电力设备内部构造现场认知方法和装置与流程

本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种电力设备内部构造现场认知方法以及一种电力设备内部构造现场认知装置。

背景技术：

电力安全生产是涉及职工生命安全的大事，也是影响电力系统安全、稳定运行和电力企业生存发展的关键。为此电力企业在加强职工的安全培训方面投入了大量的人力、物力、财力，来提高电力职工队伍的素质和安全生产意识。传统技术中，一般通过两种方式对电力现场操作人员进行培训：理论讲述培训、手册培训；现场培训。但是，理论讲述培训和手册培训存在培训效果差等缺陷，学员无法真实感受电力设备各部件的结构；现场培训虽然培训效果良好，但是由于很多电力设备是带电运行的，存在危险和不确定性，所以很多实际操作无法完成，学员无法全面了解电力设备各部件的结构。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种电力设备内部构造现场认知方法和装置，既可以达到良好的培训效果，又可以使学员全面了解电力设备各部件的结构。

一种电力设备内部构造现场认知方法，包括步骤：

获取处于开启状态的增强现实设备在工作现场中的空间位置信息；

若空间位置信息与预设位置信息相同，将预先构建的电力设备的三维模型叠加到增强现实设备获取的实际的电力设备图像上，并显示在增强现实设备的视窗中，其中电力设备的三维模型包括电力设备的各部件的三维模型；

接收终端发送的从预先构建的电力设备的内部结构二维平面图中选择的部件的编码，其中电力设备的内部结构二维平面图中每个部件的编码与电力设备的三维模型中对应的部件的编码相同或者具备唯一对应关系；

根据选择的部件的编码获得待认知的部件，将待认知的部件的三维模型在增强现实设备的视窗中高亮显示。

一种电力设备内部构造现场认知装置，包括：

空间位置信息获取模块，用于获取处于开启状态的增强现实设备在工作现场中的空间位置信息；

电力设备三维模型显示模块，用于在空间位置信息与预设位置信息相同时，将预先构建的电力设备的三维模型叠加到增强现实设备获取的实际的电力设备图像上，并显示在增强现实设备的视窗中，其中电力设备的三维模型包括电力设备的各部件的三维模型；

部件编码接收模块，用于接收终端发送的从预先构建的电力设备的内部结构二维平面图中选择的部件的编码，其中电力设备的内部结构二维平面图中每个部件的编码与电力设备的三维模型中对应的部件的编码相同或者具备唯一对应关系；

认知部件显示模块，用于根据选择的部件的编码获得待认知的部件，将待认知的部件的三维模型在增强现实设备的视窗中高亮显示。

上述电力设备内部构造现场认知方法和装置，预先构建电力设备的三维模型，用户进入工作现场后，在增强现实设备的视窗中可以看到叠加在真实电力设备图像上的电力设备的三维模型，并且在接收到终端发送的编码时，在增强现实设备的视窗中突出显示选中的对应部件的三维模型，以便用户更好地了解每一个部件的结构信息。因此，结合预先构建的三维模型以及增强现实设备，用户可以在任意角度以透视方式观察电力设备的任意部件，全面了解电力设备各部件的结构，还可充分了解该部件与其它部件的位置及连接关系，提供了更丰富的环境信息和设备信息，提高了培训效果；增强现实设备的视窗中电力设备能够与3D模型完全重合，用户认知过程中能够更真实地感受到电力设备内部构造各部件之间的空间位置和层次关系，可与剖析实际电力设备的效果相媲美。

附图说明

图1为一实施例的电力设备内部构造现场认知方法的流程示意图；

图2为一实施例的电力设备内部构造现场认知装置的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

如图1所示，一种电力设备内部构造现场认知方法，包括步骤：

S110、获取处于开启状态的增强现实设备在工作现场中的空间位置信息；

S120、若空间位置信息与预设位置信息相同，将预先构建的电力设备的三维模型叠加到增强现实设备获取的实际的电力设备图像上，并显示在增强现实设备的视窗中，其中电力设备的三维模型包括电力设备的各部件的三维模型；

