CN106548511A - 基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端，它包括姿态测量模块、定位模块、现场成像模块、处理模块和显示模块；姿态测量模块的输出端口与处理模块的姿态信息输入端口连接；定位模块的输出端口与处理模块的定位信息输入端口连接；现场成像模块的输出端口与处理模块的成像信息输入端口连接；显示模块的输入端口与处理模块的显示信息输出端口连接；本发明还公开了利用上述终端实现的地下电缆实地展示方法。本发明可以“真实看见”地下电缆走向、相别、叠加等情况，对地下电缆的台账、图纸资料等信息与三维仿真模型结合地理信息系统实行数字化全息管理，并以依此制定施工方案。本发明用于地下电缆的检修和辅助管理。
Description
技术领域
本发明属于电力行业输电电缆设备技术领域，用于地下电缆的检修和辅助管理，具体地说是一种基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端和方法。
背景技术
城市用电负荷的快速增长，对供电可靠性提出了越来越高的要求，与此同时，城市规划建设和市容美观也逐渐受到社会的关注。电缆在整个电网中所占的比重越来越大，电缆深埋于地下无法直观看到，管理难度较大。同时，地下各种市政、通讯电缆复杂施工时也没有有效的方案论证方法与工具，尤其是在抢修过程中情况更加复杂，更需要及时了解电缆情况。
近几年，大规模的城市改造和电缆入地工程全面展开。现阶段由于种种原因，部分线路的资料不全，且有关资料精度不高或与现状不符；此外，大部分供电单位现有的电缆的资料都以图纸、图表等形式记录保存，采用人工方式管理，效率低下。甚至有的直埋电缆没有路径走向图，工作人员在电缆井内工作时，分不清进出井内的电缆是哪条线路。电力电缆管理绝大多数依赖于从业人员的经验和对电缆网络的熟悉程度，人员专业素质直接影响到电力电缆的运行维护水平，甚至影响到电网的安全运行。另外，其他单位进行道路施工和建筑施工时，会涉及到路面开挖的情况，因施工单位不能及时准确地掌握开挖区域内地下管线及电力电缆的位置、深度等相关资料，盲目开挖而导致的各种事故已屡见不鲜，一旦电力电缆被挖断，还会造成人员伤亡等重大事故，同时也给供电部门造成很多不必要的损失。因此，如何利用科学的技术和管理手段对电力电缆信息进行有效管理，已经成为电力行业当前亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中所存在的上述问题，本发明旨在提供一种基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端，以实时展现地下电缆的情况，用于地下电缆的检修和辅助管理；
本发明还提供了利用上述终端实现的地下电缆实地展示方法。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
一种基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端，它包括姿态测量模块、定位模块、现场成像模块、载有三维电缆模型库的处理模块和显示模块；其中：
姿态测量模块用于获取终端的空间姿态信息，姿态测量模块的输出端口与处理模块的姿态信息输入端口连接；
定位模块用于获取终端的实时位置信息，定位模块的输出端口与处理模块的定位信息输入端口连接；
现场成像模块用于获取设备前方影像数据，现场成像模块的输出端口与处理模块的成像信息输入端口连接；
处理模块用于实时位置信息、空间姿态信息、设备前方影像数据及与所对应的三维电缆模型叠加计算，进而形成包含“现场环境”的虚拟电缆信息；
显示模块用于显示包含“现场环境”的虚拟电缆信息，显示模块的输入端口与处理模块的显示信息输出端口连接。
作为限定：姿态测量模块包括一个主三轴角速度传感器、一个副三轴角速度传感器、一个三轴加速度传感器和一个三轴磁场传感器。
作为另一种限定：处理模块包含计算引擎和数据存储模块，所述数据存储模块上载有三维电缆模型库。
本发明还提供了一种地下电缆实地展示方法，它利用前述基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端实现，该方法包括以下步骤：
（1）测出电缆的明确走向，并对所测数据进行电缆沟道内部三维建模，然后将所建三维电缆模型存入数据存数模块；
（2）现场环境信息采集反馈；
（3）空间位置信息计算，通过姿态测量模块的测量信息解算终端在三维电缆模型中的相对位置；
（4）处理三维叠加变换计算；
（5）将现场环境信息与三维电缆模型叠加结果显示。
作为限定：所述步骤（2）包括实时位置信息采集反馈、空间姿态信息采集反馈和设备前方影像数据采集反馈。
作为进一步限定，所述步骤（3）包括计算引擎将采集到的实时位置信息、空间姿态信息、设备前方影像数据及与所对应的三维电缆模型叠加计算，进而形成包含,现场环境的虚拟电缆信息。
本发明由于采用了上述的结构和方法，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
（1）本发明能够实时展现地下电缆的情况；
（2）本发明利用一个主三轴角速度传感器、一个副三轴角速度传感器、一个三轴加速度传感器和一个三轴磁场传感器可以完成高精度差分四元数计算，其中主三轴角速度传感器和副三轴角速度传感器用于除去抖动，因此，本发明可以获得更加精确的空间姿态信息；
（3）本发明运用了主三轴角速度、副三轴角速度、三轴加速度、三轴磁场传感器组成的自补偿惯性姿态测量组件与三维地理信息引擎及三维电缆模型库集成方式来保证完成电缆沟的精确实时模拟投影；
