CN115132010A - 核电站阀门维修的虚拟演练方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种核电站阀门维修的虚拟演练方法和系统。该方法包括：通过混合现实设备向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景；获取维修人员基于核电站阀门的虚拟场景对核电站阀门进行维修的维修动作视频；基于演练现场的定位坐标系，融合核电站阀门的虚拟场景和维修动作视频，得到核电站阀门维修的虚拟演练操作数据；将核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布投影至演练现场，根据维修人员在演练现场中的位置，确定维修辐射剂量以及维修时长；根据虚拟演练操作数据、维修辐射剂量和维修时长，对维修人员的维修操作进行评估，得到当次虚拟演练的维修操作评估结果。该方法不需要针对不同的核电站阀门进行实物搭建，节约资源并且提高评估的客观性。

Description

核电站阀门维修的虚拟演练方法和系统

技术领域

本申请涉及核力发电技术领域，特别是涉及一种核电站阀门维修的虚拟演练方法和系统。

背景技术

核电站运行一段时间后需要对设备、管道、支架、阀门等部件进行维修，以保证核电系统的安全平稳运行。其中，阀门维修的数量庞大、工作流程复杂，核电站对阀门维修前，需要对阀门维修进行统一的维修演练；核电站重要管道阀门所在区域多为辐射控制区，其周边的辐射剂量较高，从而造成人员承受的辐射剂量高，因此阀门维修演练过程需考虑降低人员辐射剂量。

目前，阀门维修的统一演练通常是采用培训场地进行实体演练，将培训场地搭建成阀门的维修环境。该方式需要占用大量场地，并花费资源搭建实际演练场地，存在演练成本高的问题。进一步的，基于培训场地的阀门维修演练只是对维修现场的空间环境还原，并没有反映环境的辐射剂量，因此无法准确计算和评估维修演练过程人员所承受的辐射剂量。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种低成本的核电站阀门维修的虚拟演练方法和系统。

第一方面，本申请提供了一种核电站阀门维修的虚拟演练方法，所述方法包括：

通过混合现实设备向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景；

获取维修人员基于所述核电站阀门的虚拟场景对核电站阀门进行维修的维修动作视频；

基于演练现场的定位坐标系，融合所述核电站阀门的虚拟场景和所述维修动作视频，得到核电站阀门维修的虚拟演练操作数据；

将所述核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布投影至所述演练现场，根据所述维修人员在所述演练现场中的位置，确定维修辐射剂量以及维修时长；

根据所述虚拟演练操作数据、所述维修辐射剂量和所述维修时长，对所述维修人员的维修操作进行评估，得到当次虚拟演练的维修操作评估结果。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取对维修环境模型输入的环境参数，以及对阀门维修模型输入的阀门参数；

根据所述维修环境模型、环境参数、阀门维修模型和阀门参数，生成对应的核电站阀门的虚拟场景。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

根据同一所述核电站阀门的虚拟场景的多次虚拟演练的维修操作评估结果，确定针对所述核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

接收对所述核电站阀门的虚拟场景的示教指令；

通过所述混合现实设备向维修人员展示所述核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：基于所述核电站阀门的虚拟场景，以所述阀门为中心确定所述核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布。

第二方面，本申请还提供了一种核电站阀门维修的虚拟演练系统。所述系统包括：

设置于演练场地的定位设备，用于为演练场地提供定位坐标系；

提供给维修人员佩戴的混合现实设备，用于向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景；

设置于演练场地的视频采集设备，用于采集维修人员基于所述核电站阀门的虚拟场景对核电站阀门进行维修的维修动作视频；

投影设备，用于将所述核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布投影至所述演练现场；

计算机设备，与所述定位设备、所述混合现实设备、视频采集设备以及所述投影设备连接，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。

在其中一个实施例中，所述定位设备包括：

至少4个空间定位球，分别固定于所述演练现场的各角落，用于定位所述演练现场的各角落的空间坐标；

激光定位设备，用于识别所述空间定位球的空间坐标，基于所述空间定位球的空间坐标创建所述演练现场的定位坐标系，定位所述演练现场各位置在所述定位坐标系的空间坐标。

在其中一个实施例中，所述定位设备还包括人体定位服，所述人体定位服提供给所述维修人员穿戴，所述人体定位服覆盖所述维修人员的四肢和手部，所述人体定位服覆盖有多个特征点，所述特征点用于识别所述维修人员的维修动作。

