CN214704736U - 一种沉浸式港口设施智能巡检系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种沉浸式港口设施智能巡检系统。包括用于获取需巡检的港口设施状态信息的巡检信息获取装置以及存储有港口场景数据、需巡检的港口设施位置数据和状态数据并根据从巡检信息获取装置接收到的设施状态信息对所述状态数据进行更新的数据服务器；还包括由巡检人员持有的交互采集器以及用于检测交互采集器位置变化情况的多个定位传感器，还包括根据巡检人员的交互动作进行交互数据进行查询和分析处理的数据处理器；还包括用于显示虚拟港口场景的前端显示器，前端显示器与数据处理器连接。本实用新型结构设计合理，提升了巡检效率和巡检效果，令巡检人员足不出户即可直观形象地获取港口设施的巡检信息并得出准确的巡检结论。

Description

一种沉浸式港口设施智能巡检系统

技术领域

本实用新型属于巡检设备技术领域，尤其涉及一种沉浸式港口设施智能巡检系统。

背景技术

港区巡检工作是及时发现和排除安全隐患、保障港区安全稳定运转的必要工作之一。传统的港区巡检方式主要以人工定时定点巡检为主，一线工作人员携带纸质标准巡检作业书，到达指定地点后，通过个人判断以及手持红外热像仪、相机等相关配套检测装置对港口基础设施、机械设备等进行检测，确认是否存在安全隐患。

由于港区范围较大、设施设备较多、人工检测耗费时间较长且由于巡检人员可能存在经验不足等情况，所以人工巡检的过程中有可能存在检测不及时、误判、错判的现象。此外，通过人工巡检方式获得的数据较为零散，对获取的大量巡检数据无法进行科学有效的分析，也没有足够的能力对长期巡检下来的历史数据进行全方面的对比，无法及时有效发现安全隐患。随着港区内基础设施、设备数量的不断增多，且覆盖面不断扩大，日常巡检的任务也日益繁重，人工巡检的劣势愈加明显。另一方面，随着机器人技术的长足发展，采用自动巡检机器人代替现有的人工巡检操作逐渐得到了应用。具体地，机器人自动巡检可以减少户外恶劣环境条件下人员前往的次数，减轻工作人员的工作强度；自动巡检机器人可以有效监测当前环境的相关信息，对关注区域进行拍照数据留存，将采集的数据通过后台分析后可以传送到后台管理系统，当发生异常时可进行报警提醒，提高了港区的安全性；巡检机器人可以统一规划好巡检路径、巡检时间，不会出现巡检顺序混乱的状况。

然而，无论是人工巡检还是机器人巡检，最终的目的是令港区安全巡检运维人员更准确、更直观地获知巡检情况，从而得出巡检结论。在人工巡检的模式下，巡检人员能够较为准确地获取巡检信息并且易于将巡检信息与设施做好位置上的对应，然而如前所述，人工巡检的诸多弊端，导致人工巡检的方式逐渐被取代。在机器人巡检的模式下，港区安全巡检运维人员通常通过机器人上传至后台系统显示屏的信息进行读取，这导致对信息代表的港口设施工况的读取和理解不够直观和形象，进而可能出现对巡检结论的误判。

