CN115793673A

CN115793673A - 一种基于vr技术的天然气场站机器人巡检方法和装置

Info

Publication number: CN115793673A
Application number: CN202310030333.8A
Authority: CN
Inventors: 郝靖仕; 宋彬; 李祎; 何文武
Original assignee: Beijing Feidu Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Feidu Technology Co ltd
Priority date: 2023-01-10
Filing date: 2023-01-10
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2043-01-10
Also published as: CN115793673B

Abstract

本发明公开了一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法和装置，属于能源行业巡检技术领域。方法包括：接收天然气场站内的巡检机器人采集的数据；利用运行数据计算各设备的监测状态分析数值；根据监测状态分析数值研判预警等级；在VR眼镜上实时动态显示融合有运行数据、监测状态分析数值和预警等级的各个设备以及天然气场站的环境。本发明通过借助巡检机器人的多种传感器和VR眼镜的3D显示功能，使得工作人员能够直观地看到各个设备的状态以及是否存在异常情况，增强了天然气场站外工作人员的监控能力，在发现异常时可及时采取相应的控制措施，保证设备和场站能够继续正常安全地运行，为易爆高危场所提供了安全保障。

Description

一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法和装置

技术领域

本发明涉及能源行业巡检技术领域，尤其涉及一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法和装置。

背景技术

能源行业比如石油石化行业的场站环境复杂且危险，因此，场站环境监控的目标是少人化或无人化。随着信息化、数字化和智能化技术的不断发展，如何利用信息化、数字化和智能化技术实现能源行业比如天然气场站的环境监控就成为了主要的研究方向。

目前，天然气场站的环境监控主要是通过设置在场站设备上的各种传感器采集对应的参数数据(运行数据、监控视频等)并发送至远程的监控中心，在监控中心的屏幕上进行显示，工作人员根据显示的数据进行分析，研判场站设备是否存在异常，并通过监控中心发送控制指令对设备进行调试。

在现有的上述方法中，传感器采集到的数据不仅包括设备运行的数字数据，还包括监控视频等3D物理图形数据。这两种数据都会显示在监控中心的平面屏幕上，即3D物理图形数据会以2D 数据进行显示，无法进行3D空间显示，使得工作人员无法体会天然气场站的真实环境，从而及时做出正确的预判。另外，通过人工对采集到的数据进行分析研判的方式，无形中提高了对工作人员的要求，而且也存在人工判断错误率高的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案。

本发明第一方面提供了一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法，包括：

接收天然气场站内的巡检机器人采集的数据，所述数据包括天然气场站的环境视频数据和天然气场站内各设备的运行数据；

利用所述运行数据计算各设备的监测状态分析数值，采用的计算公式如下：

式中，W为监测状态分析数值，S为生产状况物联数值，A为影响因子权重，O为数据指标开关，P为天然气场站运行压力指标，n为设备运行数据的数量，i为设备运行数据的序号；

根据所述监测状态分析数值研判预警等级；

通过数据融合算法将所述运行数据、监测状态分析数值和预警等级匹配融合到对应的设备上并推送至VR眼镜以在VR眼镜上实时动态显示融合有运行数据、监测状态分析数值和预警等级的各个设备；

将所述环境视频数据推送至VR眼镜以在VR眼镜上实时动态立体显示天然气场站的环境。

优选地，所述方法还包括：接收VR眼镜配套的操控装置对巡检机器人的操作指令并发送至巡检机器人，以使巡检机器人按照操作指令在天然气场站进行对应的操作。

优选地，所述巡检机器人上设置有用于获取天然气场站的环境视频数据的360度全景摄像头，还设置有用于获取天然气场站内各设备的运行数据的传感器。

优选地，所述用于获取天然气场站内各设备的运行数据的传感器包括红外热成像摄像头、气体检测仪、火焰探测器、激光甲烷检测仪、激光雷达和拾音器；所述运行数据包括设备温度、CO浓度、火焰高度、甲烷浓度、设备间距和噪音音频；

所述红外热成像摄像头用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的设备温度进行检测，所述气体检测仪用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的设备周边的CO浓度进行检测，所述火焰探测器用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的设备出口处的火焰高度进行检测，所述激光甲烷检测仪用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的设备周边的甲烷浓度进行检测，所述激光雷达用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的设备间距进行检测，所述拾音器用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的噪音音频进行检测。