S130、接收终端发送的从预先构建的电力设备的内部结构二维平面图中选择的部件的编码，其中电力设备的内部结构二维平面图中每个部件的编码与电力设备的三维模型中对应的部件的编码相同或者具备唯一对应关系；

S140、根据选择的部件的编码获得待认知的部件，将待认知的部件的三维模型在增强现实设备的视窗中高亮显示。

上述电力设备内部构造现场认知方法可以通过相应的系统软件实现，系统软件可以运行在增强现实设备中。该方法将电力设备3D模型叠加到用户双眼所见的实际电力设备上，由于双眼视差效应，用户观察到的电力设备是立体的，因此，用户视窗中的电力设备能够与3D模型完全重合，用户认知过程中能够更真实地感受到电力设备内部构造各部件之间的空间位置和层次关系，可与剖析实际电力设备的效果相媲美，提高了培训效果。下面对各个步骤进行详细介绍。

在步骤S110中，增强现实设备可以采用现有技术中已有的设备实现，例如AR(Augmented Reality，增强现实)眼镜等。工作现场即真实电力设备所在的现场，不仅包括需要认知的电力设备，还包括相关设备和环境，如其它设备、道路、导线、支柱、草地等。

用户可以进入工作现场后启动增强现实设备，也可以在进入工作现场前启动增强现实设备，增强现实设备启动后处于开启状态。另外，可以根据预设位置信息划定启动增强现实设备的实际位置，用户直接在指定位置启动增强现实设备，虚拟信息和通过增强现实设备所看到的真实电力设备图像能够很好地重叠在一起。预设位置信息可以根据用户实际需要进行设定。

增强现实设备启动后，将增强现实设备在实际场景中的三维坐标读入到系统软件中，获取增强现实设备在实际场景中的空间位置信息，也即是用户在实际场景中的空间位置信息。

在步骤S120中，为了能够认知电力设备，需要预先构建各部件的3D(维)模型以及整个电力设备的3D模型。下面对各部件的3D模型以及整个电力设备的3D模型的构建过程进行介绍。

(一)电力设备所包含的各部件的3D模型的构建：

(1)拆解真实电力设备，通过三维激光扫描电力设备各部件的水平方向、天顶距、斜距和反射强度，自动存储并计算，获得点云数据；

(2)对点云数据进行编辑、扫描数据拼接与合并、影像数据点三维空间量测、点云影像可视化、空间数据三维建模、纹理分析处理和数据转换处理，构建电力设备各部件的3D模型库。

上述(1)和(2)中的各个步骤均可以通过现有技术中已有的方式实现。

另外，本发明还构建了3D模型相互关系数据库、电力设备部件3D模型编码库和部件属性库。

3D模型相互关系数据库：对实际电力设备进行解剖，获取各个部件之间的电气连接关系、机械连接关系、空间层次关系、组装时的安装顺序、执行动作时的时间顺序等连接关系和逻辑关系，构建相互关系数据库。

电力设备部件3D模型编码库：编码库的作用是给每个部件的3D模型一个编号，便于系统识别和调用，可以根据用户实际需要进行设置，例如从0001编码等。

部件属性库：对各部件的名称、类别、编码、参数、技术指标、功能等属性进行汇总，建立部件标签，构建部件属性库。

(二)电力设备的3D模型的构建：

由电力设备部件3D模型按相互关系进行组合，构建完整的电力设备3D模型，具体方式为：

(1)将所有部件3D模型按空间层次关系和连接关系在视窗中进行空间布局，通过计算接触点或接触面的匹配程度调整各模型的空间姿态，并将所有部件模型组装为一个整体；

连接关系包括各个部件之间的电气连接关系和机械连接关系。可以采用手动调整方式对各部件进行组装。在进行组装时，以面接触的部件为例，首先确定一个部件的位置，通过鼠标读取该部件接触面轮廓上突出的三个点的坐标，然后将另一部件的需要匹配的接触面三个相同点的坐标设置为一样，即实现各个部件模型的组装。

