增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)在設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用

王廷魁1,2，顧星月1,2，楊喆文1,2，李治川3

(1. 重慶大學(xué)建設(shè)管理與房地產(chǎn)學(xué)院，重慶 400045；
2. 重慶大學(xué)BIM研究中心，重慶 400045；
3. 重慶大學(xué)軟件學(xué)院，重慶 400030)

摘 要：建筑物在運(yùn)維階段涉及大量設(shè)備的維修和使用，這些后期維護(hù)與檢修十分繁瑣，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期訓(xùn)練和經(jīng)驗(yàn)豐富的專家才能夠勝任這份工作，并且維護(hù)成本高、效率低。為降低設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維修的難度和提高維護(hù)效率質(zhì)量，本研究在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上集成運(yùn)用Qt和MySQL技術(shù)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了基于AR的設(shè)備維修管理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，提出設(shè)備信息查詢和運(yùn)用AR實(shí)時(shí)指導(dǎo)設(shè)備維修這兩個(gè)模塊。深入研究了各模塊所需要的模型和設(shè)備維護(hù)管理資料信息，分析了AR在設(shè)備設(shè)施管理的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了應(yīng)用模塊系統(tǒng)的總體架構(gòu)和界面，并詳細(xì)闡述了實(shí)現(xiàn)流程。最后對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)并分析不足之處，為后續(xù)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：信息化，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，設(shè)備維護(hù)，Qt圖形化界面，數(shù)據(jù)庫(kù)

引言

建筑物在建設(shè)工程項(xiàng)目交付后的運(yùn)維階段，涉及到大量建筑設(shè)備的維修和使用，需要耗費(fèi)很多的人力、物力和財(cái)力。隨著創(chuàng)新動(dòng)力的增加，產(chǎn)品生命周期越來(lái)越短，產(chǎn)品和相應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程變得越來(lái)越復(fù)雜。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)后期維護(hù)與檢修十分繁瑣，只有經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期訓(xùn)練和經(jīng)驗(yàn)豐富的專家能夠勝任這份工作，并且維護(hù)成本高、效率低[1]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，75%的有關(guān)設(shè)備管理研究的文章加入了信息技術(shù)的內(nèi)容，認(rèn)為該類技術(shù)使得研究更有價(jià)值和意義，且研究者認(rèn)為，其中的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR）技術(shù)在設(shè)備管理中將會(huì)發(fā)揮出更大的作用[2]。AR技術(shù)是通過(guò)將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體或信息和真實(shí)環(huán)境實(shí)時(shí)疊加在一起，給用戶呈現(xiàn)一個(gè)感官效果真實(shí)、場(chǎng)景信息豐富的情境[3]。這種虛擬零件和真實(shí)零件共存的特點(diǎn)，可以為用戶在復(fù)雜的設(shè)備維護(hù)和檢修中提供一種更靈活、直觀的方法，從而使得非熟練工人能夠正確地進(jìn)行設(shè)備維護(hù)與檢修，達(dá)到縮短設(shè)備維護(hù)周期、提高維護(hù)效率質(zhì)量、降低成本的目標(biāo)[4]。為提高效率和產(chǎn)量，在設(shè)備維護(hù)中應(yīng)當(dāng)不斷地尋找新的方法。研究者對(duì)如何進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理提出了新方法，通過(guò)使用觀測(cè)和跟蹤調(diào)查點(diǎn)信息作為AR工具來(lái)獲取他們所維護(hù)的設(shè)施的信息，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的數(shù)據(jù)交互[5]。用戶能夠快速地在一個(gè)固定位置安裝一個(gè)觀察和追蹤的調(diào)查點(diǎn)，然后系統(tǒng)將在特定的位置為個(gè)人提供所需的信息[6]。為讓外勤人員能夠自動(dòng)獲得最新的用AR覆蓋的項(xiàng)目信息，研究者就現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理提出了新方法，將移動(dòng)AR建立在一種新的基于圖像的3D點(diǎn)云的定位方法，因此獲取最新的項(xiàng)目信息[7]。