优选地，所述利用所述运行数据计算各设备的监测状态分析数值包括：

根据检测到的各运行数据的值分别确定对应的生产状况物联数值S；

确定各运行数据对应的影响因子权重A；

根据各运行数据对应的设备特性确定运行数据是否参与计算，如果参与计算，则对应的数据指标开关O取值为1；如果不参与计算，则对应的数据指标开关O取值为0；

根据天然气场站内设置的压力传感器采集到的数据确定天然气场站运行压力指标P。

优选地，设备温度、CO浓度、火焰高度、甲烷浓度、设备间距和噪音音频对应的影响因子权重A分别为：0.12、0.18、0.25、0.35、0.05、0.05。

本发明第二方面提供了一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检装置，包括：

数据接收模块，用于接收天然气场站内的巡检机器人采集的数据，所述数据包括天然气场站的环境视频数据和天然气场站内各设备的运行数据；

监测状态分析数值计算模块，用于利用所述运行数据计算各设备的监测状态分析数值，采用的计算公式如下：

式中，W为监测状态分析数值，S为生产状况物联数值，A为与S对应的影响因子权重，O为数据指标开关，P为天然气场站运行压力指标，n为设备运行数据的数量，i为设备运行数据的序号；

预警等级研判模块，用于根据所述监测状态分析数值研判预警等级；

数据融合及显示模块，用于通过数据融合算法将所述运行数据、监测状态分析数值和预警等级匹配融合到对应的设备上并推送至VR眼镜以在VR眼镜上实时动态显示融合有运行数据、监测状态分析数值和预警等级的各个设备；

环境显示模块，用于将所述环境视频数据推送至VR眼镜以在VR眼镜上实时动态立体显示天然气场站的环境。

本发明第三方面提供了一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检系统，包括：巡检机器人、VR眼镜和服务器；

所述巡检机器人用于在天然气场站内巡检，根据指令对天然气场站内的环境及各设备的运行参数进行监测，并发送至服务器中；

所述VR眼镜用于实时动态显示融合有运行数据、监测状态分析数值和预警等级的各个设备以及天然气场站的环境；

所述服务器用于实现如第一方面所述的方法。

本发明第四方面提供了一种存储器，存储有多条指令，所述指令用于实现如第一方面所述的方法。

本发明第五方面提供了一种电子设备，包括处理器和与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行如第一方面所述的方法。

本发明的有益效果是：本发明提供的基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法和装置，通过借助巡检机器人的多种传感器和VR眼镜的3D显示功能增强了天然气场站外工作人员的监控能力，为易爆高危场所的工作提供了安全保障；另外，本发明中对巡检机器人采集到的数据根据预设程序进行了自动分析和研判，并通过数据融合算法将分析研判的结果投射到VR设备呈现的虚拟场景的相应设备上，使得工作人员能够直观的看到各个设备的状态以及是否异常的情况，从而可以及时采取相应的控制措施，保证设备和场站能够继续正常安全的运行。

附图说明

图1为本发明所述基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法流程示意图；

图2为本发明所述基于VR技术的天然气场站机器人巡检装置功能结构示意图；

图3为本发明所述基于VR技术的天然气场站机器人巡检系统结构示意图；

图4为本发明所述基于VR技术的天然气场站机器人巡检系统数据流向示意图。

图3中，各符号的含义为：1、巡检机器人，2、VR眼镜（含手柄），3、服务器，4、交换机。

具体实施方式

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

本发明提供的方法可以在如下的终端环境中实施，该终端可以包括一个或多个如下部件：处理器、存储器和显示屏。其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现下述实施例所述的方法。

处理器可以包括一个或者多个处理核心。处理器利用各种接口和线路连接整个终端内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行终端的各种功能和处理数据。

存储器可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令。

显示屏用于显示各个应用程序的用户界面。

除此之外，本领域技术人员可以理解，上述终端的结构并不构成对终端的限定，终端可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。比如，终端中还包括射频电路、输入单元、传感器、音频电路、电源等部件，在此不再赘述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法，包括：S101，接收天然气场站内的巡检机器人采集的数据，所述数据包括天然气场站的环境视频数据和天然气场站内各设备的运行数据；S102，利用所述运行数据计算各设备的监测状态分析数值，采用的计算公式如下：

式中，W为设备监测状态分析数值，S为生产状况物联数值，A为影响因子权重，O为数据指标开关，P为天然气场站运行压力指标，n为设备运行数据的数量，i为设备运行数据的序号。

