CN112182696A - 一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法，包括：构建顶盖三维精细化模型及顶盖检修作业虚拟场景；建立基于空间碰撞预警的预警规则；设计满足预警规则的顶盖吊装路径规划方法，确定最优的顶盖吊装路径；让工作人员在操作时具有逼真感和沉浸感，实现顶盖检修过程中模型、工器具与检修场景无缝融合；对现场作业方案进行推演，完成碰撞分析以及最优路径规划，实现顶盖检修作业安全推演。

Description

一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法

技术领域

本发明涉及检修仿真技术领域，尤其涉及一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法。

背景技术

抽水蓄能电站以其调峰填谷的独特运行特性，发挥着条件负荷、促进电力系统节能和维持电网安全网稳定运行的功能，逐步成为我国电力系统有效的、不可或缺的调节手段。同时，随着抽水蓄能电站智能化、信息化建设的迅速发展，对检修过程标准化、检修资源预测精准化、检修管理智能化提出了更高的要求。

抽水蓄能机组检修吊装的任务是对整个机组各个零件设备进行吊装，顶盖的吊装作业是蓄能电站检修中重要且复杂的吊装作业任务之一。顶盖检修吊装作业是一项繁杂且需要多部门、多人员配合完成的任务，由于环境复杂、有高空作业，所以有着较高的安全风险；尤其顶盖体积庞大、质量较高，且吊装施工现场为室内厂房，交叉非常多，人员密集，所以在整个吊装的施工过程中，安全风险尤其应该得到重视。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法，解决现有技术中吊装的施工过程中存在安全风险的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法，包括：

构建顶盖三维精细化模型及顶盖检修作业虚拟场景；

建立基于空间碰撞预警的预警规则；

设计满足所述预警规则的顶盖吊装路径规划方法，确定最优的顶盖吊装路径。

本发明的有益效果是：让工作人员在操作时具有逼真感和沉浸感，实现顶盖检修过程中模型、工器具与检修场景无缝融合；对现场作业方案进行推演，完成碰撞分析以及最优路径规划，实现顶盖检修作业安全推演。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述构建顶盖三维精细化模型的过程包括：

根据顶盖设备的二维图纸和/或现场实际素材构建顶盖三维数字化模型；

将与所述顶盖设备检修相关的顶盖设备相关信息存入数据库中，所述顶盖设备相关信息与对应的所述顶盖三维数字化模型相关联，所述数据库还存储有设计的通用的设备信息逻辑模型；

将所述顶盖设备相关信息中的彩色图片和纹理数据赋予给所述顶盖三维数字化模型，并对模型进行渲染，完成所述顶盖三维精细化模型的构建。

进一步，所述构建顶盖检修作业虚拟场景的过程为并行实施的基于图纸和现场照片建模方案以及利用三维激光扫描建模的方案。

进一步，所述基于图纸和现场照片建模方案的建模过程包括：根据所述顶盖设备的图纸和现场照片进行三维建模生成所述顶盖检修作业虚拟场景的三维模型，对所述顶盖检修作业虚拟场景的三维模型进行纹理赋值，完成所述顶盖检修作业虚拟场景的三维模型的精细化建模。

进一步，所述利用三维激光扫描建模的建模过程包括：

利用三维激光扫描，根据已知信息对获取的原始扫描观测值进行空间数据配准；

利用匹配算法将采集数据自动分段处理后进行常用三维模型组件匹配处理，建立所述顶盖检修作业虚拟场景的三维模型；

将纹理图像与模型进行自动配准，得到所述顶盖检修作业虚拟场景的三维实景。

进一步，所述建立基于空间碰撞预警的预警规则的过程包括：

根据顶盖吊装工艺，构建顶盖和顶盖吊装作业场景中障碍物的碰撞体模型，定义所述顶盖不同位置与障碍物的碰撞距离阈值，采用碰撞检测算法进行所述顶盖与所述障碍物碰撞预警。

进一步，所述设计满足所述预警规则的顶盖吊装路径规划方法的过程包括：

利用三维引擎，根据碰撞检测算法检测所述顶盖与周围所述碰撞体的距离，同时计算所述顶盖的翻转角度，实时显示所述顶盖与周围障碍物的相对位置信息，当所述顶盖与所述障碍物的距离小于所述碰撞距离阈值时，进行危险提示。