在其中一个实施例中，所述系统还包括：分布于演练场地的多个重量感应设备，用于记录所在位置的核电辐射分布，当感应到所述维修从员处于所在位置时，根据所在位置的核电辐射分布以及维修人员在所述所在位置的维修时间，确定维修辐射剂量以及维修时长。

在其中一个实施例中，所述系统还包括：设置于所述演练现场的显示屏，用于展示虚拟演练相关数据，所述虚拟演练相关数据包括所述虚拟演练操作数据、所述维修辐射剂量、所述维修时长和维修操作评估结果中的至少一种。

上述核电站阀门维修的虚拟演练方法和系统，通过混合现实设备向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景，不需要针对不同的核电站阀门进行实物搭建，节约资源。此外，通过将核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布投影至所述演练现场，能够使维修人员清楚辐射分布情况，进而可以从虚拟演练操作数据、维修辐射剂量和维修时长多维度评估维修人员的维修操作，提高评估的客观性。

附图说明

图1为一个实施例中核电站阀门维修的虚拟演练方法的应用环境图；

图2为一个实施例中核电站阀门维修的虚拟演练方法的流程示意图；

图3为一个实施例中维修环境模型和阀门维修模型的示意图；

图4为一个实施例中核电站阀门的虚拟场景的示教的示意图；

图5为一个实施例中核电辐射分布投影示意图；

图6为一个实施例中核电站阀门维修的虚拟演练系统结构框图；

图7为另一个实施例中核电站阀门维修的虚拟演练系统示意图；

图8为一个实施例中核电站阀门维修的虚拟演练装置的结构框图；

图9为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例提供的核电站阀门维修的虚拟演练方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端120通过网络与服务器110进行通信。数据存储系统100可以存储服务器110需要处理的数据。数据存储系统100可以集成在服务器110上，也可以放在云上或其他网络服务器110上。

通过混合现实设备向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景，其中核电站阀门的虚拟场景可以是包含核电站阀门的三维立体图像。核电站阀门的三维立体图像储存于数据存储系统100。通过数据存储系统100将核电站阀门的三维立体发送到服务器110，再通过服务器110转送至终端120，以供终端120进行处理。

根据虚拟演练操作数据、维修辐射剂量和维修时长，对维修人员的维修操作进行评估，得到当次虚拟演练的维修操作评估结果。其中，虚拟演练的维修操作评估结果可以以数值、表格、文档的形式输出，输出结果通过终端120发送到服务器110，再通过服务器110送入数据存储系统100。数据存储系统100存储多次的虚拟演练的维修操作评估结果。

其中，终端120可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备。便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。服务器110可以用独立的服务器110或者是多个服务器110组成的服务器110集群来实现。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种核电站阀门维修的虚拟演练方法，以该方法应用于图1中的终端120为例进行说明，包括以下步骤：

步骤200，通过混合现实设备向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景。

其中，混合现实设备指可以将虚拟对象和真实环境相互结合的设备，如MR眼镜。混合现实设备能够根据计算机技术产生的电子信号，将电子信号与各种输出设备相结合，转化为能让用户感知到的现象。

混合现实设备获取核电站阀门的三维图像后，再通过图形处理技术将三维图像，将三维图像坐标化，最后得到向维修人员呈现出维修人员所能感知到的虚拟场景。其中，虚拟场景包含了维修人员的维修作业环境和维修人员的维修作业目标，也即核电站阀门。需说明的是核电站阀门类型较多，作为示例，阀门的类型按照阀门功能区分为止回阀、节流阀、截止阀等。

在核电站日常运行中，由于阀门数量多，维修人员无法一一熟悉所有阀门类型。维修人员需要事先熟悉核电站阀门的虚拟场景，以保证维修作业的流畅性。又因为维修工作流程一般较为复杂，通过向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景，可以缩短维修工期，并提高核电站阀门的维修质量。

具体地，终端120通过服务器110向数据存储系统100发出查询核电站阀门的指令，数据存储系统100将对应的核电站阀门的虚拟场景通过服务器110发送至终端120，以供终端120进行进一步处理。

