一种基于VR互动技术的泵站优化运行参数模拟方法与流程

本发明属于泵站优化运行参数模拟方法技术领域，具体涉及一种基于VR互动技术的泵站优化运行参数模拟方法。

背景技术：

随着大型泵站工程建设在国民经济中的作用越来越大，特别是南水北调东线工程梯级泵站群建成投入运行，对大型泵站的维护以及优化运行调度是保证其安全可靠工作的关键问题。但现实情况是对大型设备的维护以及优化运行调度技术的掌握不能直接在设备上进行操作，需要有一种方法来模拟大型泵站设备的各种运行工况下不同参数的变化情况和可能发生的问题，以及各种故障、事故的发生机理和处置方法，而目前尚没有这样的方法供工程运用。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的基于VR互动技术的泵站优化运行参数模拟方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于VR互动技术的泵站优化运行参数模拟方法，包括以下步骤：

步骤1)对水泵机组机电设备及辅助系统进行虚拟场景建模，并实现三维实时显示；

步骤2)基于网络化三维图像与水泵机组监测传感数据的实时驱动，并实现运行状态和性能的实时仿真。

进一步地，所述步骤1)包括：

步骤一：通过3Ds Max对泵站的建筑物、主设备、辅助设备进行三维建模，构建泵站运行的三维虚拟场景；

步骤二：采用Lua动漫脚本，以动态链接库的形式实现泵站三维场景的显示。

进一步地，所述步骤一包括：

建模对象采用参数化结构以及考虑材质，通过灯光渲染形成带光影的动画资源，导出FBX模型，并可以根据参数变化随时进行人工修改。

进一步地，所述步骤二包括：

采用Lua动漫脚本控制设备的内容和逻辑关系，经过Unity 3D中的Channel组以动态链接库的形式实现泵站三维场景的显示。

进一步地，所述步骤1)包括：

用3Ds Max建模泵站工程及其机电设备等，并载入Unity 3D平台软件中，通过对Unity 3D的Channel单独开发，实现Channel以动态链接库的形式被系统调用功能；

读取并定位驱动每个模型所需的数据，按照系统调用功能Channel以动态链接库的形式实现三维实时显示。

进一步地，所述步骤1)包括：

(a)基于3Ds Max模型搭建，对建筑物、主设备和辅助设备进行三维虚拟化，材质贴图和灯光渲染，形成带光影贴图模型和动画资源，导出FBX模型；

(b)利用Unity 3D主程序将三维场景、脚本组件和人机界面进行设计和构建；

(c)进行各种人机界面的皮肤平面设计；

(d)配音和音效，进行音频剪辑；

(e)在Unity 3D平台下进行FBX模型、三维场景、脚本组件、人机界面及音频剪辑的资源整合，形成三维仿真程序。

进一步地，所述步骤2)包括：

步骤(1)：对现场实时数据进行采集，实时输出泵站设备运行的动态参数；

步骤(2)：三维虚拟场景与实时数据相结合实现泵站运行、维护过程的动态仿真。

进一步地，所述步骤(1)具体为：基于传感器技术对现场运行实时数据进行采集，并采用Query型Channel实时输出泵站不同设备运行的状态和性能动态参数。

进一步地，所述步骤2)包括：对于不同的设备模型，采用传感器技术建立“Array Table”型Channel，以数组方式记录静态特性及“Query”型Channel实时输出动态参数；由设备的静态参数结合实例技术构建整个系统的三维场景，并由动态参数驱动对应的三维运动模型，从而实现每个设备工作状态的三维实时显示。

本发明提供的基于VR互动技术的泵站优化运行参数模拟方法，能够准确模拟大型泵站设备的各种运行工况下不同参数的变化情况和可能发生的问题，以及各种故障、事故的发生机理和处置方法，从而实现对大型泵站的维护以及优化运行调度，保证其安全可靠工作，可以很好地满足实际应用的需要。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于VR互动技术的泵站优化运行参数模拟方法，包括以下步骤：

步骤1)对水泵机组机电设备及辅助系统进行虚拟场景建模，并实现三维实时显示；

步骤2)基于网络化三维图像与水泵机组监测传感数据的实时驱动，并实现运行状态和性能的实时仿真。

所述步骤1)包括：

步骤一：通过3Ds Max对泵站的建筑物、主设备、辅助设备进行三维建模，构建泵站运行的三维虚拟场景，例如：对泵站所处地理位置、上游水库(河道)、下游水库(河道)、泵房内部(电动机层，水泵层，水下进、出口流道等)、清污机桥等建筑物进行建模，对机组中的水泵、电动机等零部件、油气水辅助系统、电气主接线等进行三维建模；

步骤二：采用Lua动漫脚本，以动态链接库的形式实现泵站三维场景的显示。

所述步骤一包括：

建模对象采用参数化结构以及考虑材质，通过灯光渲染形成带光影的动画资源，导出FBX模型，并可以根据参数变化随时进行人工修改。

所述步骤二包括：

采用Lua动漫脚本控制设备的内容和逻辑关系，经过Unity 3D中的Channel组以动态链接库的形式实现泵站三维场景的显示。

或者，所述步骤1)包括：

用3Ds Max建模泵站工程及其机电设备等，并载入Unity 3D平台软件中，通过对Unity 3D的Channel单独开发，实现Channel以动态链接库的形式被系统调用功能；