因此，需要对港口设施的巡检系统进行开发设计，规避人工巡检方式下巡检效率低、误判错判等问题，同时规避机器人巡检方式下巡检信息不够直观形象等问题，提升巡检效率和巡检效果。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、提升巡检效率和巡检效果的沉浸式港口设施智能巡检系统，令巡检人员足不出户即可直观形象地获取港口设施的巡检信息并得出准确的巡检结论。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种沉浸式港口设施智能巡检系统包括用于获取需巡检的港口设施状态信息的巡检信息获取装置以及存储有港口场景数据、需巡检的港口设施位置数据和状态数据并根据从巡检信息获取装置接收到的设施状态信息对所述状态数据进行更新的数据服务器；还包括由巡检人员持有的交互采集器以及用于检测交互采集器位置变化情况的多个定位传感器，还包括根据巡检人员的交互动作进行交互数据进行查询和分析处理的数据处理器，数据处理器与数据服务器通信连接，交互采集器和各定位传感器与数据处理器连接；还包括用于显示虚拟港口场景的前端显示器，前端显示器与数据处理器连接。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型提供了一种结构设计合理的沉浸式港口设施智能巡检系统，与现有的巡检模式及巡检系统相比，本实用新型中通过设置巡检信息获取装置，实现了对港口内需要进行巡检的港口设施的状态信息进行了自动获取，通过设置内置场景数据、设施位置数据及状态数据的数据服务器并且根据巡检信息获取装置获取的设施状态信息自动更新状态数据，实现了对包含设施状态的虚拟港口场景的构建。通过设置数据处理器以及与数据处理器连接的定位传感器和交互采集器，实现了对持有交互采集器的巡检人员的动作方式和交互指令的输入，前述动作方式和交互指令转化为在虚拟港口场景中的移动方式和交互操作，因此实现了巡检人员在虚拟港口场景内的漫游式巡检。通过设置前端显示器，实现了对虚拟港口场景以及设施状态信息的显示，令巡检人员能够以沉浸式的方式进行巡检操作。

本智能巡检系统令巡检人员在足不出户的条件下执行类似传统人工巡检的巡检模式，通过在巡检人员所处的真实场景(如巡检操作室等场合)与数据服务器中的虚拟港口场景建立连接，令巡检人员无需移动或者移动较短的距离即可沉浸式地在虚拟港口场景中完成设施巡检操作，因此极大地提升了巡检的效率并降低了巡检人员的巡检负担。同时，与现有设施状态信息的呈现方式相比，在沉浸式巡检方式下设施状态信息的显示更直观化和形象化，同时能够与设施所处的位置准确关联，因而便于巡检人员快速、准确地获取巡检信息并作出巡检结论。由于整个系统实现了港口设施状态信息的自动获取、巡检人员动作及交互指令的自动获取以及虚拟港口场景的自动构建等功能，因此具备一定的智能性。

优选地：巡检信息获取装置包括安装在需巡检的港口设施位置的状态传感器和/或状态仪表以及用于从状态传感器和/或状态仪表接收港口设施状态信息的多个港口设施状态采集器，各港口设施状态采集器与数据服务器无线通信连接。

优选地：巡检信息获取装置包括多个独立工作的、以设定路径方式或者自主规划路径方式进行巡检工作的巡检机器人，各巡检机器人与数据服务器无线通信连接。

优选地：定位传感器选取为光学定位摄像头，交互采集器选取为带有光学定位标记以及操作按键的交互手柄。

优选地：前端显示器选取为屏幕或者头戴式显示器。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例的结构框图；

图2是本实用新型第二实施例的结构框图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。

本沉浸式港口设施智能巡检系统的原理是：采集港口设施的状态信息，这些状态信息可以反映该港口设施的运行工况，根据这些状态信息判断设施是否运转正常，巡检操作也就是获取港口设施状态信息的过程；建立虚拟化的港口场景，这个虚拟港口场景基于对真实港口进行测绘得到的数据构建，需巡检的港口设施按照准确的位置关系在前述虚拟港口场景中进行标定和构建；令巡检人员置于与前述虚拟港口场景对应的区域中(如巡检操作室等场合)，检测巡检人员的动作和交互指令并且在虚拟港口场景中映射前述动作和指令，实现在虚拟港口场景中的漫游以及在特定位置与虚拟港口场景中的需巡检设施进行交互，获取前述状态信息，完成该位置的设施巡检。

按照此原理，通过感知巡检人员的动作，在虚拟港口场景内映射出巡检的漫游路径，通过感知巡检人员发出的交互指令，在虚拟港口场景中显示设施的状态信息，巡检人员通过可视化的装置来直观、形象地获取设施的巡检信息，完成巡检操作并得到巡检结论。