步骤210，获取维修人员基于核电站阀门的虚拟场景对核电站阀门进行维修的维修动作视频。

其中，维修动作视频指维修人员在核电站阀门的虚拟场景中进行操作的视频。

维修人员穿戴带有多个识别点的定位服，并进行维修作业时，通过视频采集设备捕捉识别点的运动轨迹，可以生成维修动作视频。

维修作业包括对阀门的检修动作，其中检修动作包括但不限定于检查核电站阀门的磨损动作、检查核电站阀门的密封性、检查核电站阀门填料是否泄漏、对核电站阀门进行焊接加固的动作、对核电站阀门进行更换密封元件的动作等。

具体的，终端120从数据存储系统100获得核电站阀门的虚拟场景后，通过视频采集设备可以获得维修人员对虚拟场景基于核电站阀门的虚拟场景对核电站阀门进行维修的维修动作视频。

步骤220，基于演练现场的定位坐标系，融合核电站阀门的虚拟场景和维修动作视频，得到核电站阀门维修的虚拟演练操作数据。

其中，演练场地是实际的场地，可以是核电站内安全无辐射的封闭场地、户外开放的场地，演练场地的类型可以根据实际演练需求和人员配置灵活选择。

定位坐标系指空间三维坐标系，通过在演练场地设置多个定位点。将多个定位点的坐标作为基准坐标。需说明的是在演练场地设置三个定位点即可对演练场地中任意点实现空间坐标的定位。进一步的基于演练现场的定位坐标系，融合核电站阀门的虚拟场景和维修动作视频。

其中，维修动作视频包含维修人员的动作的三维运动轨迹数据。核电站阀门的虚拟场景可以选取以目标核电站阀门为中心位置的虚拟场景，通过融合核电站阀门的虚拟场景和维修动作视频，得到虚拟演练操作数据。需说明的是，维修作业有时会针对重点阀门进行多次作业，因此需要以重点阀门为中心选择核电站阀门对应的虚拟场景。

虚拟演练操作数据可以是维修人员进行虚拟演练动作的特征数据，特征数据主要记录的是维修人员第一人称、第三人称视角的肢体动作、手部动作、工具使用、机器操作等动作数据，动作数据以视频的方式展现，视频将会以点线连接方式体现人员、工具、机器的动作数据特点。

具体地，基于演练场地的定位坐标系，将核电站阀门的虚拟场景和维修动作的三维运动轨迹数据进行融合，得到了核电站阀门维修的虚拟演练操作数据。

步骤230，将核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布投影至演练现场，根据维修人员在演练现场中的位置，确定维修辐射剂量以及维修时长。

其中，核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布对应核电站阀门实际的辐射分布情况。可以通过辐射测量仪、电离辐射检测仪等测得核电站阀门以及周边实际的辐射分布情况。

通过投影机将核电站实际辐射分布情况按照不同颜色代表不同辐射剂量投影到演练场地中来。具体地，可以将核电站实际辐射分布情况设置不同的辐射剂量阈值。以辐射剂量阈值大小为边界将核电站辐射实际辐射分布情况分为多个辐射区域。通过投影机将多个辐射区域对应不同颜色投影到演练场地中。

通过对核电站阀门实际的辐射分布情况进行测量得到核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布情况，再根据核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布情况投影至演练现场，根据维修人员在演练现场中的位置，确定维修辐射剂量以及维修时长。

维修人员基于核电站阀门的虚拟场景进行维修的时长，为维修时长。为便于计算维修时长，还可以利用阀门与辐射区域位置关系，将维修人员在在演练场地的各个辐射区域中停留的时间，作为维修时长。维修人员在各个区域的承受的辐射剂量率乘以对应的维修时长的结果之和，即为维修辐射剂量。

具体地，维修人员在演练场地中的位置基于定位坐标系确定，维修辐射剂量指维修人员从进入演练场地开始到离开演练场地所承受的累计的辐射剂量。维修时长可以是维修人员从维修动作时开始到结束维修动作所持续的时间。

步骤240，根据虚拟演练操作数据、维修辐射剂量和维修时长，对维修人员的维修操作进行评估，得到当次虚拟演练的维修操作评估结果。

其中，对维修人员的维修操作进行评估指对维修人员的维修工艺、维修动作、维修流程、维修辐射剂量和维修时长进行评估。当次虚拟演练的维修操作评估结果可以是对评估结果进行数值化的判断，比如80分，代表维修人员的维修操作合格。

