一种基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统的制作方法

本发明涉及电力生产技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统。

背景技术：

本部分向读者介绍可能与本发明的各个方面相关的背景技术，相信能够向读者提供有用的背景信息，从而有助于读者更好地理解本发明的各个方面。因此，可以理解，本部分的说明是用于上述目的，而并非构成对现有技术的承认。

截止2016年，全国发生诸多起的电力人身伤亡事故，在这些事故中，电力生产人身伤亡事故占大多数，电力建设人身伤亡事故占少部分，电力行业接连发生重特大事故，给人民群众生命和财产造成了重大损失。

在规程规定和制度体系不断修编完善的当下，由于安全生产管控的技术手段缺失，从而导致操作层、执行层和管理层的人员只能凭运气保安全，无法实现安全的可控、能控和再控。总结各类安全事故背后的原因，主要包括以下原因：

√安全生产基础数据记录不完整不准确，系统记录的数据与现状不对应不一致，而且大部分都比较分散地存储在个人脑子里，导致人员调离后，没人能说清楚；

√日常培训以理论学习为主，缺少有效的操作培训平台，不能随时按需开展操作技能培训，导致部分生产运行人员的专业技能在上岗之时还不能完全满足安全生产工作的需要；

√各类管理制度和规程规定被束之高阁，各类违章指挥、违规作业仍屡禁不止；

√对于复杂作业环境或重大操作，缺少智能工作指引，无法避免由于人为因素导致的生产事故；

√同类事故反复发生，每一个生产都要经历漫长的经验积累的过程，缺少安全生产经验的积淀和共享；

√部分缺乏工作经验的人员不知道危险点何在，在一线的人员日复一日重复同样的工作，出现思想麻痹和疏忽大意的时候，缺乏及时有效的风险预警提示；

√缺少重大故障模拟协同处理和进行应急预案演练的环境，应急指挥和协同处置能力不高。

由此在各个电力企业在安全基础、设备质量性能和健康水平参差不齐，安全管控水平和人员素质存在较大差异，距离本质安全的目标尚有很大差距的前提下，如何通过目前较为成熟的虚拟现实技术应用到电力生产、建设中，进一步通过与显示有的电力生产、建设系统相结合，以提供更加有效的措施，进一步做好电力安全生产工作，避免各种电力生产建设事故发生，是目前急需解决的问题之一。

技术实现要素：

要解决的技术问题是如何提供一种基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统。

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统，可以有效避免电力生产建设事故发生。

第一方面，本发明提供了一种基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统，其特征在于，包括：服务端和与服务端通信的虚拟现实终端；