进一步，所述碰撞距离阈值包括一级碰撞阈值和二级碰撞阈值；

配合顶盖吊装速度与顶盖当前翻转角度，计算下一时刻所述顶盖所处位置，当所述顶盖与所述障碍物的距离小于等于所述一级碰撞阈值时进行一级报警，当所述顶盖与所述障碍物的距离小于等于所述二级碰撞阈值时进行二级报警。

进一步，所述碰撞检测算法包括：设计顶盖设备中心点射线坐标系，所述射线坐标系包含X、Y、Z及水平基准射线，通过三维引擎从顶盖设备中心点向周围发出射线，当射线碰撞到所述障碍物时，返回顶盖中心到障碍物的距离。

进一步，所述确定最优的顶盖吊装路径的过程包括：

对顶盖检修吊装作业全过程进行演示，实时采集坐标信息，得到不同的运行轨迹，自动绘制运行轨迹曲线；

记录顶盖起吊过程中吊钩起重速度、行车运动速度、顶盖运动轨迹以及与周围障碍物的相对位置信息；

分析不同运动轨迹的作业面预警信息，对各类推演情况进行精准回溯，进行风险辨识，按照设定规则自动计算出最优吊装路径；

所述设定规则包括运行最快和/或预警风险最小。

采用上述进一步方案的有益效果是：建立的顶盖检修三维精细化模型，可直观形象地展示顶盖结构以及各零部件间的关联关系，并将所建立的顶盖设备模型信息存放入数据库，解决了顶盖检修模型数据规范的问题；构建的顶盖检修吊装作业虚拟场景，增强了场景的真实感和沉浸感；本发明的方法实现的顶盖检修吊装作业碰撞分析与吊装路径规划，使得作业人员能够动态、直观了解顶盖检修吊装关键信息，提升顶盖检修吊装作业质效。

附图说明

图1为本发明提供的一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法的流程图；

图2为本发明提供的一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法的实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示为本发明提供的一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法的流程图，由图1可知，该方法包括：

构建顶盖三维精细化模型及顶盖检修作业虚拟场景。建立基于空间碰撞预警的预警规则。设计满足预警规则的顶盖吊装路径规划方法，确定最优的顶盖吊装路径。

本发明提供的一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法，让工作人员在操作时具有逼真感和沉浸感，实现顶盖检修过程中模型、工器具与检修场景无缝融合；对现场作业方案进行推演，完成碰撞分析以及最优路径规划，实现顶盖检修作业安全推演。

实施例1

本发明提供的实施例1为本发明提供的一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法的实施例，如图2所示为本发明提供的一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法的实施例的流程图，由图2可知，该方法包括：

构建顶盖三维精细化模型及顶盖检修作业虚拟场景。

优选的，构建顶盖三维精细化模型的过程包括：

根据顶盖设备的二维图纸和/或现场实际素材构建顶盖三维数字化模型。

将与顶盖设备检修相关的顶盖设备相关信息存入数据库中，顶盖设备相关信息与对应的顶盖三维数字化模型相关联，数据库还存储有设计的通用的设备信息逻辑模型。

该信息的类型可以为文档、图片、音频或视频等。

将顶盖设备相关信息中的彩色图片和纹理数据赋予给顶盖三维数字化模型，并对模型进行渲染，完成顶盖三维精细化模型的构建。

利用收集到的素材和参数信息，在三维建模平台搭建顶盖三维模型的过程中，将彩色图片和纹理数据赋予给顶盖三维数字化模型的过程为通过现场采集的真实的顶盖设备图片，以贴图的方式赋予设备三维模型，构建真实感强的顶盖三维精细化模型。

