CN108954017A - 基于增强现实技术的燃气管道泄漏检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于增强现实技术的燃气管道泄漏检测系统，其包括：定位单元，用于获取精准定位信息；泄漏检测单元，用于采集泄漏检测数据；AR处理单元，根据定位信息调取燃气管线数据，将其可视化为三维图像，并将采集到的泄漏检测数据叠加在所述管线的图像上；AR显示单元，在现实影像前叠加AR处理单元处理出的图像。

Description

基于增强现实技术的燃气管道泄漏检测系统

技术领域

本发明属于城镇化建设领域，具体涉及一种基于增强现实技术的燃气管道泄漏检测系统。

背景技术

燃气管线是高危管线的一种，对燃气管线的错误施工可能导致爆炸或爆燃，因此精确的掌握所处位置的燃气管线的准确信息是燃气从业者的刚性需求。

由于城市建设的历史原因，燃气管线的铺设错综复杂。燃气管线发生泄漏时，准确快速地找到泄漏点对于施工单位、施工人员而言是一个巨大的挑战，即使部分管线经过测绘，并存在图纸，由于不便于观察和理解，而延误处置时间将可能造成重大的事故。

增强现实技术简称AR，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。这种技术不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示出来，两种信息相互补充、叠加。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。增强现实技术包含了多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪及注册、场景融合等新技术与新手段，这种技术随着随身电子产品运算能力的提升，增强现实的用途越来越广。

发明内容

基于增强现实技术在三维立体的展示能力和将虚拟信息与现实信息融合的特性，发明人力图开发一种基于增强现实技术的燃气管道泄漏检测系统，该系统可视化地展现检测结果，便于巡检人员观察和判断。

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种基于增强现实技术的燃气管道泄漏检测系统，其包括：

定位单元，用于获取精准定位信息；

泄漏检测单元，用于采集泄漏检测数据；

AR处理单元，根据定位信息调取燃气管线数据，将其可视化为三维图像，并将采集到的泄漏检测数据叠加在所述管线的图像上；

AR显示单元，在现实影像前叠加数据渲染单元处理出的图像。

优选地，所述泄漏检测单元为传感器。

优选地，所述泄漏检测单元为激光检测仪。

优选地，所述泄漏检测单元为激光甲烷检测仪。

优选地，所述泄漏检测数据包括气体浓度、温度、湿度、和气体成分中的一种或多种。

更优选地，所述泄漏检测数据包括燃气浓度。

更优选地，所述气体成分包括甲烷、二氧化碳、一氧化碳中的一种或多种。

优选地，所述泄漏检测单元通过打的孔采集泄漏检测数据。

优选地，所述孔的位置根据AR显示单元显示的管线位置确定。

优选地，所述AR处理单元可将采集到的泄漏检测数据根据采集位置叠加在相应位置的管线图像上。

优选地，所述AR处理单元可将采集到的泄漏检测数据根据采集位置以柱状图形式叠加在相应位置的管线图像上。

优选地，所述燃气管线数据包括燃气管网的GIS信息、管网完整性信息及管线属性信息中的一种或多种。

优选地，所述所述泄漏检测单元与AR处理单元通过串口或无线网络进行通信。

优选地，所述AR处理单元通过以下方式获得精准的燃气管线位置：

获取精确定位信息、朝向信息、高度信息；

获取设备运动状态及偏转角度；

根据定位信息调取燃气管线数据库的管网信息；

根据设定的范围参数绘制管网三维模型；

根据朝向信息、高度信息和偏转角度对三维模型的位置进行修正。

优选地，通过GPS、北斗、或CORS站获取当前精确定位信息。

优选地，通过陀螺仪、电子罗盘获取精确的朝向信息。

优选地，通过压力传感器，结合GPS定位数据与海拔参照数据库，获取当前高度信息。

优选地，通过陀螺仪，获取设备的运动状态以及偏转角度。

优选地，通过绘制参考平面，形成正确的地面透视相对关系。

优选地，在附近设置相对定位点，在定位信息不够精确时，使用相对定位方案。

优选地，所述管线属性信息包括：管径、长度、壁厚、焊口、埋深、缺陷、部署日期、和维护信息中的一种或多种。

优选地，所述系统还包括高度测量单元。

根据本发明的第二个方面，本发明提供一种基于增强现实技术的燃气管道泄漏检测系统，其包括：

泄漏检测单元，用于采集泄漏检测数据；

云端，用于数据存储和数据处理；和

增强现实客户端，用于采集前方影像数据、显示增强现实三维管线和泄漏检测数据；

其中，所述泄漏检测单元与增强现实客户端通过串口或无线网络进行通信。

优选地，所述泄漏检测单元将采集到的泄漏检测数据传送到云端，所述云端将所述数据叠加到三维管线数据上，并在增强现实客户端上显示。

优选地，所述增强现实客户端包括定位单元，用于获取精准定位信息。

优选地，所述云端还存储GIS数据和管线数据。

优选地，增强现实客户端显示的泄漏检测数据根据采集位置叠加在相应位置的管线图像上。

优选地，增强现实客户端显示的泄漏检测数据根据采集位置以柱状图形式叠加在相应位置的管线图像上。

附图说明

通过阅读参考一下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是示意地表示本发明的一些实施方式中获得精准定位的燃气管线方法的流程图。

