CN110246235A - 一种基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法及系统 - Google Patents

一种基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法及系统,该方法包括采用Hololens移动设备获取配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息;分别建立配电房空间地图模型和各个待检电气设备的计算机识别模型;制定巡检方案,并根据巡检方案在配电房空间地图模型中规划巡检路径;采用视觉SLAM与IMU相结合定位巡检人员实时位置;将巡检人员实时位置导入配电房空间地图模型中,巡检人员根据巡检路径到达预定巡检位置;捕捉实时电气设备图像并与对应的计算机识别模型匹配。本发明提供的基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法及系统,通过利用SLAM与IMU相结合的室内定位技术与Unity3D中的Navigation导航技术进行巡检步骤规划和路径引导。

Description

一种基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法及 系统
技术领域
本发明涉及配电房现场巡检技术领域,特别是涉及一种基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法及系统。
背景技术
在电力系统中,配电房设备的正常运行至关重要,一方面需要有足够的可靠性,另一方面也需要及时巡检以便发现并检修设备存在的隐患,以确保设备正常运行。配电房的设备巡检往往通过变电站的值班人员人工进行巡检,巡检过程中的数据记录由巡检人员使用纸笔抄录,使得数据记录工作十分繁琐,不利于巡检的准确和高效;此外,配电房值班人员巡检过程中往往按照巡检规程对变电房设备逐一巡检,在没有监督的情况下容易出现对个别设备漏检甚至为减少工作量肆意编造数据的情况。
随着混合现实技术和人机交互技术的产生和发展,使得3D可视化的无纸笔数据抄录现场巡检成为可能。目前行业内对于MR混合现实的定义很多,较为大众接受的有两种:一种是指由VR虚拟现实技术与AR现实增强技术叠加即称为MR混合现实技术;另一种定义指在AR增强现实的基础上增加了人机交互功能,使虚拟模型能够与现实世界互动,使用户体验更加真实。现有的混合现实变电站巡检系统多数是在第一种定义下的系统,一般这类巡检系统由VR远程巡检和AR现场巡检两部分组成。已有的巡检系统不能实现对巡检人员的巡检步骤和巡检路径的引导。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法及系统,通过利用SLAM与IMU相结合的室内定位技术与Unity3D中的Navigation导航技术能对巡检人员进行巡检步骤规划和路径引导,可以实现巡检人员与虚拟界面或模型立体互动。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法,该方法包括以下步骤:
S1,采用Hololens移动设备获取配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息;
S2,根据配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息分别建立配电房空间地图模型和各个待检电气设备的计算机识别模型;
S3,制定巡检方案,并根据巡检方案在配电房空间地图模型中规划巡检路径;
S4,采用视觉SLAM与IMU相结合定位巡检人员实时位置;
S5,将巡检人员实时位置导入配电房空间地图模型中,巡检人员根据巡检路径到达预定巡检位置;
S6,在预定巡检位置,捕捉实时电气设备图像并与对应的计算机识别模型匹配;
S7,如果匹配吻合度达到坎值,Hololens移动设备读取电气设备上的实时数据,并将得到的数据结果暂存至Hololens移动设备存储器中,结束本电气设备的巡检;
S8,如果匹配吻合度低于坎值,Hololens移动设备在移动中继续捕捉图像,直至匹配吻合度达到坎值,转入步骤S7。
可选的,所述采用Hololens移动设备获取配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息,具体包括:巡检人员佩戴Hololens眼镜,利用Hololens的深度摄像功能对配电房内部进行全方位的空间扫描,扫描过程中利用空间锚点对配电房内的各个待检设备进行位置标注,同时对各个待检设备进行全方位的图像采集。
可选的,所述根据配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息分别建立配电房空间地图模型和各个待检电气设备的计算机识别模型,具体包括:根据所述空间信息,在Unity3D中对空间场景一比一重建和渲染,对待检设备重新编号标注,建立配电房空间地图模型;
根据所述各个待检设备的图像信息,在OpenCV环境下利用Sift算法提取待检设备的图像特征,建立各个待检设备的计算机识别模型。
可选的,所述制定巡检方案,并根据巡检方案在配电房空间地图模型中规划巡检路径,具体包括:罗列配电房内所有可能的电气设备巡检情况,制定数套巡检方案,对每套巡检方案进行巡检步骤的规划,在Unity3D中利用Navigation导航功能对每套巡检方案按步骤进行巡检路径的规划。
