基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统及其实现方法技术方案

一种基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统及其实现方法，管理系统包括用于将采集到的组图融合成完整全景图像的图像采集拼接模块，以及与图像采集拼接模块相连的三维重建贴图模块，三维重建贴图模块还连接有用于记录各场景中热点位置坐标和对应变电站设备性能参数的热点数据库；实现方法包括首先通过图像采集拼接模块采集现场照片并融合为完整的全景大图，然后通过热点数据库对设备的位置与参数进行录入和编辑，最后通过三维重建贴图模块将全景图像还原为视角能够调整并且表面热点信息能够编辑的球状三维全景视图。本发明专利技术能够随时对设备的信息进行添加和编辑，使得维护人员可以直观了解设备所在现实中的位置与技术信息，提高设备的维护效率。

【技术实现步骤摘要】
基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统及其实现方法
本专利技术属于变电站的检修与维护领域，具体涉及一种基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统及其实现方法。
技术介绍
随着计算机虚拟现实技术的发展，在变电站的管理与维护工作中，对变电站的数字化、智能化，空间可视化以及设备管理自动化的管理系统方案和技术的研发也在不断深入，而将虚拟现实技术应用在变电站设备管理的思路却罕有研究人员尝试。变电站管理维护是电力生产的一个重要环节。变电站生产的过程中需要和各种各样的电气设备打交道，所以需要经常查询设备技术参数以及设备的基本状况。同时，变电站运行管理和生产过程中只是通过手工记录或者Excel文档等纯数据或纯表格的方式管理设备，无法对设备的具体位置，具体空间场景有一个可视化的印象。当设备需要维护时，设备维修人员不能对待维修设备的基本信息、所在位置以及需要维修设备的环境的整体印象做一个快速准确的了解，不能满足在复杂的变电站工作环境中及时进行故障修复的需求。因此建立数字化、智能化、空间可视化的设备管理系统才更能适应未来变电站管理发展的客观需求。虚拟现实(VirtualReality，简称VR，又译为临境、灵境等)的概念在美国VPLResearchInc.的J.Lainer在1989年提出，通常是指头盔显示器和传感手套等一系列新型交互设备构造出的一种计算机软硬件环境，人们通过这些设施以自然的技能(如头的转动、身体的运动等)向计算机发送各种命令，并得到计算机对用户的视觉、听觉及触觉等多种感官的反馈，其目的就是要利用先进的硬件技术和软件工具，创造一种酷似客观环境又超越客观时空、能沉浸其中又能驾驭其中的和谐人机环境，也就是一种由多维信息构成的可操作空间。它最重要的目标就是真实的体验和方便自然的人机交互，能够达到或者部分达到这样目标的系统就统称为虚拟现实系统。从概念上讲，任何一个虚拟现实系统都可以用三个“I”来描述其特性，这就是“沉浸(Immersion)”、“交互(Interaction)”和“想象(Imagination)”。虚拟现实的实现有两种方法，传统上使用三维图形学方法进行建模和绘制，这种需要繁琐的建模工作和昂贵的专用绘图硬件，而且用三维模型很难真实表现自然景观。IBR(ImageBasedRendering，基于图像渲染)技术是实现虚拟现实系统的另一种方法，其真实感强，绘制时间短，效果清晰，绘制时间和所需内存大小和场景的复杂度无关，仅仅和图像大小相关，这些优点非常适合三维全景的变电站虚拟现实管理系统的需要。IBR的关键技术是获取全景图像，其采集方式根据镜头不同可分为平面图采集和鱼眼图采集。鱼眼镜头优势在于：极大的可视角度可令采集人员用较少的照片数量即可完成全景图的拼接，但鱼眼镜头的边缘扭曲失真比较严重且镜头成本较高。采用平面图时使用一般民用相机配合三脚架也能很好的完成采集，但需要采集的照片数量较多。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种能够使维护人员直观了解到设备所在现实中的位置与技术信息的基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统及其实现方法。为了实现上述目的，本专利技术基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统包括用于将采集到的组图融合成为完整全景图像的图像采集拼接模块，以及与图像采集拼接模块相连的三维重建贴图模块，三维重建贴图模块还连接有用于记录各场景中所有热点位置坐标信息和对应变电站设备性能参数的热点数据库。所述的三维重建贴图模块包括负责显示热点参数信息的二维层以及负责显示全景图像球面模型的三维层；所述的热点数据库包括三维定位点以及二维追踪点，三维定位点附着在全景图像球面模型表面用于保存热点序号和空间坐标信息，二维追踪点记录热点的技术参数信息并能够跟踪三维定位点投影生成的二维坐标对应进行显示。