一种部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法与流程

本发明为核电及相关行业的虚拟现实应用，特别涉及一种基于虚拟现实技术的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法。

背景技术：

虚拟现实作为一种能够有效降低设计与验证成本的手段被引入到工业化生产中已有多年，其在产品的设计阶段就能够为设计者提供交互验证可能性。然而，目前各行业常见的虚拟现实应用中，仅实现了模型场景的浏览，并只提供了简单的预置交互模式，即用户仅能对产品的外形建立较为直观的认识，但是无法对产品的运作和人机交互方式进行自由的研究。

核电厂是一个非常复杂的人-技术-组织系统，其构筑物、系统和部件的数量非常巨大，且系统和部件间以复杂的控制逻辑相互连接，共同维护核电厂的安全性和可用性。所以对于核电行业来说：

1)仅进行简单的模型场景浏览的虚拟现实应用是远远不够的。三维的静态部件模型和描述数据(设计数据)，需要与核电厂的实时仿真系统(设计分析器或模拟机，电厂物理和控制的数字化仿真模型)相关联。设计人员才能在虚拟现实应用中通过监控控制室或就地区域的指示仪和控制器与具备动态运行特性的整个电厂进行互动，在验证过程中也才更容易识别到设计中构筑物和部件的外形尺寸和整体布置、安全分析、报警/显示/控制特性、运行规程等各方面的缺陷，进行及时的设计变更和完善。在核电行业中，由于其复杂性，进行大规模实时复杂计算的设计分析器一般是作为一个独立的系统。这就要求虚拟现实应用能够与外部的计算系统或计算阵列有效的结合。

2)虽然可以在一个小型的虚拟场景中依次开发交互与联动的机制，但对于整个核电厂，甚至仅对部分厂房来说，动辄成千上万的数据测点与反馈控制对象使得单独配置每个点是不可能完成的。同时在实际的工程项目中，还需要面对三维的静态部件模型和描述数据，以及体现了电厂测量和控制逻辑的设计分析器分别不断迭代更新的情况，为此两者的关联关系需要具备自动匹配和快速更新的特性，整个任务变得更加艰巨了。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法。

部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法包括数据前处理和仿真系统整合；所述数据前处理包括：原始的设计数据与部件描述信息保存在存储服务器中，使用一个配置服务为系统提供用户对于所述仿真系统整合模块与设计数据关系的数据输入接口，新的设计数据进入数据分析服务，服务在对设计数据进行多边形转换时发挥作用，读取对应部件的描述信息，将描述信息按照描述组织规则进行分词。按照信息关键词建立数据表，对于所有待转换物体按照最小化碎片原则将有公共关键词的部件顺序排列，交由多边形转换引擎进行操作。

优选地，还包括对转换完成多边形数据进行索引，建立多边形段与关键词的关系；迭代不同的关键词，为每个关键词相关的几何体计算总的包围盒范围，建立占位空间表；根据用户提供的数据点与关键词关系规则表，分别建立关键词与数据点关系表以及占位空间与数据点关系表；所有关系表保存到关系型数据库中备用。

优选地，在运行时，使用opc协议与独立的实时仿真系统进行数据交换，为了多通道虚拟现实的正确同步，使用一opc通信服务来处理所有来自虚拟现实应用的仿真数据的读写操作；将与仿真系统的数据交换分成四大类型，周期性数据访问、突发性数据访问、历史数据访问和数据写操作；对于不同访问类型使用不同操作逻辑。

优选地，所述周期性数据访问包括：由opc通信中转服务负责周期性的数据请求，虚拟现实应用只更新需要周期访问的数据点列表；opc中转服务在获得数据点值后，保存数据点的最新值，同时将值缓冲到历史数据服务中。

优选地，所述历史数据访问包括：使用一历史数据服务缓冲所有注册过周期性访问的数据点的历史值；使用循环缓冲区建立历史数据的缓冲空间；当虚拟现实应用需要进行获取某数据点历史值时无需使用opc通信，直接从缓冲的历史值中获得结果。

优选地，所述突发性数据访问包括：虚拟现实应用直接向opc通信中转服务发出对目标数据点列表的数据请求，中转服务过滤掉多通道服务器发来的重复请求后，立刻通过opc协议向仿真系统查询最新值，并返回给虚拟现实应用。

优选地，所述数据写操作包括：对于虚拟现实应用的写操作，opc通信中转服务首先同突发性数据访问一样滤除重复请求，之后按照用户规则判断请求是否合法，对于合法请求，通过opc协议修改仿真系统端的数据点值并返回成功信号，否则返回错误信号。

优选地，基于虚拟现实技术。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法，可在用户只配置简单的对应关系后，自动对用户的设计数据进行分析并建立虚拟现实应用工作所必须的交互信息。

2、本发明提供的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法，可以帮助多通道的虚拟现实应用完成与外部有工程研究意义的实时仿真系统进行有效的通信，大幅度避免多通道系统在运行时数据或状态的同步丢失。

3、通过本发明提供的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法，虚拟现实应用可以只通过简单配置就自动化地从相关数字设计图纸中获取部件信息，并与外部的实时仿真系统联动，为虚拟应用提供具有泛用性的基于仿真的实时交互操作。

4、本发明提供的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法，可在完整的虚拟现实系统中，作为数据部分的组件使用，为虚拟现实的各项应用提供核电厂运行模拟在虚拟环境中的数据可视化与操作交互功能，极大地拓展和增强虚拟现实在核电及相关行业中的应用范围和效果。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的基于虚拟现实技术的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法的总体架构图。

图2为本发明一实施例提供的基于虚拟现实技术的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法的数据与逻辑图。