（4）本发明可以提高施工安全水平和作业效率，能够带来巨大的经济效益。
本发明适用于地下电缆的检修和辅助管理。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明实施例1的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1 一种基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端
本实施例如图1所述，它包括姿态测量模块、定位模块、现场成像模块、载有三维电缆模型库的处理模块和显示模块。
姿态测量模块包括一个主三轴角速度传感器、一个副三轴角速度传感器、一个三轴加速度传感器和一个三轴磁场传感器，姿态测量模块的输出端口与处理模块的姿态信息输入端口连接，姿态测量模块用于获取终端的空间姿态信息。
定位模块用于获取终端的实时位置信息，定位模块的输出端口与处理模块的定位信息输入端口连接。
现场成像模块用于获取设备前方影像数据，现场成像模块的输出端口与处理模块的成像信息输入端口连接。
处理模块包含计算引擎和数据存储模块，所述数据存储模块上载有三维电缆模型库，处理模块用于实时位置信息、空间姿态信息、设备前方影像数据及与所对应的三维电缆模型叠加计算，进而形成包含“现场环境”的虚拟电缆信息。
显示模块的输入端口与处理模块的显示信息输出端口连接，显示模块用于显示包含“现场环境”的虚拟电缆信息。
实施例2 一种地下电缆实地展示方法
本实施例利用实施例1实现，该地下电缆实地展示方法包括以下步骤：
（1）测出电缆的明确走向，并对所测数据进行电缆沟道内部三维建模，然后将所建三维电缆模型存入数据存数模块，
测出电缆明确走向的具体方法是：如果工作人员可以安全进入到电缆通道内部进行精确测量定位则采用人工测量方式，如果电缆通道工作人员无法进入但是电缆机器人可以进入内部进行测量定位时采用电缆机器人进入电缆通道测量，如果工作人员和电缆机器人都无法进入电缆通道则采用电缆路径走向测试仪进入电缆通道测量；
（2）现场环境信息采集反馈，首先利用定位模块锁定当前终端所处的位置，然后利用姿态测量模块获取终端的空间姿态信息，最后由现场成像模块获取终端前方影像数据，
其中，姿态测量模块是通过其内部包含的一个主三轴角速度传感器、一个副三轴角速度传感器、一个三轴加速度传感器和一个三轴磁场传感器进行高精度差分四元数计算，所述主三轴角速度传感器和副三轴角速度传感器用于除去抖动，利用如下算法解析姿态矩阵：
初始四元数的确定，如下其输入为初始的姿态角：
四元数标量部分与矢量部分的实时计算，输人信号为陀螺仪的数字输出信号，其中为。计算方法采用二阶龙格库塔法，如下：
姿态矩阵的实时计算，确定姿态矩阵，输入为。计算公式如下。
载体姿态角计算，以确定姿态角,输人为计算公式如下：
方向余弦法姿态矩阵的计算与四元数法的区别主要是姿态矩阵的描述不同，其描述如式(8)所示。
其解算方向余弦矩阵微分方程为，得到方向余弦矩阵后可提取姿态角；
（3）计算叠加和处理，
计算引擎将采集到的实时位置信息、空间姿态信息、设备前方影像数据及与所对应的三维电缆模型叠加计算，进而形成包含现场环境的虚拟电缆信息；
（4）显示，
处理模块将形成的包含现场环境的虚拟电缆信息送到显示模块显示，人们可以查看三维电缆模型、查询台账信息。
人们可以根据步骤（4）中查询到的信息制定合理的施工方案。
此外，人们也可以将燃气、供水等的数据信息放入存储模块来实现其他需要的城市管网的管理。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端，其特征在于，它包括姿态测量模块、定位模块、现场成像模块、处理模块和显示模块；其中：
所述姿态测量模块的输出端口与处理模块的姿态信息输入端口连接；
所述定位模块的输出端口与处理模块的定位信息输入端口连接；
所述现场成像模块的输出端口与处理模块的成像信息输入端口连接；
所述显示模块的输入端口与处理模块的显示信息输出端口连接；
所述处理模块载有三维电缆模型库。
2.根据权利要求1所述的基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端，其特征在于，所述姿态测量模块包括主一个主三轴角速度传感器、一个副三轴角速度传感器、一个三轴加速度传感器和一个三轴磁场传感器。
3.根据权利要求1或2所述的基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端，其特征在于，所述处理模块包含计算引擎和数据存储模块，所述数据存储模块上载有三维电缆模型库。
4.一种地下电缆实地展示方法，其特征在于，它利用权利要求1-3中任意一项所述的基于现实增强技术的地下电缆实地展示终端来实现，该方法包括以下步骤：
（1）测出电缆的明确走向，并对所测数据进行电缆沟道内部三维建模，然后将所建三维电缆模型存入处理模块；
（2）现场环境信息采集反馈；
（3）计算叠加和处理；
（4）显示。
5.根据权利要求4所述的地下电缆实地展示方法，其特征在于，所述步骤（2）包括位置信息采集反馈、空间姿态信息采集反馈和设备前方影像数据采集反馈。
6.根据权利要求5所述地下电缆实地展示方法，其特征在于，所述步骤（3）包括计算引擎将采集到的位置信息、空间姿态信息、设备前方影像数据及与所对应的三维电缆模型叠加计算，进而形成包含现场环境的虚拟电缆信息。
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