其中，评估结果用于评估维修人员的维修技能熟练度，从而帮助人员优化维修工艺、动作和流程，提升维修质量。

具体地，虚拟演练操作数据包括但不限定于维修工艺。维修工艺包含维修动作和维修流程。维修动作可以是维修人员采取不同的维修动作对核电站阀门进行检修保养等。维修流程指使用不同辅助工具对核电站阀门进行维修，以及采取不同先后顺序对若干核电站阀门进行维修。

上述核电站阀门维修的虚拟演练方法中，通过混合现实设备向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景由于是虚拟场景，不需要针对不同的核电站阀门进行实物搭建，节约资源。此外，通过将核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布投影至演练现场，能够使维修人员清楚辐射分布情况，进而可以从虚拟演练操作数据、维修辐射剂量和维修时长多维度评估维修人员的维修操作，提高评估的客观性。

为了使虚拟场景具有可变性，能够模拟不同结构管道的阀门情况，本实施例中，核电站阀门维修的虚拟演练方法还包括：

在一个实施例中，核电站阀门维修的虚拟演练方法还包括：获取对维修环境模型输入的环境参数，以及对阀门维修模型输入的阀门参数，根据维修环境模型、环境参数、阀门维修模型和阀门参数，生成对应的核电站阀门的虚拟场景。

其中，如图3所示，维修环境模型310是以核电站阀门为中心原点的周边环境的三维数据模型，具体指核电站阀门周边环境的核电运行系统、设备、管道、支架以及土建的三维模型。环境参数是反应维修环境模型310的数据参数，比如尺寸、外观、颜色、结构强度等。

通过对核电站阀门周边环境进行测绘，得到以核电站阀门为中心原点的周边环境的三维数据模型以及对应的环境参数。其中，阀门维修模型300是阀门具体结构的三维模型，具体指各类核电站阀门的三维模型，具体指阀门结构、组成部件等。阀门参数指能帮助维修人员进行安装、拆解、维修演练的数据参数，比如阀门部件名称、组装方式、阀门材料类型。

通过调取核电站阀门的设计图纸库对应的阀门三维模型图，通过辅助工具提取阀门具体结构的三维模型。识别阀门具体结构的三维模型得出对应的阀门参数。

具体地，根据核电站阀门为中心原点的周边环境的三维数据模型、反应维修环境模型310的数据参数和阀门具体结构的三维模型，帮助维修人员进行安装、拆解、维修演练的数据参数进行融合，生成对应的核电站阀门的虚拟场景。核电站阀门的虚拟场景可以根据实际维修需求，选取维修环境模型310和阀门维修模型300。通过维修环境模型310和阀门维修模型300，可适用于核电站多种类型的重要阀门维修虚拟演练，不占用大量的维修演练场地，不需要投入大量的成本建设和维护维修演练相关的设备、阀门、管道、支架等部件，阀门维修演练的建设及使用成本低。

本实施例中，通过维修环境模型310、环境参数、阀门维修模型300和阀门参数，生成对应的核电站阀门的虚拟场景，能够让维修人员直观清楚的看到维修环境模型310以及阀门维修模型300，以便进行后续的维修动作。以及，通过调整环境参数和阀门参数可以获得不同的维修环境模型310和阀门维修模型300，以达到模拟多种核电站阀门的虚拟场景的目的。

在一个实施例中，核电站阀门维修的虚拟演练方法包括：根据同一核电站阀门的虚拟场景的多次虚拟演练的维修操作评估结果，确定针对核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案。

其中，核电站阀门的虚拟场景的最优维修方案指可以是维修人员通过多次演练，通过评估比较虚拟演练操作数据、维修辐射剂量和维修时长来筛选出最优的维修方案。其中，通过人为经验判断或通过预设程序，对虚拟演练操作数据、维修辐射剂量和维修时长进行比较，得出最优的维修方案。

具体地，针对核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案，通常指虚拟演练操作数据中动作更少流程更简洁、维修辐射剂量最少、维修时长最短。在无法保证虚拟演练操作数据中动作更少流程更简洁和维修时长最短的前提下，优先选择维修辐射剂量最小演练结果作为最佳的维修方案。

本实施例中，通过比较多次虚拟演练的操作数据中工作流程、维修辐射剂量、维修时长，能够选择针对于核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案。

为了让维修人员提高维修质量，本实施例中，核电站阀门维修的虚拟演练方法还包括接收对核电站阀门的虚拟场景的示教指令，通过混合现实设备向维修人员展示核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案。