在設(shè)備的組裝維護(hù)和檢修領(lǐng)域，主要有SteveFeriner帶領(lǐng)的哥倫比亞大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形與用戶界面實(shí)驗(yàn)室的KARMA，用于激光打印機(jī)的維修；波音公司也研究如何利用AR技術(shù)指導(dǎo)技術(shù)人員組建飛機(jī)電氣系統(tǒng)中的配電裝置；西門子公司開(kāi)發(fā)了用于工業(yè)管道維護(hù)的CyliCon系統(tǒng)等。利用AR技術(shù)，將設(shè)備維修模型與真實(shí)世界結(jié)合，并關(guān)聯(lián)相關(guān)手冊(cè)或指南，直觀形象地對(duì)每一步工作進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，為維修人員實(shí)時(shí)提供大量信息，大大簡(jiǎn)化了維修人員的工作難度，提高了工作效率，而且用電子方式取代傳統(tǒng)的紙張進(jìn)行資料的存儲(chǔ)可以節(jié)省空間、降低成本。

由此看來(lái)，AR技術(shù)在復(fù)雜設(shè)備的組裝和維護(hù)方面發(fā)揮了很重要的作用，通過(guò)AR系統(tǒng)利用三維圖形的重疊進(jìn)行圖片文本的關(guān)聯(lián)可以使維護(hù)指導(dǎo)更加清楚直觀。本文在AR系統(tǒng)的基礎(chǔ)上集成運(yùn)用Qt和MySQL技術(shù)，構(gòu)建設(shè)備維修階段的集成系統(tǒng)。Qt是一個(gè)用于Windows系統(tǒng)和嵌入式開(kāi)發(fā)的圖形用戶界面的開(kāi)發(fā)框架，通過(guò)使用Qt使得界面設(shè)計(jì)更改更加簡(jiǎn)便，與此同時(shí)，該系統(tǒng)與MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)聯(lián)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，保障數(shù)據(jù)的讀取、修改、存儲(chǔ)的安全性、準(zhǔn)確度。因此該系統(tǒng)集成運(yùn)用Qt和MySQL技術(shù)有效實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息查詢和設(shè)備維修過(guò)程指導(dǎo)這兩個(gè)功能，方便用戶在設(shè)備裝配與維修中與計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，達(dá)到降低管理過(guò)程中的成本、提高管理效率的目的。

1 基于AR的設(shè)備維修流程

1.1 ARToolkit技術(shù)

AR是將電腦虛擬的圖像覆蓋到真實(shí)世界畫面中，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景中標(biāo)志物相對(duì)于攝像機(jī)位置、方向信息的跟蹤，以及完成虛擬物體的實(shí)時(shí)注冊(cè)。ARToolkit利用攝像機(jī)識(shí)別并讀取已知標(biāo)識(shí)的相對(duì)位置，通過(guò)一系列的矩陣計(jì)算得到真實(shí)環(huán)境中參照點(diǎn)與虛擬環(huán)境中坐標(biāo)的映射關(guān)系，然后在標(biāo)記上描繪出3D物體，最終顯示虛擬物體與真實(shí)場(chǎng)景的疊加[8]，其工作原理如圖1所示。

圖1 ARToolkit工作原理

1.2 系統(tǒng)需求分析

本研究主要探討兩個(gè)模塊，分別是設(shè)備維護(hù)查詢和設(shè)備維護(hù)過(guò)程指導(dǎo)。根據(jù)相關(guān)的專家訪談和文獻(xiàn)查詢，我們總結(jié)的需求主要有以下兩點(diǎn)：

