的应用奠定基础。