一种基于增强现实技术的辐射可视化系统及方法与流程

本发明属于辐射安全技术领域，具体涉及一种基于增强现实技术的辐射可视化系统及方法。

背景技术：

电力行业中，部分设备会产生核辐射或电磁辐射，长期在辐射环境下工作，将对作业人员造成不可逆的伤害。特别是核电站，在核设施运行、维修以及退役过程中，存在大量放射性物质，必须严格遵循核辐射防护最优化原则，以保证在任何情况下工作人员所受到的照射量不超过标准中给定的限值。长期作业人员除穿戴防辐射防护服以外，应尽量避免前往高放射性区域，绕行低辐射区域，减少辐射伤害。

现有技术中，存在各式的辐射监测仪，便携式手持辐射监测仪能直接以读数形式显示辐射值，但对电力行业的作业人员并不十分便利，其无法时时刻刻都检测当前环境的辐射指数。在大型电厂，通常采用现场辐射监测仪与后台联动，将辐射数据发至后台，由管理人员统一管控规划合理作业路线的方式。

虽然电厂的工作人员可以通过移动终端接收作业路线、电子工单等信息，但可能存在现场无通讯信号或突发事件等情况，导致无法实时接收后台规划路线，仍然存在误入高辐射地区的风险，存在对人身安全造成伤害的威胁。除此以外，由于监测仪器仅以数字的方式显示读数，作业人员难以更为直观地感受辐射量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种便携式且安全可靠的基于增强现实技术的辐射可视化系统及方法。

为此，本发明提供了一种基于增强现实技术的辐射可视化系统，包括智能眼镜设备、数据采集装置、数据传输装置、服务器及显示器；

所述数据采集装置用于采集现场的辐射剂量数据及三维地图信息并转化为数字信号；

所述智能眼镜设备用于将所述数字信号转化后以图文信息显示于前方虚拟屏幕上，以及用于采集操作者自身动作信息；

所述数据传输装置为无线路由，智能眼镜设备通过无线路由与服务器进行通讯；

所述服务器用于分析处理所述智能眼镜设备及所述数据采集装置采集的信息，并将分析处理后的信息传输至显示器；

所述显示器用于展示服务器分析处理后的信息。

优选地，所述数据采集装置包括射线探测器，射线探测器安设在作业现场测点处，用于按照固定周期采集测点的核辐射或电磁辐射的剂量信息。

优选地，所述数据采集装置包括地图数据采集装置，所述地图数据采集装置用于获取制作现场作业三维平面图的数据信息，并将现场测点的剂量信息与三维平面图对应位置叠加形成辐射剂量三维模拟图。

优选地，所述智能眼镜设备包括光学镜片及微型投影仪；

光学镜片包括反射镜片和凸透镜，微型投影仪先将光投到反射镜片上，再通过凸透镜折射到用户眼球，从而在用户眼前形成一个大型虚拟屏幕，显示数据、文本信息和图像画面，投影仪和光学镜片配合用于显示辐射剂量三维模拟图和辐射剂量数据。

优选地，所述智能眼镜设备包括定位模块，所述定位模块用于获取定位数据。

优选地，所述智能眼镜设备内置有智能眼镜设备端软件，所述智能眼镜设备端软件的功能模块包括用户登录模块、扫描识别模块、作业查询模块、远程协助模块、安全提示模块及健康评测模块。

优选地，所述用户登录模块用于通过扫描用户虹膜识别身份信息进行登录，自动匹配任务信息和作业权限，完成登录。

优选地，所述远程协助模块用于将图文信息实时传递至后台，后台的工作人员或专家在线指导现场人员操作。

优选地，所述安全提示模块用于：

(1)当用户即将进入危险作业区时，智能眼镜同时发出危险提示信号和危险提示声音；

(2)当检测到作业人员身体不适时，发出安全提醒，智能眼镜端通过传感器捕捉用户眼球运动，当检测到用户疲倦或身体状态不佳时，立即发出安全提醒，并向后台发送报警信息，引导用户进入安全区域休息或退出作业；

(3)当检测到作业人员进入未授权区域时，发出安全提醒和警示提示音；

所述健康评测模块用于根据管理人员设置的安全阈值，对作业人员累计的受辐射剂量进行测评，若其累积受辐射量即将超过安全阈值，禁止该用户进入高辐射区域及中等辐射区域，通过a/b/c/d四个等级对作业人员的健康状态进行评级。