S103，根据所述监测状态分析数值研判预警等级；S104，通过数据融合算法将所述运行数据、监测状态分析数值和预警等级匹配融合到对应的设备上并推送至VR眼镜以在VR眼镜上实时动态显示融合有运行数据、监测状态分析数值和预警等级的各个设备；S105，将所述环境视频数据推送至VR眼镜以在VR眼镜上实时动态立体显示天然气场站的环境。

为了实现天然气场站的无人化目标，本发明中采用了巡检机器人代替巡检人员，在场站内进行设备运行参数和场站3D图像的采集，并在收到操作指令后对设备进行调节；同时本发明中采用了VR设备并远程连接天然气场站内的巡检机器人，使得工作人员可实时观察现场巡检机器人视角的3D图像和各类物联感知状态数据，由巡检机器人在现场替代巡检人员的“视觉、听觉、嗅觉”，实现虚拟现实场景与现场真实场景之间的虚实映射。工程师可以在VR设备呈现的虚拟场景中通过操控设备远程操控巡检机器人在天然气场站内巡视和检查，实时互联的方式完成异常发现、仪表校验、天然气泄漏检测、温度监测等现场工作。因此，采用本发明提供的方法可以借助机器人的多种传感器和监测装置增强人的能力，并且为易爆高危场所的工作提供安全保障；另外，本发明中对巡检机器人采集到的数据根据预设程序进行了自动分析和研判，并通过数据融合算法将分析研判的结果投射到VR设备呈现的虚拟场景的相应设备上，使得工作人员能够直观的看到各个设备的状态以及是否异常的情况，从而可以及时采取相应的控制措施，保证设备和场站能够继续正常安全的运行。

虚拟现实技术（Vinual Reality，VR）是一种计算机仿真系统，它可构建出虚拟的世界，并让人体验到现实世界与虚拟世界相同的环境，这种模拟环境具有交互式处理的三维动态视觉效果。

VR眼镜是利用头戴式显示设备将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感。这样在天然气场站的动态巡检过程中，戴上VR眼镜就会得到和巡检机器人相同的视角与交互体验，并且能够叠加各类数据显示。

VR眼镜包含手柄装置，可以进行功能操作，对虚拟世界中的场景、数据和对象进行交互。

本发明中，采用的巡检机器人可以包含有车轮、电池、主机、外壳、通信天线，以及各类传感装置（360度全景摄像头、红外热成像摄像头、气体检测仪、火焰探测器、激光甲烷检测仪、激光雷达、拾音器等）。

巡检机器人具备自动充电、激光导航、自动避障、自主执行巡检任务等功能，以及图像智能识别、火灾识别、热成像仪测温、特殊气体监测、噪音识别、可燃气体监测等丰富的巡检手段，使故障预判智能化，极大增强了巡检成效。同时巡检机器人可以根据运维要求对现场仪表、阀门及液位计等设备进行读数分析，当出现与配置的阈值相偏差时，机器人端可以和后台系统端联动进行预警报警。

本发明实施例提供的基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法还包括：接收VR眼镜配套的操控装置对巡检机器人的操作指令并发送至巡检机器人，以使巡检机器人按照操作指令在天然气场站进行对应的操作。作为一个示例，比如，需要对某个设备的温度进行检测时，工作人员可以通过VR眼镜配套的操控装置（比如手柄）下发指令操控机器人利用红外热成像摄像头检测设备的温度。

本发明实施例中，所述巡检机器人上设置有用于获取天然气场站的环境视频数据的360度全景摄像头，还设置有用于获取天然气场站内各设备的运行数据的传感器。

其中，360度全景摄像头在使用过程中无需转动即可获取到天然气场站内的360度全景视频，并能够通过数据传输显示在VR眼镜中，使得工作人员可以实时以巡检机器人的角度观察到天然气场站内的所有景象，如同工作人员置身于天然气场站内，从而对天然气场站内的环境可以进行如现场般的观察，进而能够及时做出相关的预警或预防研判等。

