CN112037340A - 基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法及穿戴式设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法及穿戴式设备，其包括以下步骤：步骤S1，采集当前信息；步骤S2，根据当前信息调取与当前信息对应的视野范围内的区域病害信息；步骤S3，在虚拟隧道环境中标出区域病害信息相对应的位置点,形成标注区域图像；并且根据设定的隧道衬砌病害分类及标注模型，标注区域病害信息中各衬砌病害并生成虚拟标签，虚拟标签包括衬砌病害对应的分类图标和文字标签；步骤S4，通过增强现实技术将标注区域图像和虚拟标签实时投影至以真实衬砌为背景的环境中，实现隧道衬砌病害在现实场景中相对于使用者的相对方位映射。本发明适用于各种运营期隧道衬砌表面及背后病害信息的实时动态查看，能有效减少人工重复机械工作，提高隧道运营期的衬砌检测和修复工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及隧道检测领域，特别是涉及一种基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法及穿戴式设备。
背景技术
衬砌作为隧道的重要组成部分，其质量对于隧道的安全运营显得尤为重要。但由于外部环境和地质条件的不断变化，以及设计、施工、管理和周边其他建构筑物施工等多方面的影响，隧道衬砌在运营期中，常常会出现裂缝、材质劣化、渗漏水、变形、与围岩之间产生空洞、起层和剥落等病害现象，严重威胁到隧道的正常、安全使用。对于这些隧道衬砌病害，现阶段可使用隧道检测车、地质雷达和超声探测等方法进行检测并收集病害信息数据。但在获得衬砌病害信息数据之后，没有能够供检测人员在隧道内部直观查看病害信息。
申请号为201710013889.0的中国专利公开了一种隧道病害快速诊断防治方法，通过对隧道衬砌的变形实行快速量测，并结合可靠的诊断技术和优化设计方法，得到衬砌结构具体的病害情况。但其检测结果不直观，难以帮助检测或修复人员在隧道中实时掌握衬砌的安全状态。
为了方便检测人员全面和及时掌握隧道衬砌的安全状态，急需一种高效、准确的隧道衬砌病害查看方法及穿戴式设备，可以在隧道内部实时直观查看衬砌表面及背后的病害信息，使隧道运营期的检测和修复工作能够更顺利开展。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法及穿戴式设备，用于解决现有技术中在隧道内部无法直观查看衬砌病害不宜进行修复工作的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法，应用于穿戴式设备，其包括以下步骤：步骤S1，采集当前信息，当前信息包括佩戴穿戴式设备的使用者在隧道中的定位数据和姿态朝向信息；
步骤S2，根据所述当前信息调取与所述当前信息对应的视野范围内的区域病害信息；
步骤S3，在虚拟隧道环境中标出所述区域病害信息相对应的位置点,形成标注区域图像；并且根据设定的隧道衬砌病害分类及标注模型，标注所述区域病害信息中各衬砌病害并生成虚拟标签，虚拟标签包括衬砌病害对应的分类图标和文字标签；
步骤S4，通过增强现实技术将所述标注区域图像和虚拟标签实时投影至以真实衬砌为背景的环境中，实现隧道衬砌病害在现实场景中相对于使用者的相对方位映射。
优选的，所述穿戴式设备与使用者之间进行交互指令传输，以执行对部分衬砌病害的显示和隐藏、虚拟标签的放大和缩小和亮度匹配与亮度调整。
优选的，所述交互指令的交互方式为眼动追踪、手势识别或语音识别。
优选的，隧道中全部的衬砌病害信息预存在云端服务器中，所述步骤S2，调取所述区域病害信息时并且以数据形式下载至存储器。
优选的，当所述使用者的姿态朝向及定位数据发生变化时，重新检测采集变动后的当前信息，将变动后的当前信息作为当前信息，再次执行步骤s2-s4。
优选的，所述步骤S1中，通过无线传感定位单元来检测使用者在隧道中的定位数据，通过头部追踪单元来检测使用者在隧道中的姿态朝向信息。
优选的，所述步骤S3中，所述设定的隧道衬砌病害分类包括以下类型：衬砌裂缝、衬砌材质劣化、渗漏水、衬砌变形、衬砌背后空洞、衬砌起层及剥落，每个类型分别设定有与其对应的分类图标和文字标签。
优选的，所述穿戴式设备具有头戴式光学透视型的显示器，显示器由半透半反的光学镜片构成，所述步骤S4中，所述标注区域图像和虚拟标签投射在所述镜片上。
