CN113379908A - 一种电力设备自动巡检用的三维gisvr线路实景平台搭建系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，包括场景模型建立、建立地理坐标系和VR/GIS混合平台。该电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，根据输电线路的三维GIS数据与VR技术相结合，搭建三维GIS/VR线路实景平台，其后研究基于4G/5G的数传和图传系统，可将无人机位置数据及视频数据通过4G/5G网络传输到控制中心，在VR平台建立地理坐标系，实现VR/GIS混合平台，具备兼具GIS的地理分析功能和VR的展示效果，通过VR/GIS系统将无人机通过4G/5G网络传输到VR/GIS平台采集的图像数据真实的展示在作业人员眼前，增强了无人机巡检的自主性，同时又可远距离对输电线路进行巡视。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备巡检技术领域，具体为一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统。
背景技术
VR/GIS是虚拟现实技术与地理信息系统相结合的系统，历史上首次出现 VR/GIS的产物是美国乔治亚州教育学院的校园信息系统，那次完美的结合之后，地理信息系统与虚拟现实技术相结合的产品、应用就开始层出不穷，日益得到人们的关注，如今随着VR技术被广泛应用和接受，VR/GIS系统也越来越被人们所青睐，为人们生活带来了方便，同时VR/GIS系统被广泛应用到各大领域，为各大领域提供了极大的方便。
而目前无人机巡检基本上采用手工操作方式，新兴的自动巡检需要统筹各个巡检目标点，手动输入到无人机导航控制系统，耗时长且容易出错，给无人机巡检任务带来很大隐患，且无法远距离巡视，针对目前贵州无人机巡视输电线路的情况，为了提高输电线路巡视效率，同时又可以远距离操控无人机对输电线路进行巡视，有必要研究一种可以远程遥控同时又能自动巡视的虚实一体无人机系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，包括场景模型建立、建立地理坐标系和VR/GIS混合平台，所述场景模型建立和建立地理坐标系共同搭建，建立起 VR/GIS混合平台。
所述场景模型建立由模型解析、塔身模型建立、数据标准化、精细化杆塔模型组成，通过读取杆塔相关信息数据，对数据进行解析处理计算，并转换存储所述塔身模型建立所需要的数据，根据所述模型解析获取的数据构建三维杆塔塔身模型，并可对塔身模型进行编辑处理，将解析出的模型数据存储为特定、所述数据标准化类型的数据，用于三维GIS平台对三维杆塔模型的加载和处理，所述精细化杆塔模型主要是通过前三步建立的初步模型配置高低腿和组装杆塔模型，通过对杆塔的塔腿的长度进行设置，将解析建立的杆塔的塔身模型和塔腿模型进行组装形成完整的杆塔模型。
特别地，通过所述场景模型建立和建立地理坐标系建立起VR/GIS混合平台，所述VR/GIS混合平台包括VR平台搭建，所述VR平台搭建包含有多个复杂的虚拟场景，所述虚拟场景由子场景组成，所述子场景又由基本三维实体构成，根据虚拟现实场景的需要,采用3DStudioMAX软件工具建立单元机组零件、部件、系统的三维模型等基本三维实体,生成3db格式的文件,通过格式转换工具转换成模型的三维数据文件,包括点、面、法向量及各个模型之间的相对位置矩阵等,利用OpenGL图形库函数将这些三维数据进行重新组合,还原成三维框架模型,经过光照、纹理映射处理得到具有真实感的三维虚拟模型, 然后再利用。
特别地，一个复杂的所述虚拟场景由多个子场景组成，每个所述子场景又由多个不同的基本三维实体构成，多个所述子场景由超连接Anchor节点和 Inline节点进行组合，超连接Anchor节点和Inline节点将子场景进行组合, 生成需要的仿真场景。
特别地，所述VR/GIS混合平台在建立后，会连接有无人机的无线通讯模块，所述无线通讯模块采用4G/5G数传和图传技术，4G/5G数传和图传系统，可将无人机位置数据及视频数据通过网络传输到控制中心，方便指挥人员及时了解现场详情，为指挥作业提供决策依据。
