CN103034755B - 基于虚拟现实技术的变电站可视化巡检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟现实技术的变电站可视化巡检方法，包括：对变电站进行建模并生成变电站三维设备场景；在变电站三维设备场景中编辑生成变电站三维数字巡视路线；选择变电站三维数字巡视路线，执行所述变电站三维数字巡视路线，处理巡视节点，完成巡检。本发明在变电站三维实景的基础上，结合变电站三维数字巡视路线形象直观地展现巡视过程，有助于用户实现变电站的远程巡视。

Description

基于虚拟现实技术的变电站可视化巡检方法

技术领域

本发明涉及一种变电站可视化巡检方法，尤其涉及一种基于虚拟现实技术的变电站可视化巡检方法，属于电力系统仿真技术领域。

背景技术

变电站是电力系统中的重要环节，为了保证变电站的安全和稳定运行，必须保证变电站中的设备时刻处于正常状态。传统的方式是派检修队定期到变电站所在地点进行巡视和检查设备状态，如果发现设备存在缺陷或设备运行状态异常，则填写设备巡视异常报告单，提交电力公司的相关部门进行处理。

随着变电站设备自动化程度的提高，越来越多的变电站采用无人值守方式进行管理和运行，设备状态的现场巡视工作主要采用远程视频监控方式，并通过设备运行状态远程采集系统等进行。在设备运行状态远程采集系统中，现场摄像头采集的视频信号和现场状态采集终端采集的设备状态数据通过网络通信发送给远程监控平台的终端界面。当设备状态发生异常时，监控人员可以通过远程监控界面发现异常状态，并通知现场设备抢修队进行设备维护的作业，从而大大提高设备检修的效率。

在实际运行中，上述方式存在以下问题：单个现场摄像头的监控范围存在死角，为了能全方面监控变电站的所有设备，往往需要部署大量的现场摄像头，不仅投资巨大而且采集的视频数据量大，难以通过网络进行实时传输。另外，通过现场状态采集终端采集的状态数据发送到远程监控平台后，通常采用二维接线图和二维表格的方式展现给监控人员。监控人员由于难以看到现场的真实场景，降低了对设备异常情况的判断能力。

在目前较为先进的变电站巡检技术中，采用虚拟现实技术将变电站中的各种设备、相关的设备部件进行三维建模。通过加载变电站中各个设备的数据结合三维建模，模拟现实状态下变电站的设备运行状况。但是现有的虚拟现实技术对变电站巡检而言仿真效果不够精细，也不能真实地反映现场设备及环境的状态。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于虚拟现实技术的变电站可视化巡检方法。该方法通过变电站三维数字巡视路线形象直观地展现巡视过程，有助于用户实现变电站的远程巡视。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于虚拟现实技术的变电站可视化巡检方法，其特征在于：包括：

对变电站建模并生成变电站三维设备场景；

在所述变电站三维设备场景中编辑生成变电站三维数字巡视路线；

选择变电站三维数字巡视路线，执行所述变电站三维数字巡视路线，处理巡视节点，完成巡检。

其中较优地，所述对变电站建模并生成变电站三维设备场景的步骤进一步包括：

对变电站中各个设备创建三维设备模型并导出三维模型文件；

加载三维模型文件生成与真实场景相符合的三维设备场景；

绑定三维设备模型和设备状态实时数据记录。

其中较优地，所述绑定三维设备模型和设备状态实时数据记录时采取该条设备记录的ID作为查询关键字。

其中较优地，所述变电站三维设备场景中编辑生成变电站三维数字巡视路线的步骤进一步包括：

1）新建指定名称的巡视路线；

2）在所述变电站三维设备场景中按照实际的巡视路线进行交互式漫游；

3）当漫游到变电站三维场景的巡视路线的中间节点时，按照当前节点所在设备场景的空间位置，选择巡视节点的类型，输入该巡视节点的属性信息，并将巡视节点保存到数字巡视路线节点集合中；

4）判断巡视路线是否未结束漫游，如果巡视路线未结束漫游，则返回步骤2），如此循环，直至巡视路线结束；如果巡视路线已结束漫游，将数字巡视路线节点集合保存到变电站三维数字巡视路线数据文件中。