本发明还提供了一种基于增强现实技术的辐射可视化方法，包括以下步骤：

s1、管理人员通过数据采集装置接入现场地图数据、射线探测器监测的辐射剂量数据和智能眼镜数据，生成可查看测点辐射剂量和智能眼镜定位的模拟地图；

s2、现场作业人员佩戴智能眼镜，通过虹膜识别用户信息完成登录，获取作业点和作业路线；

s3、作业人员佩戴防护用具前往作业点，通过智能眼镜扫描测点二维码，智能眼镜端投影显示辐射剂量模型及辐射剂量数据：若该现场区域为高辐射区域，显示红色辐射三维模型及辐射剂量数据；若该现场区域为中等辐射区域，显示橙色辐射三维模型及辐射剂量数据；若该现场区域为低辐射区域，显示蓝色辐射三维模型及辐射剂量数据；若该现场区域为微量辐射区域，显示绿色辐射三维模型及辐射剂量数据；

s4、作业人员根据智能眼镜显示的辐射模型判断是否通行及采取何种防护措施，当作业人员需要绕行时，智能眼镜端推送前往作业点的最低辐射路线，并显示模拟小地图并标引路线指引；

s5、智能眼镜记录已通过区域的辐射剂量数据，并进行累加和保存，当作业人员完成当日作业，退出登录前，在智能眼镜端读取当日辐射剂量数据和历史辐射剂量数据，进行健康评测。

本发明的有益效果：本发明提供的这种基于增强现实技术的辐射可视化系统及方法，包括智能眼镜设备、数据采集装置、数据传输装置、服务器及显示器；数据采集装置用于采集现场的辐射剂量数据及三维地图信息并转化为数字信号；智能眼镜设备用于将数字信号转化后以图文信息显示于前方虚拟屏幕上，以及用于采集操作者自身动作信息；数据传输装置为无线路由，智能眼镜设备通过无线路由与服务器进行通讯；服务器用于分析处理智能眼镜设备及数据采集装置采集的信息，并将分析处理后的信息传输至显示器；显示器用于展示服务器分析处理后的信息。该方案能够将辐射区域的辐射量立体的展示在用户面前，用户通过佩戴智能眼镜直观地感受辐射量，同时获取辐射剂量数据，从而及时避免进入高辐射地区，选取无辐射或低辐射区域绕行，或及时采取有效地辐射防护手段，降低受辐射风险，减少对人体造成的危害。当辐射值变化趋势异常时，发出预警提示，并在三维地图界面显示辐射异常测点位置及设备信息，便于管理人员及时安排工作人员查看并处理异常，防止造成更大的危害，保护现场安全。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明基于增强现实技术的辐射可视化系统及方法的总体示意图；

图2是本发明基于增强现实技术的辐射可视化系统及方法的智能眼镜端功能模块示意图

图3是本发明基于增强现实技术的辐射可视化系统及方法的管理平台功能模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供了一种基于增强现实技术的辐射可视化系统，如图1至图3所示，包括智能眼镜设备、数据采集装置、数据传输装置、服务器及显示器；

所述数据采集装置用于采集现场的辐射剂量数据及三维地图信息并转化为数字信号；

所述智能眼镜设备用于将所述数字信号转化后以图文信息显示于前方虚拟屏幕上，以及用于采集操作者自身动作信息；

所述数据传输装置为无线路由，智能眼镜设备通过无线路由与服务器进行通讯；

所述服务器用于分析处理所述智能眼镜设备及所述数据采集装置采集的信息，并将分析处理后的信息传输至显示器；

所述显示器用于展示服务器分析处理后的信息。

该系统或方法能够将辐射区域的辐射量立体的展示在用户面前，用户通过佩戴智能眼镜直观地感受辐射量，同时获取辐射剂量数据，从而及时避免进入高辐射地区，选取无辐射或低辐射区域绕行，或及时采取有效地辐射防护手段，降低受辐射风险，减少对人体造成的危害。

该系统或方法能够累加作业人员当日进入辐射区域所受辐射剂量，并在眼镜端显示当日受辐射剂量和历史受辐射剂量数据，进行健康测评，当用户所受辐射剂量超标时，禁止进入高辐射风险地区，保护其人身安全。

该系统或方法能够在系统监测到某一区域辐射值异常时发出报警提示，或当辐射值变化趋势异常时，发出预警提示，并在三维地图界面显示辐射异常测点位置及设备信息，便于管理人员及时安排工作人员查看并处理异常，防止造成更大的危害，保护现场安全。