所述服务端包括：

三维模型生成单元，用于根据实际电力建设需求建立电力设备三维模型并存储；

信息获取单元，用于采集并获取电力生产系统中的各个电力设备的电力生产数据；

信息关联单元，用于将电力设备的电力设备的电力生产数据与电力设备三维模型一一对应并关联；

信息处理单元，用于根据实际需求和所述电力生产数据生成虚拟电力场景图像数据发送至虚拟现实终端；

虚拟现实终端，用于根据虚拟电力场景图像数据生成虚拟电力现实场景图像并展示。

可选地，三维模型生成单元还包括档案管理单元，用于根据实际电力建设需求建立电力设备三维模型档案并于二维码形成一一对应关系并存储。

可选地，还包括移动终端，

所述移动终端用于实时定位用户所在的场景并将所述定位数据发送至服务端；

所述服务端还包括告警单元，用于根据所述定位信息和预先设置的虚拟围栏，确定用户是否处于授权区域，并告警。

可选地，所述服务器还包括巡检单元，

用于生成巡检路线并根据操作指引生成操作步骤发送至移动终端进行智能巡检；

所述移动终端根据所述巡检路线显示所述操作步骤提醒用户并记录相应的巡检结果。

可选地，所述服务端还包括故障诊断单元，用于对所述电力生产数据分析并根据预先设置的健康基线比对生成故障报报警信息并展示。

可选地，所述服务端还包括模糊事故处理单元，用于多人协同进行模糊事故模拟操作并记录模拟操作结果。

可选地，还包括与所述服务端通信的图像采集单元；

所述图像采集单元用于采集电力设备线程360°视频画面并实时传输至所述服务端，

所述服务端将所述视频画面发送至显示终端并显示。

可选地，还包括技能评价单元；用于记录用户的虚拟交互操作，并根据所述虚拟交互操作结果和预先设置的评分表划分等级。

可选地，还包括数据分析单元，用户根据实时同步的电力生产数据，通过趋势分析预测设备运行状况并输出相应的结果。

可选地，还包括增强显示单元，用于根据虚拟电力场景图像和现实场景图像叠加成虚拟现实场景展示。

由上述技术方案可知，本发明提供的基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统，通过利用虚拟现实、增强现实、混合现实技术构建电力安全生产场景，实现虚拟环境与生产现场一致，实现安全生产工作的智能化和高效性；对平台抽取的生产状态数据和产生的各类数据进行分析，实现安全生产工作的科学化，提升安全管理模式；利用ai人工智能技术对安全生产工作过程中的风险进行预警提示，提高安全生产运行水平营。本发明引导运维人员智能操作，不仅可以提高运维工作效率和质量，而且可以确保规程规定在各项工作中的贯彻执行，可以减少人为因素、规章指挥、违规作业引发的事故，极大保障人身安全和设备安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中一种基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统结构示意图；

图2为本发明另一个实施例中一种基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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，本发明提供一种基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统，包括：服务端和与服务端通信的虚拟现实终端；所述服务端包括：三维模型生成单元，用于根据实际电力建设需求建立电力设备三维模型并存储；信息获取单元，用于采集并获取电力生产系统中的各个电力设备的电力生产数据；信息关联单元，用于将电力设备的电力设备的电力生产数据与电力设备三维模型一一对应并关联；信息处理单元，用于根据实际需求和所述电力生产数据生成虚拟电力场景图像数据发送至虚拟现实终端；虚拟现实终端，用于根据虚拟电力场景图像数据生成虚拟电力现实场景图像并展示。下面对本发明提供的基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统展开详细的说明。

在本发明中，三维模型生成单元，用于根据实际电力建设需求建立电力设备三维模型并存储。具体地，在基建新建及扩建工程设计阶段，利用预先设计的二维图纸及部分管道三维模型为基础，通过三维建模，形成高精度、等比例的电力设备三维模型与生产实际高度吻合。在方案设计、评审时，便于相关人员以直观的形式对虚拟电力设备模型进行研讨、评审。从三维设计模型库中，根据需要自动输出多种二维设计图纸、报告，转换过程由软件自动完成，排除不同设计图之间不对应的问题，避免漏改、漏标和书写错误的问题，形成的图纸统一、规范，提高设计质量。通过建立的电力设备三维模型对设计的合理性、正确性进行直观的检查，更加高效地优化设备结构和占用空间，优化变电站站的布置方式；避免设备碰撞、干涉或安全间距不足或过大的情况。

在本发明中，三维模型生成单元还包括档案管理单元，用于根据实际电力建设需求建立电力设备三维模型档案并于二维码形成一一对应关系并存储。针对电力实际工作场景，根据模型的功能类型，对虚拟场景的优化，对模型进行不同的处理。对于建筑等只做环境表达功能的模型，精简模型的面数，尽量通过不同贴图的加载来表达部分建筑的不同。对于部分关键设备模型，采用lod技术进行显示，通过基于观察者与设备模型的距离切换低模、中模、高模三种状态，来优化场景渲染效率，同时提升视觉体验。具体地，通过个性化建模，组建网内各级变电站三维数据模型。建立变电站设备标准模型库，通过高精度建模，优质渲染效果，直观可视各种设备。同时实现高精度、等比例的三维模型全景展示，精确地实现虚拟环境与现场设备的一一对应。通过三维模型关联或者手机扫描二维码的方式，使运行和检修人员在工作中通过各类终端随时调取相关电子图纸，无需再调取纸质图纸，此外还可根据工作需要直接调取指定设备的基本信息和历史档案资料。