图2是示意地表示本发明的一些具体实施方式的泄漏检测系统的结构图。

图3是示意性地表示本发明的泄漏检测系统工作时AR显示单元显示的图像。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本发明中，术语“混合跟踪技术”是指利用多种传感器进行定位的技术，所述多种传感器包括但不限于机械、超声波、电磁跟踪器、全球定位系统(Global positioningsystem,GPS)、数字罗盘、视觉摄像机或惯性跟踪器。

术语“GIS系统”GIS属于信息系统的一类，不同在于它能运作和处理地理参照数据。地理参照数据描述地球表面(包括大气层和较浅的地表下空间)空间要素的位置和属性，在GIS中的两种地理数据成分：空间数据，与空间要素几何特性有关；属性数据，提供空间要素的信息。

地理信息系统(GIS)与全球定位系统(GPS)、遥感(RS)合称3S。一个地理信息系统是一种具有信息系统空间专业形式的数据管理系统。在严格的意义上，这是一个具有集中、存储、操作、和显示地理参考信息的计算机系统。

GIS数据以数字数据的形式表现了现实世界客观对象(公路、土地利用、海拔)。现实世界客观对象可被划分为二个抽象概念：离散对象(如房屋)和连续的对象领域(如降雨量或海拔)。这二种抽象体在GIS系统中存储数据主要的二种方法为：栅格(网格)和矢量。

栅格(网格)数据由存放唯一值存储单元的行和列组成。它与栅格(网格)图像是类似的，除了使用合适的颜色之外，各个单元记录的数值也可能是一个分类组(例如土地使用状况)、一个连续的值(例如降雨量)或是当数据不是可用时记录的一个空值。栅格数据集的分辨率取决于地面单位的网格宽度。通常存储单元代表地面的方形区域，但也可以用来代表其它形状。栅格数据既可以用来代表一块区域，也可以用来表示一个实物。

矢量数据利用了几何图形例如点、线(一系列点坐标)，或是面(形状决定于线)来表现客观对象。例如，在住房细分中以多边形来代表物产边界，以点来精确表示位置。矢量同样可以用来表示具有连续变化性的领域。利用等高线和不规则三角形格网(TIN)来表示海拔或其他连续变化的值。TIN的记录对于这些连接成一个由三角形构成的不规则网格的点进行评估。三角形所在的面代表地形表面。

除了以几何向量坐标或是栅格单元位置来表达的空间数据外，另外的非空间数据也可以被存储。在矢量数据中，这些附加数据为客观对象的属性。例如，一个森林资源的多边形可能包含一个标识符值及有关树木种类的信息。在栅格数据中单元值可存储属性信息，但同样可以作为与其他表格中记录相关的标识符。

在本发明中，所涉及的数据信息包括管网的GIS信息、管网完整性信息、管线属性信息等。所述管线属性信息包括但不限于：管径、长度、壁厚、焊口、埋深、缺陷、部署日期、维护信息等等。这些信息可以被辅助绘制成为三维管线，从而形成可视化的效果。

在本发明中，术语“CORS”是指连续运行(卫星定位服务)参考站(ContinuouslyOperating Reference Stations)，缩写为CORS)。其利用多基站网络RTK技术建立，是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成，各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体，形成专用网络。

在本发明的一些实施方式中，如图1所示，本发明所依赖的精准燃气管线位置的可以通过例如以下方式(三维管网自动建模)获得：

S110获取精确定位信息、朝向信息、高度信息、以及获取设备运动状态及偏转角度。

通过GPS、北斗、或CORS站获取当前精确定位信息；通过陀螺仪、电子罗盘获取精确的朝向信息；通过压力传感器，结合GPS定位数据与海拔参照数据库，获取当前高度信息；通过陀螺仪，获取设备的运动状态以及偏转角度。

在附近设置相对定位点，在定位信息不够精确时，使用相对定位方案。例如，可以根据地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。

所述地面标记物包括但不限于：井盖、地钉、电线杆、标志建筑物、闸井、阀门、标记中的一种或多种。优选地，所述地面标记物为市政地面设施。

可以根据至少两个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。优选至少三个地面标记物对增强现实内容中对应的AR标记物进行校准。