基于增强现实技术的辐射可视化系统由硬件部分和软件部分组成，图1为基于增强现实技术的辐射可视化系统总体结构图。

(1)硬件部分。硬件部分包括：智能眼镜设备、数据采集装置、数据传输装置、服务器和显示器。

智能眼镜设备包括光学镜片、镜框、微型投影仪、微型摄像头、传感器、麦克风、扬声器和定位模块。光学镜片集成了反射镜片和凸透镜，微型投影仪先将光投到反射镜片上，再通过凸透镜折射到用户眼球，从而在用户眼前形成一个大型虚拟屏幕，显示数据、文本信息和图像画面，投影仪和光学镜片主要用于显示辐射剂量三维模拟图和辐射剂量数据，微型摄像头用于采集现场画面、扫描测点二维码，传感器用于捕捉用户手势、头部运动及眼球转动，麦克风用于采集现场声音数据，扬声器用于播放声音，定位模块用于获取定位数据。

数据采集装置，包括射线探测器和地图数据采集装置。射线探测器按照在作业现场测点处，用于按照固定周期采集测点的核辐射或电磁辐射等辐射剂量，其产生与辐射强度成正比的电信号，通过模数转换器将电信号转为数字信号；地图数据采集装置可以为地图数据集成接口，也可以为测量信息采集装置，用于获取制作现场作业三维平面图的数据信息，地图数据为布置系统前采集，并通过处理软件生成三维地图。

数据传输装置为无线路由，其用于将辐射剂量数据及地图数据传输至服务器，智能眼镜也通过路由wifi与服务器进行通讯。

服务器用于处理数字信号，存储和处理数据采集部分采集的现场数据，并将现场各区域的辐射剂量数据与三维地图相匹配，形成辐射视图，在显示器和智能眼镜端进行展示。用户进入某一区域前，智能眼镜搜寻区域内测点的二维码，即在眼镜端显示该区域的辐射视图和辐射剂量数据。

显示器用于显示管理平台的数据、图表和三维地图。

(2)软件部分。软件部分包括：智能眼镜端软件，管理平台软件，服务器软件，各硬件设备自身的软件。

智能眼镜端软件的功能模块包括：用户登录模块、扫描识别模块、作业路线查询模块、安全提示模块和健康测评模块。

用户登录模块，用户佩戴智能眼镜后，通过扫描用户虹膜识别身份信息进行登录，自动匹配任务信息和作业权限，完成登录，登录后可查看历史受辐射剂量数据等信息。

扫描识别模块用于通过摄像头扫描测点二维码，自动调阅辐射剂量数据信息。如果测点区域辐射剂量较高，立即进行危险提示，采用红色辐射剂量三维模型展示辐射量，同时显示辐射剂量数据，并标注三角感叹符号，语音提示作业人员绕行；若测点区域辐射剂量为中等，采用橙色辐射剂量三维模型展示，同时显示辐射剂量数据；若测点区域辐射剂量较低，采用蓝色辐射剂量三维模型展示辐射量，同时显示辐射剂量数据；若测点区域辐射剂量微弱，处于安全范围内，采用绿色辐射剂量三维模型展示辐射量，同时显示辐射剂量数据。对于作业人员进入过的区域，该模块记录该区域的辐射剂量，并对辐射剂量进行累加计算，当作业人员完成当日作业时显示累计辐射剂量。

作业路线查询模块，用于根据用户选取的作业点显示受辐射剂量最小的路线，并通过智能眼镜进行指引。

安全提示模块，该模块包括以下场景：1)当用户即将进入危险作业区时，智能眼镜同时发出危险提示信号和危险提示声音；2)当检测到作业人员身体不适时，发出安全提醒，智能眼镜端通过传感器捕捉用户眼球运动，当检测到用户疲倦或身体状态不佳时，立即发出安全提醒，并向后台发送报警信息，引导用户进入安全区域休息或退出作业；3)当检测到作业人员进入未授权区域时，发出安全提醒和警示提示音。

健康测评模块，该模块用于根据管理人员设置的安全阈值，对作业人员累计的受辐射剂量进行测评，若其累积受辐射量即将超过安全阈值，禁止该用户进入高辐射区域及中等辐射区域，通过a/b/c/d四个等级对作业人员的健康状态进行评级。

管理平台软件的功能模块包括：测点管理模块、设备管理模块、三维模拟地图模块、用户管理模块、预警报警管理模块。

测点管理模块，该界面显示所有测点及各测点射线探测器监测的辐射剂量数据，管理人员可设置监测周期，现场的射线探测器根据周期定时采集该区域的辐射剂量并传输至服务器，服务器存储剂量数据，绘制形成该测点的趋势曲线图。

设备管理模块，包括射线探测器管理模块和智能眼镜管理模块。射线探测器管理模块用于显示所有射线探测器的健康状况、监测信息、放置区域及设备编号，通过点击某射线探测器，可查看该射线探测器的编号、坐标、实时监测数据及历史监测数据、历史检修记录及其他技术资料。智能眼镜管理模块用于显示设备编号等信息、增加/删除智能眼镜设备、管理设备权限、查看历史用户。