在本发明中，信息获取单元，用于采集并获取电力生产系统中的各个电力设备的电力生产数据。在本发明中，所述电力生产数据包括：设备位置信息、投运日期、维护人员、设备缺陷、试验数据、设备状态数据变压器油中溶解气体、变压器铁芯接地电流、变压器夹件接地电流、变压器微水、断路器sf6气体水分、断路器sf6气体压力、断路器局部放电、避雷器绝缘数据。具体地，将每一个虚拟环境的设备与生产真实环境的设备进行一一对应，通过数据抽取工具将现有的电力生产管理系统中的各种电力设备位置信息、投运日期、维护人员等静态信息、电力设备缺陷、试验等动态数据、电力设备监控系统的设备状态数据以及已投运的输变电在线监测系统的变压器油中溶解气体、变压器铁芯接地电流、变压器夹件接地电流、变压器微水、断路器sf6气体水分、断路器sf6气体压力、断路器局部放电、避雷器绝缘等数据，通过数据抽取工具抽取到服务端中，并对应到虚拟环境的相应设备，实现生产环境和虚拟环境设备状态一致，为用户提供三维集中监控可视管理，用户可以在虚拟环境中随时查看所有电力设备基本信息和状态信息，而不必在原有的各个系统中来回切换查看相应的数据，从而极大提高监控的工作效率。

如图2所示，本发明提供的基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统还包括移动终端，所述移动终端用于实时定位用户所在的场景并将所述定位数据发送至服务端；所述服务端还包括告警单元，用于根据所述定位信息和预先设置的虚拟围栏，确定用户是否处于授权区域，并告警。在实际应用环境中，用户(运维人员)携带的移动终端，该移动终端具有定位装置，该移动终端可固定于工牌或安全帽，将该移动终端的编号号与该用户编号进行对应，对每一位用户的位置进行精准定位，将每一个定位装置的位置信息发送到服务端。可以在服务端的虚拟场景中设定预定的工作区域范围，并根据岗位等因素对用户的的工作区域进行授权，服务端根据用户的位置信息和预定的工作范围对比结果判断其是否进入非授权区域或者安全区域，并通过与服务端通信的监控界面或移动终端的app应用向该用户及相关管理人员发出预警，提醒相关人员注意，提示管理人员要对此进行监管。通过该定位方法，实现对现场操作人员的监控管理。使其只能在管理人员预设的授权范围内的区域进行工作，例如生产现场的设备区域、机房、操作间。通过本发明可以将对用户的工作时间和工作区域进行监管，防止用户误入间隔、非用户误入工作区。解决电网企业安全生产管理过程中现场人员位置无法把控、外包工难于管理、危险区域防护不严等问题，从原有的依赖制度或体系的被动式管理转变为依靠技术手段的主动式管理，有效提升安全管理水平。

服务器还包括巡检单元，用于生成巡检路线并根据操作指引生成操作步骤发送至移动终端进行智能巡检。移动终端可以是pad、ar终端等电子通信设备。运行人员不仅可以通过全景展示进行巡检，还可以通过平板电脑或ar终端进行现场智能巡检，用平板电脑的内置摄像头对准设备的某个部位，系统会自动调用专家库中相应设备对应部位的巡检步骤及操作指引提醒用户，运行人员可直接通过app记录巡检结果。app可以将分散在各个系统中的设备信息从办公桌面延伸到生产现场并进行集中展示，并利用ar及时将关键信息叠加在现场设备上，运行人员根据工作需要可随时查看。通过app应用，利用定位技术，系统自动判断不仅可提醒运行人员注意巡视过程中的危险点和注意事项，还可以根据专家经验库中的三维操作演示，对复杂特殊巡视作业为运行人员提供智能工作指引，运行人员可以根据指引一步一步进行操作，每操作完一步，可以点击确认进行下一步操作提示。

在本发明中，所述服务端还包括故障诊断单元，用于对所述电力生产数据分析并根据预先设置的健康基线比对生成故障报报警信息并展示。在具体电力生产环境中，根据输变电设备状态检修试验规程，结合预先设置的专家经验库，利用大数据和人工智能方案，对导入到服务端的设备状态数据进行分析，给出设备正常时候的各项状态参数的健康基线，根据设备状态数据对设备状况进行分析判断，当设备状态参数超过健康基线时，对设备进行故障预警。对于专家经验库中已有的异常和缺陷，用户可以通过在服务端或移动终端的app中输入异常或故障设备的故障信息，通过模糊查询，直接查看经验库中相关故障的原因、处理方法和步骤，对专家经验库中未记录的异常和缺陷，系统会将异常状态参数以图表的形式展现，辅助用户初步排查可能的故障原因，尽快定为故障，缩短故障判断时间。在一些故障模式中，可以在虚拟环境中针对模拟的故障进行多人协同处理，记录故障消缺时间，同时可查看同类故障其他人员的处理方式，并比较各类处理方式的时间和消缺效果，同时利用大数据分析及ai，分析总结原因，为下一步优化提升该项工作提出建议。

