基于三维可视化展示的火电厂监测方法
【专利摘要】本发明提供一种基于三维可视化展示的火电厂监测方法，包括步骤：建立火电厂的三维模型；将火电厂的三维模型与火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统进行联接；获取目标设备的视频画面、设备信息、实时数据和历史数据；根据视频画面、设备信息、实时数据和历史数据对火电厂运行状态进行监测。本发明的有益效果：通过三维图形详细地展示所选取的目标设备的结构，同时调用视频画面、设备信息、实时数据和历史数据，对目标设备的运行状况进行全面的监测，进而实现故障诊断和制定高效详细的检修计划，达到提高火电厂运行和检修的工作效率的目的。
【专利说明】基于三维可视化展示的火电厂监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种火电厂的监测方法，特别是涉及一种基于三维可视化展示的火电厂监测方法。
【背景技术】
[0002]火电厂的智能化发展是电力产业智能化发展的重要组成部分。数字化技术帮助火电厂建立高效的传输平台，实现高速数据及视频的同步传输和应用，节省火电厂管理所需的人力物力，提高管理效率并优化管理性能，为火电厂的智能化发展打下坚实的基础。我国火电厂的信息集成和可视化尚出于发展阶段，很多地方需要通过改进才能满足火电厂智能化的信息架构和服务要求。
[0003]目前的火电厂的可视化管理系统大多都是借助二维平面图形进行展示，不仅精度差，而且显示也不直观。火电厂的维护检修模式从定期检修向状态检修发展时，需要通过浏览主设备及相关配套装置的历史集成信息来制定检修策略和检修计划。火电厂的值班人员和检修人员在工作时，需要即时查阅完整的、集成的火电厂信息，才能高效地完成设备操作和故障排除任务。大部分的火电厂的可视化管理系统中，与火电厂有关的大量数据和信息(包括运行中产生的大量信息)，均以分散的方式展示给用户。运行管理人员不能在计算机系统中用直观高效的一体化方式综合浏览火电厂的各类信息，包括火电厂本体(三维物理模型)、制造信息、运行状态、检测信息、检修状态等，也不便于对这些信息进行即时的综合查询和对比分析。由于综合信息获取不畅，导致火电厂的运行和检修的工作效率降低。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要针对现有技术的问题，提供一种提高火电厂运行和检修的工作效率的基于三维可视化展示的火电厂监测方法。
[0005]一种基于三维可视化展示的火电厂监测方法，包括步骤:
[0006]根据火电厂的实际场景的三维扫描数据和火电厂的设计图纸，建立火电厂的三维模型；其中，所述实际场景包括火电厂的厂房建筑和火电厂的设备；
[0007]将火电厂的三维模型与火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统进行联接；
[0008]从实时视频监控系统中获取目标设备的各个侧面的视频画面，从生产信息系统中获取目标设备的设备信息，从实时监控系统中获取目标设备的实时数据和历史数据；
[0009]根据视频画面、设备信息、实时数据和历史数据对火电厂运行状态进行监测。
[0010]本发明的有益效果:通过建立火电厂的三维模型，并且将火电厂的三维模型与火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统联接，当工作人员需要对火电厂中任意的设备进行监测时，可以通过三维图形详细地展示所选取的目标设备的结构，同时可以调用火电厂的实时视频监控系统的视频画面、生产信息系统的设备信息、实时监控系统的实时数据和历史数据，对目标设备的运行状况进行全面的监测，进而实现故障诊断和制定高效详细的检修计划，达到提高火电厂运行和检修的工作效率的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的一种实施方式的基于三维可视化展示的火电厂监测方法的流程示意图；
[0012]图2为本发明的一种实施方式的基于三维可视化展示的火电厂监测方法的三维建模过程的流程示意图；
[0013]图3为本发明的一种实施方式的基于三维可视化展示的火电厂监测方法的火电厂的三维模型与其他系统的联接流程示意图；
[0014]图4为本发明的一种实施方式的基于三维可视化展示的火电厂监测方法的火电厂三维展示平台的结构示意框图；
[0015]图5为本发明的另一种实施方式的基于三维可视化展示的火电厂监测方法的火电厂三维展示平台的结构示意框图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明的实施例作阐述。