(2)通过虚拟导线和元件连接具有电气连接关系的各部件模型，得到整个电力设备的3D模型。

需要说明的是，各部件的3D模型以及电力设备的3D模型的构建过程并不限制于上述实现方式，用户还可以采用现有技术中的其它方式得到各个部件的3D模型以及电力设备的3D模型。

构建好各个部件的3D模型以及电力设备的3D模型后，若用户在指定位置，根据空间位置信息将电力设备3D模型叠加到实际的电力设备图像上，并同步显示在用户视窗中，此时真实电力设备在视觉上被3D模型等比例替代。实际的电力设备图像为通过增强现实设备所看到的真实的电力设备的图像，以AR眼镜为例，实际的电力设备图像即用户通过镜片所看到的电力设备的图像。在指定位置启动增强现实设备，此时增强现实设备视窗中既能看到推送的虚拟信息(即3D模型)，又可以透过镜片看到真实电力设备，用户视野中即呈现增强的现实场景。

在步骤S130中，终端为用于显示电子图纸的平板电脑或智能手机等设备。终端内置了现场电力设备的内部结构二维平面图。将电力设备平面结构图或电气原理图转化为电子版的二维平面图，用户不仅可以通过该二维平面图发送需要认知的结构的编码，还可以在现场认知时能够参考电子版的平面结构图或电气原理图，有针对性地学习。

构建电力设备的内部结构二维平面图有多种方式，例如，用户根据电力设备厂家提供的设备图纸，采用CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)软件或类似功能的软件设计该设备的电子版平面图，图中应包括所有需要认知的部件。另外还需要对每个部件进行编码，编码与电力设备3D模型库中对应部件的编码一致或具有唯一相关性，从而可以准确找到需要认知的部件。

终端与增强现实设备通过WIFI等方式连接，进行数据交互。在终端上显示电力设备的内部结构二维平面图时，用户通过触摸屏触摸或者鼠标点击等方式选中需要认知电力设备中的某一部件，终端则找到该部件的编码，然后将编码传输给增强现实设备。

在步骤S140中，接收到终端发送的部件编码后，根据该部件编码找到对应的部件或者根据该部件编码唯一对应的编码找到对应的部件，然后将对应部件的3D模型予以高亮显示。将某个模型高亮显示可以根据现有技术中已有的方式实现。

为了更好地方便用户查看待认知部件的结构，在一个实施例中，将待认知的部件的三维模型在增强现实设备的视窗中高亮显示时，还可以包括步骤：将视窗中对待认知的部件的三维模型有遮挡的其它部件的三维模型虚化或透明显示。可以根据位置坐标信息判断其它三维模型是否对待认知部件的三维模型有遮挡，如果有遮挡，将对该部件3D模型产生遮挡作用的其它部件3D模型采用虚化或透明显示的方式，将高亮显示的部件3D模型呈现在用户眼前，实现电力设备内部构造的透视。虚化或透明显示方式可以根据现有技术中已有的方式实现。另外，也可以将待认知部件的3D模型以外的其它部件的3D模型全部虚化或透明显示，以使用户更好地查看待认知部件的结构。

在一个实施例中，将待认知的部件的三维模型在增强现实设备的视窗中高亮显示时，还可以包括步骤：从预设的部件属性库中获取待认知的部件的属性信息，其中预设的部件属性库中存储有电力设备的各部件的属性信息；在增强现实设备的视窗中显示待认知的部件的属性信息的文字信息，和/或，输出待认知的部件的属性信息的语音。用户利用增强现实设备“透视”电力设备内部构造的同时，系统软件同步输出语音，和/或，在视窗中叠加文字信息，描述该部件的属性，帮助用户进一步了解该电力设备的相关信息。