按照获取真实港口场景中需要巡检设施状态信息的方式不同，采用以下两个实施例进行详细说明。

实施例一

请参见图1，本实用新型中的沉浸式港口设施智能巡检系统包括巡检信息获取装置、数据服务器、数据处理器、定位传感器、交互采集器和前端显示器。

其中，巡检信息获取装置用于获取需巡检的港口设施状态信息，在本实施例中，巡检信息获取装置包括安装在需巡检的港口设施位置的状态传感器和/或状态仪表以及用于从状态传感器和/或状态仪表接收港口设施状态信息的多个港口设施状态采集器，各港口设施状态采集器与数据服务器无线通信连接。

前述港口设施状态采集器既可以采用一对一的方式也可以采用一对多的方式设置。一对一的设置方式是指为每个港口设施配置单独的港口设施状态采集器，本港口设施的状态传感器和/或状态仪表均连接至该港口设施状态采集器；一对多的设置方式是指多个港口设施共用一个港口设施状态采集器，各港口设施的状态传感器和/或状态仪表均连接至该港口设施状态采集器。通常情况下，状态传感器和/或状态仪表与港口设施状态采集器之间为有线方式连接，因此前述一对一和一对多的设置方式需要考虑现场的布线情况，一般原则是：距离较近的港口设施可以共用港口设施状态采集器，距离较远的港口设施宜采用一对一的方式进行港口设施状态采集器的设置。

前述状态传感器是指为了检测港口设施运行状态的传感器，如温度传感器、压力传感器等，状态仪表是指港口设施自身配备的一些仪表，如管道流量计、管道压力计等，上述状态传感器和状态仪表测量的信息综合反映港口设施的运行工况，如港口管道内的介质流量、介质压力、介质温度等，这些状态信息处于设定的范围内则代表港口设施处于正常运转的状态，超出范围则代表处于非正常运转的状态，巡检人员通过巡检操作来获取港口设施的前述运行状态。

港口设施状态采集器从状态传感器和/或状态仪表获取数据，结构上：港口设施状态采集器包括处理器模块、电源模块、存储模块、模数转换模块和无线通信模块，其中模数转换模块用于将状态传感器和/或状态仪表发送来的模拟信号转换为数字信号，电源模块用于为整个采集器提供电源，通常包括交直流转换电路和稳压稳流电路等，存储模块用于对检测获取的状态数据进行本地存储，无线通信模块用于采集器与数据服务器之间的无线通信，将状态数据上行发送，处理器模块用于对获取的数据进行处理，向无线通信模块发送指令以完成前述数据上行发送的操作。

数据服务器用于存储港口场景数据、需巡检的港口设施位置数据和状态数据，并根据从巡检信息获取装置接收到的设施状态信息对前述港口设施的状态数据进行更新。其中，港口场景数据通过对真实港口区域进行测绘得到，港口设施位置数据根据真实测定位置来标定和构建，港口设施的状态数据即前述通过港口设施状态采集器发送过来的设施状态数据，这个状态数据在港口设施状态采集器发送新的数据过来时得到更新，更新的状态数据带有时间标记。

因此，在数据服务器内建立了模拟真实港口场景的虚拟港口场景，在这个虚拟港口场景中，需要巡检的港口设施以准确的位置在场景中展现，港口设施的状态信息通过获取最新的现场数据来实时更新或者定时更新，故在数据服务器中构建的虚拟港口场景完全、准确地反映了真实港口场景。

交互采集器由巡检人员持有，定位传感器用于检测交互采集器的位置变化情况。还包括根据巡检人员的交互动作进行交互数据进行查询和分析处理的数据处理器，数据处理器与数据服务器通信连接，交互采集器和各定位传感器与数据处理器连接。

本实施例中，定位传感器选取为光学定位摄像头，交互采集器选取为带有光学定位标记以及操作按键的交互手柄。巡检人员在虚拟港口场景内的巡检操作通常在巡检操作室内进行，因此定位传感器安装设置在巡检操作室内，光学定位摄像头指向巡检人员活动的区域，当巡检人员持有交互手柄在区域内活动时(如前进、后退、左右平移、转向等)，光学摄像头感知交互手柄的位置变化，该位置变化情况发送给数据处理器进行处理，判断巡检人员在虚拟港口场景中的位置移动趋势，将巡检人员在活动区域内的活动映射转化为在虚拟港口场景中的移动动作。