其中，如图4所示，通过向混合现实装置400发送核电站阀门的虚拟场景的示教指令。示教指令包含核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案。

其中，最优的维修方案包含示教图像410。示教图像410具体为核电站阀门维修的操作工序、拆解流程、维修方法、工具使用、机器操作等内容通过动画、视频的方式展示出来，起到第一人称视角的维修过程辅助指导或操作提示功能。

本实施例中，通过混合现实装置400发送核电站阀门的虚拟场景的示教指令，维修人员以最佳的维修方案为参考，能够帮助维修人员选用最佳的维修方法、优化维修动作及选择最佳工作流程，提升阀门的维修质量。

为了直观的反应出维修人员所处位置的辐射剂量率，本实施例中，核电站阀门维修的虚拟演练方法还包括：基于核电站阀门的虚拟场景，以阀门为中心确定核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布。

其中，核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布以阀门为中心，核电辐射分布反应阀门周边空间位置的辐射剂量的分布情况，该数值来源于核电站现场实际测量的辐射剂量值，真实反映反面以及周边环境的辐射剂量率。

通过投影机将核电站实际辐射分布情况按照不同颜色代表不同辐射剂量投影到演练场地中来。

可以将核电站实际辐射分布情况设置不同的辐射剂量阈值。以辐射剂量阈值大小为边界将核电站辐射实际辐射分布情况分为多个辐射区域。通过投影机将多个辐射区域对应不同颜色投影到演练场地中，如图5所示，依据辐射剂量从大到小将核电辐射分布分为红区、橙区、黄区、绿区。绿区代表无辐射风险。

本实施例中，通过以阀门为中心确定核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布，能够让维修人员根据辐射剂量的分布情况，实时调整工作姿态和工作路径。

在一个实施例中，如图6所示，提供了一种核电站阀门维修的虚拟演练系统，系统包括：定位设备600、混合现实设备620、视频采集设备610、投影设备630、计算机设备640。

其中，定位设备600设置于演练场地，用于为演练场地提供定位坐标系。

一种实施例中，定位设备600为视频采集设备610、混合现实设备620、投影设备630提供中心原点识别功能以及坐标辅助定位的功能，保证这些设备输出的图像、数据、信息在正确的空间位置。具体地，定位设备600可以包括空间定位球和激光定位模块。空间定位球的数量为4个，分别固定与演练场地的角落。空间定位球和激光定位模块共同为演练场地提供定位坐标系，空间坐标系用于为视频采集设备610、混合现实设备620、投影设备630提供中心原点识别以及坐标辅助定位。

其中，混合现实设备620可提供给维修人员佩戴，用于向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景。

具体地，混合现实设备620可被佩戴在维修人员的头部前端，从投影设备630中获取维修环境模型和阀门维修模型，与演练场地进行混合现实。

视频采集设备610设置于演练场地，用于采集维修人员基于核电站阀门的虚拟场景对核电站阀门进行维修的维修动作视频

其中，视频采集设备610可以是视频捕捉模块，设置4个视频捕捉模块分别固定与演练场地的4个角落。视频采集设备610基于定位设备600提供的坐标数据捕捉维修人员的动作数据。

视频采集设备610获取维修人员第三人称视角的维修过程肢体动作、手部动作的数据。同时基于该坐标数据捕捉和识别维修人员第三人称视角的工具使用、机器操作的动作数据，通过以上肢体动作、手部动作、工具使用、机器操作最终获得维修人员的

其中，投影设备630用于将核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布投影至演练现场。

投影设备630可以是辐射投影模块，数量为2个，分别固定与场地左右两边，主要功能是识别激光定位模块传输的坐标数据及中心原点，基于中心原点以及坐标数据将核电辐射分布以红、橙、黄、绿颜色的投射灯带投影至演练场地地面，实现演练场地的辐射剂量环境可视化，可让维修人员直观识别自己所在的辐射剂量率区间。

需说明的是，投影设备630还用于将核电辐射分布发送到混合现实设备620中，供维修人员实时参考辐射剂量分布情况。

计算机设备640，与定位设备600、混合现实设备620、视频采集设备610以及投影设备630连接，计算机设备640包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述核电站阀门维修的虚拟演练方法的步骤。具体地，计算机设备640根据虚拟演练操作数据、维修辐射剂量和维修时长，对维修人员的维修操作进行评估，得到当次虚拟演练的维修操作评估结果。