在所述地面标记物正上方，调整AR中的x、y、z轴，使所述地面标记物与增强现实内容中对应的AR标记物重合。

S120根据定位信息调取燃气管线数据库的管网信息；

燃气管线数据库存储有关管网的GIS信息、管网完整性信息及管线属性信息。所述管线属性信息包括但不限于：管径、长度、壁厚、焊口、埋深、缺陷、部署日期、维护信息。

根据定位信息，调取定位点附近的管网信息。所述“附近”可以通过AR设备人为调节，也可根据使用习惯预先设置。

S130根据设定的范围参数绘制管网三维模型；

通过绘制参考平面，形成正确的地面透视相对关系。

在本发明的一些实施方式中，利用3D图形引擎，包括但不限于Unity3D、UNREAL，通过例如以下步骤进行建模：

a)计算当前位置参考平面：根据所在坐标、高度，在软件中绘制一个“附近”的透明网格；

b)通过燃气管线数据库，计算以当前位置为原点的附近相对管网坐标，包括：设备坐标、管线起止坐标、转向、耦合位置坐标；

c)结合位置坐标、对应设备管线属性信息，在软件中绘制三维管线、三维设备。

S140根据朝向信息、高度信息和偏转角度对三维模型的位置进行修正。

在本发明的一些实施方式中，所述修正包括：

1、根据朝向的方向，将视野中的三维影像调整到正确的视角；

2、根据高度，调整视野中图形的高度。例如：人高1.8米，头显位于地面相对高度1.7米，在这种情况下，原本位于地下-3米位置的管线，应该被绘制为-4.7米，抵消人的身高；而如果人位于平面之上20米，还应该在绘制时再减掉20米。

3、人头部的左右偏转会改变视角，头向左偏转30度，三维空间的Y轴就要从0度调整为30度，如向右偏转30度，则Y轴调整为-30度，从而抵消头部偏转带来的影响。

本发明中的AR显示设备包括但不限于AR眼镜、AR头戴显示设备、智能手机、平板电脑等。

通过无线通讯模块与卫星、网络或移动基站联络，获得定位信息，进行数据传输。

在操作现场获得可通过AR设备显示的精准定位的燃气管线的方法并不受前文所限，也可使用第三方提供的数据或系统。

如图2所示，本发明的基于增强现实技术的燃气管道泄漏检测系统包括定位单元、泄漏检测单元、AR处理单元和AR显示单元。其中定位单元，用于获取精准定位信息；泄漏检测单元，用于采集泄漏检测数据；AR处理单元，根据定位信息调取燃气管线数据，将其可视化为三维图像，并将采集到的泄漏检测数据叠加在所述管线的图像上；AR显示单元，在现实影像前叠加AR处理单元处理出的图像。

定位单元通过GPS、北斗、或CORS站获取当前精确定位信息；通过陀螺仪、电子罗盘获取精确的朝向信息；通过压力传感器，结合GPS定位数据与海拔参照数据库，获取当前高度信息；通过陀螺仪，获取设备的运动状态以及偏转角度。

泄漏检测单元为传感器，所述泄漏检测数据包括气体浓度、温度、湿度、和气体成分中的一种或多种。

优选地，所述气体成分包括甲烷、二氧化碳、一氧化碳中的一种或多种。

在本发明的一些实施方式中，所述泄漏检测单元优选为激光检测仪，更优选为激光甲烷检测仪。所述泄漏检测单元也可以为可检测多种气体的传感器。本领域技术人员可以根据需要进行配置。

AR处理单元可以在本地(虚拟现实客户端)也可以在云端，也可以根据数据处理需要分设在本地和云端。所述AR处理单元可将采集到的泄漏检测数据根据采集位置叠加在相应位置的管线图像上。优选地，所述AR处理单元可将采集到的泄漏检测数据根据采集位置以柱状图形式叠加在相应位置的管线图像上。

处理后得到的虚拟图像在AR显示单元中显示，如图3。虚拟图像叠加在现实影像上，随着使用者位置的变化，可视的图像也变化。虚拟管线的图像叠加在相应定位坐标的现实影像上。采集到的泄漏检测数据也按照采集的位置叠加在相应定位坐标的现实影像上。优选地，所述采集位置以柱状图形式显示。

在实际应用中，一般使用者会按照AR显示单元所显示的管线方向进行巡检，因而泄漏检测数据会叠加在相应位置的管线图像上。但如果使用者不按照管线方向进行巡检，泄漏检测数据也可以叠加在相应位置现实影像上。所述泄漏检测单元与增强现实客户端通过串口或无线网络进行通信。