在本发明中，所述用于获取天然气场站内各设备的运行数据的传感器可以包括红外热成像摄像头、气体检测仪、火焰探测器、激光甲烷检测仪、激光雷达和拾音器；所述运行数据包括设备温度、CO浓度、火焰高度、甲烷浓度、设备间距和噪音音频；所述红外热成像摄像头用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的设备温度进行检测，所述气体检测仪用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的设备周边的CO浓度进行检测，所述火焰探测器用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的设备出口处的火焰高度进行检测，所述激光甲烷检测仪用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的设备周边的甲烷浓度进行检测，所述激光雷达用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的设备间距进行检测，所述拾音器用于在巡检机器人的操作下对天然气场站内的噪音音频进行检测。

对于天然气场站内不同的设备，可能需要检测不同的运行数据。当需要检测某个运行数据时，巡检机器人就可以利用对应的传感器进行获取，比如需要检测罐子的温度时，巡检机器人就利用红外热成像摄像头对罐子的温度进行检测，需要检测罐子的甲烷浓度时，巡检机器人就利用激光甲烷检测仪对罐子的甲烷浓度进行检测。

利用巡检机器人上设置的各类传感器获取到各设备的运行数据后，可利用所述运行数据计算各设备的监测状态分析数值，在计算之前，可以按照如下方法确定相应的参数：根据检测到的各运行数据的值分别确定对应的生产状况物联数值S；确定各运行数据对应的影响因子权重A；根据各运行数据对应的设备特性确定运行数据是否参与计算，如果参与计算，则对应的数据指标开关O取值为1；如果不参与计算，则对应的数据指标开关O取值为0；根据天然气场站内设置的压力传感器采集到的数据确定天然气场站运行压力指标P。

作为一个实施例，比如，生产状况物联数值S可以按照表1中的方式进行确定，各运行数据对应的影响因子权重A的值可如表1所示。

表1生产状况物联数值S和影响因子权重A

对天然气场站的物理设备进行运行数据的分析时，需要结合设备特性来判断各个运行数据指标是否打开，即是否参与计算，参与计算时数据指标开关O取值为1，不参与计算时数据指标开关取值为0。作为一个示例，比如，各类关键设备的数据指标开合状态（数据指标开关O的取值）如表2所示。

表2数据指标开关O的取值

天然气场站运行压力指标P的具体数值可以来自于天然气场站内的压力传感器采集到的数据，本发明中可以参考如下方法确定运行压力指标P的取值：

压力传感器采集到的数据＞3.6MPa，则P=10；

3.6MPa≥压力传感器采集到的数据≥0.4MPa，则P=(L/3.6)*10；

压力传感器采集到的数据＜0.4MPa，则P=0。

采用上述方法，对于天然气场站内的每个关键设备比如机泵、阀门、炉、罐、电子仪表、变压器、压缩机、消防水泵和装卸臂等，分别采用六个运行数据：设备温度、CO浓度、火焰高度、甲烷浓度、设备间距和噪音音频确定各运行数据对应的生产状况物联数值和影响因子权重，以及数据指标开关和天然气场站运行压力指标之后，再利用如下公式计算每个设备对应的监测状态分析数值：

式中，W为监测状态分析数值，S为生产状况物联数值，A为与S对应的影响因子权重，O为数据指标开关，P为天然气场站运行压力指标，n为设备运行数据的数量，i为设备运行数据的序号。

本发明的一个实施例中，可以根据设备的监测状态分析数值W数值大小进行预警等级的划分，比如可以按照表3的方式将预警等级划分为四个（高、较高、中、低），并且对应按照“红、橙、黄、蓝”在VR眼镜中进行虚拟界面的渲染。

表3预警等级和预警颜色

在本发明实施例中，可以通过数据融合算法将所述运行数据、监测状态分析数值和预警等级匹配融合到对应的设备上并推送至VR眼镜以在VR眼镜上实时动态显示融合有运行数据、监测状态分析数值和预警等级的各个设备；并将所述环境视频数据推送至VR眼镜以在VR眼镜上实时动态立体显示天然气场站的环境。在使用过程中，工作人员可以通过头戴VR眼镜观察到巡检机器人视角的天然气场站的环境，同时还能观察到位于场站内的设备，以及融合匹配到设备上的运行数据、监测状态分析数值和预警等级。

其中，本发明中采用的数据融合算法为：将各设备的监测数值与具象的现场物理设备对象关联融合，首先将现场的监控视频影像按照一定尺寸比例放大并进行全景拼合处理，其次通过卷积神经网络图像识别算法在影像中识别出设备和异常介质的类型及位置，再者将带有监测数值的数据标签叠加到该设备的关键部件上，对于火焰、气体、温度等异常介质有明确监测范围的，数据标签将通过箭头或多边形等形式对指定区域进行叠加标注。