优选的，构建顶盖检修作业虚拟场景的过程为并行实施的基于图纸和现场照片建模方案以及利用三维激光扫描建模的方案。

融合多源信息，建立精确空间尺寸的厂房模型，搭建顶盖作业场景。

具体的，基于图纸和现场照片建模方案的建模过程包括：根据顶盖设备的图纸和现场照片进行三维建模生成顶盖检修作业虚拟场景的三维模型，对顶盖检修作业虚拟场景的三维模型进行纹理赋值，完成顶盖检修作业虚拟场景的三维模型的精细化建模。

具体的，利用三维激光扫描建模的建模过程包括：

利用三维激光扫描，根据已知信息对获取的原始扫描观测值进行空间数据配准；具体的，数据配准就是把不同测站点采集的空间数据统一到一个坐标系下面，使之成为一个整体。

利用匹配算法将采集数据自动分段处理后进行常用三维模型组件匹配处理，建立顶盖检修作业虚拟场景的三维模型。

将纹理图像与模型进行自动配准，得到顶盖检修作业虚拟场景的三维实景。

采用激光点云扫描技术实现蓄能电站顶盖检修吊装作业场景的实际结构全息采集，是利用地面激光雷达扫描技术或现场实地测量以及照片进行数据采集，得到该顶盖检修吊装作业场景的原始观测值；利用信息管理系统融合多系统多源数据为一体，通过对各类规范化数据进行规范化表达，设立相应的属性名称和属性值，以设备台账数据为核心，对其监测数据、检修数据、图像数据进行分类梳理，将不同来源相同的属性进行合并，对属性值进行判断，若内容一致，可以进行融合，若内容冲突，则保留各自的属性值，精确真实重构蓄能电站顶盖检修吊装作业的三维实景。

建立基于空间碰撞预警的预警规则。

优选的，建立基于空间碰撞预警的预警规则的过程包括：

根据顶盖吊装工艺，构建顶盖和顶盖吊装作业场景中障碍物的碰撞体模型，定义顶盖不同位置与障碍物的碰撞距离阈值，采用碰撞检测算法进行顶盖与障碍物碰撞预警。

具体的，构建顶盖与顶盖吊装作业场景中障碍物的碰撞体模型，是通过三维引擎划分顶盖及障碍物的碰撞体网格，形成碰撞体包围盒，在三维引擎中对构建的顶盖精细化模型进行碰撞网格的划分，选择合适的包围盒，形成不同的碰撞体，根据实际顶盖检修吊装工艺进行仿真模拟。

设计满足预警规则的顶盖吊装路径规划方法，确定最优的顶盖吊装路径。

优选的，设计满足预警规则的顶盖吊装路径规划方法的过程包括：

利用三维引擎，根据碰撞检测算法检测顶盖与周围碰撞体的距离，同时计算顶盖的翻转角度，实时显示顶盖与周围障碍物的相对位置信息，当顶盖与障碍物的距离小于碰撞距离阈值时，进行危险提示。

建立多级预警规则，包括：设置多级碰撞阈值，具体的，碰撞距离阈值包括一级碰撞阈值和二级碰撞阈值。

配合顶盖吊装速度与顶盖当前翻转角度，计算下一时刻顶盖所处位置，当顶盖与障碍物的距离小于等于一级碰撞阈值时进行一级报警，提示“危险”；当顶盖与障碍物的距离小于等于二级碰撞阈值时进行二级报警，提示“非常危险”，以不同预警色区分预警状态。

该一级碰撞阈值和二级碰撞阈值的大小可以根据根据顶盖设备尺寸与机坑尺寸的相对值以及检修人员的经验人为设置。

具体的，碰撞检测算法包括：设计顶盖设备中心点射线坐标系，射线坐标系包含X、Y、Z及水平基准射线，通过三维引擎从顶盖设备中心点向周围发出射线，当射线碰撞到障碍物时，返回顶盖中心到障碍物的距离。