其中较优地，所述变电站三维数字巡视路线由漫游节点和巡检节点组成。

其中较优地，漫游节点的属性包含节点的空间位置和三维视点方向。

其中较优地，巡检节点的属性包括节点的空间位置、三维视点方向、巡检的三维设备模型ID和需要巡检的设备状态参数类型。

其中较优地，所述选择所述变电站三维数字巡视路线，执行变电站三维数字巡视路线，处理巡视节点，完成巡检的步骤进一步包括：

1）选择变电站三维数字巡视路线；

2）加载变电站三维数字巡视路线的数据文件并生成巡视节点集合；

3）创建巡视路线巡视节点执行线程；

4）执行变电站三维数字巡视路线，处理巡视节点；

5）当场景观察视点执行到起始漫游节点时，定位场景观察视点；

6）当场景观察视点执行到漫游节点时，计算出中间视点位置的集合，并刷新场景观察视点显示漫游动画；

7）当场景观察视点执行到巡检节点时，读取相关的设备实时状态数据和设备状态参数并显示，暂停漫游动画；

8）当用户查看完毕相关的设备状态数据，继续进行漫游动画；

9）判断巡视路线是否执行结束，如果该巡视路线未执行结束，返回步骤4），如此循环，直至所有巡视节点巡视完毕；如果该巡视路线执行结束，则结束巡视路线巡视节点执行线程，完成巡检。

其中较优地，所述设备实时状态数据和设备状态参数是通过网络从设备实时状态数据库中获取的。

本发明所提供的变电站可视化巡检方法，通过变电站的三维实景沙盘逼真再现投运变电站的现场实景，结合变电站三维数字巡视路线形象直观地展现巡视过程，有助于用户实现变电站的远程巡视。

附图说明

图1是本发明中，变电站三维数字巡视路线生成流程示意图；

图2是本发明中，变电站三维数字巡视路线的执行流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种基于虚拟现实技术的变电站可视化巡检方法，包括：利用建模工具对变电站的设备场景进行建模并生成变电站的三维设备场景；在三维设备场景中按照实际巡视的路线编辑生成变电站三维数字巡视路线；选择执行的巡视路线，执行变电站三维数字巡视路线，处理巡视节点，对变电站巡检。下面对该变电站可视化巡检方法展开详细的说明。

在对变电站建模并生成变电站三维设备场景的过程中，三维设备模型是构建变电站三维设备场景的基本单位。多个三维设备模型的组合即构成变电站三维设备场景。在变电站中，每个电力设备由设备主体和多个设备子部件组成。三维设备模型包括设备的主体模型和多个部件模型。例如，一个隔离开关设备组件包含一个隔离开关设备的主框架模型和刀闸运动臂、绝缘瓷瓶等部件模型。为了满足设备状态巡视的要求，本发明中将与设备状态参数相关的设备主体和设备子部件均创建三维设备模型，例如变压器的油温油位表、开关刀闸的接地线等。三维设备模型和实际场景中的电力设备一一对应，实际场景中设备状态实时数据和设备状态参数均保存在电网的设备状态实时数据库中。三维设备模型可以从设备状态实时数据库中读取相关的设备实时状态数据和设备状态参数。对变电站中的电力设备建模可以选用现有的成熟商用建模工具，例如三维建模软件3DSMax等。

对变电站建模并生成三维变电站巡视场景的步骤具体包括：

1）利用三维建模软件，根据实际场景中各电力设备的外观规格、从电力设备的各个角度现场拍摄的照片等数据资料，对变电站中各个设备创建三维设备模型并导出三维模型文件。

2）加载三维模型文件到三维变电站场景中生成三维设备模型，并利用移动、旋转和缩放等编辑方法，将三维设备模型摆放在正确的空间位置，生成和真实场景相符合的三维设备场景。