（1）對(duì)于設(shè)備維護(hù)管理人員來(lái)說(shuō)，他們執(zhí)行的設(shè)備維護(hù)管理工作內(nèi)容常見(jiàn)的有定期進(jìn)行設(shè)備盤點(diǎn)、保養(yǎng)、精密設(shè)備的校正、設(shè)備儀器出借管理以及設(shè)備維護(hù)狀況的清查等。在實(shí)際工作時(shí)，工作人員的主要目的是通過(guò)定期工作了解基本維護(hù)管理狀況，所以他們需要的設(shè)備維護(hù)管理資料主要包含設(shè)備ID、設(shè)備名稱、供應(yīng)商編號(hào)、維護(hù)管理工作負(fù)責(zé)人、設(shè)備維護(hù)歷史記錄等等。因此在設(shè)備維護(hù)查詢模塊中需包含以上信息，方便設(shè)施維護(hù)管理工作。

（2）傳統(tǒng)設(shè)備維護(hù)需要由有經(jīng)驗(yàn)的和經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期訓(xùn)練的專家來(lái)進(jìn)行，并且維護(hù)成本高、效率低。新進(jìn)人員可能不熟悉復(fù)雜構(gòu)建的維修工序?；贏R的設(shè)備維護(hù)過(guò)程指導(dǎo)就是利用AR技術(shù)虛實(shí)結(jié)合的特點(diǎn)，將三維可視化模型展現(xiàn)在工作人員面前，指導(dǎo)其維修工作，同時(shí)針對(duì)復(fù)雜構(gòu)建的維修工序，也可以依據(jù)BIM模型制作相應(yīng)的指導(dǎo)動(dòng)畫，提供實(shí)施指導(dǎo)，給維修工作人員提供維護(hù)過(guò)程指導(dǎo)。

1.3 系統(tǒng)模塊功能

本文意在通過(guò)建立基于AR的設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備維護(hù)的可視化管理，通過(guò)AR虛實(shí)融合的特點(diǎn)，指導(dǎo)設(shè)備維護(hù)，同時(shí)將設(shè)備的各方面信息整合到該系統(tǒng)中，通過(guò)文本與模型的關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)在設(shè)備維護(hù)階段的可視化信息化管理。通過(guò)訪談設(shè)備維護(hù)專家等方式總結(jié)出系統(tǒng)需求，在該需求的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)集成BIM、AR、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)功能。該設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)主要由設(shè)備信息查詢和設(shè)備維護(hù)過(guò)程指導(dǎo)兩大模塊組成。設(shè)備信息查詢模塊主要是通過(guò)鏈接到設(shè)備存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取相關(guān)設(shè)備的信息，并在該系統(tǒng)中展示提??；設(shè)備維護(hù)過(guò)程指導(dǎo)模塊主要是為設(shè)備維修提供可視化平臺(tái)，通過(guò)虛實(shí)融合指導(dǎo)設(shè)備維修步驟。

在該系統(tǒng)中所涉及的參與方主要是設(shè)備保障部和技術(shù)部，主要參與人員也就是設(shè)備管理人員和維修人員。在該系統(tǒng)中，設(shè)備管理人員可以及時(shí)全面地了解設(shè)備信息，做出管理計(jì)劃和任務(wù)安排；維修人員平時(shí)工作時(shí)可以隨時(shí)查看自己負(fù)責(zé)的設(shè)備的信息和狀態(tài)，在接收到工作任務(wù)后，可通過(guò)系統(tǒng)快速查詢所需維護(hù)的設(shè)備的具體信息和故障問(wèn)題，并通過(guò)圖片、文本、AR動(dòng)畫等指導(dǎo)信息高效準(zhǔn)確地完成維護(hù)工作。圖2顯示了整個(gè)設(shè)備維護(hù)管理過(guò)程的操作流程。

圖2 設(shè)備維修作業(yè)流程圖

1.3.1 設(shè)備信息查詢模塊

設(shè)備信息查詢模塊包括設(shè)備基本信息管理，比如設(shè)備編號(hào)、名稱、性能、設(shè)備日常保養(yǎng)維護(hù)信息管理、維修信息管理（含維修記錄信息等內(nèi)容）和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)狀態(tài)管理等，此模塊可以添加、修改、刪除和查詢記錄。此外，該模塊的相關(guān)信息以相關(guān)負(fù)責(zé)的維修人員為分類標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備信息與圖片關(guān)聯(lián)，便于設(shè)備管理者管理。