在现场认知过程中为了保证用户的安全，在一个实施例中，获取处于开启状态的增强现实设备在工作现场中的空间位置信息之后，还可以包括步骤：根据空间位置信息计算使用增强现实设备的用户与电力设备之间的距离；在距离小于等于设定的安全阀值时，输出安全提醒信息。系统软件在认知过程中，根据用户在实际场景中的空间位置信息不断计算用户与电力设备之间的距离，当用户在认知过程中与电力设备的距离逐渐缩小，距离接近安全阀值时，输出安全提醒信息提醒用户。

当用户与电力设备的距离接近安全阀值时对用户提醒有多种方式，在一个实施例中，输出安全提醒信息的步骤包括：在增强现实设备的视窗中显示安全警报的文字信息，并输出预设的警报音频。安全警报的文字信息和警报音频的具体形式可以根据用户实际需要进行设置。例如，系统软件在视窗中叠加醒目的安全警报信息“危险”，并播放急促的警报声音，阻止用户进一步靠近电力设备，防止触电事故。

基于同一发明构思，本发明还提供一种电力设备内部构造现场认知装置，下面结合附图对本发明装置的具体实施方式做详细描述。

如图2所示，一种电力设备内部构造现场认知装置，包括：

空间位置信息获取模块110，用于获取处于开启状态的增强现实设备在工作现场中的空间位置信息；

电力设备三维模型显示模块120，用于在空间位置信息与预设位置信息相同时，将预先构建的电力设备的三维模型叠加到增强现实设备获取的实际的电力设备图像上，并显示在增强现实设备的视窗中，其中电力设备的三维模型包括电力设备的各部件的三维模型；

部件编码接收模块130，用于接收终端发送的从预先构建的电力设备的内部结构二维平面图中选择的部件的编码，其中电力设备的内部结构二维平面图中每个部件的编码与电力设备的三维模型中对应的部件的编码相同或者具备唯一对应关系；

认知部件显示模块140，用于根据选择的部件的编码获得待认知的部件，将待认知的部件的三维模型在增强现实设备的视窗中高亮显示。

上述电力设备内部构造现场认知装置可以运行在增强现实设备中，该装置将电力设备3D模型叠加到用户双眼所见的实际电力设备上，由于双眼视差效应，用户观察到的电力设备是立体的，因此，用户视窗中的电力设备能够与3D模型完全重合，用户认知过程中能够更真实地感受到电力设备内部构造各部件之间的空间位置和层次关系，可与剖析实际电力设备的效果相媲美，提高了培训效果。下面对各个模块的功能进行详细介绍。

用户可以进入工作现场后启动增强现实设备，也可以在进入工作现场前启动增强现实设备，增强现实设备启动后处于开启状态。另外，可以根据预设位置信息划定启动增强现实设备的位置，用户直接在指定位置启动增强现实设备，虚拟信息和通过增强现实设备所看到的真实电力设备图像能够很好地重叠在一起。预设位置信息可以根据用户实际需要进行设定。增强现实设备启动后，空间位置信息获取模块110将增强现实设备在实际场景中的三维坐标读入到系统软件中，获取增强现实设备在实际场景中的空间位置信息，即用户在实际场景中的空间位置信息。

若用户在指定位置，电力设备三维模型显示模块120根据空间位置信息将电力设备3D模型叠加到实际的电力设备图像上，并同步显示在用户视窗中，此时真实电力设备在视觉上被3D模型等比例替代。实际的电力设备图像为通过增强现实设备所看到的真实的电力设备的图像。

