CN108957507A - 基于增强现实技术的燃气管道泄漏处置方法 - Google Patents

基于增强现实技术的燃气管道泄漏处置方法 Download PDF

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崔涛
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Abstract

本发明涉及一种基于增强现实技术的燃气管道泄漏处置方法，其包括：对用户进行定位，确定用户坐标；调取用户坐标周围选定距离内的燃气管线数据；通过增强现实设备向用户显示燃气管线位置；将泄漏检测数据叠加在所述燃气管线的相应位置上；向用户提供泄漏处置指导。

Description

基于增强现实技术的燃气管道泄漏处置方法
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处置方法。
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。
一般而言，当燃气管线出现泄漏时，抢修人员赶到现场，根据图档能够大致划定需要开挖封堵泄漏点的区域，由于地面上的建筑物或环境影响可能使得泄漏检测的数值不准确，因此需要向地下打孔进行测试，一般采用十字打孔法，即某一个潜在区域，中间打一个孔测量燃气浓度，以此点为十字中心，给十字四个顶点打四个孔，测量燃气浓度，这五个点能够显示浓度的增大变小趋势。经过一些孔能够测量出浓度最大的区域。随后要求外协公司赶到现场，使用专业的精准定位设备，以分米级精度确定管线的准确位置，进行开挖。显然，这种处置方式费时费力，亟待一种更快捷确定泄漏点的方法。
发明内容
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。
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处置方法。
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处置方法，其包括：
对用户进行定位，确定用户坐标；
调取用户坐标周围选定距离内的燃气管线数据；
通过增强现实设备向用户展示燃气管线位置；
将泄漏检测数据叠加在所述燃气管线的相应位置上；
向用户提供泄漏处置指导。
优选地，所述燃气管线位置叠加在现实影像上。
优选地，所述泄漏检测数据通过激光检测仪获得。
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，所述泄漏处置指导可以根据泄漏检测数据与燃气管线位置确定泄漏点。
优选地，所述泄漏处置指导可以根据最小控压区单元提供处理方案。
优选地，所述泄漏检测数据通过打孔采集。
优选地，所述孔的位置根据增强现实设备显示的燃气管线位置确定。
优选地，所述泄漏处置指导可以根据泄漏检测数据与燃气管线位置提供打孔位置建议。
优选地，所述燃气管线数据包括关燃气管网的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，所述增强现实设备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处置方法，其包括：
对用户进行定位，确定用户坐标；
调取用户坐标周围选定距离内的燃气管线数据；
利用增强现实客户端采集前方影像数据并显示增强现实三维管线；
将采集到的泄漏检测数据叠加到所述增强现实三维管线上并显示；
通过增强现实设备向用户提供处置预案。
优选地，所述处置预案通过视频和/或音频提供。
优选地，所述前方影像数据被传输到云端。
优选地，所述前方影像数据可以通过云端传输到PC客户端，PC客户端可以向增强现实客户端发送指令。
优选地，所述处置预案是基于最小控压区单元提供的处置预案。
优选地，所述PC客户端将记录的报警位置信息、危险等级通过云端发送至增强现实客户端。
优选地，所述PC客户端也可以提供处置预案。
优选地，所述增强现实客户端通过图形、文字、播放视频、语音中的一种或多种播放处置预案。
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信息交互图。
图3是现有技术中所采用的十字打孔法的示意图。
图4是示意地表示本发明的一些具体实施方式的泄漏处置方法的流程图。
图5是示意地表示本发明的另一些具体实施方式的泄漏处置方法的流程图。
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。
术语“最小的控压区单元”是一种燃气设施风险辩识单元，以“影响用户最小的控压区”为单位。以北京为例，将北京市燃气管网划分为2096个最小控制单元，每个最小控制单元配备完备的用户数据、设备数据、管线信息、阀门信息、并对每个单元制定了突发事件应急预案，以实现管网突发事件的有效处理。“影响用户最小控压区单元”是由北京燃气集团首度提出，并在安全风险评估工作中推广使用(时称“最小控压单元预案”)。最小控压区单元也可在其他地区推广使用，本领域技术人员根据当地实际情况，可以自由地确定最小的控压区的划分方法。
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处置系统包括云端和增强现实客户端，其中云端用于数据存储和数据处理，增强现实客户端用于采集前方影像数据和显示增强现实三维管线。
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。
如图4所示，本发明的基于增强现实技术的燃气管道泄漏处置方法，大体包括以下步骤：
S210对用户进行定位，确定用户坐标
在现场的使用者(一线人员)启动AR设备，即可对现场位置进行定位。AR设备可以自带定位单元或通过关联的定位设备对使用者位置进行定位。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。
S220调取用户坐标周围选定距离内的燃气管线数据
通过前述获取精准燃气管线位置的方法或其他可行的方法，AR设备调取用户坐标周围选定距离内的燃气管线数据。
S230利用增强现实客户端采集前方影像数据并显示增强现实三维管线
通过前述提到的绘制管网三维模型的方法或其他可行的方法，AR设备根据显示增强现实三维管网。随着管网数据化建设发展，本领域技术人员可以根据情况自行决定是否进行校准步骤。
同时增强现实客户端包括语音系统和视频系统。AR设备的摄像头和麦克风可以采集现场的视频和音频信息，并传送到云端。
S240将采集到的泄漏检测数据叠加到所述增强现实三维管线上并显示；