特别地，所述无线通讯模块采用的4G/5G信号数传和图传系统还包括 4G/5G信号发射和接受装置，4G/5G信号发射和接受装置设置于无人机的内部， 4G/5G信号发射和接受装置的数据信息及云台采集的图像数据通过网络传输线另一端连接有指挥中心PC端。
特别地，所述指挥中心PC端包括地面控制系统，所述地面控制系统由主操纵器、副操纵器、比例操纵器、控制电路、遥控发射机及其天线组成，操纵器产生控制指令代码，由控制电路判断代码信号来源，遥控发射机的发射状态由PTT信号控制，采用间隙发射方式，当操纵器产生指令代码信号时，则发送该代码，当编码器没有指令代码信号时，则定时发送空操作指令作为应答信号，表示地面控制设备工作正常。
特别地，所述无线通讯模块通过网络连接有GPS数据采集模块，所述GPS 数据采集模块将GPS与北斗RTK技术与激光Lidar技术相结合，在电力设备线路上布置有RTK控制点，其定位精度为厘米级，依靠GPS+北斗RTK定位技术及高精度数字化输电线路地图的技术，在试点线路布置RTK控制点让无人机真正实现高精度自主飞行，并利用4G/5G网络实现无人机控制及数据传输。
特别地，所述GPS数据采集模块采用组合导航的方式，具体为INS/GPS 组合导航系统，INS/GPS组合导航系统中还应用有大气数据系统和航迹推算技术，可以实现惯性传感器的校准、惯导系统的空中对准、惯导系统高度通道的稳定等，从而可以有效地提高惯导系统的性能和精度，对GPS系统来说，惯导系统的辅助可以提高其跟踪卫星的能力，提高接收机动态特性和抗干扰性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.该电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，根据输电线路的三维GIS数据与VR技术相结合，搭建三维GIS/VR线路实景平台，其后研究基于4G/5G的数传和图传系统，可将无人机位置数据及视频数据通过4G/5G网络传输到控制中心，在VR平台建立地理坐标系，实现VR/GIS混合平台，具备兼具GIS的地理分析功能和VR的展示效果。
2.该电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，通过 VR/GIS系统将无人机通过4G/5G网络传输到VR/GIS平台采集的图像数据真实的展示在作业人员眼前，增强了无人机巡检的自主性，同时又可远距离对输电线路进行巡视，该方法可避免巡检对飞手的依赖，自动跟踪输电线路并通过4G/5G网络传回巡检数据，让无人机真正实现高精度自主飞行，彻底摆脱传统无人机巡检中对飞手的依赖及无法远距离巡视弊端。
3.该电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，将GPS+ 北斗RTK技术应用到输电线路巡视中，在激光Lidar高精度三维地图下实现自主巡视，依靠GPS+北斗RTK定位技术及高精度数字化输电线路地图的技术，可完成输电线路自动巡视功能，并通过网络传回指挥中心，给指挥人员身临其境的场景,同时无人机真正实现高精度自主飞行，极大地降低了飞手操作的工作量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明场景模型建立步骤流程图；
图2为本发明虚拟场景建立步骤流程图；
图3为本发明VR/GIS混合平台建立步骤流程图；
图4为本发明图像采集传导流程图；
图5为本发明图像采集系统结构图。
图中：1场景模型建立、101模型解析、102塔身模型建立、103数据标准化、104精细化杆塔模型、2建立地理坐标系、3VR/GIS混合平台、4VR平台搭建、5虚拟场景、6子场景、7基本三维实体、8无线通讯模块、9指挥中心PC端、10地面控制系统。
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。
如图1至图5所示，本发明的一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，包括场景模型建立1、建立地理坐标系2和VR/GIS混合平台3，场景模型建立1和建立地理坐标系2共同搭建，建立起VR/GIS混合平台3。