终端与增强现实设备通过WIFI等方式连接，进行数据交互。在终端上显示电力设备的内部结构二维平面图时，用户通过触摸屏触摸或者鼠标点击等方式选中需要认知电力设备中的某一部件，终端则找到该部件的编码，然后将编码传输给增强现实设备。部件编码接收模块130接收到终端发送的部件编码后，认知部件显示模块140根据该部件编码找到对应的部件或者根据该部件编码对应的编码找到对应的部件，然后将对应部件的3D模型予以高亮显示。将某个模型高亮显示可以根据现有技术中已有的方式实现。

为了更好地方便用户查看待认知部件的结构，在一个实施例中，所述认知部件显示模块140将待认知的部件的三维模型在增强现实设备的视窗中高亮显示时，还用于将视窗中对待认知的部件的三维模型有遮挡的其它部件的三维模型虚化或透明显示。可以根据位置坐标信息判断其它三维模型是否对待认知部件的三维模型有遮挡，如果有遮挡，将对该部件3D模型产生遮挡作用的其它部件3D模型采用虚化或透明显示的方式，将高亮显示的部件3D模型呈现在用户眼前，实现电力设备内部构造的透视。虚化或透明显示方式可以根据现有技术中已有的方式实现。另外，也可以将待认知部件的3D模型以外的其它部件的3D模型全部虚化或透明显示，以使用户更好地查看待认知部件的结构。

在一个实施例中，所述认知部件显示模块140将待认知的部件的三维模型在增强现实设备的视窗中高亮显示时，还用于从预设的部件属性库中获取待认知的部件的属性信息，在增强现实设备的视窗中显示待认知的部件的属性信息的文字信息，和/或，输出待认知的部件的属性信息的语音，其中预设的部件属性库中存储有电力设备的各部件的属性信息。

在现场认知过程中为了保证用户的安全，在一个实施例中，本发明装置还可以包括与所述空间位置信息获取模块110相连的安全警报模块150，所述安全警报模块150用于根据空间位置信息计算使用增强现实设备的用户与电力设备之间的距离，在距离小于等于设定的安全阀值时，输出安全提醒信息。

当用户与电力设备的距离接近安全阀值时对用户提醒有多种方式，在一个实施例中，所述安全警报模块150在增强现实设备的视窗中显示安全警报的文字信息，并输出预设的警报音频。安全警报的文字信息和警报音频可以根据用户实际需要进行设置。

传统技术中，对电力现场操作人员的培训仍停留在理论讲述培训、手册培训等比较落后的阶段，这种培训方式培训周期长、资金投入大、学员现场感差；现场培训虽然效果良好，但由于很多电力设备是带电运行，存在危险和不确定性，很多实际操作无法完成，同时这种方式也不适合多人同时进行，效率很低。另外，还有一种方法采用的增强设备的原理是视频式，需要经过图片采集和识别过程，且采集的图片是二维平面图，缺乏现场感、真实感，而且该方法只能将3D模型简单叠加到二维图片上，无法与现场用户视野中的真实设备完美重合，用户也无法感知该部件与其它部件的相互关系，呈现的图像缺乏空间感和层次感，培训效果有限，并且该方法不能获得用户与电力设备的距离信息，无法实现防触电报警功能，若用于电力设备现场，存在极大的安全风险。

因此，上述电力设备内部构造现场认知方法和装置采用上述技术方案，具有以下的有益效果和优点：

1.用户可以在任意角度以透视方式观察电力设备的任意部件，可充分了解该部件与其它部件的位置及连接关系，并通过同步语音和叠加的文字信息进一步了解该部件的属性，提供了更丰富的环境信息和设备信息，提高了培训效果；

2.视窗中的电力设备能够与3D模型完全重合，用户认知过程中能够更真实地感受到电力设备内部构造各部件之间的空间位置和层次关系，可与剖析实际电力设备的效果相媲美；

3.在多个增强现实设备安装相同的系统及3D模型库，可实现多人同时现场认知和培训，方便、高效，和真实剖析电力设备相比，成本大大降低；

4.当用户过于靠近电力设备时，系统能发出安全警报，提高了现场操作时的安全性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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。