读取并定位驱动每个模型所需的数据，按照系统调用功能Channel以动态链接库的形式实现三维实时显示，例如：对于不同的设备模型，分别建立“Array Table”型Channel，以数组方式记录每个设备的静态特性(如方向、位置等信息)及“Query”型Channel实时输出的动态参数(如开关状态、水泵流量信息等)。由设备的静态参数结合实例技术构建整个系统的三维场景，由动态参数驱动对应的三维运动模型，从而实现每个设备工作状态的三维实时显示，对于没有传感器信号设备三维动画的驱动，则将单个动画进行切割成若干块，并进行编号，通过全路径搜索，找到工作流程中前后关联的传感器数据及其映射关系，再根据各动画动态开关信息进行过滤，以此来控制其实时显示的实现。

或者，所述步骤1)包括：

(a)基于3Ds Max模型搭建，对建筑物、主设备和辅助设备进行三维虚拟化，材质贴图和灯光渲染，形成带光影贴图模型和动画资源，导出FBX模型；

(b)利用Unity 3D主程序将三维场景、脚本组件和人机界面进行设计和构建；

(c)进行各种人机界面的皮肤平面设计；

(d)配音和音效，进行音频剪辑；

(e)在Unity 3D平台下进行FBX模型、三维场景、脚本组件、人机界面及音频剪辑的资源整合，形成三维仿真程序，虚拟动画的音响、文字、解说等多媒体素材集成及调用，实现三维动画与文字、解说的同步。

所述步骤2)包括：

步骤(1)：对现场实时数据进行采集，实时输出泵站设备运行的动态参数；

步骤(2)：三维虚拟场景与实时数据相结合实现泵站运行、维护过程的动态仿真。

所述步骤(1)具体为：基于传感器技术对现场运行实时数据进行采集，并采用Query型Channel实时输出泵站不同设备运行的状态和性能动态参数。

所述步骤2)包括：对于不同的设备模型，采用传感器技术建立“Array Table”型Channel，以数组方式记录静态特性及“Query”型Channel实时输出动态参数；由设备的静态参数结合实例技术构建整个系统的三维场景，并由动态参数驱动对应的三维运动模型，从而实现每个设备工作状态的三维实时显示。

假设泵站设计扬程2.45m、设计流量150m³/s，安装液压全调节灯泡贯流泵5台套，水泵叶轮直径3350mm、转速115r/min，配套同步电动机功率2200kW。泵站虚拟设备场景涵盖工程概况、主设备三维可视化仿真模块、虚拟检修仿真模块(水泵/电机全分解、全安装及典型故障及事故处理仿真)、采用视频、图片、文字等制作的其他设备检修仿真模块(供水/检修/渗漏/消防水泵、空压机、螺杆泵、气系统、绝缘油与透平油系统等、启闭及金属结构设备、电气设备)、技术标准模块和仿真测试模块等内容。将相关设备维修规程、维修文件包有机结合，利用现代计算机仿真技术进行三维可视化建模，使维修过程的虚拟及可重复再现。根据设备维修要求，从设备主要部件的工作原理、结构特点、拆卸顺序、装配顺序以及维修要点等五个方面，以三维动画、字幕、灯光、色彩、配音等多媒体合成的形式，展示仿真对象的物理实体、关联关系、结构特性和运动属性，具有与实物一致的全景三维立体外形，能根据需要进行局部结构解剖，并能实现系统间的结构和运动关系。通过三维动画与文字、虚拟影像机等有机配合，将维修的基础知识、专业知识，以及计算机平面仿真培训技术相结合，既有原理图、布置图等理论抽象的凝练，又有复杂设备的三维结构进行局部解剖、整体装配调试，以及字幕及配音，演示相配合、联接的直观感受，交互式虚拟检修仿真，符合现代计算机仿真技术的发展趋势。通过基于软件设置的虚拟传感器(如TEDS型)模拟水泵的运行工况，分别建立数组表(Array Table)型Channel，以数组方式记录水泵机组设备在水泵叶轮室、后导叶体、导轴承、联轴器、主轴、减速齿轮箱、电动机驱动侧和非驱动侧等部位的参数(垂直与水平振动及摆度、温度、温升等限定值)等特性，以查询(Query)型Channel实时输出扬程、流量、功率、温度、温升、振动、摆度、压力脉动、噪声、电磁间隙等各种动态参数，仿真泵站的不同运行工况和故障工况。

本发明提供的基于VR互动技术的泵站优化运行参数模拟方法，能够准确模拟大型泵站设备的各种运行工况下不同参数的变化情况和可能发生的问题，以及各种故障、事故的发生机理和处置方法，从而实现对大型泵站的维护以及优化运行调度，保证其安全可靠工作，可以很好地满足实际应用的需要。

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