通过顶盖包围盒尺寸反算顶盖设备外沿至机坑建筑、机坑内其他附属设备及地下厂房等设备的最小距离，配合上述多级阈值判断顶盖是否可能发生碰撞。

具体的，确定最优的顶盖吊装路径的过程包括：

对顶盖检修吊装作业全过程进行演示，实时采集坐标信息，得到不同的运行轨迹，自动绘制运行轨迹曲线。

记录顶盖起吊过程中吊钩起重速度、行车运动速度、顶盖运动轨迹以及与周围障碍物的相对位置信息。

分析不同运动轨迹的作业面预警信息，对各类推演情况进行精准回溯，进行风险辨识，按照设定规则自动计算出最优吊装路径。

该设定规则包括运行最快和/或预警风险最小等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种顶盖检修吊装作业与风险辨识三维数字化推演方法，其特征在于，方法包括：

构建顶盖三维精细化模型及顶盖检修作业虚拟场景；

建立基于空间碰撞预警的预警规则；

设计满足所述预警规则的顶盖吊装路径规划方法，确定最优的顶盖吊装路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建顶盖三维精细化模型的过程包括：

根据顶盖设备的二维图纸和/或现场实际素材构建顶盖三维数字化模型；

将与所述顶盖设备检修相关的顶盖设备相关信息存入数据库中，所述顶盖设备相关信息与对应的所述顶盖三维数字化模型相关联，所述数据库还存储有设计的通用的设备信息逻辑模型；

将所述顶盖设备相关信息中的彩色图片和纹理数据赋予给所述顶盖三维数字化模型，并对模型进行渲染，完成所述顶盖三维精细化模型的构建。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建顶盖检修作业虚拟场景的过程为并行实施的基于图纸和现场照片建模方案以及利用三维激光扫描建模的方案。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于图纸和现场照片建模方案的建模过程包括：根据所述顶盖设备的图纸和现场照片进行三维建模生成所述顶盖检修作业虚拟场景的三维模型，对所述顶盖检修作业虚拟场景的三维模型进行纹理赋值，完成所述顶盖检修作业虚拟场景的三维模型的精细化建模。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用三维激光扫描建模的建模过程包括：

利用三维激光扫描，根据已知信息对获取的原始扫描观测值进行空间数据配准；

利用匹配算法将采集数据自动分段处理后进行常用三维模型组件匹配处理，建立所述顶盖检修作业虚拟场景的三维模型；

将纹理图像与模型进行自动配准，得到所述顶盖检修作业虚拟场景的三维实景。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立基于空间碰撞预警的预警规则的过程包括：

根据顶盖吊装工艺，构建顶盖和顶盖吊装作业场景中障碍物的碰撞体模型，定义所述顶盖不同位置与障碍物的碰撞距离阈值，采用碰撞检测算法进行所述顶盖与所述障碍物碰撞预警。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述设计满足所述预警规则的顶盖吊装路径规划方法的过程包括：

利用三维引擎，根据碰撞检测算法检测所述顶盖与周围所述碰撞体的距离，同时计算所述顶盖的翻转角度，实时显示所述顶盖与周围障碍物的相对位置信息，当所述顶盖与所述障碍物的距离小于所述碰撞距离阈值时，进行危险提示。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述碰撞距离阈值包括一级碰撞阈值和二级碰撞阈值；

配合顶盖吊装速度与顶盖当前翻转角度，计算下一时刻所述顶盖所处位置，当所述顶盖与所述障碍物的距离小于等于所述一级碰撞阈值时进行一级报警，当所述顶盖与所述障碍物的距离小于等于所述二级碰撞阈值时进行二级报警。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述碰撞检测算法包括：设计顶盖设备中心点射线坐标系，所述射线坐标系包含X、Y、Z及水平基准射线，通过三维引擎从顶盖设备中心点向周围发出射线，当射线碰撞到所述障碍物时，返回顶盖中心到障碍物的距离。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定最优的顶盖吊装路径的过程包括：

对顶盖检修吊装作业全过程进行演示，实时采集坐标信息，得到不同的运行轨迹，自动绘制运行轨迹曲线；

记录顶盖起吊过程中吊钩起重速度、行车运动速度、顶盖运动轨迹以及与周围障碍物的相对位置信息；

分析不同运动轨迹的作业面预警信息，对各类推演情况进行精准回溯，进行风险辨识，按照设定规则自动计算出最优吊装路径；

所述设定规则包括运行最快和/或预警风险最小。

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