本实施例中，基于定位设备600为视频采集设备610、混合现实设备620、投影设备630提供空间坐标参考点。通过混合现实设备620向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景，虚拟场景呈现在混合现实设备620中，不需要针对不同的核电站阀门进行实物搭建，节约资源。此外，通过将核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布通过投影设备630投影至演练现场，能够使维修人员清楚辐射分布情况，进而通过计算机设备640可以从虚拟演练操作数据、维修辐射剂量和维修时长多维度评估维修人员的维修操作，提高评估的客观性。

在一个实施例中，定位设备600包括：至少4个空间定位球，分别固定于演练现场的各角落，用于定位演练现场的各角落的空间坐标。

激光定位设备，用于识别空间定位球的空间坐标，基于空间定位球的空间坐标创建演练现场的定位坐标系，定位演练现场各位置在定位坐标系的空间坐标。

其中，空间定位球帮助激光定位设备进行空间识别。激光定位设备基于空间定位球的空间坐标可协助辐射投影模块、视频采集设备610、混合现实设备620等实现中心原点的识别以及空间坐标的辅助定位的作用，保证辐射投影模块、视频采集设备610、混合现实设备620等输出的图像、数据、信息在正确的空间及位置。

通过设置多个空间定位球和激光定位设备以演练场地为基准进行定位，保证辐射投影模块、视频采集设备610、混合现实设备620等输出的图像、数据、信息在正确的空间及位置。

在一个实施例中，核电站阀门维修的虚拟演练系统包括：定位设备600还包括人体定位服，人体定位服提供给维修人员穿戴，人体定位服覆盖维修人员的四肢和手部，人体定位服覆盖有多个特征点，特征点用于识别维修人员的维修动作。特征点可以是人体定位服上的标记物，标记物设置于人体定位服四肢部位以及手部。

其中，人体定位服覆盖有多个特征点，特征点用于识别维修人员的维修动作。当维修人员产生维修动作时，维修人员带动标记物进行运行。通过视频采集设备610捕捉、识别、分析标记物的运动轨迹，以将维修动作转化为维修动作视频。

通过视频采集设备610捕捉、识别、分析维修动作并将维修动作转化，得到维修动作视频，以便后续对维修动作视频进行进一步处理。

在一个实施例中，核电站阀门维修的虚拟演练系统还包括：分布于演练场地的多个重量感应设备，用于记录所在位置的核电辐射分布，当感应到维修从员处于所在位置时，根据所在位置的核电辐射分布以及维修人员在所在位置的维修时间，确定维修辐射剂量以及维修时长。

其中，重量感应设备可以是由重量感应模块组成，数量为10～15个，该重量感应模块以阀门为中心，平均分布在演练场地的周围，可以记录维修人员所在位置的核电辐射分布。

在一个实施例中，核电站阀门维修的虚拟演练系统还包括：设置于演练现场的显示屏，用于展示虚拟演练相关数据，虚拟演练相关数据包括虚拟演练操作数据、维修辐射剂量、维修时长和维修操作评估结果中的至少一种。

其中，显示屏数量为1个，放置于演练场地的边缘墙面，主要功能是将虚拟演练操作数据、维修辐射剂量、维修时长和维修操作评估结果进行展示。

在一个实施例中，如图7所示，核电站阀门维修的虚拟演练系统包括：空间定位球1、激光定位设备2、人体动作定位服3、投影设备4、重量感应设备5、视频采集设备6、混合现实设备7、显示屏8。

具体地，空间定位球1，数量4个，分别固定于演练场地的4个角落，主要功能是体现演练场地区域4个角落的XYZ坐标，帮助激光定位模块2进行空间识别。

激光定位模块2，识别空间定位球1的空间坐标及位置，基于4个空间定位球位置识别整体演练场地的坐标信息及中心原点，通过该模块可协助投影设备4、视频捕捉摄像模块6、混合现实设备7等实现中心原点识别及坐标辅助定位功能，保证这些模块输出的图像、数据、信息在正确的空间及位置。