1.3.2 設(shè)備維修過(guò)程指導(dǎo)

由于建筑物變得越來(lái)越龐大，設(shè)備的復(fù)雜度越來(lái)越高，數(shù)量也越來(lái)越多，對(duì)維修人員的水平要求也越來(lái)越高，如果設(shè)備發(fā)生故障，很有可能因?yàn)榫S修人員的水平不足或是對(duì)發(fā)生故障的設(shè)備不熟悉，導(dǎo)致設(shè)備不能及時(shí)維修，影響設(shè)備的正常使用?；贏R的設(shè)備維護(hù)過(guò)程指導(dǎo)就是利用AR技術(shù)虛實(shí)結(jié)合等特點(diǎn)，將三維可視化模型展現(xiàn)在工作人員面前，指導(dǎo)其維修工作，同時(shí)針對(duì)復(fù)雜構(gòu)件的維修工序，也可以依據(jù)BIM模型制作相應(yīng)的指導(dǎo)動(dòng)畫，提供實(shí)施指導(dǎo)，給維修工作人員提供維護(hù)過(guò)程指導(dǎo)。本研究以一片式球形閥的安裝過(guò)程為例，利用3ds Max事先建立好球閥的安裝動(dòng)畫模型，再通過(guò)AR技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)展示動(dòng)畫模型，維修工人便可直接參照直觀的動(dòng)畫模型一步步完成一片式球形閥的安裝工作，這種即時(shí)的指導(dǎo)方法不僅降低了對(duì)維修工人的水平要求，還減輕了記憶壓力。

1.4 基于AR的設(shè)備維修指導(dǎo)流程

基于AR的設(shè)備維修指導(dǎo)流程主要分為創(chuàng)建模型、AR實(shí)現(xiàn)和指導(dǎo)應(yīng)用3個(gè)步驟，如圖3所示。

（1）創(chuàng)建模型

對(duì)設(shè)備維護(hù)和檢修模型進(jìn)行調(diào)整和修改，設(shè)備管理人員根據(jù)實(shí)際設(shè)備維修的需要，對(duì)模型進(jìn)行拆分并進(jìn)一步處理成不同指導(dǎo)需求的AR虛擬場(chǎng)景模型，分類存儲(chǔ)在指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫(kù)中。模型既可在Revit中創(chuàng)建，也可在3ds Max中創(chuàng)建，具體處理過(guò)程是通過(guò)BIM數(shù)據(jù)共享與交換的標(biāo)準(zhǔn)格式IFC實(shí)現(xiàn)不同軟件之間的信息交換，將Revit模型導(dǎo)出為FBX格式，然后將此格式文件導(dǎo)入3dsMax軟件中再處理或加以渲染，導(dǎo)出WRL格式的模型，該模型將作為后期AR程序調(diào)用的模型。

（2）AR實(shí)現(xiàn)

將ARToolkit嵌入到在Visual Studio 2013環(huán)境下所開(kāi)發(fā)的基于AR的設(shè)備維修指導(dǎo)系統(tǒng)，成功后運(yùn)行程序，即可在顯示設(shè)備上看到虛實(shí)融合的場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)AR的效果。

（3）指導(dǎo)應(yīng)用

若維修工人對(duì)某個(gè)設(shè)備維修存在困惑時(shí)，即可在系統(tǒng)中選擇相應(yīng)的AR程序，根據(jù)指導(dǎo)內(nèi)容完成相應(yīng)維修工作。

圖3 基于AR的設(shè)備維修指導(dǎo)流程

2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)

