CN114302059A - 三维在线智能巡视系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维在线智能巡视系统，包括内网交换机、三维平台、微型安全接入平台、外网交换机、视野管理机、NVR服务器、站内机器人接入代理模块、若干个汇控柜。还公开一种三维在线智能巡视方法，通过在三维场景中建立1：1可视化巡检环境；在实景三维场景中任意指定兴趣点，三维在线智能巡视系统自动计算出能观测到该目标点位的所有摄像机，并自动对准该目标点位，实现巡视点位与摄像机的自动关联匹配。本发明能够实现对巡视点位的自动聚焦，提升变电巡检自动化、可视化的功能，有效地解决了临时查看或者特殊巡视的需求。

Description

三维在线智能巡视系统及其方法

技术领域

本发明涉及智能巡视技术领域，特别是涉及一种三维在线智能巡视系统及其方法。

背景技术

国网公司在2019年两会报告中提出建设世界一流能源互联网企业的重要物质基础是要建设运营好“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”，本研究策略积极落实国网公司重点工作的理念及部署。

目前如果需要临时查看或者特殊巡视非标准巡视点相关的设备部件，基本无法实现，且目前巡视点位与摄像机关联匹配依赖人工逐个配置预置位，不仅繁琐耗时，而且配置时没有全局的空间感，对于相似设备的巡视点配置可能出现混淆，导致配置错误。

因此亟需提供一种新型的三维在线智能巡视系统及其方法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三维在线智能巡视系统及其方法，能够实现对巡视点位的自动聚焦，有效解决了临时查看或者特殊巡视的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种三维在线智能巡视系统，包括内网交换机、三维平台、微型安全接入平台、外网交换机、视野管理机、NVR服务器、站内机器人接入代理模块、若干个汇控柜；

所述NVR服务器、外网交换机、视野管理机、内网交换机依次连接，三维平台、微型安全接入平台的输出端均与内网交换机的输入端连接，站内机器人接入代理模块的输出端与微型安全接入平台的输入端连接，若干个汇控柜的输出端与交换机的输入端连接，汇控柜的输入端连接有站内摄像头组。

在本发明一个较佳实施例中，所述站内机器人接入代理模块的输入端连接有机器人摄像头、激光雷达、工控机。

在本发明一个较佳实施例中，所述站内摄像头组通过双绞线与汇控柜连接。

进一步的，所述站内摄像头组包括高清摄像头、云台、红外摄像头、球机。

在本发明一个较佳实施例中，所述汇控柜通过光纤与外网交换机连接。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种三维在线智能巡视方法，包括以下步骤：

首先，在三维场景中建立1：1可视化巡检环境；

其次，在实景三维场景中任意指定兴趣点，三维在线智能巡视系统自动计算出能观测到该目标点位的所有摄像机，并自动对准该目标点位，实现巡视点位与摄像机的自动关联匹配。

在本发明一个较佳实施例中，巡视点位与摄像机自动关联匹配的方法包括以下步骤：

S1：计算巡视点位与摄像机之间的距离，超过规定的最大距离的摄像机直接删除；

S2：判断巡视点位是否位于一平面内，若巡视点位为平面，计算摄像机是否在该平面的法线方向上，若不在则直接删除该摄像机；

S3：根据巡视点位与摄像机的三维位置关系，计算出摄像机看向巡视点位的旋转量；

S4：根据摄像机零位标定的旋转量，将步骤S3得到的旋转量转化为变化量；

S5：根据步骤S4得到的旋转变化量，结合摄像机参数转化为摄像机的pt值；

S6：根据巡视点位的半径与距离，计算出摄像机的缩放比例；

S7：创建一个摄像机三维空间放在对应位置上，旋转量设置为步骤S3计算得出的旋转量，进行遮挡计算，遮挡率小于参考值的视为可以看到巡视点的摄像机；

S8：将计算出的摄像机根据与巡视点的距离、与平面的角度大小、遮挡率以及点位在视野中的显示位置，进行加权排序，获取到最多四台摄像机作为最终结果；

S9：调用得出的摄像机的ptz值，使摄像机转过去，并保存摄像机数据到点位中。

进一步的，在步骤S5中，所述摄像机参数包括摄像机参数包括：

(1)p值的取值范围；

(2)t值的取值范围；

(3)pt值是否翻转；

(4)t值是否为特殊坐标类型。

进一步的，步骤S5的具体步骤包括：

S501：判断计算出来的旋转量是否符合p和t的取值范围，不符合则认为摄像机看不到巡视点位；

S502：结合摄像机的参数“pt值是否翻转”，决定p值和t值是否需要取负值；

S503：根据摄像机的参数“t值是否为特殊坐标类型”，判断t值是否为特殊坐标类型。

本发明的有益效果是：本发明通过在实景三维场景中任意指定兴趣点，系统自动计算出能观测到该目标点位的所有摄像机，并自动对准该目标点位，无需提前配置预置位，操作简便，实现用户任意兴趣点的指哪看哪观测；本系统通过在三维场景中建立1：1可视化巡检环境，研究巡视点位与摄像机的自动关联匹配技术，自动调集最佳摄像机资源，实现对巡视点位的自动聚焦，提升变电巡检自动化、可视化的功能，有效地解决了临时查看或者特殊巡视的需求。