交互手柄上设置的按键通常包括方向按键和选取/确认按键，因此巡检人员在虚拟港口场景中的移动动作也可以通过前述方向按键给出，如触发前进方向按键时，巡检人员在虚拟港口场景内向当前所在位置的前方移动，选取/确认按键用于在虚拟港口场景中选取港口设施并触发交互事件，触发交互事件后，该港口设施的运行状态信息以图形化、文字化等方式进行直观显示，供巡检人员查看。

光学定位摄像头和交互手柄属于现有的部件，当前已经应用于VR系统(虚拟现实系统)中，如VR游戏等，本专利说明书中不赘述。值得注意的是，光学定位摄像头并不一定是单一摄像头，为了提升位置变化的检测精度，可以将多个光学定位摄像头构成定位传感系统，巡检人员在定位传感系统构建的有效检测区域内活动。

数据处理器接收定位传感器发送的位置数据，并作出巡检人员移动方向和移动距离的计算。同时数据处理器接收交互手柄发送的指令信息，并作出巡检人员移动方向和移动距离的计算，类似VR游戏中的体验，当交互手柄的方向按键持续被触发时，巡检人员在虚拟港口场景中的移动路径上持续前进，直至释放对交互手柄上方向按键的触发。数据处理器的另一个功能是从数据服务器中查询、调用数据信息，并对数据信息进行分析计算，实时生成图形化的显示界面，该显示界面反映巡检人员在虚拟港口场景中某一位置时其正前方的视野，若这个位置有需要巡检的设施，则该港口设施位于视野范围内。

数据处理器可以选取为计算机，由于需要进行数据查询调用以及图像生成、图像输出等操作，因此需要具备较强的运算能力和图像处理能力，即计算机的CPU、内存和显卡配置需要满足前述数据处理的要求。

前端显示器与数据处理器连接，前端显示器用于显示虚拟港口场景，也就是前述图形化显示界面即巡检人员在虚拟港口场景中前方的视野。本实施例中，前端显示器选取为屏幕或者头戴式显示器。

当前端显示器为屏幕时，屏幕可以设置在巡检操作室内，壁挂安装。执行沉浸式巡检操作时，巡检人员位于屏幕的前方，则前述视野显示在屏幕上，当巡检人员在活动区域内移动或者通过交互手柄触发移动指令时，屏幕上显示的视野随着巡检人员在虚拟港口场景内的位置变化而同步变化，因而到达需要巡检的港口设施附近时，屏幕上也显示该港口设施，巡检人员通过交互手柄触发交互指令后，在屏幕上该港口设施可以高亮显示并在侧方位弹出一个状态信息显示子界面，通过港口设施状态采集器采集得到的、已经在数据服务器内更新过的设施状态数据信息显现出来，完成该港口设施的巡检。

当前端显示器为头戴式显示器时，巡检人员在进行巡检操作时将头戴式显示器进行佩戴，通过头戴式显示器观察前方视野内的场景，移动方式以及对虚拟港口场景内的设施交互指令其操作方式与前述相同。

屏幕方式与头戴式显示器方式相比，前者为敞开式显示方式，即其他人也可以同时观察显示的内容，后者为封闭式显示方式，即只有巡检人员可以观察显示内容，可以根据具体需求选择两种方式之一或者同时配备两种显示方式，相较而言，头戴式显示器方式下的沉浸式体验更好。

实施例二

请参见图2，本实施例中的港口设施状态采集器与实施例一中不同，其它技术方案相同，因此只针对港口设施状态采集器作进一步说明。

在本实施例中，巡检信息获取装置包括多个独立工作的、以设定路径方式或者自主规划路径方式进行巡检工作的巡检机器人，各巡检机器人与数据服务器无线通信连接。相较于实施例一，本实施例中通过巡检机器人对港口设施进行巡检，获取各位置港口设施的运行状态数据，这些运行状态数据同样发送给数据服务器，用于对港口设施的状态数据进行更新。

