一种电网元宇宙系统及构建方法与流程

本发明涉及增强现实，具体涉及一种电网元宇宙系统及构建方法。

背景技术：

1、传统电网运行维护依靠人工参与，消耗的大量的人力物理，而且还存在大量的安全隐。现有的数字孪生电网在于将电网端数据回传回总服务器，进行数据分析后以枯燥的数据和报表的形式展示给工作人员，同时现阶段仅能实现监测电网的功能。电网的很多作业已经可以实现远程操作，很多现场数据也被采集了，但是使用率非常低，采集到的现场数据未能被充分有效使用起来。现有的虚拟显示设备交互方式单一，且应用到电力系统更是少之又少，因此迫切需要一种系统可以建立起工作人员和电网之间的交互，实现不去现场也可进行现场作业，提升电网的智能化水平。

技术实现思路

1、为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供一种电网元宇宙系统及构建方法，通过运维服务设备将真实电网场景和虚拟物体之间重叠之后，将虚拟环境信息与摄像头实时图像相结合通过用户端设备反馈给工作人员，通过手持遥控操作设备、力反馈设备和作业机器人让工作人员不出门就可以完成生产作业，提升电网的智能化水平。

2、本发明的第一个目的在于提供一种电网元宇宙系统。

3、本发明的第二个目的在于提供一种电网元宇宙系统构建方法。

4、本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

5、一种电网元宇宙系统，包括电网端设备、运维服务设备、用户端设备和力反馈设备，其中：

6、电网端设备包括电网端监测设备和电网端交互设备，电网端监测设备用于采集现场场景数据；电网端交互设备包括作业机器人，作业机器人用于执行电网端的作业任务操作和采集作业环境的信息；

7、运维服务设备，包括电网端设备控制和环境信息采集处理模块、混合现实融合和建模处理模块、遥操作控制和力反馈处理模块，电网端设备控制和环境信息采集处理模块用于对电网端设备的控制，对现场场景数据进行处理和序列化；混合现实融合和建模处理模块，用于将现场场景数据和电网端设备数据融合成三维实景视频流，通过用户端设备传送给工作人员；遥操作控制和力反馈处理模块用于采集手持遥控操作设备的控制信号和力反馈设备的反馈力信号；

8、用户端设备包括mr头显、手持遥控操作设备，mr头显包括控制器、与控制器相连的显示设备、无线通信模块、虚拟按键、声音采集器、位姿追踪器、定位装置；手持遥控操作设备包括多个映射关节和两个手爪控制器组成，多个映射关节分别对应作业机器人的机械手的多个轴，手爪控制器末端设有手柄。

9、本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

10、一种电网元宇宙系统构建方法，所述方法包括：

11、通过电网端监测设备采集基础场景数据信息，在运维服务设备的虚拟数据上选取需要搭建混合现实场景的地点，将基础场景数据信息渲染之后构建到虚拟场景中，通过运维服务器中的3d模型搭建虚拟电网场景，将虚拟电网场景嵌入到操作界面的视觉信息，渲染过后通过用户端设备展示给工作人员；

12、工作人员通过mr头显设备连接到运维服务设备，工作人员从运维服务设备选取人体3d模型作为自己的虚拟替身，该虚拟替身显示于虚拟场景中，当用户肢体、嘴巴、表情发生变化或移动时，虚拟替身也作出相应的变化或移动；

13、通过力反馈设备和作业机器人的控制系统和传感器系统构建工作人员与作业机器人在现实世界与虚拟世界的映射，通过手持遥控操作设备在虚拟场景中控制虚拟替身对作业机器人进行操作控制。

14、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

15、本发明提供了一种电网元宇宙系统及构建方法，通过运维服务设备将真实电网场景和虚拟物体之间重叠之后，能够在同一个画面以及空间中同时存在。将力、距离等虚拟环境信息与摄像头实时图像相结合通过用户端设备反馈给工作人员，将虚拟环境引入到现场场景中，同时在虚拟世界、现实世界、工作人员之间建立信息通路，增强工作人员的沉浸感和交互体验，通过手持遥控操作设备、力反馈设备和作业机器人让工作人员不出门就可以完成生产作业，提升电网的智能化水平。

技术特征：

1.一种电网元宇宙系统，其特征在于，包括电网端设备、运维服务设备、用户端设备和力反馈设备，其中：

2.根据权利要求1所述的一种电网元宇宙系统，其特征在于，所述电网端监测设备，包括摄像头、双目相机、全景摄像头、红外测温传感器、激光传感器、气体传感器和超声传感器。

3.根据权利要求1所述的一种电网元宇宙系统，其特征在于，所述作业机器人包括机器人本体、机械手、运动导轨、作业工具和传感器系统，机器人本体在运动导轨上运动，机器人本体搭载机械手，作业工具安装于机械手末端，传感器系统安装于机械手末端。

4.根据权利要求3所述的一种电网元宇宙系统，其特征在于，所述传感器系统包括tof视觉传感器或深度视觉传感器、机器人关节角度触感器、激光雷达、超声波雷达、摄像头和气象站。

5.根据权利要求3所述的一种电网元宇宙系统，其特征在于，所述电网端交互设备还包括电网端的喊话器、照明灯等，喊话器用于远程喊话，照明灯安用于补充作业现场光照。

6.根据权利要求3所述的一种电网元宇宙系统，其特征在于，所述手持遥控操作设备的自由度数与作业机器人的机械手的自由度数相吻合，工作人员通过控制手爪控制器末端的手柄的位置将机械手实时操作位置的关节动作映射给作业机器人。

7.根据权利要求6所述的一种电网元宇宙系统，其特征在于，所述mr头显设备用于显示作业机器人的机械手末端摄像头的视觉信息，检测工作人员的头部姿态，将工作人员头部的运动映射到机械手末端摄像头。

8.一种电网元宇宙系统的构建方法，其特征在于，包括步骤：

9.根据权利要求8所述的一种电网元宇宙系统的构建方法，其特征在于，所述运维服务器中的3d模型包括电力设备3d模型、电力设施3d模型、人体3d模型、地图数据、环境3d模型和电网端设备3d模型、用户端设备3d模型。

10.根据权利要求9所述的一种电网元宇宙系统的构建方法，其特征在于，所述通过运维服务器中的3d模型搭建虚拟电网场景，将虚拟电网场景嵌入到操作界面的视觉信息，包括：根据电网运行指导书将电力设备的安全距离加入到虚拟环境中，框处电力设备的安全运行边界信息。

技术总结
本发明涉及增强现实技术领域，具体涉及一种电网元宇宙系统及构建方法，该系统包括：包括电网端设备、运维服务设备、用户端设备和力反馈设备；运维服务设备，包括电网端设备控制和环境信息采集处理模块、混合现实融合和建模处理模块、遥操作控制和力反馈处理模块；用户端设备包括MR头显、手持遥控操作设备；手持遥控操作设备包括多个映射关节和两个手爪控制器组成，多个映射关节分别对应作业机器人的机械手的多个轴，手爪控制器末端设有手柄。本发明可以将虚拟环境信息与摄像头实时图像相结合通过用户端设备反馈给工作人员，通过手持遥控操作设备、力反馈设备和作业机器人让工作人员不出门就可以完成生产作业，提升电网的智能化水平。

技术研发人员：王喜军,王毅,曲烽瑞,李梦阳,王府
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司广州供电局
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13