CN117806496B - 基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法及系统 - Google Patents
基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法及系统，涉及虚拟现实技术和综合管廊巡检技术领域，方法包括：为操作人员提供沉浸式的虚拟环境；根据综合管廊的实际结构建立三维模型；实时采集综合管廊内的环境参数和设备状态信息；对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况；根据健康状况，在虚拟现实环境中生成相应的虚拟巡检任务；接收操作人员的控制指令，实现对虚拟巡检任务的操作和控制；将虚拟巡检过程中的图像和数据实时显示给操作人员。本发明能够实时、高效、安全地对综合管廊进行巡检。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术和综合管廊巡检技术领域，特别是涉及基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法及系统。
背景技术
随着城市化进程的加快，综合管廊作为城市基础设施的重要组成部分，其安全运行对于城市的正常运行至关重要。传统的综合管廊巡检方法主要依赖于人工巡检，存在效率低、成本高、安全隐患大等问题。因此，开发一种能够实时、高效、安全地对综合管廊进行巡检的系统具有重要的实际意义。
如公开号为CN106294067A的中国专利公开了一种基于P2P技术的虚拟化系统自管理巡检方法，涉及云计算系统运维的巡检技术领域，包含如下步骤：首先,对巡检对象进行划分，配置为若干个巡检任务；其次,选举一备选者为管理者，确定其它所有备选者为执行者；再次,执行者向管理者请求巡检任务，管理者分配巡检任务；然后,执行者执行巡检任务，于巡检任务完成后上报管理者；最后,完成所有巡检任务，结束本次巡检周期。该发明不依赖于硬件，可以在虚拟化系统中大范围使用。能够在不增加额外设备的情况下，动态的完成系统的巡检，并在系统提供业务的过程中进行巡检，能够有效地检查系统在提供服务的过程中的状态。
如公开号为CN115527013A的中国专利公开了一种矿山多维可视化巡检虚实协同方法，涉及井下智能巡检技术领域，包括以下步骤：基于GIS或CAD等图形处理平台构建全矿井多维可视化系统；构建巷道、设备和管线的几何及属性模型；构建虚拟观察者与巷道、设备、管线之间的拓扑、顺序和度量空间关系；实时采集环境监测、综合自动化和智能化设备的监测监控信息；基于多维图形可视化系统，按配置路线远程动态巡检，依据虚拟观察者巡检空间位置和观察方向、空间关系和巡检逻辑，实时显示相关视频、环境监测、自动化和智能化设备监测监控数据。该发明提供了一种基于矿井空间对象、空间关系和巡检逻辑的自动巡检方法，达到巡检过程中真实视频、监测监控数据与虚拟场景的自动虚实协同和实时对应。
以上专利都存在本背景技术提出的问题：不能够实时、高效、安全地对综合管廊进行巡检，为解决这一问题，本发明提出了基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法及系统。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的主要目的是提供基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法及系统，能够有效解决背景技术中的问题。本发明的具体技术方案如下：基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法，包括以下具体步骤：
S1、为操作人员提供沉浸式的虚拟环境；
S2、根据综合管廊的实际结构建立三维模型；
S3、实时采集综合管廊内的环境参数和设备状态信息；
S4、对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况；
S5、根据健康状况，在虚拟现实环境中生成相应的虚拟巡检任务；
S6、接收操作人员的控制指令，实现对虚拟巡检任务的操作和控制；
S7、将虚拟巡检过程中的图像和数据实时显示给操作人员。
本发明进一步的改进在于，所述根据综合管廊的实际结构建立三维模型，通过三维建模软件实现，具体建立步骤为：
S101、根据综合管廊的形状和构造，选择基本的几何体作为基本模型来代表综合管廊中的各个部分；
S102、基于综合管廊实际结构的设计参数，确定基本模型的尺寸，包括长度、宽度、高度；
S103、将基本模型根据实际结构的布局和连接方式进行组合和连接，从而形成综合管廊三维模型；
S104、根据形成的综合管廊三维模型建立三维坐标系。
本发明进一步的改进在于，所述环境参数包括温度、湿度。
