CN110992760A - 基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，包括：采集变电站主设备的三维数据；根据三维数据建立变电站主设备零部件的三维模型库；将三维模型库与变电站主设备零部件的检修技术结合，形成检修技术知识库；运用增强现实技术，建立与检修技术知识库对应的互动及展示模型；将互动及展示模型导入人机接口硬件，通过人机接口硬件完成检修人员的检修可视化培训。该可视化培训方法运用增强现实技术，涵盖现场培训教学以及远程下现场学习，能够大幅度降低专业技术人员和新员工的学习强度，能够在很大程度上提高学习效率和学习质量，能对检修方法、作业流程以及工艺要求更加准确描述，可保证和提高变电站主设备检修质量。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备维护技术领域，特别涉及基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法。
背景技术
供电局的检修中心功能区布局分为断路器检修区、隔离开关检修区、变压器检修区、二次设备检修区、辅助工艺区(工匠室)、试验大厅、存放区以及物流通道。检修中心大厅配备欧式电动双梁桥式起重机、烘箱、断路器及隔离开关拆装平台及调试设备等，满足各主流厂家断路器、隔离开关以及变压器的清洗、拆卸、零部件更换、组装、调试与试验需求，能够实现设备替换制检修，可以大大节省设备A、B类检修的成本、提高检修质量、检修效率，为检修专业开展设备自主化A、B类检修提供硬件设施保障。拥有一支高素质的检修专业技术人员队伍，严格遵循检修规程规定，采用标准化作业流程和标准化检修工艺，检修现场采取强有力的安全防范措施和安全监察，是保证变电站主设备检修工作顺利有序进行和确保主设备检修质量的重要前提条件。
其中，技术人员培训和现场作业指导是保证变电站主设备检修工作顺利有序进行和检修质量的两个重要前提。长期以来，在技术人员培训方面采用将理论学习、师傅“传、帮、带”以及检修实践三个环节相结合的模式。虽然这种培养模式起到了很好的作用，但也存在着培养周期长，专业技术传授不够全面等不足。原因是：(1)变电站主设备检修理论知识的解析手段受限制及主设备结构的复杂性给技术人员的理论学习带来了困难；(2)领域专家“传、帮、带”以及检修实践必须结合具体的变电站主设备检修过程进行，难以在较短时期内做到变电站主设备检修技术的系统传授。
发明内容
本申请提供了一种基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，解决了或部分解决了现有技术通过人工实现检修培训的检修理论知识解析手段受限制，培训时间长效果差的技术问题，实现了运用增强现实技术，涵盖现场培训教学以及远程下现场学习，能够大幅度降低专业技术人员和新员工的学习强度，能够在很大程度上提高学习效率和学习质量，能对检修方法、作业流程以及工艺要求更加准确描述，可保证和提高变电站主设备检修质量的技术效果。
本申请提供的基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，包括以下步骤：
采集变电站主设备的三维数据；
根据所述三维数据建立所述变电站主设备零部件的三维模型库，即建立真实场景对应的虚拟环境模型；
将所述三维模型库与所述变电站主设备零部件的检修技术结合，形成检修技术知识库；
运用增强现实技术，建立与所述检修技术知识库对应的互动及展示模型；
将所述互动及展示模型导入人机接口硬件，通过所述人机接口硬件完成检修人员的检修可视化培训。
作为优选，所述变电站主设备包括：GIS组合电气设备、AIS设备、断路器灭弧室结构件；
所述GIS组合电气设备包括：断路器、断路器操作机构、隔离开关、电容式电压互感器、避雷器、套管、母线及气体密度开关；
所述AIS设备包括：断路器、电流互感器、电容式电压互感器、隔离开关及避雷器。
作为优选，通过三维扫描仪对所述变电站主设备进行三维扫描而获得所述三维数据，
或者，
通过摄影测量及人工绘制获得所述三维数据。
作为优选，所述三维扫描仪先侦测并分析现实场景中所述变电站主设备及环境的形状与外观资料；
所述三维扫描仪在将搜集到的所述形状与外观资料进行三维重建计算，建立所述现实场景的数位模型。
作为优选，所述三维数据获得后，通过三维数据过滤技术对所述三维数据进行过滤处理，所述过滤处理为所述三维数据的关联分析和兼容分析；
通过所述关联分析和兼容分析，提取对所述变电站主设备检修过程相互关联的有用数据。
作为优选，所述检修技术通过以下方式获得：
通过有实际检修经验的检修专家对所述变电站主设备零部件进行规范化检修演示；
对检修过程进行图像录制，获取所述变电站主设备零部件的规范化检修过程影像资料；
其中，所述检修过程包括组装及拆解所述变电站主设备零部件。
作为优选，运用U3D或UE4引擎技术，完成所述变电站主设备的互动及展示模型。
作为优选，所述人机接口硬件包括：跟踪球、数据手套、数据衣及头盔显示器，其中，
所述跟踪球用于跟踪所述检修人员的头部、手部的位置及方向；