[0017]参见图1，一种基于三维可视化展示的火电厂监测方法，包括步骤:
[0018]SlOO:根据火电厂的实际场景的三维扫描数据和火电厂的设计图纸，建立火电厂的三维模型；其中，所述实际场景包括火电厂的厂房建筑和火电厂的设备。
[0019]为了建立火电厂的三维模型，需要对火电厂的实际场景进行三维扫描，其中包括火电厂的厂房建筑和火电厂的设备，对于某些难以利用扫描仪进行扫描的设备或者厂房建筑，结合火电厂的设计图，包括厂房的建筑设计图和设备的设计图，进行建模并得到火电厂的三维模型。
[0020]参见图2，本实施例中，对于步骤S100，可以具体为步骤S110-S130:
[0021]SllO:根据火电厂的实际场景的三维扫描仪的分块多站扫描结果，获取火电厂的三维扫描数据。火电厂中的建筑和设备数量繁多，而且结构复杂，而且存在物体间相互遮挡的问题，因此，在三维扫描时，不可能在一个测站获取设备或建筑物的所有整体信息。分站多块扫描是解决上述问题，获取火电厂整体空间信息的测量方法。
[0022]S120:将所述火电厂的三维扫描数据进行数据配准和坐标系调整，得到三维点云数据模型。由于步骤SllO中采用了分块多站扫描，扫描获得的三维数据是多个不同坐标系下火电厂的分块点云集合，因此，需要对多个测站的数据进行数据配准，并得到三维点云数据模型。
[0023]S130:根据三维点云数据模型和火电厂的设计图纸，建立火电厂的三维模型。获取到三维点云数据模型后，结合火电厂的建筑设计图纸和设备的设计图纸，加上后期处理软件(如AutoCAD)进行三维模型的构建。
[0024]S200:将火电厂的三维模型与火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统进行联接。
[0025]在建立火电厂的三维模型后，为了达到监测的目的，需要将火电厂的三维模型与火电厂中现有的各个系统联接以获取火电厂运行过程中的数据，如生产信息系统、实时监控系统以及实时视频监控系统。
[0026]参见图3，在本实施例中，对于S200，可以具体为步骤S210-S230:
[0027]S210:预设三维模型展示客户端，所述三维模型展示客户端用于存放、展示和设置火电厂的三维模型。该三维模型展示客户端可供使用者观测、操控火电厂的三维模型。
[0028]S220:将三维模型展示客户端通过火电厂的应用服务器分别与火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统连接。火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统都连接到火电厂的应用服务器中，三维模型展示客户端以应用服务器为媒介，获取生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统的数据，同时，也通过应用服务器发送请求指令(Request)。另外，应用服务器也起到数据的格式转换的作用，如把火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统的原始数据转换成XML文件或将视频文件直接发送给三维模型展示客户端。该三维模型展示客户端、应用服务器、生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统共同构成火电厂的三维展示平台(如图4所示)。
[0029]S230:将三维模型展示客户端中的火电厂的三维模型分别与火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统的数据进行联接。将获取到的XML文件与火电厂的三维模型联接，相应的数据与火电厂的三维模型中对应的模型设备相匹配。
[0030]其中，步骤S230中关于火电厂的三维模型与火电厂的生产信息系统的关联，可具体为步骤:
[0031]获取火电厂的生产信息系统的数据库访问权限；
[0032]通过火电厂的应用服务器向火电厂的生产信息系统发出请求指令；
[0033]获取应用服务器反馈回来的生产信息系统的设备信息；
[0034]将所述设备信息与火电厂的三维模型中对应的设备模型关联。
[0035]其中，步骤S230中关于三维模型展示客户端中的火电厂的三维模型与火电厂的实时监控系统联接，可具体为步骤:
[0036]获取火电厂的实时监控系统的数据读取权限；
[0037]通过火电厂的应用服务器向火电厂的实时监控系统发出请求指令；