巡检机器人通常包括带有车轮的底盘装置，由于巡检机器人的移动范围较广，因此通常采用可充电电池提供电源，在巡检机器人的底盘上可以设置嵌入式控制器和用于获取巡检信息的多种传感器，如用于获取图像的可见光摄像头、用于对场景进行扫描的激光雷达、用于红外成像的红外热像仪等，还可以设置激光雷达传感器和超声波传感器等。巡检机器人与数据服务器之间以无线通信的方式进行通信连接，将获取的巡检信息上传到数据服务器，用于构建虚拟港口场景以及更新港口设施状态信息。

巡检机器人可以采用设定路线的方式在真实港口场景中巡检移动，具体地可以通过划定导航路线的方式或者在地面设置可识别的移动路径的方式为巡检机器人规定巡检路线。在巡检路线上、需要巡检的港口设施附近，巡检机器人作短暂停留，采用设定的手段对港口设施进行检测以获取运行状态数据，完成当前位置设施的数据获取之后沿着设定的路线移动至下一位置，重复检测操作。

巡检机器人也可以采用自主规划路线的方式进行移动，在此方式中，巡检机器人的嵌入式控制器内置巡检路径的规划算法，配合用于获取精确位置信息的GNSS模块(GNSS指全球导航卫星系统)，在巡检移动的过程中规划下一步的移动路径和移动距离，完成多个位置的港口设施巡检。

当然，可以想到的是，实施例一和实施例二中的两种获取港口设施状态信息的方式并不一定是单独存在的，由于各具优势而通常配合使用，这样能够尽可能全面和准确地获取港口设施的状态信息。具体地，实施例一的系统结构能够快速、直接地获取状态信息数据，实施例二的系统结构中由于巡检机器人并不与港口设施直接接触，而是在一定距离上拍摄照片、生成红外图像、通过超声波传感器获取超声波图像等，因此两种系统结构能够互为补充，实现更好的设施巡检。

当巡检人员进行沉浸式巡检操作时，在特定的港口设施处，通过触发交互指令，在显示界面中弹出子界面以文字的方式显示设施的状态信息，通过弹出其它子界面来显示巡检机器人获取的图像信息，如通过可见光摄像头拍摄的图像判断金属的锈蚀，通过红外线成像判断运行的温度是否超标，通过超声波图像判断金属疲劳度、裂纹等。

Claims (5)

1.一种沉浸式港口设施智能巡检系统，其特征是：包括用于获取需巡检的港口设施状态信息的巡检信息获取装置以及存储有港口场景数据、需巡检的港口设施位置数据和状态数据并根据从巡检信息获取装置接收到的设施状态信息对所述状态数据进行更新的数据服务器；还包括由巡检人员持有的交互采集器以及用于检测交互采集器位置变化情况的多个定位传感器，还包括根据巡检人员的交互动作进行交互数据进行查询和分析处理的数据处理器，数据处理器与数据服务器通信连接，交互采集器和各定位传感器与数据处理器连接；还包括用于显示虚拟港口场景的前端显示器，前端显示器与数据处理器连接。

2.如权利要求1所述的沉浸式港口设施智能巡检系统，其特征是：巡检信息获取装置包括安装在需巡检的港口设施位置的状态传感器和/或状态仪表以及用于从状态传感器和/或状态仪表接收港口设施状态信息的多个港口设施状态采集器，各港口设施状态采集器与数据服务器无线通信连接。

3.如权利要求1所述的沉浸式港口设施智能巡检系统，其特征是：巡检信息获取装置包括多个独立工作的、以设定路径方式或者自主规划路径方式进行巡检工作的巡检机器人，各巡检机器人与数据服务器无线通信连接。

4.如权利要求2或3所述的沉浸式港口设施智能巡检系统，其特征是：定位传感器选取为光学定位摄像头，交互采集器选取为带有光学定位标记以及操作按键的交互手柄。

5.如权利要求2或3所述的沉浸式港口设施智能巡检系统，其特征是：前端显示器选取为屏幕或者头戴式显示器。

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