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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例为虚拟现实应用提供一种从数字图纸中提取部件信息并与其他实时仿真系统联动的方法。通过该方法，虚拟现实应用可以只通过简单配置就自动化地从相关数字设计图纸中获取部件信息，并与外部的实时仿真系统联动，为虚拟应用提供具有泛用性的基于仿真的实时交互操作。

系统分成两大部分，数据前处理和仿真系统整合模块。

数据前处理部分中，原始的设计数据与部件描述信息保存在存储服务器中，使用一个配置服务(使用配置文件、web页面或配置应用)为系统提供用户对于仿真系统与设计数据关系的数据输入接口。新的设计数据进入数据分析服务，服务在对设计数据进行多边形转换时发挥作用，读取对应部件的描述信息，将描述信息按照描述组织规则进行分词。按照信息关键词建立数据表，对于所有待转换物体按照最小化碎片原则将有公共关键词的部件顺序排列，交由多边形转换引擎进行操作。对转换完成多边形数据进行索引，建立多边形段与关键词的关系。迭代不同的关键词，为每个关键词相关的几何体计算总的包围盒范围，建立占位空间表。根据用户提供的数据点与关键词关系规则表，分别建立关键词与数据点关系表以及占位空间与数据点关系表。所有关系表保存到关系型数据库中备用。

在运行时，使用opc协议与独立的实时仿真系统进行数据交换，为了多通道虚拟现实的正确同步，使用一opc通信服务来处理所有来自虚拟现实应用的仿真数据的读写操作。将与仿真系统的数据交换分成四大类型，周期性数据访问、突发性数据访问、历史数据访问和数据写操作。对于不同访问类型使用不同操作逻辑：

周期性访问：由opc通信中转服务负责周期性的数据请求，虚拟现实应用只更新需要周期访问的数据点列表。opc中转服务在获得数据点值后，保存数据点的最新值，同时将值缓冲到历史数据服务中。

历史数据访问：使用一历史数据服务缓冲所有注册过周期性访问的数据点的历史值。使用循环缓冲区建立历史数据的缓冲空间。当虚拟现实应用需要进行获取某数据点历史值时无需使用opc通信，直接从缓冲的历史值中获得结果。

突发性数据访问：虚拟现实应用直接向opc通信中转服务发出对目标数据点列表的数据请求，中转服务过滤掉多通道服务器发来的重复请求后，立刻通过opc协议向仿真系统查询最新值，并返回给虚拟现实应用。

数据写操作：对于虚拟现实应用的写操作，opc通信中转服务首先同突发性数据访问一样滤除重复请求，之后按照用户规则判断请求是否合法，对于合法请求，通过opc协议修改仿真系统端的数据点值并返回成功信号，否则返回错误信号。

本实施例使用pds平台为例作为设计数据的来源平台，建立以存储服务器作为图1-①所示的设计数据存储，将pds的几何体文件(.dgn)以及部件描述文件(.drv)保存在服务器中。使用apache为使用者提供基于web的配置界面，建立图1-②所示的配置服务。用户需要配置drv文件中提到的关键词与数据点的关系、仿真系统的链接信息、需要周期获取的数据点列表、数据点的可写性以及其他对于数据点进行写操作的前置条件。建立图1-⑤所示的数据分析服务，服务从设计数据存储和配置服务处分别获取设计文件以及用户的配置，按照图2中数据预处理流程依次执行。使用mysql实现图1-⑦中所示的关系数据库，将数据预处理生成的关键词表、占位空间表、关键词与三角形端索引表、关键词与数据点关系表以及占位空间与数据点关系表保存在其中。

使用一设计分析器作为图1-⑨所示实时仿真系统，选择opcda2.05作为通信协议。使用pythonopc建立图1-⑩所示的通信中转服务，选择异步udp方式与虚拟现实应用交换请求与结果。使用循环缓冲在内存中建立图1-⑿所示的数据点缓冲空间。

为虚拟现实应用建立对应的仿真数据人机界面。分别使用以下几种模式，

模式1：如图2中基于关键词的访问所示，在虚拟现实应用中直接按照关键词查询某部件的所有相关数据点值。

模式2：如图2中基于几何体的访问所示，是用户直接在场景中选取需要交互的对象，通过使用射线检测寻找用户所选择的物体和三角形面序号，使用物体名和序号在图1-⑦所示的数据库中查询命中多边形段，获得相关的数据点，进行数据查询或操作。

模式3：按照当前虚拟现实应用所模拟的坐标范围从图1-⑦所示的数据库中的占位空间表中检索所有包含的占位空间。在对应占位空间上建立虚拟碰撞物体，有虚拟现实应用的碰撞系统检测用户的虚拟角色或其他被研究物体与这些占位物体的碰撞或区域触发事件，按照事件的触发对相关的数据点进行查询或操作。

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

1、本实施例提供的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法，可在用户只配置简单的对应关系后，自动对用户的设计数据进行分析并建立虚拟现实应用工作所必须的交互信息。

2、本实施例提供的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法，可以帮助多通道的虚拟现实应用完成与外部有工程研究意义的实时仿真系统进行有效的通信，大幅度避免多通道系统在运行时数据或状态的同步丢失。

3、通过本实施例提供的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法，虚拟现实应用可以只通过简单配置就自动化地从相关数字设计图纸中获取部件信息，并与外部的实时仿真系统联动，为虚拟应用提供具有泛用性的基于仿真的实时交互操作。

4、本实施例提供的部件信息提取分析与实时仿真系统交互的方法，可在完整的虚拟现实系统中，作为数据部分的组件使用，为虚拟现实的各项应用提供核电厂运行模拟在虚拟环境中的数据可视化与操作交互功能，极大地拓展和增强虚拟现实在核电及相关行业中的应用范围和效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对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，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。