CN210006245U - 一种用于电力设备培训的增强现实多人协同仿真系统 - Google Patents

一种用于电力设备培训的增强现实多人协同仿真系统 Download PDF

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陈炳贵
林金添
黄少敏
李文锦
林培玲
林菁
王海霞
郭陆峰
周冬妮
李燕玉
梁超泳
周磊
黄帮局
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State Grid Corp of China SGCC
Beijing Kedong Electric Power Control System Co Ltd
State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Quanzhou Electric Power Technology Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
Beijing Kedong Electric Power Control System Co Ltd
State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Quanzhou Electric Power Technology Institute of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种用于电力设备培训的增强现实多人协同仿真系统。该系统包括教员增强现实终端、学员增强现实终端、支撑平台装置和管理终端装置;其中,教员增强现实终端、学员增强现实终端和管理终端装置均与支撑平台装置连接;管理终端装置将虚拟场景信息发送至支撑平台装置,由支撑平台装置转发至教员增强现实终端,在教员增强现实终端上显示虚拟场景画面;教员增强现实终端将展示电力设备模型的虚拟场景信息发送至支撑平台装置,由支撑平台装置转发至学员增强现实终端,在学员增强现实终端上显示电力设备模型的虚拟场景画面。

Description

一种用于电力设备培训的增强现实多人协同仿真系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于电力设备培训的增强现实多人协同仿真系统,属于电力系统仿真技术领域。
背景技术
目前,随着电网规模的日益扩大和新型设备的不断投产,电力设备的安装、运行、检修面临资料繁多、步骤复杂、设备拆装精准度高以及人员水平不一等问题,因此传统作业模式已不能适应电网发展要求,急需进行电力设备的相关知识培训。然而,现有的培训方式一般仅是通过标准化作业指导,结合教员在电力设备安装、运行、检修方面的经验进行讲解。
在当前在电力设备安装作业方面,随着新型设备、大型设备的不断涌现,安装作业的执行环节更加复杂,安装步骤流程及精度、准确度要求高,作业复杂程度大大提高,导致安装作业效率低、质量难以保证。在电力设备的运行、检修作业方面,运检作业人员难以在作业现场快速、全面地掌握设备信息并根据趋势判断设备状态;同时,标准化作业指导卡与实际操作未能实现无缝衔接,工作模式有待改进。
虽然通过移动互联技术,可以应用手机、平板电脑等实现部分现场信息的实时采集、同步及分析,但在交互过程中要占用双手、影响视线,因此现场作业指导、协作能力较弱。由此可见,当前电力设备中的内容繁多,单一、枯燥的标准化作业指导的培训效果较差。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种用于电力设备培训的增强现实多人协同仿真系统。
为了实现上述目的,本实用新型采用下述技术方案:
一种用于电力设备培训的增强现实多人协同仿真系统,包括教员增强现实终端、学员增强现实终端、支撑平台装置和管理终端装置;所述教员增强现实终端、学员增强现实终端和管理终端装置均与所述支撑平台装置连接;
所述管理终端装置将虚拟场景信息发送至支撑平台装置,由支撑平台装置转发至教员增强现实终端,在教员增强现实终端上显示虚拟场景画面;
所述教员增强现实终端将展示电力设备模型的虚拟场景信息发送至支撑平台装置,由支撑平台装置转发至学员增强现实终端,在学员增强现实终端上显示电力设备模型的虚拟场景画面。
其中较优地,所述教员增强现实终端/所述学员增强现实终端用于采集场景操作信息,并将所述场景操作信息通过支撑平台装置发送至管理终端装置;