所述系统还包括泄漏检测单元，用于采集泄漏检测数据。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。所述泄漏检测单元将采集到的泄漏检测数据传送到云端，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。
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环境信息的三维管线数据，通过运算，向增强现实客户端发送对应的处置预案。
S250通过增强现实设备向用户提供处置预案
云端是本系统的数据存储端，可依照不同的加密等级将管网数据、设备数据、操作预案、GIS数据等存储在公有云或私有云中，一般情况下，这些数据需要存储在私有云中，外界设备通过VPN协议与内部私有云连接。
所述云端所包括的处置预案单元，根据增强现实客户端传回的定位信息，提供处置预案。所述处置预案优选基于最小的控压区单元提供处置预案。
所述基于最小的控压区单元的处置预案是根据定位，确定对应的最小控压区，并在增强现实客户端上显示处置预案。现场人员还可根据需要调取云端存储的该区域的用户数据、设备数据、管线信息、阀门信息。
所述处置预案包括但不限于哪些阀门应当以什么顺序执行何种操作，以及某一个操作步骤的注意事项等。
在现场的一线人员携带AR设备执行处置预案，AR设备通过图形、文字、播放视频、语音等方案播放操作预案的每一个步骤，而一线人员则通过某一选定互动方式(如在智能手机上触摸屏幕、在HoloLens中执行Air-Tap操作、在各类AR设备中执行语音命令等)要求展示某一步骤(如前进、后退、前进至XX步骤等)。
根据各步骤中记载的所需操作的设备的详细位置，对操作者进行导航。
在本实施方式中，一线人员通过AR设备调取云端信息进行现场处置，适用于相对简单规范的应急处置。
在本发明的另一些实施方式中，所述系统还包括PC客户端，用于接收增强现实客户端传送的前方影像数据，并发送后方指示。
在一些应急场景中，尤其是多方协调的场景下，需要后方指挥各部协作完成应急处置任务。
PC客户端是本系统的监控、指挥终端，可将记录的报警位置信息、危险等级通过云端发送至AR客户端，并可接收请求、现场动态，在必要时通过语音、视频、文字传递指令，也可在需要时发送分步骤的应急处置预案，这一预案与云端中存储的相同或相似，但可调整、优化或人为重新指定。
在本实施方式中，云端、PC客户端、和增强现实客户端共同组成本燃气管道泄漏处置系统，增强现实客户端实现增强现实三维管线显示，通过语音系统、视频系统向云端、PC客户端传递现场画面及请求，并接收云端、PC客户端发来的指示。
实施例1
(1)燃气工作人员接到燃气泄漏报警电话，记录相关位置信息及严重程度信息
(2)燃气公司派遣抢修人员达到指定位置
(3)抢修人员携带AR系统，例如微软HoloLens头戴式系统或使用苹果公司ARKit技术的智能手机等进入疑似泄漏区域
(4)AR系统通过定位，调取所述疑似泄漏区域燃气管线数据，并在现场影像上显示出三维地下管网
(5)抢修人员根据AR三维地下管网结合燃气泄漏检测仪确定打孔测量位置，进而判断漏点的准确位置
(6)根据漏点准确位置和燃气泄漏检测仪检测检测到的燃气浓度，AR系统显示最小控压单元处置预案
(7)AR系统显示控压预案，分步骤提示：例如：
(8)AR系统首先通过空间定位等定位技术将抢修人员导引至阀井周边
(9)AR系统提示抢修人员具体操作步骤及注意事项
(10)抢修人员完成控压操作，并准备执行泄漏封堵。
实施例2
(1)燃气工作人员接到燃气泄漏报警电话，记录相关位置信息及严重程度信息
(2)燃气公司派遣抢修人员达到指定位置
(3)抢修人员携带AR系统，例如微软HoloLens头戴式系统或使用苹果公司ARKit技术的智能手机等进入疑似泄漏区域
(4)AR系统通过定位，调取所述疑似泄漏区域燃气管线数据，并在现场影像上显示出三维地下管网，并将现场影像传送到云端，与后方PC端直播
(5)抢修人员根据后方PC端的指示，结合AR三维地下管网和燃气泄漏检测仪判断漏点的准确位置
(6)根据漏点准确位置和燃气泄漏检测仪检测检测到的燃气浓度，AR系统显示最小控压单元处置预案。所述处置预案也可以通过语音或视频从PC端传送到AR系统。
本发明提供的技术方案可以完美代替传统的十字打孔法，将藏于地下的管线可视化，免除了因为不知道地下管线位置，需要打很多孔定位的落后方法。
本发明提供的技术方案，可以大大提高燃气泄漏处置的速度。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，缓解了有经验抢险人员稀缺的问题。
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处置方法，其包括：
对用户进行定位，确定用户坐标；
调取用户坐标周围选定距离内的燃气管线数据；
通过增强现实设备向用户显示燃气管线位置；
将泄漏检测数据叠加在所述燃气管线的相应位置上；
向用户提供泄漏处置指导。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃气管线位置叠加在现实影像上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述泄漏检测数据通过激光检测仪获得。
4.根据权利要求1所述的方法，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所述的方法，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所述的方法，其中所述泄漏处置指导可以根据最小控压区单元提供处理方案。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述泄漏处置指导可以根据增强现实设备显示的泄漏检测数据与燃气管线位置确定泄漏点。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述泄漏检测数据通过打孔采集。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述孔的位置根据增强现实设备显示的网线位置确定。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述增强现实设备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。
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