[0038]获取应用服务器反馈回来的实时监控系统的实时数据和历史数据；
[0039]将所述实时数据和历史数据与火电厂的三维模型中对应的设备模型关联。
[0040]其中，步骤S230中，关于火电厂的三维模型与火电厂的实时视频监控系统联接，可具体为步骤:
[0041]获取火电厂的实时视频监控系统的视频信息读取权限和控制权限；
[0042]通过火电厂的应用服务器向火电厂的实时视频监控系统发出请求指令；
[0043]获取应用服务器反馈回来的实时视频监控系统的视频画面；
[0044]将所述视频画面与火电厂的三维模型中对应的设备模型关联。
[0045]S300:从实时视频监控系统中获取目标设备的各个侧面的视频画面，从生产信息系统中获取目标设备的设备信息，从实时监控系统中获取目标设备的实时数据和历史数据。
[0046]当需要对某个目标设备进行监测时，从火电厂的实时视频监控系统中获取目标设备的各个侧面的视频画面，以获知目标设备当前的工作情况的实时图像。从生产信息系统中获取目标设备的设备信息，如目标设备的型号、所属区域和机组、设备的规格参数等。从实时监控系统中获取目标设备的实时数据和历史数据，以便后续的步骤中对目标设备的当前运行状况做出较为全面的分析。
[0047]在本实施例中，步骤S300中，从火电厂的实时视频监控系统中获取目标设备的各个侧面的视频画面，可以通过以下两种方式实现:
[0048]第一种视频画面获取方式:
[0049]获取火电厂的三维模型中预设的三维摄像机的选取信息；其中，所述三维摄像机与实时视频监控系统的摄像机--对应；
[0050]根据三维摄像机的选取信息，获取实时视频监控系统中与三维的摄像机对应的摄像机的视频画面。
[0051]第二种视频画面获取实现方式:
[0052]获取火电厂的三维模型中目标设备模型的选取信息；
[0053]根据目标设备模型的选取信息，从实时视频监控系统中获取与目标设备相关的摄像机的各个视角的视频画面 。
[0054]上述的第一种视频画面获取方式和第二种视频画面获取方式中提到的摄像机，通过预置点参数的方式进行预设置。通过预置点参数的方式来设置摄像机，可以快速地获取到合适的视频画面，提高监测的效率。
[0055]S400:根据视频画面、设备信息、实时数据和历史数据对火电厂运行状态进行监测。
[0056]获取到目标设备的视频画面、设备信息、实时数据和历史数据后，根据设备实时的视频画面、设备信息(如设备的规格参数、运行的合理参数范围)、设备当前与运行的实时数据，结合历史记录中的运行数据，对目标设备当前的运行状况做出全面的分析，达到监测的目的。
[0057]需要补充说明的是，本实施例中，火电厂的三维模型还可以与火电厂的其他系统联接，如与火电厂的火灾报警安全防卫系统联接(如图5所示)。当火灾报警安全防卫系统监测到异常状况时，可以发送警报信息到火电厂的三维模型，在火电厂的三维模型中相应的地方显示警示信号，提醒使用者对应的地方出现异常。
[0058]为了更好地阐述本发明，以下给出一个本发明的一个应用实例:
[0059]该应用实例在火电厂三维可视化展示平台的基础上加以实现。火电厂三维可视化展示平台的核心功能包括以下三个部分:1、展示火电厂三维模型；2、实现虚拟三维火电厂模型与现有系统之间的关联；3、一体化多维展示火电厂相关信息。为了扩展三维展示平台的应用，通过视频图像识别的手段实现了火电厂设备的实时状态监测与三维展示；并将火电厂的三维模型展示与实时视频监控结合起来应用到火电厂的运行与检修管理，为火电厂的远程设备辅助检修提供技术支持。
[0060]具体包括以下步骤:
[0061 ] Step 1、建立火电厂三维模型，实现火电厂的三维可视化展示。
[0062]在对火电厂建模并生成火电厂三维设备场景的过程中，三维设备模型是构建火电厂三维设备场景的基本单位。三维设备模型包括设备的主体模型和多个部件模型。例如，一个锅炉本体设备组件包括一个锅炉本体设备的主框架模型和炉膛、锅筒、燃烧器等部件模型。通过地面非接触式三维激光扫描仪获取空间数据，进行火电厂三维空间地物建模研究，建立三维仿真模型。具体包括以下步骤:
[0063]Sl-1:通过地面非接触式三维激光扫描仪分块多站扫描获取火电厂整体空间信息，根据扫描距离与点密度的关系以及火电厂三维模型建立的精度要求制定现场采集方案。
[0064]复杂的火电厂内部结构以及火电厂内各物体自遮挡问题导致不可能在一个测站获取设备或构筑物的所有整体信息。因此，分块多站扫描成为获取火电厂整体空间信息的测量方法。根据扫描距离与点密度的关系以及火电厂三维模型建立的精度要求制定现场采集方案。