人体动作定位服3，穿戴于维修人员身上的衣服，衣服覆盖了人员的四肢和手部，衣服表面覆盖有多个特征点，可以有助于视频采集设备6识别维修人员的四肢和手部动作。

投影设备4，包含两个辐射投影模块，分别固定于场地左右两边，主要功能识别激光定位模块2传输的坐标数据及场地中心原点，基于该中心原点及坐标数据将核电辐射分布数据以红、橙、黄、绿颜色的投射灯带投影至演练场地地面，实现演练场地的辐射剂量环境可视化，可让维修人员直观识别自己所在的辐射剂量率区间。

通过反映阀门实际维修环境的辐射剂量率，并以可视化方式投影至演练场地，帮助人员观察周围辐射水平，使得人员有意识的调整维修位置，避免承受辐射剂量。同时也可记录人员在阀门维修演练过程中的辐射剂量，通过多次辐射剂量记录及分析，选用最佳的维修工艺、动作及流程，降低人员辐射剂量。

重量感应设备5，包含10～15个重量感应模块，该模块安装至演练场地固定的XYZ坐标位置，平均分布于演练场地的周围，主要功能是接收核电辐射分布数据并按照坐标传输至对应的位置感应模块。

模块运行时通过维修人员的自身重量感应、识别、记录维修人员所在的区域坐标位置、承受辐射剂量、耗费维修时间，维修人员移动到什么位置，对应位置的感应模块就能通过重量进行感应识别，实现记录维修人员在演练时的维修辐射剂量和维修时长。

视频采集设备6，包含4个视频捕捉模块，分别固定与演练场地的4个角落该模块的主要功能是识别激光定位模块2传输的坐标数据，基于该坐标数据捕捉和识别人体动作定位服3反馈的维修人员第三人称视角的维修过程肢体动作、手部动作的数据。同时基于该坐标数据捕捉和识别维修人员第三人称视角的工具使用、机器操作的动作数据，通过以上肢体动作、手部动作、工具使用、机器操作最终获得维修人员的维修动作视频。

混合现实设备7，是一种基于混合现实功能的简易计算机设备，该设备佩戴在维修人员头部前端，该设备能够将维修环境模型310、阀门维修模型300虚拟数据与演练场地进行混合显示。

该设备可识别激光定位模块2传输的坐标数据，确认维修人员所在相对空间及位置坐标，同时也可通过激光定位模块2确认维修环境模型310、阀门维修模型300虚拟数据所在演练场地的相对空间及位置坐标，帮助维修人员确认维修环境模型310、阀门维修模型300在演练场地的位置。

如图3所示，维修人员佩戴该设备在演练场地中可开展基于维修环境模型310的阀门维修模型300的维修虚拟演练，维修人员通过该设备可直观观察、识别、记录第一人称视角的手部动作、工具使用、机器操作的动作数据。

维修人员通过第一人称视角的手部动作、工具使用、机器操作进行阀门维修模型300的虚拟组装、拆解、维修等工作。同时能够基于该设备运行如图4所示混合现实装置400。维修人员基于混合现实装置400的示教图像410提示下开展维修作业。

显示屏8，数量1个，放置于演练场地边缘墙面，主要功能是将虚拟演练操作数据、维修辐射剂量、维修时长和维修操作评估结果进行展示，方便对维修人员对自己的维修动作进行直观可视化评估和分析。

通过记录人员在维修演练过程中的辐射剂量、耗费时间、维修动作等数据，通过数据的形式科学评估人员阀门维修技能熟练度，评估及分析人员每项维修动作所耗费时间及辐射剂量率，帮助人员选用最佳的维修工艺、动作及流程，提升阀门的维修质量。

在核电站阀门的虚拟演练系统中，通过混合现实设备7对维修的环境和核电站阀门进行模拟，不需要制作假体的维修演练设备、阀门、管道、支架等部件，同时也不需提供阀门维修演练的工具、吊车、起重等辅助装置，演练过程中不存在工业安全风险，可提升阀门维修演练的安全性和经济性。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的核电站阀门维修的虚拟演练方法的核电站阀门维修的虚拟演练装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个核电站阀门维修的虚拟演练装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于核电站阀门维修的虚拟演练方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，如图8所示，提供了一种核电站阀门维修的虚拟演练装置，包括：虚拟场景获取模块700、动作视频获取模块710、数据融合模块720、数据投影模块730、分析评估模块740，其中：