场景模型建立1由模型解析101、塔身模型建立102、数据标准化103、精细化杆塔模型104组成，通过读取杆塔相关信息数据，对数据进行解析处理计算，并转换存储塔身模型建立102所需要的数据，根据模型解析101获取的数据构建三维杆塔塔身模型，并可对塔身模型进行编辑处理，将解析出的模型数据存储为特定、数据标准化103类型的数据，用于三维GIS平台对三维杆塔模型的加载和处理，精细化杆塔模型104主要是通过前三步建立的初步模型配置高低腿和组装杆塔模型，通过对杆塔的塔腿的长度进行设置，将解析建立的杆塔的塔身模型和塔腿模型进行组装形成完整的杆塔模型。
通过场景模型建立1和建立地理坐标系2建立起VR/GIS混合平台3，VR/GIS混合平台3包括VR平台搭建4，VR平台搭建4包含有多个复杂的虚拟场景5，虚拟场景5由子场景6组成，子场景6又由基本三维实体7构成，一个复杂的虚拟场景5由多个子场景6组成，每个子场景6又由多个不同的基本三维实体7构成，多个子场景6由超连接Anchor节点和Inline节点进行组合，根据虚拟现实场景的需要,采用3DStudioMAX软件工具建立单元机组零件、部件、系统的三维模型等基本三维实体7,生成3db格式的文件,通过格式转换工具转换成模型的三维数据文件,包括点、面、法向量及各个模型之间的相对位置矩阵等,利用OpenGL图形库函数将这些三维数据进行重新组合,还原成三维框架模型,经过光照、纹理映射处理得到具有真实感的三维虚拟模型, 然后再利用。
VR/GIS混合平台3在建立后，会连接有无人机的无线通讯模块8，无线通讯模块8采用4G/5G数传和图传技术，无线通讯模块8采用的4G/5G信号数传和图传系统还包括4G/5G信号发射和接受装置，4G/5G信号发射和接受装置设置于无人机的内部，4G/5G信号发射和接受装置的数据信息及云台采集的图像数据通过网络传输线另一端连接有指挥中心PC端9，4G/5G数传和图传系统，可将无人机位置数据及视频数据通过网络传输到控制中心，方便指挥人员及时了解现场详情，为指挥作业提供决策依据，指挥中心PC端9包括地面控制系统10，地面控制系统10由主操纵器、副操纵器、比例操纵器、控制电路、遥控发射机及其天线组成，操纵器产生的指令为控制指令代码，遥控发射机的发射的信号为PTT信号，采用间隙发射方式，当操纵器产生指令代码信号时，则发送该代码，当编码器没有指令代码信号时，则定时发送空操作指令作为应答信号，表示地面控制设备工作正常，无线通讯模块8通过网络连接有GPS数据采集模块11，GPS数据采集模块11将GPS与北斗RTK技术与激光Lidar技术相结合，在电力设备线路上布置有RTK控制点，其定位精度为厘米级，在试点线路布置RTK控制点让无人机真正实现高精度自主飞行，并利用4G/5G网络实现无人机控制及数据传输，GPS数据采集模块11采用组合导航的方式，具体为INS/GPS组合导航系统，INS/GPS组合导航系统中还应用有大气数据系统和航迹推算技术，可以实现惯性传感器的校准、惯导系统的空中对准、惯导系统高度通道的稳定等，从而可以有效地提高惯导系统的性能和精度，对GPS系统来说，惯导系统的辅助可以提高其跟踪卫星的能力，提高接收机动态特性和抗干扰性。
在使用时，根据输电线路的三维GIS数据与VR技术相结合，搭建三维 GIS/VR线路实景平台，其后研究基于4G/5G的数传和图传系统，可将无人机位置数据及视频数据通过4G/5G网络传输到控制中心，在VR平台上建立地理坐标系2，实现VR/GIS混合平台3，通过VR/GIS系统将无人机通过4G/5G网络传输到VR/GIS平台采集的图像数据真实的展示在作业人员眼前，增强了无人机巡检的自主性，同时又可远距离对输电线路进行巡视，自动跟踪输电线路并通过4G/5G网络传回巡检数据，让无人机真正实现高精度自主飞行，彻底摆脱传统无人机巡检中对飞手的依赖及无法远距离巡视弊端，将GPS+北斗 RTK技术应用到输电线路巡视中，在激光Lidar高精度三维地图下实现自主巡视，依靠GPS+北斗RTK定位技术及高精度数字化输电线路地图的技术，可完成输电线路自动巡视功能，并通过网络传回指挥中心，给指挥人员身临其境的场景。同时无人机真正实现高精度自主飞行，极大地降低了飞手操作的工作量。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。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 (8)