所述数据手套设置有6个自由度的位置传感器，能探测整个手的移动；所述数据手套在手指关节部位设置有应力传感器，所述应力传感器获得每根手指的相对位移和屈伸姿态；
数据衣包括设置在所有人体关节部位的触觉反馈器，所述检修人员与所述互动及展示模型中的虚拟对象接触和交互时，所述触觉反馈器能模拟所述检修人员与真实对象接触时产生的力感和质感；
所述头盔显示器使所述检修人员获得所述互动及展示模型中展示的三维立体图像。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
采集变电站主设备检修过程三维数据，根据三维数据、利用图像识别与匹配技术构建变电站主设备零部件三维模型并建立适用于AR的变电站主设备零部件三维大数据模型库，主要包含GIS设备中断路器、电流互感器、隔离开关。在此基础上构建变电站主设备检修技术知识库、并且结合物联网传感器(增强现实AR)技术，可以将丰富的领域专家经验累积且十分直观地记录下来，并广泛应用于变电站主设备检修技术人员培训中。基于规则和变电站主设备零部件的大数据库的变电站主设备检修过程AR智能快速建模，可以更加直观、清晰地展示变电站主设备检修过程及其工艺要求，有效避免语言描述不清的问题，可望保证和提高变电站主设备检修质量。同时，在复杂的现场作业环境中，也可以通过变电站主设备检修过程AR的精细化互动及展示引擎技术进行检修现场作业指导，给出相关的作业风险点警示，防止事故，同时还能为提高检修质量提供保证。
附图说明
图1为本申请实施例提供的基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见附图1，本申请提供的基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，包括以下步骤：
S1：采集变电站主设备的三维数据；
S2：根据三维数据建立变电站主设备零部件的三维模型库，即建立真实场景对应的虚拟环境模型；
S3：将三维模型库与变电站主设备零部件的检修技术结合，形成检修技术知识库；
S4：运用增强现实技术，建立与检修技术知识库对应的互动及展示模型；
S5：将互动及展示模型导入人机接口硬件，通过人机接口硬件完成检修人员的检修可视化培训。
采集变电站主设备检修过程三维数据，根据三维数据、利用图像识别与匹配技术构建变电站主设备零部件三维模型并建立适用于AR的变电站主设备零部件三维大数据模型库，主要包含GIS设备中断路器、电流互感器、隔离开关。在此基础上构建变电站主设备检修技术知识库、并且结合物联网传感器(增强现实AR)技术，可以将丰富的领域专家经验累积且十分直观地记录下来，并广泛应用于变电站主设备检修技术人员培训中。基于规则和变电站主设备零部件的大数据库的变电站主设备检修过程AR智能快速建模，可以更加直观、清晰地展示变电站主设备检修过程及其工艺要求，有效避免语言描述不清的问题，可望保证和提高变电站主设备检修质量。同时，在复杂的现场作业环境中，也可以通过变电站主设备检修过程AR的精细化互动及展示引擎技术进行检修现场作业指导，给出相关的作业风险点警示，防止事故，同时还能为提高检修质量提供保证。
进一步的，变电站主设备包括：GIS组合电气设备、AIS设备、断路器灭弧室结构件；GIS组合电气设备包括：断路器、断路器操作机构、隔离开关、电容式电压互感器、避雷器、套管、母线及气体密度开关；AIS设备包括：断路器、电流互感器、电容式电压互感器、隔离开关及避雷器。
进一步的，通过三维扫描仪对变电站主设备进行三维扫描而获得三维数据，或者，通过摄影测量及人工绘制获得三维数据。
三维扫描仪先侦测并分析现实场景中变电站主设备及环境的形状与外观资料；三维扫描仪在将搜集到的形状与外观资料进行三维重建计算，建立现实场景的数位模型。
GIS组合电气设备、AIS设备、断路器灭弧室作为变电站内最重要的电力设备，有着结构复杂、结构件多、器件精密程度高等诸多特点，想要完成变电站主设备的三维建模仅仅依靠搜集设计数据与人工建模是一件耗时耗力的繁重工作，三维扫描仪对不同外形轮廓的工业部件，瞬间扫描并将其转换为三维数据。数据模型可以精确的在电脑屏幕上重现。使用选配应用软件，通过对比这个扫描数据和三维CAD设计数据，可以快速获得软件自动导出的检测报告，包括全局误差、界面误差、壁厚分配以及GD&T(几何尺寸及公差)。这使得建模工序中的工作速度以及产品质量大大提高。有效利用现有的3D扫描技术能够快捷方便的完成变电站主设备的三维建模，有效节省项目实施的工作强度与工作时间，同时三维扫描仪的精确度也完全能满足项目的需求，对变电站主设备实体的细节比人工建模更为准确，能够实时还原变电站主设备的实际构造与实际情况。
三维数据获得后，通过三维数据过滤技术对三维数据进行过滤处理，过滤处理为三维数据的关联分析和兼容分析；通过关联分析和兼容分析，提取对变电站主设备检修过程相互关联的有用数据。
进一步的，检修技术通过以下方式获得：
通过有实际检修经验的检修专家对变电站主设备零部件进行规范化检修演示；对检修过程进行图像录制，获取变电站主设备零部件的规范化检修过程影像资料；其中，检修过程包括组装及拆解变电站主设备零部件。