三维模拟地图模块，该界面显示作业区域列表和模拟地图，在模拟地区中显示测点射线探测器模型和作业人员模型。作业区域列表分级显示各楼层及各个作业区域，点击某作业区域，显示该区域的辐射剂量数量及测点信息，对于高中低微四级的辐射剂量，采用红橙蓝绿四色区别展示，模拟地图中标注有各作业区域及作业人员实时定位，管理人员通过三维模拟地图可查看各区域测点及作业人员位置，结合作业区域及作业人员实时定位，分配作业工单或指派特定人员执行紧急任务，当现场发生危险时，模拟地图中实时标记危险信息，管理人员通过模拟地图引导现场人员撤离危险地区，在智能眼镜端显示安全撤离路线并实时指引。

用户管理模块，该模块用于增加/删除用户、管理用户权限及用户信息。管理人员可新增系统用户、智能设备用户，进行系统人员操作权限管理、作业人员权限管理及区域管理等。通过查看用户信息，可查看历史受辐射剂量数据，管理人员设置安全阈值，当作业人员受辐射剂量数据超过安全阈值时，发出健康安全提醒。

预警报警管理模块，该模块用于当系统监测数据显示某一区域辐射值异常时发出报警提示，或当辐射值变化趋势异常时，发出预警提示。当位于测点的射线探测器监测的辐射剂量数据异常时，系统发出报警，显示红色感叹号标识，引导管理人员进入测点管理模块查看辐射量异常测点，在该测点的射线探测器处显示红色感叹号报警标识，并同步向智能眼镜端发送报警信息，显示该测点坐标及射线探测器编号，作业人员通过智能眼镜查看该测点射线探测器时，显示红色感叹号标识及辐射剂量数据。当系统检测到当前辐射剂量数据变化趋势与存储的历史辐射剂量数据变化趋势差距较大时，发出预警提示，在该测点模型上显示黄色感叹号标识，引导管理人员查看变化原因。当作业人员通过智能眼镜查看该测点射线探测器时，显示黄色感叹号标识、辐射剂量数据及变化趋势。

具体地，通过上述系统可以实现一种基于增强现实技术的辐射可视化方法流程如下：

s1、管理人员通过数据采集装置接入现场地图数据、射线探测器监测的辐射剂量数据和智能眼镜数据，生成可查看测点辐射剂量和智能眼镜定位的模拟地图。

s2、现场作业人员佩戴智能眼镜，通过虹膜识别用户信息完成登录，获取作业点和作业路线。

s3、作业人员佩戴防护用具前往作业点，通过智能眼镜扫描测点二维码，智能眼镜端投影显示辐射剂量模型及辐射剂量数据：若该区域为高辐射区域，显示红色辐射三维模型(类似彩色气体)及辐射剂量数据；若该区域为中等辐射区域，显示橙色辐射三维模型及辐射剂量数据；若该区域为低辐射区域，显示蓝色辐射三维模型及辐射剂量数据；若该区域为微量辐射区域，显示绿色辐射三维模型及辐射剂量数据。随着辐射剂量的减少，虚拟气体越来越稀薄。

s4、作业人员根据智能眼镜显示的辐射模型判断是否通行及采取何种防护措施，当作业人员需要绕行时，智能眼镜端推送前往作业点的最低辐射路线，并显示模拟小地图并标引路线指引。

s5、智能眼镜记录已通过区域的辐射剂量数据，并进行累加和保存，当作业人员完成当日作业，退出登录前，在智能眼镜端读取当日辐射剂量数据和历史辐射剂量数据，进行健康评测。

与现有的技术相比，本发明的优点是:

(1)能够将辐射区域的辐射量立体的展示在用户面前，用户通过佩戴智能眼镜直观地感受辐射量，同时获取辐射剂量数据，从而及时避免进入高辐射地区，选取无辐射或低辐射区域绕行，或及时采取有效地辐射防护手段，降低受辐射风险，减少对人体造成的危害。

(2)能够累加作业人员当日进入辐射区域所受辐射剂量，并在眼镜端显示当日受辐射剂量和历史受辐射剂量数据，进行健康测评，当用户所受辐射剂量超标时，禁止进入高辐射风险地区，保护其人身安全。

(3)能够在系统监测到某一区域辐射值异常时发出报警提示，或当辐射值变化趋势异常时，发出预警提示，并在三维地图界面显示辐射异常测点位置及设备信息，便于管理人员及时安排工作人员查看并处理异常，防止造成更大的危害，保护现场安全。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。