[0065]S1-2:对Sl-1中获得的多个不同坐标系下火电厂的分块点云集合进行数据配准，将其转换到相同坐标系下。
[0066]激光三维扫描获得的原始测量数据是多个不同坐标系下火电厂的分块点云集合，为了得到火电厂整体空间数据信息，需要对多个测站的数据进行数据配准。点云数据的配准精度直接影响后期成果的精度。
[0067]S1-3:结合火电厂以及相关设备已有的设计、制造图纸，采用后处理软件进行三维模型的构建。
[0068]获取火电厂的三维点云数据模型后，结合火电厂以及相关设备已有的设计、制造图纸，采用后期处理软件(例如AutoCAD)进行三维模型的构建。当进行三维建模时，利用三维建模软件提供的自动分段处理工具从扫描的点云图中抽取出一部分，共同组成一个物体或物体的一部分点，以进行自动匹配处理。
[0069]三维设备模型和实际场景中的电力设备一一对应，实际场景中设备状态实时数据和设备状态参数均保存在设备状态实时数据库中。三维设备模型可以从设备状态实时数据库中读取相关的设备实时状态数据和设备状态参数。
[0070]Step2、搭建火电厂三维可视化平台，实现虚拟三维火电厂模型与现有系统之间的关联。
[0071]火电厂三维可视化平台采用三层结构:客户端三维展示平台、应用服务器和现有系统。应用服务器负责提供与火电厂现有系统的接口、以及与实时监测系统的接口，负责将客户端请求的结果组织成XML格式后返回给客户端。现有系统包括:生产信息系统(Project Management Information System,下文中简称PMIS系统)、实时监控系统(Supervisory Control And Data Acquisition,下文中简称 SCADA系统)、实时视频监控系统等。
[0072]客户端三维展示平台与PMIS系统的联接:PMIS系统开放数据库访问权限，应用服务器根据客户端三维展示平台发出的请求，从PMIS系统读取相关数据，组织成XML格式发给客户端，三维展示平台收到XML数据之后展示相关信息。
[0073]客户端三维展示平台与SCADA系统的联接=SCADA系统开放实时数据的读取权限，通过应用服务器读取SCADA系统中的实时数据，包括历史数据，组织成XML文件发送给客户端的三维展示平台，三维展示平台负责展示相关的实时数据。
[0074]客户端三维展示平台与实时视频监控系统的联接:实时视频监控系统开放了视频信息的读取与控制权限，客户端三维展示平台发出的关于视频的请求经由应用服务器连接并转发实时视频监控系统，实时视频监控系统响应请求的结果并经由应用服务器返回给客户端三维展示平台。
[0075]Step3、在火电厂三维可视化平台中任意选取火电厂三维模型的某一设备，查看该设备不同侧面的高清视频画面。
[0076]在视频监控系统的基础上，从视频服务器将监控系统摄取的实时视频流接入火电厂三维可视化平台，从而使操作人员可以通过直接点击三维模型上的特殊图元查看实时视频，以便了解火电厂现场的情况。为了能够及时检测到火电厂设备可能出现的问题，三维模型中设备的零部件都能够进行选取查看。具体方式可分为两种:1、直接查看三维模型中三维摄像头对应图像；2、多窗口查看特定设备的多视角图像，并实现零部件级实时视频定位。
[0077]直接查看三维模型中三维摄像头对应图像具体实施步骤包括:打开三维展示平台载入模型，在设备树里选择摄像头；点选某个摄像头后点右键定位到三维模型中；在摄像头图元上点击查看摄像头即可看到摄像头摄取的实时画面，并能控制摄像头旋转以查看设备周围信息。
[0078]多窗口检视设备具体实施步骤包括:在设备树中选择特定组件，比如I号主汽缸；定位到该组件后右键点击，在下拉菜单中选择多窗口监测组件，即可通过多个窗口查看特定设备的多视角图像，并实现零部件级实时视频定位。
[0079]Step4、调节该设备周边相关摄像头旋转以查看设备周围信息，综合判断是否出现故障。
[0080]摄像头采用预置点参数。设置预置点参数(Preset)用于确定相关摄像头应该重新设定的参数，达到与设备的零部件进行实时视频定位的功能。预置点参数(Preset)的获取有两种方案:一是从点云空间计算，然后通过微调获取清晰的视频画面；二是直接通过云台调整获得对应参数，然后将参数存储供调用。设置预置点参数的好处是不用每次实时地计算摄像头参数，节省开销，加快运行速度。
[0081]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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。