在本发明中，服务端还进一步包括模糊事故处理单元，用于进行多人协同模糊事故模拟操作并记录模拟操作结果。具体地，模糊事故处理单元进行多人协同模拟操作，并进一步判断模拟操作是否成功，在操作的同时记录操作步骤，记住操作成功的步骤并保存。对于专家经验库中已有的异常和缺陷，运行人员可以通过在系统或app中输入异常或故障设备的故障信息，通过模糊查询，直接查看经验库中相关故障的原因、处理方法和步骤，对专家经验库中未记录的异常和缺陷，系统会将异常状态参数以图表的形式展现，辅助运行人员初步排查可能的故障原因，尽快定为故障，缩短故障判断时间。

本发明提供的基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统还包括与所述服务端通信的图像采集单元；所述图像采集单元用于采集电力设备线程360°视频画面并实时传输至所述服务端，所述服务端将所述视频画面发送至显示终端并显示。本发明充分利用变电站远程视频监视指挥系统和应急指挥系统的功能，必要时可以辅助全景相机采集、传输现场全景视频数据，通过对多个运动摄像头拍摄的画面进行拼接，形成完整360度视频画面，相关领导、管理人员和专家犹如置身现场一般，可以及时掌握现场状况，并可以通过语音、视频指挥现场人员进行重大切改及消缺操作，还可以实现远程应急联动指挥。

本发明提供的基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统还包括技能评价单元；用于记录用户的虚拟交互操作，并根据所述虚拟交互操作结果和预先设置的评分表划分等级。具体地，在虚拟场景中，不仅可以实现针对设备进行模拟操作，还可以基于真实数据的工艺流程模拟操作练习，为实现工艺流程的标准化和标准化工艺流程的推广应用发挥积极作用。在员工上岗前，就依据基建前期模型设计，使其根据不同岗位对专业技能的要求，在虚拟环境中进行相关操作技能的培训，待员工上岗后，就可在生产环境中熟练进行操作。同时在应聘上岗时人资部门可以通过在虚拟环境中进行相应岗位的技能鉴定，科学决策申报人员是否具备上岗条件。对于企业或行业开展的专业技术比武，在本系统中可方便进行，各个专业无需再购买设备，无需因设备有限而限定各个专业的比武批次，极大提高比赛效率。

本发明提供的基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统还包括数据分析单元，用户根据实时同步的电力生产数据，通过趋势分析预测设备运行状况并输出相应的结果。数据分析单元利用大数据分析和人工智能技术，对本系统抽取的相关系统的数据和本系统产生的各类数据包括虚拟交互操作过程中传感器采集的数据进行挖掘分析，以大量的实时数据为基础，通过趋势分析预测设备运行状况，为用户提供设备健康状态评估、故障分析诊断功能，在设备未发生故障时及早对它进行判断、处理，进行预警和智能诊断。并依据操作记录挖掘管理短板，提出优化方案，同时还可为今后的绩效考核以及人资规划等提供决策依据。

本发明提供的基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统还包括增强显示单元，用于根据虚拟电力场景图像和现实场景图像叠加成虚拟现实场景展示。具体地，在实际的电力生产场景中，通过定位信息获取目标设备距离ar设备的距离d，同时读取目标尺寸信息rsize，结合焦距f可以计算出目标设备在ar设备显示器中的尺寸信息，增强显示单元根据虚拟电力场景图像和现实场景图像叠加成虚拟现实场景展示。本发明利用虚拟现实叠加方案，依赖于定位方案与虚拟成像技术的结合，通过定位方案获取需要叠加图形信息的现实对象，并通过地理信息转换算法将虚拟图形信息准确的叠加在现实场景环境中，从而实现对现实的叠加。综上所述，本发明提供的基于虚拟现实的电力安全生产场景交互系统，通过利用虚拟现实、虚拟现实、混合现实技术构建电力安全生产场景，实现虚拟环境与生产现场一致，实现安全生产工作的智能化和高效性；对本系统抽取的生产状态数据和产生的各类数据进行分析，实现安全生产工作的科学化，提升安全管理模式；利用ai人工智能技术对安全生产工作过程中的风险进行预警提示，提高安全生产运行水平营。本发明引导运维人员智能操作，不仅可以提高运维工作效率和质量，而且可以确保规程规定在各项工作中的贯彻执行，可以减少人为因素、规章指挥、违规作业引发的事故，极大保障人身安全和设备安全。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。