可选的,所述采用视觉SLAM与IMU相结合定位巡检人员实时位置,具体包括:巡检人员用Hololens移动设备的深度摄像机扫描场景,比较两组相近的场景图片获得关键特征点,通过关键特征点匹配确定巡检人员的位移和每一时刻巡检人员的位置。
可选的,所述将巡检人员实时位置导入配电房空间地图模型中,巡检人员根据巡检路径到达预定巡检位置,具体包括:Hololens移动设备的处理器将巡检人员实时位置导入Unity3D的空间场景中,Navigation已规划好的巡检路径将巡检人员引导至预定巡检位置。
可选的,所述如果匹配吻合度达到坎值,Hololens移动设备读取电气设备上的实时数据,并将得到的数据结果暂存至Hololens移动设备存储器中,结束本电气设备的巡检之后,Hololens移动设备将得到的数据结果通过无线网络传输至配电房服务器。
本发明还提供了一种基于Hololens混合现实技术的配电房智能现场巡检系统,该系统包括:Hololens移动设备和配电房服务器,所述Hololens移动设备和配电房服务器通过无线网络通信连接;
所述Hololens移动设备用于采用HoloLens技术获取配电房内空间信息和各个待检设备的图像信息,并定位巡检人员实时位置,并传输给所述配电房服务器;
所述配电房服务器用于建立配电房空间地图模型和各个待检电气设备的计算机识别模型,规划巡检路径,并将巡检人员实时位置导入配电房空间地图模型中。
可选的,所述Hololens移动设备用于捕捉实时电气设备图像,并传输给所述配电房服务器,所述配电房服务器用于将所述实时电气设备图像与对应的计算机识别模型匹配。
可选的,所述Hololens移动设备用于在Visual Studio中构建Hololens交互界面,在巡检过程中,巡检人员在Hololens交互界面,进行立体交互控制。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明提供的基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法及系统,针对配电房室内设备巡检而设计,利用Hololens移动设备进行图像采集和处理,并通过利用SLAM与IMU相结合的室内定位技术与Unity3D中的Navigation导航技术能对巡检人员进行巡检步骤规划和路径引导,配电房巡检的针对性、可靠性、准确率更高;本发明通过在Visual Studio中构建Hololens交互界面,实现巡检人员对虚拟界面的立体交互控制,在巡检过程中如有需要,巡检人员可打开历史数据显示界面和健康状态界面查看设备历史数据和目前健康状况,也可点击触发按钮查看设备内部结构模型,并对其进行移动、放大或标记等,有效提高了巡检人员的工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法的流程图;
图2为本发明实施例中基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法的程序控制原理流程图;
图3为本发明实施例中巡检人员的工作流程图;
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法及系统,通过利用SLAM与IMU相结合的室内定位技术与Unity3D中的Navigation导航技术能对巡检人员进行巡检步骤规划和路径引导,可以实现巡检人员与虚拟界面或模型立体互动。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示,本发明提供了一种基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法,该方法包括以下步骤:
S1,采用Hololens移动设备获取配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息;
S2,根据配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息分别建立配电房空间地图模型和各个待检电气设备的计算机识别模型;
S3,制定巡检方案,并根据巡检方案在配电房空间地图模型中规划巡检路径;
S4,采用视觉SLAM与IMU相结合定位巡检人员实时位置;
S5,将巡检人员实时位置导入配电房空间地图模型中,巡检人员根据巡检路径到达预定巡检位置;
S6,在预定巡检位置,捕捉实时电气设备图像并与对应的计算机识别模型匹配;
S7,如果匹配吻合度达到坎值,Hololens移动设备读取电气设备上的实时数据,并将得到的数据结果暂存至Hololens移动设备存储器中,结束本电气设备的巡检;
S8,如果匹配吻合度低于坎值,Hololens移动设备在移动中继续捕捉图像,直至匹配吻合度达到坎值,转入步骤S7。
其中,步骤S1中,所述采用Hololens移动设备获取配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息,具体包括:巡检人员佩戴Hololens眼镜,利用Hololens的深度摄像功能对配电房内部进行全方位的空间扫描,扫描过程中利用空间锚点对配电房内的各个待检设备进行位置标注,同时对各个待检设备进行全方位的图像采集。