3）绑定三维设备模型和数据库中对应的设备状态实时数据记录，将该条设备记录的ID作为三维设备模型从设备状态实时数据库获取数据的查询关键字。

为了模拟巡检人员按照真实路线巡视变电站设备的情形，需要利用路线编辑工具按照实际巡视的路线编辑生成变电站三维数字巡视路线。路线编辑工具是一种路线编辑软件，具有路线编辑界面，用户通过该软件的路线编辑界面以可视化的方式增加、编辑和删除巡视路线的中间节点，并将编辑完成的巡视路线保存为磁盘文件。变电站三维数字巡视路线是由多种类型巡视节点组成的巡视节点集合。该巡视节点包括漫游节点和巡检节点两种。漫游节点的属性包含节点的空间位置和三维视点方向，表示巡视中路过的中间节点。巡检节点的属性包括节点的空间位置、三维视点方向、巡检的三维设备模型ID和需要巡检的设备状态参数类型。如图1所示，利用路线编辑工具生成变电站三维数字巡视路线的步骤具体包括：

1）新建一个指定名称的变电站三维数字巡视路线。

2）在三维设备场景中按照实际的巡视路线进行交互式漫游。

3）当漫游到变电站三维场景的巡视路线的中间节点时，按照当前所在设备场景的空间位置，选择巡视节点的类型，输入该巡视节点的属性信息，并将巡视节点保存到数字巡视路线节点集合中。

具体地说，当到达一个漫游节点位置时，按照当前所在设备场景的空间位置，通过路线编辑界面将该位置的空间位置信息和视点朝向信息生成一个漫游节点对象，并加入变电站三维数字巡视路线；当到达一个巡检节点位置时，按照当前所在设备场景的空间位置，通过路线编辑界面将该位置的空间位置信息、视点朝向信息和待巡视的电力设备信息生成一个巡检节点对象，并加入变电站三维数字巡视路线。4）判断巡视路线是否已漫游结束。如果巡视路线未结束漫游，则返回步骤2），如此循环，直至巡视路线生成；如果巡视路线已结束漫游，保存变电站三维数字巡视路线的数据文件，编辑生成变电站三维数字巡视路线的步骤结束。

本发明利用变电站可视化巡视系统在三维设备场景中按照指定巡视路线，采用三维漫游动画的方式显示自动巡视的执行过程。变电站可视化巡视系统是用来执行变电站三维数字巡视路线的三维视图软件，该系统加载并显示变电站的三维视图，并可以根据当前选择执行的三维数字巡视路线自动沿巡视路线进行漫游。当漫游到巡视节点位置时，变电站可视化巡视系统会自动弹出待巡视节点对应的设备实时状态数据和设备状态参数信息，该设备实时状态数据和设备状态参数信息均为通过网络通信实时从设备状态实时数据库中获取。如图2所示，选择变电站三维数字巡视路线，对变电站执行远程巡检的步骤具体说明如下：

1）选择要执行巡检的变电站三维数字巡视路线。

2）加载变电站三维数字巡视路线的数据文件并生成该巡视路线的巡视节点集合。

3）创建巡视路线的巡视节点执行线程。

4）执行变电站三维数字巡视路线，按顺序处理巡视节点。

具体地说，巡视节点执行线程先执行对起始漫游节点的巡检，再按照变电站三维数字巡视路线中的漫游节点或巡检节点对变电站远程巡检。5）当巡视节点执行线程执行到起始漫游节点时，直接将场景观察视点定位到该漫游节点对应的视点位置。6）当巡视节点执行线程执行到漫游节点时，根据该漫游节点的位置、上一个漫游节点的位置和场景观察视点移动速率计算出中间视点位置的集合，并按顺序刷新场景观察视点，实现场景观察视点的漫游动画显示；当巡视节点执行线程执行到巡检节点时，根据该巡检节点对应设备记录的ID,通过网络从设备状态实时数据库中读取相关的设备实时状态数据和设备状态参数，然后通过二维用户表格窗口将设备实时状态数据和设备状态参数信息显示出来，同时巡视节点执行线程自动暂停漫游动画。

7）当用户查看二维用户表格窗口显示的相关设备实时状态数据和设备状态参数后，关闭设备状态显示窗口，巡视节点执行线程继续进行漫游动画。

8）判断巡视路线是否执行结束。如果该巡视路线未执行结束，返回步骤4）继续循环，直至所有巡视节点巡视完毕。如果该巡视路线执行结束，则结束对变电站的远程巡检。

综上所述，本发明在变电站三维实景的基础上，采用虚拟现实技术再现投运变电站的现场实景，用户可通过各个视角对变电站的设备进行全范围观察以熟悉现场的设备环境。本发明能够准确、逼真地反映现场设备及环境的状态，结合变电站三维数字巡视路线形象直观地展现巡视过程，有助于用户实现变电站的远程巡视。