2.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)采用Microsoft Visual Studio 2013作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，C++為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，同時(shí)使用Qt 5.4.1作為界面開(kāi)發(fā)工具。Qt是一個(gè)用于Windows系統(tǒng)和嵌入式開(kāi)發(fā)的圖形用戶界面的開(kāi)發(fā)框架，通過(guò)使用QT使得界面設(shè)計(jì)更改更加簡(jiǎn)便，提高了界面制造效率。最后系統(tǒng)與MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)聯(lián)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，保障數(shù)據(jù)的讀取、修改、存儲(chǔ)的安全性和準(zhǔn)確度。本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所使用的工具見(jiàn)表1。

表1 系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)表

技術(shù)功能 技術(shù)名稱虛擬建筑構(gòu)件模型生成 Autodesk Revit虛擬建筑構(gòu)件模型渲染 3DMAX虛擬建筑構(gòu)件模型讀取 OpenVRML虛擬建筑構(gòu)件模型AR展示 ARToolKit虛擬建筑構(gòu)件模型交互操作 OpenGL模型與圖片信息存儲(chǔ) MySQL系統(tǒng)界面開(kāi)發(fā) QT

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

本文中，基于AR的設(shè)備維修管理平臺(tái)的開(kāi)發(fā)工具是ARToolkit工具包，整個(gè)平臺(tái)的構(gòu)建分為兩大部分，一個(gè)是Qt圖形化界面的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，另一個(gè)是MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，整個(gè)系統(tǒng)框架通過(guò)層級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)數(shù)據(jù)層、模型層、平臺(tái)層、應(yīng)用層、界面層這五個(gè)層級(jí)實(shí)現(xiàn)。

在這個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用了如圖4所示的邏輯結(jié)構(gòu)，每一層的意義如下：

1）數(shù)據(jù)層。包含了基于AR的維護(hù)管理應(yīng)用模塊中的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備的基本數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)以及三維模型數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)層按一定的方式讀取、調(diào)用、修改和存儲(chǔ)，包括了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)調(diào)用機(jī)制等內(nèi)容，是該系統(tǒng)各模塊功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

2）模型層。將模型層的數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)的組織，形成具有特性的模型，在系統(tǒng)中整合3D模型、文本信息、平面動(dòng)畫指導(dǎo)等。

3）平臺(tái)層。平臺(tái)層對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模型以及數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行集成與管理，使得各個(gè)功能模塊可以順利實(shí)現(xiàn)。平臺(tái)層是數(shù)據(jù)層與應(yīng)用層之間的紐帶，包括設(shè)備查詢平臺(tái)和過(guò)程指導(dǎo)平臺(tái)。

4）應(yīng)用層。應(yīng)用層是基于AR的設(shè)備維護(hù)管理應(yīng)用的模塊和功能的體現(xiàn)。包括設(shè)備維護(hù)信息查詢、設(shè)備維護(hù)決策、設(shè)備維護(hù)過(guò)程指導(dǎo)、設(shè)備維護(hù)結(jié)果對(duì)比。

5）界面層。界面層是該系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)交互的截面，包括界面風(fēng)格、界面顯示的內(nèi)容等。

圖4 集成系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

基于以上架構(gòu)分析，該系統(tǒng)的總體框架如圖5所示。系統(tǒng)服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)設(shè)備模型（WRL格式）和相關(guān)文件，以及各個(gè)文件中信息的存儲(chǔ)、搜索、調(diào)用等操作。MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)控制著相關(guān)模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，包括AR標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、WRL模型數(shù)據(jù)庫(kù)、圖片數(shù)據(jù)庫(kù)、文本數(shù)據(jù)庫(kù)等。該系統(tǒng)通過(guò)相關(guān)建模軟件和AR技術(shù)，提供設(shè)備信息查詢以及維修過(guò)程中的指導(dǎo)這兩個(gè)具體應(yīng)用。