本发明还提供一种穿戴式设备，用于隧道衬砌病害查看，其包括头部追踪单元、无线传感定位单元、存储器、处理器、交互用配件和光学透视型显示器，存储器与处理器均与通信单元相连，所述存储器用于存储所述头部追踪单元和所述无线传感定位单元获取的姿态朝向信息和定位数据；所述处理器用于执行如上所述的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法的步骤S2-s4。
如上所述，本发明的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法及穿戴式设备，具有以下有益效果：该查看方法适用于各种运营期隧道衬砌表面及背后病害信息的实时动态查看，具体通过佩戴穿戴式设备的使用者在隧道中的定位数据和姿态朝向信息，来从预存的隧道衬砌病害数据中调取对应的视野范围内的区域病害信息，并实时投影至真实的隧道环境中，能有效减少人工重复机械工作，提高隧道运营期的衬砌检测和修复工作效率；该穿戴式设备便于携带、效果直观。
附图说明
图1显示为本发明的穿戴式设备的原理示意图。
图2显示为本发明的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法的流程示意图。
元件标号说明
1 光学透视型显示器
2 无线传感定位单元
3 头部追踪单元
4 通信单元
5 存储器
6 云端服务器
7 处理器
8 光学镜片
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种穿戴式设备，用于隧道衬砌病害查看，其包括头部追踪单元3、无线传感定位单元2、存储器5、处理器7、交互用配件和光学透视型显示器1，存储器5与处理器7均与通信单元4相连，存储器5用于存储所述头部追踪单元3和所述无线传感定位单元2获取的姿态朝向信息和定位数据；处理器7通过通信单元4下载可存储在云端服务器中的病害信息和可被处理器7执行的指令。处理器7可作为虚拟场景生成器，能够即时执行标定运算并且生成隧道病害区域标注图像和虚拟标签。交互用配件可通过眼动追踪、手势及语音识别等至少一种方式实现使用者对穿戴式设备的交互控制。
本发明还提供一种基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法，应用于上述穿戴式设备，可在在公路、铁路隧道中进行实施，具体包括以下步骤：见图2所示，
步骤S1，采集当前信息，当前信息包括佩戴穿戴式设备的使用者在隧道中的定位数据和姿态朝向信息；具体为：检测人员(即使用者)携带可穿戴式设备到达隧道内工作位置后，通过指令开启穿戴式设备设备，通过无线传感定位单元2和头部追踪单元3获取当前穿戴式设备使用者在隧道中的定位数据和姿态朝向信息。该过程中，在隧道中采用基于无线传感网络的定位系统以保证定位数据的精确性，无线传感定位单元2可以集成于穿戴式设备中，也可以通过调用无线传感网络下的其他移动终端的定位信息来辅助校正定位信息；
步骤S2，根据上述步骤s1中的当前信息调取与当前信息对应的视野范围内的区域病害信息；具体为：上述定位数据和姿态朝向信息自动通过通信单元4发送至云端服务器6，云端服务器中事先存储有隧道中全部的病害信息，处理器7通过步骤s1检测得到的工作位置调取与当前工作位置对应主要视野范围内的区域病害信息，并且以数据形式下载至存储器5中用于后续处理；
步骤S3，虚拟场景生成器(本实施例中即上述处理器7)调用上述当前信息(即姿态朝向信息和定位数据)和上述区域病害信息，在虚拟隧道环境中标出该区域病害信息相对应的位置点,形成标注区域图像；并且根据设定的隧道衬砌病害分类及标注模型，标注所述区域病害信息中各衬砌病害并生成虚拟标签，虚拟标签包括衬砌病害对应的分类图标和文字标签；其中，设定的隧道衬砌病害分类包括以下类型：衬砌裂缝、衬砌材质劣化、渗漏水、衬砌变形、衬砌背后空洞、衬砌起层及剥落，每个类型分别设定有与其对应的分类图标和文字标签；
步骤S4，通过增强现实技术将所述标注区域图像和虚拟标签实时投影至以真实衬砌为背景的环境中，实现隧道衬砌病害在现实场景中相对于使用者的相对方位映射；具体为：通过增强现实技术将隧道衬砌病害的标注区域图像和虚拟标签实时投影在头戴式的光学透视型显示器1上，光学透视型显示器1由半透半反的光学镜片8构成，将由虚拟场景生成器产生的标注区域图像和虚拟标签投射在光学镜片8上，使用者在看到病害信息的同时，也能透过光学镜片8直接观察到真实隧道环境，实现隧道衬砌病害在现实场景中相对于使用者的相对方位映射。
进一步地，在步骤s4中，衬砌病害的标注区域图像和虚拟标签在以光学镜片8构成的显示平面上的视景坐标和透视变化关系，通过调用使用者姿态朝向信息、定位数据和病害数据进行相关标定运算之后获得。即当前工作位置的衬砌病害信息查看完毕后，可变更进行位置移动或姿态朝向，具体为：当穿戴式设备检测到使用者的姿态朝向及定位数据发生变化时，自动在信息稳定后重新检测采集变动后的当前信息，将变动后的当前信息作为当前信息，再次执行步骤s2-s4，即对投影的衬砌病害信息进行动态更新，以实现使用者对隧道衬砌病害的动态查看。