通过建立与检修技术知识库对应的互动及展示模型，可以将丰富的领域专家经验累积且十分直观地记录下来，并广泛应用于变电站主设备检修技术人员培训中。同时，在复杂的现场作业环境中，也可以通过变电站主设备检修过程AR的精细化互动及展示引擎技术进行检修现场作业指导，给出相关的作业风险点警示，防止事故，同时还能为提高检修质量提供保证。
进一步的，运用U3D或UE4引擎技术，完成所述变电站主设备的互动及展示模型。利用U3D或UE4引擎的快速场景渲染与热点互动触控交互功能，实现符合GIS组合电气设备、AIS设备、断路器灭弧室结构组装拆解实际过程的模型互动、热点触控等交互功能，实现可视化培训所需的GIS组合电气设备、AIS设备、断路器灭弧室结构件的拆解与复原环节，利用现有的技术规范与专家技术经验，开发出GIS组合电气设备、AIS设备机构、断路器灭弧室组件的装精细化互动及展示模型，对GIS组合电气设备、AIS设备机构、断路器灭弧室组件与组装拆解过程进行按规范步骤的动态交互设计，严格按照检修技术指导书的指导完成。
进一步的，人机接口硬件包括：跟踪球、数据手套、数据衣及头盔显示器，其中，
所述跟踪球用于跟踪所述检修人员的头部、手部的位置及方向。
所述数据手套设置有6个自由度的位置传感器，能探测整个手的移动；所述数据手套在手指关节部位设置有应力传感器，所述应力传感器获得每根手指的相对位移和屈伸姿态。
数据衣包括设置在所有人体关节部位的触觉反馈器，所述检修人员与所述互动及展示模型中的虚拟对象接触和交互时，所述触觉反馈器能模拟所述检修人员与真实对象接触时产生的力感和质感。
所述头盔显示器使所述检修人员获得所述互动及展示模型中展示的三维立体图像。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集变电站主设备的三维数据；
根据所述三维数据建立所述变电站主设备零部件的三维模型库，即建立真实场景对应的虚拟环境模型；
将所述三维模型库与所述变电站主设备零部件的检修技术结合，形成检修技术知识库；
运用增强现实技术，建立与所述检修技术知识库对应的互动及展示模型；
将所述互动及展示模型导入人机接口硬件，通过所述人机接口硬件完成检修人员的检修可视化培训。
2.如权利要求1所述的基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，其特征在于，所述变电站主设备包括：GIS组合电气设备、AIS设备、断路器灭弧室结构件；
所述GIS组合电气设备包括：断路器、断路器操作机构、隔离开关、电容式电压互感器、避雷器、套管、母线及气体密度开关；
所述AIS设备包括：断路器、电流互感器、电容式电压互感器、隔离开关及避雷器。
3.如权利要求1所述的基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，其特征在于，
通过三维扫描仪对所述变电站主设备进行三维扫描而获得所述三维数据，
或者，
通过摄影测量及人工绘制获得所述三维数据。
4.如权利要求3所述的基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，其特征在于，
所述三维扫描仪先侦测并分析现实场景中所述变电站主设备及环境的形状与外观资料；
所述三维扫描仪在将搜集到的所述形状与外观资料进行三维重建计算，建立所述现实场景的数位模型。
5.如权利要求1所述的基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，其特征在于，所述三维数据获得后，通过三维数据过滤技术对所述三维数据进行过滤处理，所述过滤处理为所述三维数据的关联分析和兼容分析；
通过所述关联分析和兼容分析，提取对所述变电站主设备检修过程相互关联的有用数据。
6.如权利要求1所述的基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，其特征在于，所述检修技术通过以下方式获得：
通过有实际检修经验的检修专家对所述变电站主设备零部件进行规范化检修演示；
对检修过程进行图像录制，获取所述变电站主设备零部件的规范化检修过程影像资料；
其中，所述检修过程包括组装及拆解所述变电站主设备零部件。
7.如权利要求1所述的基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，其特征在于，
运用U3D或UE4引擎技术，完成所述变电站主设备的互动及展示模型。
8.如权利要求1所述的基于增强现实技术的变电站主设备检修可视化培训方法，其特征在于，所述人机接口硬件包括：跟踪球、数据手套、数据衣及头盔显示器，其中，
所述跟踪球用于跟踪所述检修人员的头部、手部的位置及方向；
所述数据手套设置有6个自由度的位置传感器，能探测整个手的移动；所述数据手套在手指关节部位设置有应力传感器，所述应力传感器获得每根手指的相对位移和屈伸姿态；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200410 |