圖5 集成系統(tǒng)框架

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 創(chuàng)建標(biāo)簽

ARToolKit內(nèi)置了一些默認(rèn)的標(biāo)識(shí)，圖6所示的標(biāo)識(shí)是在操作過(guò)程中的一個(gè)常用識(shí)別標(biāo)記。整個(gè)標(biāo)識(shí)的設(shè)計(jì)可以在Adobe Illustrator中操作完成，設(shè)計(jì)打印完成識(shí)別標(biāo)記之后將其制作成標(biāo)記文件。

3.2 建立模型

這里提到的模型是指AR虛擬場(chǎng)景所需要的模型，模型的制作可以通過(guò)Autodesk Revit、Autodesk 3ds Max以及Autodesk Solidworks等軟件制作，得到的主要模型包括建筑模型、結(jié)構(gòu)模型和機(jī)電模型等。其次通過(guò)這些軟件將模型導(dǎo)出為WRL格式，保存至相應(yīng)位置，并與標(biāo)識(shí)關(guān)聯(lián)后，即可作為AR的虛擬場(chǎng)景模型。

圖6 ARToolKit常用識(shí)別標(biāo)記

本研究主要以一片式球形閥模型為例，主要目的是在其維修過(guò)程中提供動(dòng)畫指導(dǎo)，本例的動(dòng)畫模型在Autodesk 3ds Max中制作，整個(gè)動(dòng)畫模型演示了這個(gè)球形閥的組裝維修過(guò)程，具體如圖7所示。

圖7 一片式球形閥組裝模型動(dòng)畫

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用展示

3.3.1 登錄界面

使用該系統(tǒng)的用戶，可以通過(guò)登錄界面，輸入用戶名和密碼，進(jìn)入系統(tǒng)。本系統(tǒng)的登錄界面如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)登錄界面

3.3.2 設(shè)備信息查詢模塊

管理人員可以看到所有設(shè)備具體情況，包括設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱、設(shè)備型號(hào)、出廠日期、維修歷史、安裝位置、維修狀態(tài)、維護(hù)人員等，如果某一設(shè)備出現(xiàn)故障，即可派出負(fù)責(zé)該設(shè)備的維修人員去維修。維護(hù)人員登錄系統(tǒng)后只可以看到自己所負(fù)責(zé)那部分設(shè)備的具體情況，當(dāng)某一設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以查詢到該設(shè)備的詳細(xì)信息（見(jiàn)圖9）。

圖9 設(shè)備查詢模塊

本案例假設(shè)一共有張三、李四、王五這三名維修人員，分別負(fù)責(zé)編號(hào)為101、102、103、104、105的五個(gè)設(shè)備。管理人員進(jìn)入信息查詢模塊后，可看到以維修人員姓名來(lái)分類的基本信息狀況，當(dāng)維護(hù)人員進(jìn)入信息查詢模塊后，只能看到自己所負(fù)責(zé)的設(shè)備的詳細(xì)情況，具體情況如圖10、圖11所示。

圖10 設(shè)備信息查詢（管理人員）

圖11 設(shè)備信息查詢（維修人員）

維修人員李四在進(jìn)入信息查詢模塊之后，可以查詢自己所負(fù)責(zé)的103、104號(hào)設(shè)備，點(diǎn)擊進(jìn)入103設(shè)備，可看到103設(shè)備的具體情況，包括設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱、維修歷史等，以及該設(shè)備的圖片，圖片的大小可通過(guò)“+”、“–”調(diào)節(jié)，“上一頁(yè)”和“下一頁(yè)”可以翻頁(yè)文本檔（見(jiàn)圖12）。

圖12 設(shè)備具體信息

3.3.3 維護(hù)過(guò)程指導(dǎo)模塊

如有設(shè)備發(fā)生故障，管理人員和維護(hù)人員可進(jìn)入維護(hù)指導(dǎo)模塊（見(jiàn)圖9），該模塊是將AR嵌入其中，虛實(shí)結(jié)合指導(dǎo)設(shè)備維修。本案例以一片式球形閥為例，指導(dǎo)球形閥的安裝過(guò)程。具體安裝過(guò)程如圖13所示。