虚拟场景获取模块700，用于通过混合现实设备向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景。

动作视频获取模块710，用于获取维修人员基于核电站阀门的虚拟场景对核电站阀门进行维修的维修动作视频。

数据融合模块720，用于基于演练现场的定位坐标系，融合核电站阀门的虚拟场景和维修动作视频，得到核电站阀门维修的虚拟演练操作数据。

数据投影模块730，用于将核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布投影至演练现场，根据维修人员在演练现场中的位置，确定维修辐射剂量以及维修时长。

分析评估模块740，用于根据虚拟演练操作数据、维修辐射剂量和维修时长，对维修人员的维修操作进行评估，得到当次虚拟演练的维修操作评估结果。

在另一个实施例中，虚拟场景获取模块700，还用于获取对维修环境模型输入的环境参数，以及对阀门维修模型输入的阀门参数，根据维修环境模型、环境参数、阀门维修模型和阀门参数，生成对应的核电站阀门的虚拟场景。

在另一个实施例中，分析评估模块740，还用于根据同一核电站阀门的虚拟场景的多次虚拟演练的维修操作评估结果，确定针对核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案。

在另一个实施例中，分析评估模块740，还用于接收对核电站阀门的虚拟场景的示教指令。

通过混合现实设备向维修人员展示核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案。

在另一个实施例中，数据投影模块730，还用于基于核电站阀门的虚拟场景，以阀门为中心确定核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布。

上述核电站阀门维修的虚拟演练装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图9所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储虚拟演练操作数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种核电站阀门维修的虚拟演练方法。

本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种核电站阀门维修的虚拟演练方法，其特征在于，所述方法包括：

通过混合现实设备向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景；

获取维修人员基于所述核电站阀门的虚拟场景对核电站阀门进行维修的维修动作视频；

基于演练现场的定位坐标系，融合所述核电站阀门的虚拟场景和所述维修动作视频，得到核电站阀门维修的虚拟演练操作数据；

将所述核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布投影至所述演练现场，根据所述维修人员在所述演练现场中的位置，确定维修辐射剂量以及维修时长；

根据所述虚拟演练操作数据、所述维修辐射剂量和所述维修时长，对所述维修人员的维修操作进行评估，得到当次虚拟演练的维修操作评估结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取对维修环境模型输入的环境参数，以及对阀门维修模型输入的阀门参数；

根据所述维修环境模型、环境参数、阀门维修模型和阀门参数，生成对应的核电站阀门的虚拟场景。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据同一所述核电站阀门的虚拟场景的多次虚拟演练的维修操作评估结果，确定针对所述核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收对所述核电站阀门的虚拟场景的示教指令；

通过所述混合现实设备向维修人员展示所述核电站阀门的虚拟场景的最优的维修方案。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于所述核电站阀门的虚拟场景，以所述阀门为中心确定所述核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布。

6.一种核电站阀门维修的虚拟演练系统，其特征在于，所述系统包括：

设置于演练场地的定位设备，用于为演练场地提供定位坐标系；

提供给维修人员佩戴的混合现实设备，用于向维修人员呈现核电站阀门的虚拟场景；

设置于演练场地的视频采集设备，用于采集维修人员基于所述核电站阀门的虚拟场景对核电站阀门进行维修的维修动作视频；

投影设备，用于将所述核电站阀门的虚拟场景的核电辐射分布投影至所述演练现场；

计算机设备，与所述定位设备、所述混合现实设备、视频采集设备以及所述投影设备连接，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述定位设备包括：

至少4个空间定位球，分别固定于所述演练现场的各角落，用于定位所述演练现场的各角落的空间坐标；

激光定位设备，用于识别所述空间定位球的空间坐标，基于所述空间定位球的空间坐标创建所述演练现场的定位坐标系，定位所述演练现场各位置在所述定位坐标系的空间坐标。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述定位设备还包括人体定位服，所述人体定位服提供给所述维修人员穿戴，所述人体定位服覆盖所述维修人员的四肢和手部，所述人体定位服覆盖有多个特征点，所述特征点用于识别所述维修人员的维修动作。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

分布于演练场地的多个重量感应设备，用于记录所在位置的核电辐射分布，当感应到所述维修从员处于所在位置时，根据所在位置的核电辐射分布以及维修人员在所述所在位置的维修时间，确定维修辐射剂量以及维修时长。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

设置于所述演练现场的显示屏，用于展示虚拟演练相关数据，所述虚拟演练相关数据包括所述虚拟演练操作数据、所述维修辐射剂量、所述维修时长和维修操作评估结果中的至少一种。

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