所述无线网络包括但不限于：移动网络，WIFI、蓝牙或红外。

由于燃气管线深埋地下，且地下结构较为复杂(例如有其他管线，如水管、水井等)，有时泄漏检测数据并不能如实表现其下方泄漏的真实情况。此时，所述泄漏检测数据可通过打孔进一步采集。

所述孔的位置可根据AR显示单元显示的管线位置确定。

在本发明的另一些实施方式中，本发明的基于增强现实技术的燃气管道泄漏检测系统包括泄漏检测单元、云端和增强现实客户端。其中所述泄漏检测单元，用于采集泄漏检测数据；所述云端，用于数据存储和数据处理；所述增强现实客户端，用于采集前方影像数据、显示增强现实三维管线和泄漏检测数据。

其中，所述泄漏检测单元与增强现实客户端通过串口或无线网络进行通信。

所述泄漏检测单元为传感器，根据需要可以为各种传感器，例如利用气体传感器采集气体浓度和成分，利用温度计采集温度，湿度计采集湿度等。传感器采样的位置也需要定位，可以自动或通过现场人员人工完成。在本发明的一些实施方式中，所述泄漏检测单元最优选为激光甲烷检测器。

所述泄漏检测单元将采集到的泄漏检测数据传送到云端，所述云端将所述数据叠加到三维管线数据上，并在增强现实客户端上显示。

增强现实客户端(AR客户端)可以使用AR头戴显示器，例如Microsoft出品的HoloLens，或平板电脑、智能手机作为载体。其具有定位单元，可以通过GPS、北斗等定位系统精准定位。

云端存储泄漏检测所需的各种数据，包括但不限于GIS数据和管线数据。

增强现实客户端显示的泄漏检测数据根据采集位置叠加在相应位置的管线图像上。优选地，增强现实客户端显示的泄漏检测数据根据采集位置以柱状图形式叠加在相应位置的管线图像上。

泄漏检测数据的上传也可以通过增强现实客户端完成，现场人员根据定位输入传感器的数值并上传，从而云端获得叠加了泄漏检测数据的三维管线数据。

实施例1

(1)检测人员将本系统安装在汽车、手推车或其他移动装置上，并到达巡检起点位置

(2)巡检开始，首先完成高精度定位，通过“三维管网自动建模”中描述的方法，通过云端数据库获取附近管网信息，绘制地下管网，并进行校准

(3)设置激光检测装置，根据需要设置检测的距离间隔，并调整检测参数，例如：

a)是否仅在管线上检测

b)是否使用时间、距离间隔进行检测

(4)沿预定线路进行巡检，激光检测设备按照设定的检测参数来进行检测，并将检测到的燃气浓度传输至AR系统

(5)AR系统通过平面识别及精准定位技术记录连续的空间信息，并将燃气浓度以柱状图显示在检测过的位置上

(6)随着检测的不断进行，整个AR显示器中将显示沿途的柱状图网格

(7)通过柱状图网格可观测燃气浓度变化趋势，以便确定是否存在泄漏，以及泄漏的方向和速度。

本发明提供的技术方案，可以大大提高燃气泄漏检测的效率。在速度就是生命，速度就是金钱的应急抢险领域有着极高的实用价值。同时，由于数据电子化，降低了对一线人员的经验要求，缓解了有经验检测人员稀缺的问题。并且由于提高了巡检效率，加快了数据更新的速度和广度，更有利于从大局上进行调控。

本发明不限于上述实施方式，在本发明思想的范围内可以进行各种变更。本发明已通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种基于增强现实技术的燃气管道泄漏检测系统，其包括：

定位单元，用于获取精准定位信息；

泄漏检测单元，用于采集泄漏检测数据；

AR处理单元，根据定位信息调取燃气管线数据，将其可视化为三维图像，并将采集到的泄漏检测数据叠加在所述管线的图像上；

AR显示单元，在现实影像前叠加AR处理单元处理出的图像。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述泄漏检测单元为激光检测仪。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述泄漏检测单元为激光甲烷检测仪。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述泄漏检测数据包括气体浓度、温度、湿度、和气体成分中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述气体成分包括甲烷、二氧化碳、一氧化碳中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述AR处理单元可将采集到的泄漏检测数据根据采集位置叠加在相应位置的管线图像上。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述AR处理单元可将采集到的泄漏检测数据根据采集位置以柱状图形式叠加在相应位置的管线图像上。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述泄漏检测数据可通过打孔进一步采集。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述孔的位置可根据AR显示单元显示的管线位置确定。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述AR处理单元通过以下方式获得精准的燃气管线位置：

获取精确定位信息、朝向信息、高度信息；

获取设备运动状态及偏转角度；

根据定位信息调取燃气管线数据库的管网信息；

根据设定的范围参数绘制管网三维模型；

根据朝向信息、高度信息和偏转角度对三维模型的位置进行修正。