附图说明

图1是本发明三维在线智能巡视系统的结构框图；

图2是所述三维在线智能巡视方法的流程图；

图3是巡视点位与摄像机自动关联匹配的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1和图2，本发明实施例包括：

一种三维在线智能巡视系统，包括内网交换机、三维平台、微型安全接入平台、外网交换机、视野管理机、NVR服务器、站内机器人接入代理模块、若干个汇控柜。所述NVR服务器、外网交换机、视野管理机、内网交换机依次连接，三维平台、微型安全接入平台的输出端均与内网交换机的输入端连接，站内机器人接入代理模块的输出端与微型安全接入平台的输入端连接，若干个汇控柜的输出端与交换机的输入端连接，汇控柜的输入端连接有站内摄像头组，所述站内机器人接入代理模块的输入端连接有机器人摄像头、激光雷达、工控机。

本示例中，该巡视系统包括第一汇控柜、第二汇控柜，第一汇控柜与第二汇控柜的输出端均与外网交换机连接，第一汇控柜的输入端与第一站内摄像头组连接，第二汇控柜的输入端与第二站内摄像头组连接。整个巡视系统的输入端与电源模块连接，输出端与客户端连接。

结合电网站内实际情况，摄像头分为站内有线连接的高清摄像头(包含云台、红外，球机等)和机器人自带可见光和红外摄像头。对于有线连接的高清摄像头，通过双绞线汇集到现场汇控柜，再经过光纤到机房的交换机。三维的视野管理机可接入交换机，实现摄像头访问控制，同时接受三维平台服务器的指令，完成信息流的前端集成展现。NVR服务器，全称Network Video Recorder，即网络视频录像机，是网络视频监控系统的存储转发部分，NVR与视频编码器或网络摄像机协同工作，完成视频的录像、存储及转发功能，主要负责网络摄像机的接入。机器人摄像头的数据通过无线方式进行传输，在站内传输时会经过微型安全接入平台和站内机器人接入代理模块的隧道加密，保障数据的安全性，所以需要通过摄像头等物联设备的地址映射，实现摄像头、机器人的控制访问。

参阅图2，本发明实施例还提供一种三维在线智能巡视方法，包括以下步骤：

首先，在三维场景中建立1：1可视化巡检环境；

其次，在实景三维场景中任意指定兴趣点，三维在线智能巡视系统自动计算出能观测到该目标点位的所有摄像机，并自动对准该目标点位，实现巡视点位与摄像机的自动关联匹配。

具体的，结合图3，巡视点位与摄像机自动关联匹配的方法包括以下步骤：

S1：计算巡视点位与摄像机之间的距离，超过规定的最大距离的摄像机直接删除，优选的，规定的最大距离设为30米；

S2：判断巡视点位是否位于一平面内，若巡视点位为平面，计算摄像机是否在该平面的法线方向上，若不在则直接删除该摄像机；

巡视点位数据中会同时传递一个法线参数，若该参数不为空，则将当前点位视作平面(法线指的是平面的垂直方向向量)。

S3：根据巡视点位与摄像机的三维位置关系，计算出摄像机看向巡视点位的旋转量，即求在三维空间中，摄像机到巡视点位的方向向量；

S4：根据摄像机零位标定的旋转量，将步骤S3得到的旋转量转化为变化量；

S5：根据步骤S4得到的旋转变化量，结合摄像机参数转化为摄像机的pt值；

其中，所述摄像机的p值为相机水平旋转量，t值为相机垂直旋转量，摄像机参数包括：

(1)p值的取值范围；

(2)t值的取值范围；

(3)pt值是否翻转；

实际应用中，p值向右为正，t值向下为正，但由于相机的安装或者设置问题，有时需要翻转，也就是p值和t值需要取负值。

(4)t值是否为特殊坐标类型；

一般t值的取值范围为-90—90，但是某些型号的相机t值的负值部分会用270—359来取代，此时需要对原来的负值进行转化。

结合摄像机参数转化为摄像机的pt值的具体过程包括：

S501：判断计算出来的旋转量是否符合p和t的取值范围，不符合则认为摄像机看不到巡视点位；

S502：结合摄像机的参数“pt值是否翻转”，决定p值和t值是否需要取负值；

S503：根据摄像机的参数“t值是否为特殊坐标类型”，判断t值是否为特殊坐标类型。

S6：根据巡视点位的半径与距离，计算出摄像机的缩放比例；

S601：获取三维中巡视点位的直径；

S602：计算摄像机内部成像器的宽度；

此处需要用到相机的CMOS靶面尺寸，将它乘上1英寸(在CMOS成像芯片中1英寸为16mm)得出成像器的对角线，再乘上4/5获取成像器的宽度(成像器一般都默认为4/3的分辨率)；