在上述步骤s4中，上述穿戴式设备与使用者之间进行交互指令传输，以执行对部分衬砌病害的显示和隐藏、虚拟标签的放大和缩小和亮度匹配与亮度调整。穿戴式设备与使用者之间的交互方式可采用眼动追踪、手势及语音识别等多种方式，可配合应用的穿戴式设备所搭载的配件使用。
在完成整条隧道的工作过程中，上述处理器7将自动记录检测人员到达过工作位置的定位数据、姿态朝向、隧道衬砌病害的标注区域和虚拟标签等数据形成数据库，并且保存至存储器5中，还可人工录入每个工作位置的检测和修复工作结果。在实现高效、准确地将通过检测工作获得的隧道运营期病害信息可视化的同时，有效减少人工重复机械工作，提高隧道衬砌的检测和修复工作效率。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法，应用于穿戴式设备，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，采集当前信息，当前信息包括佩戴穿戴式设备的使用者在隧道中的定位数据和姿态朝向信息；
步骤S2，根据所述当前信息调取与所述当前信息对应的视野范围内的区域病害信息；
步骤S3，在虚拟隧道环境中标出所述区域病害信息相对应的位置点,形成标注区域图像；并且根据设定的隧道衬砌病害分类及标注模型，标注所述区域病害信息中各衬砌病害并生成虚拟标签，虚拟标签包括衬砌病害对应的分类图标和文字标签；
步骤S4，通过增强现实技术将所述标注区域图像和虚拟标签实时投影至以真实衬砌为背景的环境中，实现隧道衬砌病害在现实场景中相对于使用者的相对方位映射。
2.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法，其特征在于：所述穿戴式设备与使用者之间进行交互指令传输，以执行对部分衬砌病害的显示和隐藏、虚拟标签的放大和缩小和亮度匹配与亮度调整。
3.根据权利要求2所述的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法，其特征在于：所述交互指令的交互方式为眼动追踪、手势识别或语音识别。
4.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法，其特征在于：隧道中全部的衬砌病害信息预存在云端服务器中，所述步骤S2，调取所述区域病害信息时并且以数据形式下载至存储器。
5.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法，其特征在于：当所述使用者的姿态朝向及定位数据发生变化时，重新检测采集变动后的当前信息，将变动后的当前信息作为当前信息，再次执行步骤s2-s4。
6.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法，其特征在于：所述步骤S1中，通过无线传感定位单元来检测使用者在隧道中的定位数据，通过头部追踪单元来检测使用者在隧道中的姿态朝向信息。
7.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述设定的隧道衬砌病害分类包括以下类型：衬砌裂缝、衬砌材质劣化、渗漏水、衬砌变形、衬砌背后空洞、衬砌起层及剥落，每个类型分别设定有与其对应的分类图标和文字标签。
8.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法，其特征在于：所述穿戴式设备具有头戴式光学透视型的显示器，显示器由半透半反的光学镜片构成，所述步骤S4中，所述标注区域图像和虚拟标签投射在所述镜片上。
9.一种穿戴式设备，用于隧道衬砌病害查看，其特征在于：包括头部追踪单元、无线传感定位单元、存储器、处理器、交互用配件和光学透视型显示器，存储器与处理器均与通信单元相连，所述存储器用于存储所述头部追踪单元和所述无线传感定位单元获取的姿态朝向信息和定位数据；所述处理器用于执行权利要求1所述的基于增强现实技术的隧道衬砌病害查看方法的步骤S2-s4。
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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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201204 |