CN110489894A - 一种基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统及方法。本发明采用生产实时数据和设备仿真数学模型数据，因此可以真实再现水电厂的生产过程及场景，此仿真系统，不仅为水电厂运维人员提供了有效的仿真方式，且可操作灵活，针对性强。
Description
技术领域
本发明涉及水力发电技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统及方法。
背景技术
随着计算机技术的发展，水电站数字化建设已成为水利水电现代化建设的基础和重要标志，采用虚拟现实技术和计算机仿真技术构建合适的可视化虚拟训练环境，代替物理样机进行训练，可有效克服利用实际设备进行培训所带来的时间、场地和安全性上的限制，避免训练成本高和样机易损坏等弊端。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统及方法解决了水电厂三维场景仿真结果不准确的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统，包括：
生产实时单元，用于获取水电厂监控系统的生产实时数据；
智能巡检单元，用于获取智能巡检设备的巡回数据；
参数配置单元，用于配置生产实时单元和智能巡检单元检测到的数据；
资产管理单元，用于获取水电厂设备的设备物资数据；
视频监控单元，用于获取视频监控系统的实时视频数据；
设备控制单元，用于将虚拟现实设备的操作发送指令到水电厂三维场景，并操作场内虚拟仿真设备，触发对应的设备仿真数学模型单元进行计算；
设备仿真数学模型单元，用于计算水电厂的数字量信号和开关量信号；
水电厂三维场景单元，用于接收视频监控单元、资产管理单元、参数配置单元和设备控制单元的多源数据，进行水电厂三维场景仿真；
所述生产实时单元、智能巡检单元和设备仿真数学模型单元均与参数配置单元连接，所述视频监控单元、资产管理单元、参数配置单元和设备控制单元均与水电厂三维场景单元连接。
进一步地：所述智能巡检设备包括人员定位设备和智能机器人。
进一步地：所述虚拟现实设备包括可穿戴设备和键鼠设备。
进一步地：所述生产实时数据包括模拟量数据和开关量数据。
进一步地：所述水电厂三维场景单元的工作模式包括实时监测模式和模拟操作模式。
进一步地：一种基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水电厂三维场景单元的工作模式设置为实时监测模式；
S2、通过参数配置单元对生产实时单元和智能巡检单元检测到的数据进行配置，得到配置数据；
S3、通过视频监控单元调用水电厂的实时视频数据；
S4、通过资产管理单元调用水电厂的设备物资数据；
S5、通过水电厂三维场景单元根据配置数据、实时视频数据和设备物资数据得到水电厂的现场结构和设备情况；
S6、将水电厂三维场景单元的工作模式设置为模拟操作模式；
S7、通过设备控制单元操作三维场景中的虚拟仿真设备，并将虚拟仿真设备的控制信号发送到设备仿真数学模型单元；
S8、通过设备仿真数学模型单元计算水电厂的数字量信号和开关量信号；
S9、通过水电厂三维场景单元根据数字量信号和开关量信号对虚拟仿真设备的状态进行更新，得到水电厂设备的运行状态；
S10、根据水电厂的现场结构、设备情况和设备的运行状态构建水电厂三维场景。
进一步地：所述步骤S4中水电厂的设备物资数据包括设备物资的参数、型号、产地和备件数量。
进一步地：所述步骤S8中的数字量信号包括流量信号、水压信号、电压信号和电流信号，所述开关量信号包括刀闸位置状态信号和设备报警信号。
本发明的有益效果为：本发明应用虚拟现实技术构建出逼真的水电站三维虚拟环境，并将电站现场设备的实时数据与虚拟场景相融合，实时展现生产信息，辅以VR眼镜、体感动作捕捉设备等智能可穿戴装备，实现水电生产过程的虚拟再现，无论是生产人员还是管理人员均可通过该平台随时随地掌握电站现场的实际生产状况，突破了水电站生产管理的空间限制。本发明采用生产实时数据和设备仿真数学模型数据，因此可以真实再现水电厂的生产过程及场景，此仿真系统，不仅为水电厂运维人员提供了有效的仿真方式，且可操作灵活，针对性强。
附图说明
图1为本发明结构框图；
图2为本发明流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统，包括：
生产实时单元，用于获取水电厂监控系统的生产实时数据；所述生产实时数据包括模拟量数据和开关量数据。
智能巡检单元，用于获取智能巡检设备的巡回数据；智能巡检设备包括人员定位设备和智能机器人。
人员定位设备包括智能巡检终端、手机和智能安全帽。
参数配置单元，用于配置生产实时单元和智能巡检单元检测到的数据；
资产管理单元，用于获取水电厂设备的设备物资数据；
视频监控单元，用于获取视频监控系统的实时视频数据；
设备控制单元，用于将虚拟现实设备的操作发送指令到水电厂三维场景，完成场景内巡检、漫游、查询、切换模式等操作，并可操作场内虚拟仿真设备，触发对应的设备仿真数学模型单元进行计算；
所述虚拟现实设备包括可穿戴设备和键鼠设备。
可穿戴设备包括主流的惯性动捕设备或光学动捕设备、VR头盔或VR眼镜、操作手柄、手套等。
设备仿真数学模型单元，用于计算水电厂的数字量信号和开关量信号；
数字量信号用于反馈设备状态，开关量信号用于传输命令指令，模拟量信号用于传递设备参数。
水电厂三维场景单元，用于接收视频监控单元、资产管理单元、参数配置单元和设备控制单元的多源数据，控制水电厂三维场景动态；