S603：利用公式物距/物体直径＝焦距/相机成像器宽度，得出当前的理论焦距；

S604：根据摄像机的焦距范围对比，得出最终的zoom值(缩放比例)。

举例说明，焦距范围为(220,5.5)，zoom值范围为(1,128)，220/5.5＝40，40个焦距分为了128档，那每档的焦距为：40/128*5.5＝1.718，把计算的出的焦距除以1.718，得到近似的zoom值。

S7：创建一个摄像机三维空间放在对应位置上，旋转量设置为步骤S3计算得出的旋转量，进行遮挡计算，遮挡率小于参考值的视为可以看到巡视点的摄像机；优选的，所述参考值设为0.8；

S8：将计算出的摄像机根据与巡视点的距离、与平面的角度大小、遮挡率以及点位在视野中的显示位置，进行加权排序，获取到最多四台摄像机作为最终结果；

此步骤中共有四个参数：(1)摄像机与点位的距离、(2)摄像机与平面的夹角、(3)点位在摄像机视野下的遮挡率、(3)点位在摄像机视野下的屏幕占比，加权排序与1、2、3成反比，与4成正比，每个参数在不同区间内有不同的权重。

S9：调用得出的摄像机的ptz值，使摄像机转过去，并保存摄像机数据到点位中。

本发明通过在实景三维场景中任意指定兴趣点，系统自动计算出能观测到该目标点位的所有摄像机，并自动对准该目标点位，无需提前配置预置位，操作简便，实现用户任意兴趣点的指哪看哪观测；本系统通过在三维场景中建立1：1可视化巡检环境，研究巡视点位与摄像机的自动关联匹配技术，自动调集最佳摄像机资源，实现对巡视点位的自动聚焦，提升变电巡检自动化、可视化的功能，有效地解决了临时查看或者特殊巡视的需求。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种三维在线智能巡视系统，其特征在于，包括内网交换机、三维平台、微型安全接入平台、外网交换机、视野管理机、NVR服务器、站内机器人接入代理模块、若干个汇控柜；

所述NVR服务器、外网交换机、视野管理机、内网交换机依次连接，三维平台、微型安全接入平台的输出端均与内网交换机的输入端连接，站内机器人接入代理模块的输出端与微型安全接入平台的输入端连接，若干个汇控柜的输出端与交换机的输入端连接，汇控柜的输入端连接有站内摄像头组。

2.根据权利要求1所述的三维在线智能巡视系统，其特征在于，所述站内机器人接入代理模块的输入端连接有机器人摄像头、激光雷达、工控机。

3.根据权利要求1所述的三维在线智能巡视系统，其特征在于，所述站内摄像头组通过双绞线与汇控柜连接。

4.根据权利要求1或3所述的三维在线智能巡视系统，其特征在于，所述站内摄像头组包括高清摄像头、云台、红外摄像头、球机。

5.根据权利要求1所述的三维在线智能巡视系统，其特征在于，所述汇控柜通过光纤与外网交换机连接。

6.一种三维在线智能巡视方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，在三维场景中建立1：1可视化巡检环境；

其次，在实景三维场景中任意指定兴趣点，三维在线智能巡视系统自动计算出能观测到该目标点位的所有摄像机，并自动对准该目标点位，实现巡视点位与摄像机的自动关联匹配。

7.根据权利要求6所述的三维在线智能巡视方法，其特征在于，巡视点位与摄像机自动关联匹配的方法包括以下步骤：

S1：计算巡视点位与摄像机之间的距离，超过规定的最大距离的摄像机直接删除；

S2：判断巡视点位是否位于一平面内，若巡视点位为平面，计算摄像机是否在该平面的法线方向上，若不在则直接删除该摄像机；

S3：根据巡视点位与摄像机的三维位置关系，计算出摄像机看向巡视点位的旋转量；

S4：根据摄像机零位标定的旋转量，将步骤S3得到的旋转量转化为变化量；

S5：根据步骤S4得到的旋转变化量，结合摄像机参数转化为摄像机的pt值；

S6：根据巡视点位的半径与距离，计算出摄像机的缩放比例；

S7：创建一个摄像机三维空间放在对应位置上，旋转量设置为步骤S3计算得出的旋转量，进行遮挡计算，遮挡率小于参考值的视为可以看到巡视点的摄像机；

S8：将计算出的摄像机根据与巡视点的距离、与平面的角度大小、遮挡率以及点位在视野中的显示位置，进行加权排序，获取到最多四台摄像机作为最终结果；

S9：调用得出的摄像机的ptz值，使摄像机转过去，并保存摄像机数据到点位中。

8.根据权利要求7所述的三维在线智能巡视方法，其特征在于，在步骤S5中，所述摄像机参数包括摄像机参数包括：

(1)p值的取值范围；

(2)t值的取值范围；

(3)pt值是否翻转；

(4)t值是否为特殊坐标类型。

9.根据权利要求7所述的三维在线智能巡视方法，其特征在于，步骤S5的具体步骤包括：

S501：判断计算出来的旋转量是否符合p和t的取值范围，不符合则认为摄像机看不到巡视点位；

S502：结合摄像机的参数“pt值是否翻转”，决定p值和t值是否需要取负值；

S503：根据摄像机的参数“t值是否为特殊坐标类型”，判断t值是否为特殊坐标类型。

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