所述管理终端装置用于将仿真对象状态更新信息通过所述支撑平台装置发送至所述教员增强现实终端/所述学员增强现实终端。
其中较优地,所述教员增强现实终端/所述学员增强现实终端包括:摄像头、手势识别模块、语音识别模块、电源模块、处理器、存储器、位置传感器、全息显示屏和通信模块;所述摄像头、手势识别模块、语音识别模块、电源模块、存储器、位置传感器、全息显示屏和通信模块分别与所述处理器连接;所述通信模块与所述支撑平台装置通信连接;其中,
所述摄像头,用于采集真实世界的环境信息,并发送至所述处理器;
所述手势识别模块,用于捕捉手势信息,并发送至所述处理器;
所述语音识别模块,用于采集语音信息,并发送至所述处理器;
所述电源模块,用于为摄像头、手势识别模块、语音识别模块、处理器、存储器、位置传感器、全息显示屏和通信模块进行供电;
所述存储器,用于接受并存储电力设备检修仿真数据和处理器传输来的环境信息、手势信息和语音信息;
所述位置传感器,用于识别操作人的空间方位信息,并发送至所述处理器;
所述全息显示屏,用于显示实景画面和虚拟场景画面;
所述通信模块,用于与所述支撑平台装置进行通信。
其中较优地,所述支撑平台装置包括多人协同同步模块、网络数据交换处理平台和路由器,所述多人协同同步模块和路由器与所述网络数据交换处理平台连接;所述网络数据交换处理平台连接所述通信模块和所述管理终端装置;所述路由器连接所述管理终端装置;
所述网络数据交换处理平台,用于对教员增强现实终端、学员增强现实终端和管理终端装置的数据进行传输和分发;
所述多人协同同步模块,用于将场景操作信息发送至管理终端装置,并接收管理终端装置发送的仿真对象状态更新信息,并发送至所述教员增强现实终端/所述学员增强现实终端;
所述路由器,用于管理终端装置和网络数据交换处理平台的数据通信。
其中较优地,所述管理终端装置包括仿真主机和移动终端;所述仿真主机与所述网络数据交换处理平台连接,所述移动终端与所述路由器连接;
所述仿真主机,用于将仿真对象状态更新信息发送至网络数据交换处理平台;以及与所述多人协同同步模块进行数据通信;
所述移动终端,用于接收点击、触摸和滑动操作信息,并将所述操作信息通过路由器发送至网络数据交换处理平台。
其中较优地,所述路由器为无线路由器;所述移动终端通过无线网络与所述无线路由器连接。
其中较优地,所述通信模块为无线局域网通信模块或4G/5G通信模块。
其中较优地,所述移动终端为笔记本电脑、智能手机或平板电脑中的任意一种。
利用本实用新型,一方面可以在教员增强现实终端上显示虚拟场景画面,另一方面可以在学员增强现实终端上显示电力设备模型的虚拟场景画面。由此可见,通过本实用新型的特殊结构组合,可以实现基于增强现实的多人协同的电力设备检修仿真培训,避免单一、枯燥的标准化作业指导。
附图说明
图1为本实用新型所提供的增强现实多人协同仿真系统的结构示意图一;
图2为本实用新型所提供的增强现实多人协同仿真系统的结构示意图二。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术内容做进一步的详细说明。
参阅图1所示,本实用新型所提供的增强现实多人协同仿真系统10,包括至少一台教员增强现实(Augmented Reality,简称AR)终端11(图中仅示出一台)、至少一台学员增强现实终端12、支撑平台装置13和管理终端装置14;该教员增强现实终端11、学员增强现实终端12和管理终端装置14均与支撑平台装置13连接。
该管理终端装置14将虚拟场景信息发送至支撑平台装置13,由支撑平台装置13转发至教员增强现实终端11,在教员增强现实终端11上显示虚拟场景画面。该教员增强现实终端11将展示电力设备模型的虚拟场景信息发送至支撑平台装置13,由支撑平台装置13转发至学员增强现实终端12,在学员增强现实终端12上显示电力设备模型的虚拟场景画面。
其中,教员增强现实终端11和学员增强现实终端12还用于采集场景操作信息,并将场景操作信息通过支撑平台装置13发送至管理终端装置14。管理终端装置14还用于将仿真对象状态更新信息通过支撑平台装置13发送至教员增强现实终端11和学员增强现实终端12。
如图2所示,教员增强现实终端11和学员增强现实终端12的内部结构相同,均包括:摄像头111、手势识别模块112、语音识别模块113、电源模块114、处理器115、存储器116、位置传感器117、全息显示屏118和通信模块119;摄像头111、手势识别模块112、语音识别模块113、电源模块114、存储器116、位置传感器117、全息显示屏118和通信模块119分别与处理器115连接;通信模块119与支撑平台装置13通信连接。该教员增强现实终端11和学员增强现实终端12可以为头戴式增强现实眼镜。