所述生产实时单元、智能巡检单元和设备仿真数学模型单元均与参数配置单元连接，所述视频监控单元、资产管理单元、参数配置单元和设备控制单元均与水电厂三维场景单元连接。
一种基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水电厂三维场景单元的工作模式设置为实时监测模式；
S2、通过参数配置单元对生产实时单元检测到的生产实时数据和智能巡检单元检测到的巡回数据进行配置，得到配置数据；
S3、通过视频监控单元调用水电厂的实时视频数据；
S4、通过资产管理单元调用水电厂的设备物资数据；水电厂的设备物资数据包括设备物资的参数、型号、产地和备件数量。
S5、通过水电厂三维场景单元根据配置数据、实时视频数据和设备物资数据得到水电厂的现场结构和设备情况；
S6、将水电厂三维场景单元的工作模式设置为模拟操作模式；
S7、通过设备控制单元操作三维场景中的虚拟仿真设备，并将虚拟仿真设备的控制信号发送到设备仿真数学模型单元；
S8、通过设备仿真数学模型单元计算水电厂的数字量信号和开关量信号；
S9、通过水电厂三维场景单元根据数字量信号和开关量信号对虚拟仿真设备的状态进行更新，得到水电厂设备的运行状态；
数字量信号包括流量信号、水压信号、电压信号和电流信号，所述开关量信号包括刀闸位置状态信号和设备报警信号。
S10、根据水电厂的现场结构、设备情况和设备的运行状态构建水电厂三维场景。
根据水电厂的生产环境，建立了一套虚拟水电厂,系统对宏观到流域河道模型、水库水电大坝模型、厂房结构等，微观到水泵、柜体、管路、阀门、空开等，逐一进行三维建模，后期再进行材质、光线亮度、反光、透明特性等效果的渲染，逼真复现现场环境，给人以身临其境的代入感。且采用数据接口的统一性和开放性，与多系统互联互通，满足多种业务应用的需求。虚拟水电厂接入生产实时数据、设备仿真数学模型数据系统、资产管理数据、视频监控数据等多系统数据，综合有效地驱动模型运行，极大地丰富了仿真手段。
Claims (8)
1.一种基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统，其特征在于，包括：
生产实时单元，用于获取水电厂监控系统的生产实时数据；
智能巡检单元，用于获取智能巡检设备的巡回数据；
参数配置单元，用于配置生产实时单元和智能巡检单元检测到的数据；
资产管理单元，用于获取水电厂设备的设备物资数据；
视频监控单元，用于获取视频监控系统的实时视频数据；
设备控制单元，用于将虚拟现实设备的操作发送指令到水电厂三维场景，并操作场内虚拟仿真设备，触发对应的设备仿真数学模型单元进行计算；
设备仿真数学模型单元，用于计算水电厂的数字量信号和开关量信号；
水电厂三维场景单元，用于接收视频监控单元、资产管理单元、参数配置单元和设备控制单元的多源数据，进行水电厂三维场景仿真；
所述生产实时单元、智能巡检单元和设备仿真数学模型单元均与参数配置单元连接，所述视频监控单元、资产管理单元、参数配置单元和设备控制单元均与水电厂三维场景单元连接。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统，其特征在于，所述智能巡检设备包括人员定位设备和智能机器人。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统，其特征在于，所述虚拟现实设备包括可穿戴设备和键鼠设备。
4.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统，其特征在于，所述生产实时数据包括模拟量数据和开关量数据。
5.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真系统，其特征在于，所述水电厂三维场景单元的工作模式包括实时监测模式和模拟操作模式。
6.一种基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水电厂三维场景单元的工作模式设置为实时监测模式；
S2、通过参数配置单元对生产实时单元检测到的生产实时数据和智能巡检单元检测到的巡回数据进行配置，得到配置数据；
S3、通过视频监控单元调用水电厂的实时视频数据；
S4、通过资产管理单元调用水电厂的设备物资数据；
S5、通过水电厂三维场景单元根据配置数据、实时视频数据和设备物资数据得到水电厂的现场结构和设备情况；
S6、将水电厂三维场景单元的工作模式设置为模拟操作模式；
S7、通过设备控制单元操作三维场景中的虚拟仿真设备，并将虚拟仿真设备的控制信号发送到设备仿真数学模型单元；
S8、通过设备仿真数学模型单元计算水电厂的数字量信号和开关量信号；
S9、通过水电厂三维场景单元根据数字量信号和开关量信号对虚拟仿真设备的状态进行更新，得到水电厂设备的运行状态；
S10、根据水电厂的现场结构、设备情况和设备的运行状态构建水电厂三维场景。
7.根据权利要求5所述的基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真方法，其特征在于，所述步骤S4中水电厂的设备物资数据包括设备物资的参数、型号、产地和备件数量。
8.根据权利要求5所述的基于虚拟现实技术的水电厂三维场景仿真方法，其特征在于，所述步骤S8中的数字量信号包括流量信号、水压信号、电压信号和电流信号，所述开关量信号包括刀闸位置状态信号和设备报警信号。
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