圖13 一片式球形閥維護(hù)指導(dǎo)過(guò)程

點(diǎn)擊“顯示TIPS”，會(huì)出現(xiàn)與模型相關(guān)聯(lián)的圖片，“隱藏TIPS”則將顯示的圖片隱藏（見(jiàn)圖14）。

圖14 關(guān)聯(lián)圖片和文本

4 結(jié)語(yǔ)

本文探索通過(guò)AR技術(shù)融合虛擬模型與設(shè)備維護(hù)的真實(shí)環(huán)境，并提供實(shí)時(shí)交互，以最大化AR在設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用價(jià)值。綜合運(yùn)用AR技術(shù)，基于Qt圖形化界面平臺(tái)，研究如何通過(guò)C++語(yǔ)言和MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)出基于AR的、具有對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行快速查詢并在設(shè)備維修過(guò)程中指導(dǎo)等功能的設(shè)備維修系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備維修過(guò)程中建筑設(shè)備信息的綜合管理。

綜上所述，盡管在技術(shù)層面和人為因素上還存在一些問(wèn)題，但是基于AR的設(shè)備維護(hù)指導(dǎo)已經(jīng)被證明非常有應(yīng)用前景，接下來(lái)還可以在深度和廣度上進(jìn)一步探討：（1）該研究中基于AR的設(shè)備維護(hù)管理僅以設(shè)備裝配指導(dǎo)為例，但是該系統(tǒng)在其他設(shè)備維護(hù)方面的兼容模塊還未得到充分挖掘，為了拓寬其在設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用價(jià)值，還需要更多的試驗(yàn)和探討；（2）該系統(tǒng)是在室內(nèi)客戶端開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，為了增強(qiáng)其移動(dòng)性，未來(lái)需將其轉(zhuǎn)移到設(shè)備維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)對(duì)戶外跟蹤技術(shù)和虛實(shí)配準(zhǔn)率進(jìn)行更深入的研究和測(cè)試，進(jìn)一步在移動(dòng)端開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出適用于設(shè)備維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用系統(tǒng)。

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Application of Augmented Reality (AR) Technology in Facility Maintenance

Wang Tingkwei1,2, Gu Xingyue1,2, Yang Zhewen1,2, Li Zhichuan3
(1. School of Construction Management and Real Estate, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 2. BIM Research Center, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 3. School of Software, Chongqing University, Chongqing 400045, China)

Abstract：Because the operation and maintenance phase involves a large number of construction equipment maintenance and use, which are very tedious demanding, only experienced experts can be competent for this job with high cost and low efficiency. In order to reduce the difficulty of field equipment maintenance and to improve the efficiency and quality of maintenance, this paper integrates QT and MySQL technology based on the augmented reality system to develop and design an equipment-maintenance management system based on AR. The system realizes the equipment information query and real-time guidance equipment maintenance based on AR. The system has achieved the equipment information query and real-time guidance equipment-maintenance based on AR. In this paper, the models and data of equipment-maintenance management are deeply studied, and the application of AR in equipment facility management is analyzed. Furthermore, the interface of the application module system is designed and the implementation process is described in detail. Finally, the whole study is summarized and the shortcomings are analyzed, which can provide reference for the follow-up study.

Keywords：information; augmented reality (AR); facility maintainable management; Qt graphical interface; data base

中圖分類號(hào)：TP21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-4969(2017)02-0173-08

DOI：10.3724/SP.J.1224.2017.00173

收稿日期：2016-10-14;

修回日期：2017-03-13

基金項(xiàng)目：中央高校基本科研業(yè)務(wù)資助（106112016CDJSK03XK06）

作者簡(jiǎn)介：王廷魁（1977-），男，副教授，研究方向?yàn)榻ㄖ畔⒛Ｐ停˙IM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和決策支持系統(tǒng)等。E-mail：tingkwei@cqu.edu.cn