【权利要求】
1.一种基于三维可视化展示的火电厂监测方法，其特征在于，包括步骤: 根据火电厂的实际场景的三维扫描数据和火电厂的设计图纸，建立火电厂的三维模型；其中，所述实际场景包括火电厂的厂房建筑和火电厂的设备； 将火电厂的三维模型与火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统进行联接； 从实时视频监控系统中获取目标设备的各个侧面的视频画面，从生产信息系统中获取目标设备的设备信息，从实时监控系统中获取目标设备的实时数据和历史数据； 根据视频画面、设备信息、实时数据和历史数据对火电厂运行状态进行监测。
2.根据权利要求1所述的基于三维可视化展示的火电厂监测方法，其特征在于，所述根据火电厂的实际场景的三维扫描数据和火电厂的设计图纸，建立火电厂的三维模型，包括步骤: 根据火电厂的实际场景的三维扫描仪的分块多站扫描结果，获取火电厂的三维扫描数据； 将所述火电厂的三维扫描数据进行数据配准和坐标系调整，得到三维点云数据模型； 根据三维点云数据模型和火电厂的设计图纸，建立火电厂的三维模型。
3.根据权利要求1所述的 基于三维可视化展示的火电厂监测方法，其特征在于，所述将火电厂的三维模型与火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统进行联接，包括步骤: 预设三维模型展示客户端，所述三维模型展示客户端用于存放、展示和设置火电厂的二维模型； 将三维模型展示客户端通过火电厂的应用服务器分别与火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统连接； 将三维模型展示客户端中的火电厂的三维模型分别与火电厂的生产信息系统、实时监控系统和实时视频监控系统的数据进行联接。
4.根据权利要求3所述的基于三维可视化展示的火电厂监测方法，其特征在于，所述将三维模型展示客户端中的火电厂的三维模型与火电厂的生产信息系统联接，包括步骤: 获取火电厂的生产信息系统的数据库访问权限； 通过火电厂的应用服务器向火电厂的生产信息系统发出请求指令； 获取应用服务器反馈回来的生产信息系统的设备信息； 将所述设备信息与火电厂的三维模型中对应的设备模型关联。
5.根据权利要求3所述的基于三维可视化展示的火电厂监测方法，其特征在于，所述将三维模型展示客户端中的火电厂的三维模型与火电厂的实时监控系统联接，包括步骤: 获取火电厂的实时监控系统的数据读取权限； 通过火电厂的应用服务器向火电厂的实时监控系统发出请求指令； 获取应用服务器反馈回来的实时监控系统的实时数据和历史数据； 将所述实时数据和历史数据与火电厂的三维模型中对应的设备模型关联。
6.根据权利要求3所述的基于三维可视化展示的火电厂监测方法，其特征在于，所述将三维模型展示客户端中的火电厂的三维模型与火电厂的实时视频监控系统联接，包括步骤:获取火电厂的实时视频监控系统的视频信息读取权限和控制权限； 通过火电厂的应用服务器向火电厂的实时视频监控系统发出请求指令； 获取应用服务器反馈回来的实时视频监控系统的视频画面； 将所述视频画面与火电厂的三维模型中对应的设备模型关联。
7.根据权利要求1所述的基于三维可视化展示的火电厂监测方法，其特征在于，所述从实时视频监控系统中获取目标设备的各个侧面的视频画面，包括步骤: 获取火电厂的三维模型中预设的三维摄像机的选取信息；其中，所述三维摄像机与实时视频监控系统的摄像机对应； 根据三维摄像机的选取信息，获取实时视频监控系统中与三维的摄像机对应的摄像机的视频画面。
8.根据权利要求1所述的基于三维可视化展示的火电厂监测方法，其特征在于，所述从实时视频监控系统中获取监控目标设备的各个侧面的视频画面，包括步骤: 获取火电厂的三维模型中目标设备模型的选取信息； 根据目标设备模型的选取信息，从实时视频监控系统中获取与目标设备相关的摄像机的各个视角的视频画面。
9.根据权利要求7或8 所述的基于三维可视化展示的火电厂监测方法，其特征在于，所述摄像机通过预置点参数的方式进行预设置。
【文档编号】G05B19/418GK103778566SQ201410023205
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】潘凤萍, 罗嘉, 方彦军, 李晓枫, 朱亚清, 黄卫剑, 贺瑶, 苏凯, 史玲玲, 任娟娟 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 武汉大学