本发明进一步的改进在于，所述设备状态信息包括巡检设备运行状态、巡检设备生成的图像、巡检设备位置信息。
本发明进一步的改进在于，所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，包括计算巡检设备所在位置的温度异常值：
S101、在综合管廊三维模型中提取巡检设备所在位置的坐标，设为(x,y,z)；
S102、巡检设备采集综合管廊三维模型中n个不同区域的温度值；
S103、计算巡检设备所在位置(x,y,z)的温度异常值其中T(x,y,z)为巡检设备在其所在位置(x,y,z)处采集到的温度值，Ti为巡检设备采集综合管廊三维模型中第i个区域的温度值，i为1至n中任一项。
本发明进一步的改进在于，所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，还包括计算巡检设备所在位置的湿度异常值：
S201、在综合管廊三维模型中提取巡检设备所在位置的坐标，设为(x,y,z)；
S202、巡检设备采集综合管廊三维模型中n个不同区域的湿度值；
S203、计算巡检设备所在位置(x,y,z)的湿度异常值其中H(x,y,z)为巡检设备在其所在位置(x,y,z)处采集到的湿度值，Hi为巡检设备采集综合管廊三维模型中第i个区域的湿度值，i为1至n中任一项。
本发明进一步的改进在于，所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，还包括计算巡检设备的运行故障风险值：
S301、所述巡检设备运行状态包括巡检设备总运行时长、故障次数、故障累计时长；
S302、设巡检设备总运行时长为ttotal、故障次数为m、故障累计时长为tabntotal；
S303、则巡检设备的运行故障风险值
本发明进一步的改进在于，所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，还包括计算巡检设备的图像模糊度：
S401、对巡检设备生成的图像进行灰度处理，得到处理后的图像I(x,y)，提取图像像素点个数，设为num，提取图像中每个像素点的灰度值；
S402、使用Sobel算子计算图像I(x,y)在x方向和y方向上的梯度值；
S403、所述Sobel算子在x方向使用的卷积因子为所述Sobel算子在y方向使用的卷积因子为/>
S404、则巡检设备的图像模糊度其中grad(xj,yj)为图像I(x,y)在第j个像素点(xj,yj)的灰度值，j为1至num中任一项。
本发明进一步的改进在于，所述综合管廊的健康状况的具体分析步骤包括以下内容：
S501、计算综合管廊风险值，风险值越大，则综合管廊的健康状况越差；
S502、综合管廊风险值W＝Fail×obs×(a×AT(x,y,z)+b×AH(x,y,z))，其中a、b分别为温度异常占比系数、湿度异常占比系数。
基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检系统，其基于所述的基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法实现，所述系统包括以下模块：
虚拟现实设备，用于为操作人员提供沉浸式的虚拟环境；
三维建模模块，用于根据综合管廊的实际结构建立三维模型；
数据采集模块，用于实时采集综合管廊内的环境参数和设备状态信息；
数据处理模块，用于对接收到的环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况；
虚拟巡检模块，用于根据数据处理模块的判断结果，在虚拟现实环境中生成相应的虚拟巡检任务；
交互控制模块，用于接收操作人员的控制指令，实现对虚拟巡检任务的操作和控制；
显示模块，用于将虚拟巡检过程中的图像和数据实时显示给操作人员。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
为操作人员提供沉浸式的虚拟环境；根据综合管廊的实际结构建立三维模型；实时采集综合管廊内的环境参数和设备状态信息；对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况；根据健康状况，在虚拟现实环境中生成相应的虚拟巡检任务；接收操作人员的控制指令，实现对虚拟巡检任务的操作和控制；将虚拟巡检过程中的图像和数据实时显示给操作人员。本发明能够实时、高效、安全地对综合管廊进行巡检。
附图说明
图1为本发明的基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法的工作流程图；
图2为本发明的基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检系统的模块示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法，包括以下具体步骤：