步骤S2中,所述根据配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息分别建立配电房空间地图模型和各个待检电气设备的计算机识别模型,具体包括:根据所述空间信息,在Unity3D中对空间场景一比一重建和渲染,对待检设备重新编号标注,建立配电房空间地图模型;
根据所述各个待检设备的图像信息,在OpenCV环境下利用Sift算法提取待检设备的图像特征,建立各个待检设备的计算机识别模型。
步骤S3中,所述制定巡检方案,并根据巡检方案在配电房空间地图模型中规划巡检路径,具体包括:罗列配电房内所有可能的电气设备巡检情况,制定数套巡检方案,对每套巡检方案进行巡检步骤的规划,在Unity3D中利用Navigation导航功能对每套巡检方案按步骤进行巡检路径的规划。
步骤S4中,所述采用视觉SLAM与IMU相结合定位巡检人员实时位置,具体包括:巡检人员用Hololens移动设备的深度摄像机扫描场景,比较两组相近的场景图片获得关键特征点,通过关键特征点匹配确定巡检人员的位移和每一时刻巡检人员的位置。其中,视觉SLAM为即时定位与地图构建系统,Hololens移动设备在未知环境中从一个未知位置开始移动,在移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位,同时在自身定位的基础上建造增量式地图,Hololens移动设备的自主定位和导航,IMU为惯性测量单元,测量Hololens移动设备的三轴姿态角及加速度,包括三个单轴加速度计和三个单轴陀螺。Hololens移动设备在Visual Studio中植入视觉SLAM算法程序,结合IMU惯性处理单元,进行实时定位。此外,本发明中室内定位可以用蓝牙定位或Wifi定位替代。
步骤S5中,所述将巡检人员实时位置导入配电房空间地图模型中,巡检人员根据巡检路径到达预定巡检位置,具体包括:Hololens移动设备的处理器将巡检人员实时位置导入Unity3D的空间场景中,Navigation已规划好的巡检路径将巡检人员引导至预定巡检位置。针对不同的待检电气设备,巡检人员选择不同的巡检方案,启用对应的巡检路径。
步骤S7中,所述如果匹配吻合度达到坎值,Hololens移动设备读取电气设备上的实时数据,并将得到的数据结果暂存至Hololens移动设备存储器中,结束本电气设备的巡检之后,Hololens移动设备将得到的数据结果通过无线网络传输至配电房服务器。
步骤S8中,如果匹配吻合度低于坎值,巡检人员继续根据巡检路径移动,Hololens移动设备在移动中继续捕捉图像,直至匹配吻合度达到坎值,转入步骤S7。
上述中的Hololens移动设备为Hololens眼镜,在巡检过程中,巡检人员佩戴佩戴Hololens眼镜进行操作。巡检前,巡检人员首先在巡检程序交互界面中选择本次巡检的待检电气设备;Navigation规划出相应的巡检步骤及巡检路线,巡检人员佩戴Hololens眼镜进入配电房;巡检人员进入配电房后用语音和手势指令在主界面中发布开始巡检指令;巡检程序中的SLAM算法对巡检人员实时定位,IMU通过测量Hololens移动设备的三轴姿态角和加速度估计下一时刻的移动设备状态;巡检程序对巡检人员进行巡检步骤和路线的引导,直至将巡检人员引导至预定巡检位置;巡检程序通过图像匹配判断当前场景与该步骤设备的计算机识别模型的吻合度,如果吻合度超过坎值则开始读取数据,如果吻合度低于坎值则返回上一步骤;在此过程中如有需要,巡检人员可打开历史数据显示界面和健康状态界面查看设备历史数据和目前健康状况,也可点击触发按钮查看设备内部结构模型,并对其进行移动、放大或标记等;直至所有设备数据读取完毕,将移动设备中存储的数据结果经无线网络传输至该配电房服务器;配电房服务器对异常数据做出标记,打包后发送至调度中心。
本发明还提供了一种基于Hololens混合现实技术的配电房智能现场巡检系统,该系统包括:Hololens移动设备和配电房服务器,所述Hololens移动设备和配电房服务器通过无线网络通信连接;
所述Hololens移动设备用于采用HoloLens技术获取配电房内空间信息和各个待检设备的图像信息,并定位巡检人员实时位置,并传输给所述配电房服务器;
所述配电房服务器用于建立配电房空间地图模型和各个待检电气设备的计算机识别模型,规划巡检路径,并将巡检人员实时位置导入配电房空间地图模型中。
所述Hololens移动设备还用于捕捉实时电气设备图像,并传输给所述配电房服务器,所述配电房服务器用于将所述实时电气设备图像与对应的计算机识别模型匹配。
所述Hololens移动设备还用于在Visual Studio中构建Hololens交互界面,在巡检过程中,巡检人员在Hololens交互界面,进行立体交互控制。
本发明提供的基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法及系统,针对配电房室内设备巡检而设计,利用Hololens移动设备进行图像采集和处理,并通过利用SLAM与IMU相结合的室内定位技术与Unity3D中的Navigation导航技术能对巡检人员进行巡检步骤规划和路径引导,配电房巡检的针对性、可靠性、准确率更高;本发明通过在VisualStudio中构建Hololens交互界面,实现巡检人员对虚拟界面的立体交互控制,在巡检过程中如有需要,巡检人员可打开历史数据显示界面和健康状态界面查看设备历史数据和目前健康状况,也可点击触发按钮查看设备内部结构模型,并对其进行移动、放大或标记等,有效提高了巡检人员的工作效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,采用Hololens移动设备获取配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息;