实施例二

如图2所示，本发明实施例提供了和实施例一所述方法流程完全对应一致的功能模块架构，即本发明实施例还提供了一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检装置，该装置包括：数据接收模块201，用于接收天然气场站内的巡检机器人采集的数据，所述数据包括天然气场站的环境视频数据和天然气场站内各设备的运行数据；监测状态分析数值计算模块202，用于利用所述运行数据计算各设备的监测状态分析数值，采用的计算公式如下：

式中，W为设备监测状态分析数值，S为生产状况物联数值，A为与S对应的影响因子权重，O为数据指标开关，P为天然气场站运行压力指标，n为设备运行数据的数量，i为设备运行数据的序号。

该装置还包括：预警等级研判模块203，用于根据所述监测状态分析数值研判预警等级；数据融合及显示模块204，用于通过数据融合算法将所述运行数据、监测状态分析数值和预警等级匹配融合到对应的设备上并推送至VR眼镜以在VR眼镜上实时动态显示融合有运行数据、监测状态分析数值和预警等级的各个设备；环境显示模块205，用于将所述环境视频数据推送至VR眼镜以在VR眼镜上实时动态立体显示天然气场站的环境。

该装置可通过上述实施例一提供的基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法实现，具体的实现方法可参见实施例一中的描述，在此不再赘述。

实施例三

如图3所示，本发明实施例提供了一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检系统，包括：巡检机器人1、VR眼镜2和服务器3。所述巡检机器人1用于在天然气场站内巡检，根据指令对天然气场站内的环境及各设备的运行参数进行监测，并发送至服务器中；所述VR眼镜2用于实时动态显示融合有运行数据、监测状态分析数值和预警等级的各个设备以及天然气场站的环境；所述服务器3用于实现如实施例一所述的方法。

在实际应用过程中，巡检机器人、VR眼镜和服务器之间通过通信网络进行连接和数据传输。通信网络是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的。本发明提供的系统需要的通信网络设备主要有：一个千兆无线AP（Access Point），实现与天然气场站内巡检机器人的通信；一个网络交换机4，实现各个设备的通信传输和信息交换；一个千兆无线AP，实现与VR眼镜的通信。

其中，该系统在使用过程中的数据流向可如图4所示。

本发明还提供了一种存储器，存储有多条指令，所述指令用于实现如实施例一所述的方法。

本发明还提供了一种电子设备，包括处理器和与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行如实施例一所述的方法。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法，其特征在于，包括：

根据所述监测状态分析数值研判预警等级；

2.如权利要求1所述的基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法，其特征在于，所述方法还包括：接收VR眼镜配套的操控装置对巡检机器人的操作指令并发送至巡检机器人，以使巡检机器人按照操作指令在天然气场站进行对应的操作。

3.如权利要求1所述的基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法，其特征在于，所述巡检机器人上设置有用于获取天然气场站的环境视频数据的360度全景摄像头，还设置有用于获取天然气场站内各设备的运行数据的传感器。

4.如权利要求3所述的基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法，其特征在于，所述用于获取天然气场站内各设备的运行数据的传感器包括红外热成像摄像头、气体检测仪、火焰探测器、激光甲烷检测仪、激光雷达和拾音器；所述运行数据包括设备温度、CO浓度、火焰高度、甲烷浓度、设备间距和噪音音频；

5.如权利要求4所述的基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法，其特征在于，所述利用所述运行数据计算各设备的监测状态分析数值包括：

确定各运行数据对应的影响因子权重A；

6.如权利要求5所述的基于VR技术的天然气场站机器人巡检方法，其特征在于，设备温度、CO浓度、火焰高度、甲烷浓度、设备间距和噪音音频对应的影响因子权重A分别为：0.12、0.18、0.25、0.35、0.05、0.05。

7.一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检装置，其特征在于，包括：

8.一种基于VR技术的天然气场站机器人巡检系统，其特征在于，包括：巡检机器人、VR眼镜和服务器；

所述服务器用于实现如权利要求1-6任一项所述的方法。

9.一种存储器，其特征在于，存储有多条指令，所述指令用于实现如权利要求1-6任一项所述的方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有多条指令，所述指令可被所述处理器加载并执行，以使所述处理器能够执行如权利要求1-6任一项所述的方法。