S1、为操作人员提供沉浸式的虚拟环境；
S2、根据综合管廊的实际结构建立三维模型；
S3、实时采集综合管廊内的环境参数和设备状态信息；
S4、对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况；
S5、根据健康状况，在虚拟现实环境中生成相应的虚拟巡检任务；
S6、接收操作人员的控制指令，实现对虚拟巡检任务的操作和控制；
S7、将虚拟巡检过程中的图像和数据实时显示给操作人员。
在本实施例中，所述根据综合管廊的实际结构建立三维模型，通过三维建模软件实现，具体建立步骤为：
S101、根据综合管廊的形状和构造，选择基本的几何体作为基本模型来代表综合管廊中的各个部分；
S102、基于综合管廊实际结构的设计参数，确定基本模型的尺寸，包括长度、宽度、高度；
S103、将基本模型根据实际结构的布局和连接方式进行组合和连接，从而形成综合管廊三维模型；
S104、根据形成的综合管廊三维模型建立三维坐标系。
需要说明的是，上述根据综合管廊的实际结构建立三维模型的建立步骤可以通过Java 3D进行三维建模实现，以下是使用Java 3D对综合管廊进行三维建模的示例代码：
需要说明的是，上述示例代码仅包含了一些简单的3D对象，可以用来构建一个简单的综合管廊三维模型，并且展示了在Java 3D中创建3D对象的基本方法。但是，实际上从图纸或现场实际数据生成精确的、高效的三维模型需要处理更多底层的问题，例如图形引擎、数据处理和存储等，需要本领域技术人员根据具体需求和情况进行深入的开发和优化。
在本实施例中，所述环境参数包括温度、湿度。
在本实施例中，所述设备状态信息包括巡检设备运行状态、巡检设备生成的图像、巡检设备位置信息。
在本实施例中，所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，包括计算巡检设备所在位置的温度异常值：
S101、在综合管廊三维模型中提取巡检设备所在位置的坐标，设为(x,y,z)；
S102、巡检设备采集综合管廊三维模型中n个不同区域的温度值；
S103、计算巡检设备所在位置(x,y,z)的温度异常值其中T(x,y,z)为巡检设备在其所在位置(x,y,z)处采集到的温度值，Ti为巡检设备采集综合管廊三维模型中第i个区域的温度值，i为1至n中任一项。
在本实施例中，所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，还包括计算巡检设备所在位置的湿度异常值：
S201、在综合管廊三维模型中提取巡检设备所在位置的坐标，设为(x,y,z)；
S202、巡检设备采集综合管廊三维模型中n个不同区域的湿度值；
S203、计算巡检设备所在位置(x,y,z)的湿度异常值其中H(x,y,z)为巡检设备在其所在位置(x,y,z)处采集到的湿度值，Hi为巡检设备采集综合管廊三维模型中第i个区域的湿度值，i为1至n中任一项。
在本实施例中，所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，还包括计算巡检设备的运行故障风险值：
S301、所述巡检设备运行状态包括巡检设备总运行时长、故障次数、故障累计时长；
S302、设巡检设备总运行时长为ttotal、故障次数为m、故障累计时长为tabntotal；
S303、则巡检设备的运行故障风险值
在本实施例中，所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，还包括计算巡检设备的图像模糊度：
S401、对巡检设备生成的图像进行灰度处理，得到处理后的图像I(x,y)，提取图像像素点个数，设为num，提取图像中每个像素点的灰度值；
S402、使用Sobel算子计算图像I(x,y)在x方向和y方向上的梯度值；
S403、所述Sobel算子在x方向使用的卷积因子为所述Sobel算子在y方向使用的卷积因子为/>
S404、则巡检设备的图像模糊度其中grad(xj,yj)为图像I(x,y)在第j个像素点(xj,yj)的灰度值，j为1至num中任一项。
需要说明的是，上述计算巡检设备的图像模糊度通过以下示例代码实现：
/>
/>
需要说明的是，上述示例代码只是一个简单的示例，实际应用时需要本领域技术人员根据具体需求和情况进行修改和优化。
在本实施例中，所述综合管廊的健康状况的具体分析步骤包括以下内容：
S501、计算综合管廊风险值，风险值越大，则综合管廊的健康状况越差；
S502、综合管廊风险值W＝Fail×obs×(a×AT(x,y,z)+b×AH(x,y,z))，其中a、b分别为温度异常占比系数、湿度异常占比系数，a、b均由本领域技术人员根据实际需求进行设置。
实施例2