S2,根据配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息分别建立配电房空间地图模型和各个待检电气设备的计算机识别模型;
S3,制定巡检方案,并根据巡检方案在配电房空间地图模型中规划巡检路径;
S4,采用视觉SLAM与IMU相结合定位巡检人员实时位置;
S5,将巡检人员实时位置导入配电房空间地图模型中,巡检人员根据巡检路径到达预定巡检位置;
S6,在预定巡检位置,捕捉实时电气设备图像并与对应的计算机识别模型匹配;
S7,如果匹配吻合度达到坎值,Hololens移动设备读取电气设备上的实时数据,并将得到的数据结果暂存至Hololens移动设备存储器中,结束本电气设备的巡检;
S8,如果匹配吻合度低于坎值,Hololens移动设备在移动中继续捕捉图像,直至匹配吻合度达到坎值,转入步骤S7。
2.根据权利要求1所述的基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法,其特征在于,所述采用Hololens移动设备获取配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息,具体包括:巡检人员佩戴Hololens眼镜,利用Hololens的深度摄像功能对配电房内部进行全方位的空间扫描,扫描过程中利用空间锚点对配电房内的各个待检设备进行位置标注,同时对各个待检设备进行全方位的图像采集。
3.根据权利要求1所述的基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法,其特征在于,所述根据配电房内空间信息和各个待检电气设备的图像信息分别建立配电房空间地图模型和各个待检电气设备的计算机识别模型,具体包括:根据所述空间信息,在Unity3D中对空间场景一比一重建和渲染,对待检设备重新编号标注,建立配电房空间地图模型;
根据所述各个待检设备的图像信息,在OpenCV环境下利用Sift算法提取待检设备的图像特征,建立各个待检设备的计算机识别模型。
4.根据权利要求1所述的基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法,其特征在于,所述制定巡检方案,并根据巡检方案在配电房空间地图模型中规划巡检路径,具体包括:罗列配电房内所有可能的电气设备巡检情况,制定数套巡检方案,对每套巡检方案进行巡检步骤的规划,在Unity3D中利用Navigation导航功能对每套巡检方案按步骤进行巡检路径的规划。
5.根据权利要求1所述的基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法,其特征在于,所述采用视觉SLAM与IMU相结合定位巡检人员实时位置,具体包括:巡检人员用Hololens移动设备的深度摄像机扫描场景,比较两组相近的场景图片获得关键特征点,通过关键特征点匹配确定巡检人员的位移和每一时刻巡检人员的位置。
6.根据权利要求4所述的基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法,其特征在于,所述将巡检人员实时位置导入配电房空间地图模型中,巡检人员根据巡检路径到达预定巡检位置,具体包括:Hololens移动设备的处理器将巡检人员实时位置导入Unity3D的空间场景中,Navigation已规划好的巡检路径将巡检人员引导至预定巡检位置。
7.根据权利要求1所述的基于Hololens混合现实技术的配电房现场巡检方法,其特征在于,所述如果匹配吻合度达到坎值,Hololens移动设备读取电气设备上的实时数据,并将得到的数据结果暂存至Hololens移动设备存储器中,结束本电气设备的巡检之后,Hololens移动设备将得到的数据结果通过无线网络传输至配电房服务器。
8.一种基于Hololens混合现实技术的配电房智能现场巡检系统,其特征在于,所述系统包括:Hololens移动设备和配电房服务器,所述Hololens移动设备和配电房服务器通过无线网络通信连接;
所述Hololens移动设备用于采用HoloLens技术获取配电房内空间信息和各个待检设备的图像信息,并定位巡检人员实时位置,并传输给所述配电房服务器;
所述配电房服务器用于建立配电房空间地图模型和各个待检电气设备的计算机识别模型,规划巡检路径,并将巡检人员实时位置导入配电房空间地图模型中。
9.根据权利要求8所述的基于Hololens混合现实技术的配电房智能现场巡检系统,其特征在于,所述Hololens移动设备用于捕捉实时电气设备图像,并传输给所述配电房服务器,所述配电房服务器用于将所述实时电气设备图像与对应的计算机识别模型匹配。
10.根据权利要求8所述的基于Hololens混合现实技术的配电房智能现场巡检系统,其特征在于,所述Hololens移动设备用于在Visual Studio中构建Hololens交互界面,在巡检过程中,巡检人员在Hololens交互界面,进行立体交互控制。
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