具体地说,摄像头111,用于采集真实世界的环境信息,并发送至处理器115。手势识别模块112,用于捕捉手势信息,并发送至处理器115。语音识别模块113,用于采集语音信息,并发送至处理器115。电源模块114,用于为摄像头111、手势识别模块112、语音识别模块113、处理器115、存储器116、位置传感器117、全息显示屏118和通信模块119进行供电。存储器116,用于接受并存储电力设备检修仿真数据和处理器115传输来的环境信息、手势信息和语音信息。位置传感器117,用于识别操作人的空间方位信息,并发送至处理器115。全息显示屏118,用于显示实景画面和虚拟场景画面。通信模块119,用于与支撑平台装置13进行通信。
如图2所示,支撑平台装置13包括多人协同同步模块131、网络数据交换处理平台132和路由器133,多人协同同步模块131和路由器133与网络数据交换处理平台132连接;网络数据交换处理平台132还连接通信模块119和管理终端装置14;路由器133还连接管理终端装置14。
具体地说,网络数据交换处理平台132,用于对教员增强现实终端11、学员增强现实终端12和管理终端装置14的数据进行传输和分发。多人协同同步模块131,用于将场景操作信息发送至管理终端装置,并接收管理终端装置发送的仿真对象状态更新信息,并发送至教员增强现实终端11和学员增强现实终端12;路由器133,用于管理终端装置14和网络数据交换处理平台132的数据通信。
如图2所示,管理终端装置14包括仿真主机141和移动终端142;仿真主机141与网络数据交换处理平台132连接,移动终端142与路由器133连接。
具体地说,仿真主机141,用于将仿真对象状态更新信息发送至网络数据交换处理平台132;以及与多人协同同步模块131进行数据通信。移动终端142,用于接收点击、触摸和滑动操作信息,并将该操作信息通过路由器133发送至网络数据交换处理平台132。路由器133可以为无线路由器;移动终端142通过无线网络与无线路由器连接。通信模块119可以为无线局域网通信模块或4G/5G通信模块。移动终端142可以为笔记本电脑、智能手机或平板电脑。
下面介绍本实用新型实施例的具体工作过程:
通过本实用新型实施例的上述结构组合,教员通过教员增强现实终端可以将生成的虚拟场景叠加在现实场景之上,构建展示电力设备模型的虚拟场景。学员通过学员增强现实终端,可以看到所建立的虚拟场景以及场景内的电力设备模型。另外,本实用新型可采用多个教员增强现实终端和学员增强现实终端,支持多名学员或教员被同步连接在同一个虚拟场景中进行设备展示、学习、培训,学员可在导师的指导下在虚拟现实场景中进行设备仿真操作。
其中,教员佩戴教员增强现实终端,学员佩戴学员增强现实终端,可进行电力设备检修仿真交互,通过学员增强现实终端,学员可看到叠加在真实环境中的三维虚拟电力设备场景,或者通过学员增强现实终端的位置服务信息、自然特征的实物识别功能将三维设备模型和仿真信息叠加在真实电力设备之上,从而实现虚拟设备的安装、拆解、操作、检修、动作原理等仿真培训,增强现实终端中显示的三维视景随着培训人员的头部姿态和位置的变化而变化,并通过手势识别和语音识别模块,对虚拟设备进行手势和语音控制,实现更加自然便捷的人机交互方式;多人协同同步模块通过网络数据交换高速处理平台将接入网络的增强现实终端的位置信息和交互操作信息进行同步处理,并分发给增强现实终端,实现教员和学员对同一虚拟电力设备进行协同操作,有效解决当前培训中心实训中“难实施、难协同、难观摩、难再现”的教学与实训现状问题。仿真主机和移动终端分别连接网络数据高速处理平台和无线路由器,对仿真对象和培训信息进行集中管理。实现对各增强现实终端培训内容分发、培训信息收集和协同方式管理。
利用本增强现实多人协同仿真系统,一方面可以在教员增强现实终端上显示虚拟场景画面,另一方面可以在学员增强现实终端上显示电力设备模型的虚拟场景画面。由此可见,通过本实用新型的特殊结构组合,可以实现基于增强现实的多人协同的电力设备检修仿真培训,避免单一、枯燥的标准化的作业指导。