本实施例提供一种基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检系统，其基于实施例1所述的基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法实现，所述系统包括以下模块：
虚拟现实设备，用于为操作人员提供沉浸式的虚拟环境；
三维建模模块，用于根据综合管廊的实际结构建立三维模型；
数据采集模块，用于实时采集综合管廊内的环境参数和设备状态信息；
数据处理模块，用于对接收到的环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况；
虚拟巡检模块，用于根据数据处理模块的判断结果，在虚拟现实环境中生成相应的虚拟巡检任务；
交互控制模块，用于接收操作人员的控制指令，实现对虚拟巡检任务的操作和控制；
显示模块，用于将虚拟巡检过程中的图像和数据实时显示给操作人员。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.基于虚拟现实技术的综合管廊动态虚拟巡检方法，其特征在于：所述方法包括以下具体步骤：
S1、为操作人员提供沉浸式的虚拟环境；
S2、根据综合管廊的实际结构建立三维模型；
S3、实时采集综合管廊内的环境参数和设备状态信息；
S4、对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况；
S5、根据健康状况，在虚拟现实环境中生成相应的虚拟巡检任务；
S6、接收操作人员的控制指令，实现对虚拟巡检任务的操作和控制；
S7、将虚拟巡检过程中的图像和数据实时显示给操作人员；
所述根据综合管廊的实际结构建立三维模型，通过三维建模软件实现，具体建立步骤为：
S101、根据综合管廊的形状和构造，选择几何体作为基本模型来代表综合管廊中的各个部分；
S102、基于综合管廊实际结构的设计参数，确定基本模型的尺寸，包括长度、宽度、高度；
S103、将基本模型根据实际结构的布局和连接方式进行组合和连接，从而形成综合管廊三维模型；
S104、根据形成的综合管廊三维模型建立三维坐标系；
所述环境参数包括温度、湿度；
所述设备状态信息包括巡检设备运行状态、巡检设备生成的图像、巡检设备位置信息；
所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，包括计算巡检设备所在位置的温度异常值：
S201、在综合管廊三维模型中提取巡检设备所在位置的坐标，设为；
S202、巡检设备采集综合管廊三维模型中n个不同区域的温度值；
S203、计算巡检设备所在位置的温度异常值/>；其中为巡检设备在其所在位置/>处采集到的温度值，/>为巡检设备采集综合管廊三维模型中第i个区域的温度值，i为1至n中任一项；
所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，还包括计算巡检设备所在位置的湿度异常值：
S301、在综合管廊三维模型中提取巡检设备所在位置的坐标，设为；
S302、巡检设备采集综合管廊三维模型中n个不同区域的湿度值；
S303、计算巡检设备所在位置的湿度异常值/>；其中为巡检设备在其所在位置/>处采集到的湿度值，/>为巡检设备采集综合管廊三维模型中第i个区域的湿度值，i为1至n中任一项；
所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，还包括计算巡检设备的运行故障风险值：
S401、所述巡检设备运行状态包括巡检设备总运行时长、故障次数、故障累计时长；
S402、设巡检设备总运行时长为、故障次数为m、故障累计时长为/>；
S403、则巡检设备的运行故障风险值；
所述对环境参数和设备状态信息进行处理和分析，判断综合管廊的健康状况，还包括计算巡检设备的图像模糊度：
S501、对巡检设备生成的图像进行灰度处理，得到处理后的图像，提取图像像素点个数，设为num，提取图像中每个像素点的灰度值；
S502、使用Sobel算子计算图像在x方向和y方向上的梯度值；
S503、所述Sobel算子在x方向使用的卷积因子为，所述Sobel算子在y方向使用的卷积因子为/>；
S504、则巡检设备的图像模糊度，其中/>为图像/>在第j个像素点/>的灰度值，j为1至num中任一项；
所述综合管廊的健康状况的具体分析步骤包括以下内容：
S601、计算综合管廊风险值，风险值越大，则综合管廊的健康状况越差；
S602、综合管廊风险值，其中a、b分别为温度异常占比系数、湿度异常占比系数。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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