上面对本发明所提供的基于虚拟现实技术的变电站可视化巡检方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (8)

1.一种基于虚拟现实技术的变电站可视化巡检方法，其特征在于包括：

对变电站建模并生成变电站三维设备场景；

在所述变电站三维设备场景中编辑生成变电站三维数字巡视路线，所述变电站三维数字巡视路线是由多种类型巡视节点组成的巡视节点集合；所述巡视节点包括漫游节点和巡检节点，其中当到达漫游节点位置时，按照当前所在设备场景的位置，通过路线编辑界面将该位置的空间位置信息和视点朝向信息生成漫游节点对象，加入变电站三维数字巡视路线中；当到达巡检节点位置时，按照当前所在设备场景的位置，通过路线编辑界面将该位置的空间位置信息、视点朝向信息和待巡视的电力设备信息生成巡检节点对象，加入变电站三维数字巡视路线中；

选择变电站三维数字巡视路线，执行所述变电站三维数字巡视路线，处理所述巡视节点，完成对变电站的巡检。

2.如权利要求1所述的变电站可视化巡检方法，其特征在于：所述对变电站建模并生成变电站三维设备场景的步骤进一步包括：

对变电站中各个设备创建三维设备模型并导出三维模型文件；

加载所述三维模型文件，生成与真实场景相符合的三维设备场景；

绑定三维设备模型和设备状态实时数据记录。

3.如权利要求2所述的变电站可视化巡检方法，其特征在于：

在绑定三维设备模型和设备状态实时数据记录时，采取设备记录的ID作为查询关键字。

4.如权利要求1所述的变电站可视化巡检方法，其特征在于在所述变电站三维设备场景中编辑生成变电站三维数字巡视路线的步骤进一步包括：

1)新建指定名称的巡视路线；

2)在所述变电站三维设备场景中按照实际的巡视路线进行交互式漫游；

3)当漫游到变电站三维场景的巡视路线的中间节点时，按照当前所在设备场景的空间位置，选择巡视节点的类型，输入该巡视节点的属性信息，并将巡视节点保存到数字巡视路线节点集合中；

4)判断巡视路线是否未结束漫游，如果巡视路线未结束漫游，则返回步骤2)，继续循环，直至巡视路线结束；如果巡视路线已结束漫游，将数字巡视路线节点集合保存在变电站三维数字巡视路线的数据文件中。

5.如权利要求1所述的变电站可视化巡检方法，其特征在于：

所述漫游节点的属性包含节点的空间位置和三维视点方向。

6.如权利要求1所述的变电站可视化巡检方法，其特征在于：

所述巡检节点的属性包括节点的空间位置、三维视点方向、巡检的三维设备模型ID和需要巡检的设备状态参数类型。

7.如权利要求1所述的变电站可视化巡检方法，其特征在于选择变电站三维数字巡视路线，执行所述变电站三维数字巡视路线，处理巡视节点，完成巡检的步骤进一步包括：

1)选择变电站三维数字巡视路线；

2)加载变电站三维数字巡视路线的数据文件并生成巡视节点集合；

3)创建巡视路线的巡视节点执行线程；

4)执行变电站三维数字巡视路线，处理巡视节点；

5)当巡视节点执行线程执行到起始漫游节点时，定位场景观察视点；

6)当巡视节点执行线程执行到漫游节点时，计算出中间视点位置的集合，并刷新场景观察视点显示漫游动画；当巡视节点执行线程执行到巡检节点时，读取相关的设备实时状态数据和设备状态参数并显示，暂停漫游动画；

7)用户查看完毕相关的设备状态数据，继续进行漫游动画；

8)判断巡视路线是否执行结束，如果该巡视路线未执行结束，返回步骤4)，继续循环，直至所有巡视节点巡视完毕；如果该巡视路线执行结束，则结束巡视节点执行线程，完成对变电站的巡检。

8.如权利要求7所述的变电站可视化巡检方法，其特征在于：

所述设备实时状态数据和设备状态参数是通过网络从设备状态实时数据库中获取的。