1.一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，包括场景模型建立(1)、建立地理坐标系(2)和VR/GIS混合平台(3)，其特征在于：所述场景模型建立(1)和建立地理坐标系(2)共同搭建，建立起VR/GIS混合平台(3)；
所述场景模型建立(1)由模型解析(101)、塔身模型建立(102)、数据标准化(103)、精细化杆塔模型(104)组成，所述塔身模型建立(102)所需要的数据为杆塔相关信息数据转换存储所需要的数据，所述模型解析(101)获取的数据为构建三维杆塔塔身模型，所述数据标准化(103)的数据类型为解析出的模型数据存储为特定的数据，所述精细化杆塔模型(104)为建立的初步模型配置高低腿和组装杆塔模型。
2.根据权利要求1所述的一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，其特征在于：通过所述场景模型建立(1)和建立地理坐标系(2)建立起VR/GIS混合平台(3)，所述VR/GIS混合平台(3)包括VR平台搭建(4)，所述VR平台搭建(4)包含有多个复杂的虚拟场景(5)，所述虚拟场景(5)由子场景(6)组成，所述子场景(6)又由基本三维实体(7)构成。
3.根据权利要求2所述的一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，其特征在于：一个复杂的所述虚拟场景(5)由多个子场景(6)组成，每个所述子场景(6)又由多个不同的基本三维实体(7)构成，多个所述子场景(6)由超连接Anchor节点和Inline节点进行组合。
4.根据权利要求1所述的一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，其特征在于：所述VR/GIS混合平台(3)在建立后，会连接有无人机的无线通讯模块(8)，所述无线通讯模块(8)采用4G/5G数传和图传技术。
5.根据权利要求4所述的一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，其特征在于：所述无线通讯模块(8)采用的4G/5G信号数传和图传系统还包括4G/5G信号发射和接受装置，4G/5G信号发射和接受装置设置于无人机的内部，4G/5G信号发射和接受装置的数据信息及云台采集的图像数据通过网络传输线另一端连接有指挥中心PC端(9)。
6.根据权利要求5所述的一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，其特征在于：所述指挥中心PC端(9)包括地面控制系统(10)，所述地面控制系统(10)由主操纵器、副操纵器、比例操纵器、控制电路、遥控发射机及其天线组成，操纵器产生的指令为控制指令代码，遥控发射机的发射的信号为PTT信号，采用间隙发射方式。
7.根据权利要求4所述的一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，其特征在于：所述无线通讯模块(8)通过网络连接有GPS数据采集模块(11)，所述GPS数据采集模块(11)将GPS与北斗RTK技术与激光Lidar技术相结合，在电力设备线路上布置有RTK控制点，其定位精度为厘米级。
8.根据权利要求7所述的一种电力设备自动巡检用的三维GIS/VR线路实景平台搭建系统，其特征在于：所述GPS数据采集模块(11)采用组合导航的方式，具体为INS/GPS组合导航系统，INS/GPS组合导航系统中还应用有大气数据系统和航迹推算技术。
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