以上对本实用新型所提供的用于电力设备培训的增强现实多人协同仿真系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言,在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动,都将属于本实用新型专利权的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于电力设备培训的增强现实多人协同仿真系统,其特征在于包括教员增强现实终端、学员增强现实终端、支撑平台装置和管理终端装置;所述教员增强现实终端、学员增强现实终端和管理终端装置均与所述支撑平台装置连接;
所述管理终端装置将虚拟场景信息发送至支撑平台装置,由支撑平台装置转发至教员增强现实终端,在教员增强现实终端上显示虚拟场景画面;
所述教员增强现实终端将展示电力设备模型的虚拟场景信息发送至支撑平台装置,由支撑平台装置转发至学员增强现实终端,在学员增强现实终端上显示电力设备模型的虚拟场景画面。
2.如权利要求1所述的增强现实多人协同仿真系统,其特征在于:
所述教员增强现实终端/所述学员增强现实终端用于采集场景操作信息,并将所述场景操作信息通过支撑平台装置发送至管理终端装置;
所述管理终端装置用于将仿真对象状态更新信息通过所述支撑平台装置发送至所述教员增强现实终端/所述学员增强现实终端。
3.如权利要求2所述的增强现实多人协同仿真系统,其特征在于:
所述教员增强现实终端/所述学员增强现实终端包括:摄像头、手势识别模块、语音识别模块、电源模块、处理器、存储器、位置传感器、全息显示屏和通信模块;所述摄像头、手势识别模块、语音识别模块、电源模块、存储器、位置传感器、全息显示屏和通信模块分别与所述处理器连接;所述通信模块与所述支撑平台装置通信连接;其中,
所述摄像头,用于采集真实世界的环境信息,并发送至所述处理器;
所述手势识别模块,用于捕捉手势信息,并发送至所述处理器;
所述语音识别模块,用于采集语音信息,并发送至所述处理器;
所述电源模块,用于为摄像头、手势识别模块、语音识别模块、处理器、存储器、位置传感器、全息显示屏和通信模块进行供电;
所述存储器,用于接受并存储电力设备检修仿真数据和处理器传输来的环境信息、手势信息和语音信息;
所述位置传感器,用于识别操作人的空间方位信息,并发送至所述处理器;
所述全息显示屏,用于显示实景画面和虚拟场景画面;
所述通信模块,用于与所述支撑平台装置进行通信。
4.如权利要求3所述的增强现实多人协同仿真系统,其特征在于:
所述支撑平台装置包括多人协同同步模块、网络数据交换处理平台和路由器,所述多人协同同步模块和路由器与所述网络数据交换处理平台连接;所述网络数据交换处理平台连接所述通信模块和所述管理终端装置;所述路由器连接所述管理终端装置;
所述网络数据交换处理平台,用于对教员增强现实终端、学员增强现实终端和管理终端装置的数据进行传输和分发;
所述多人协同同步模块,用于将场景操作信息发送至管理终端装置,并接收管理终端装置发送的仿真对象状态更新信息,发送至所述教员增强现实终端/所述学员增强现实终端;
所述路由器,用于管理终端装置和网络数据交换处理平台的数据通信。
5.如权利要求4所述的增强现实多人协同仿真系统,其特征在于:
所述管理终端装置包括仿真主机和移动终端;所述仿真主机与所述网络数据交换处理平台连接,所述移动终端与所述路由器连接;
所述仿真主机,用于将仿真对象状态更新信息发送至网络数据交换处理平台;以及与所述多人协同同步模块进行数据通信;
所述移动终端,用于接收点击、触摸和滑动操作信息,并将所述操作信息通过路由器发送至网络数据交换处理平台。
6.如权利要求5所述的增强现实多人协同仿真系统,其特征在于:
所述路由器为无线路由器,所述移动终端通过无线网络与所述无线路由器连接。
7.如权利要求6所述的增强现实多人协同仿真系统,其特征在于:
所述通信模块为无线局域网通信模块或4G/5G通信模块。
8.如权利要求7所述的增强现实多人协同仿真系统,其特征在于:
所述移动终端为笔记本电脑、智能手机或平板电脑中的任意一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111260990A (zh) * 2020-03-21 2020-06-09 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 增强虚拟现实的电力设备培训系统及方法

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