所述的热点数据库为XML格式的文件组，每个XML格式文件中记录对应场景的贴图地址以及所有热点的坐标和技术参数信息，每个热点按照编号顺序存储为一个单元。所述的图像采集拼接模块包括用于采集图像的相机或云台。所述的图像采集拼接模块图像的融合采用OpenCV图形库。所述的三维重建贴图模块基于FlashPlayer进行显示并且采用Away3D引擎建立场景；热点数据库的存储数据采用XML格式，在FLASH内部实现显示及编辑。本专利技术基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统实现方法：第一步，通过图像采集拼接模块采集现场照片，并将采集好的多张局部照片融合为完整的全景大图，然后将完整的全景大图切分为三维贴图输入三维重建贴图模块；第二步，通过热点数据库对设备的位置与参数进行录入和编辑，热点数据库包括三维定位点以及二维追踪点，三维定位点附着在三维球面模型表面用于保存热点序号和空间坐标信息，二维追踪点记录热点的技术参数信息并能够跟踪三维定位点投影生成的二维坐标对应进行显示，处理后的热点数据通过XML格式输入三维重建贴图模块，每个XML格式文件中记录对应场景的贴图地址以及所有热点的坐标和技术参数信息；第三步，通过基于FlashPlayer的三维重建贴图模块，采用Away3D引擎建立场景，将全景大图切分好的三维贴图还原为球状三维全景视图，并在球体内部中央架设能够调整视角的虚拟摄像机，热点数据通过FlashPlayer直接进行编辑并显示在虚拟现实的场景中；当热点位于虚拟摄像机的直线方向，需要获取虚拟摄像机指向每个热点球面位置的法矢量和当前虚拟摄像机正前方视野的矢量并计算两者矢量点乘，当结果为负数时说明矢量夹角大于90°，判定该点在虚拟摄像机的后方，并将该点隐藏；编辑完成后的热点信息序列按照XML格式保存在指定目录下供日后读取，由此得到视角能够进行调整并且表面热点信息能够编辑的球状三维全景视图。所述的图像采集拼接模块通过相机或云台采集现场照片。所述的图像采集拼接模块采用OpenCV图形库进行图像的融合。所述的热点数据编辑包括首先在球状三维全景视图上确定目标，然后新建一个三维定位点并将坐标信息推入数据库，同时二维追踪点完成热点定位并开启技术参数编辑窗口，最后输入相应的技术参数后将所有属性保存为一个数据单元推入XML数据库中。与现有技术相比，本专利技术基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统，通过图像采集拼接模块将设备现场照片融合为完整的全景大图并切分为三维贴图，然后再通过三维重建贴图模块还原为视角能够进行调整的球状三维全景视图，由于三维重建贴图模块还连接有用于记录各场景中所有热点位置坐标信息和对应变电站设备性能参数的热点数据库，工作人员能够随时对设备的信息进行添加和编辑，使得维护人员能够非常直观的定位所有设备在现实中的位置以及技术信息，提高了设备维护的效率。进一步的，本专利技术基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统图像的融合采用OpenCV图形库，采集到的图片首先进行规范化的重命名，并对相邻图像进行特征点识别匹配，最终映射为适用于球面贴图的完整全景贴图，通过基于FlashPlayer的三维重建贴图模块能够自动完成重建，无需人工设置，操作方便。本专利技术基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统实现方法，首先通过现场图片的采集与拼接融合为完整的全景大图，然后将全景大图切分成的三维贴图输入三维重建贴图模块中，再通过热点数据库对设备的位置与参数进行录本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统，其特征在于：包括用于将采集到的组图融合成为完整全景图像的图像采集拼接模块(1)，以及与图像采集拼接模块(1)相连的三维重建贴图模块(2)，三维重建贴图模块(2)还连接有用于记录各场景中所有热点位置坐标信息和对应变电站设备性能参数的热点数据库(3)。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统，其特征在于：包括用于将采集到的组图融合成为完整全景图像的图像采集拼接模块(1)，以及与图像采集拼接模块(1)相连的三维重建贴图模块(2)，三维重建贴图模块(2)还连接有用于记录各场景中所有热点位置坐标信息和对应变电站设备性能参数的热点数据库(3)；所述的三维重建贴图模块(2)包括负责显示热点参数信息的二维层以及负责显示全景图像球面模型的三维层；所述的热点数据库(3)包括三维定位点以及二维追踪点，三维定位点附着在全景图像球面模型表面用于保存热点序号和空间坐标信息，二维追踪点记录热点的技术参数信息并能够跟踪三维定位点投影生成的二维坐标对应进行显示。2.根据权利要求1所述的基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统，其特征在于：所述的热点数据库(3)为XML格式的文件组，每个XML格式文件中记录对应场景的贴图地址以及所有热点的坐标和技术参数信息，每个热点按照编号顺序存储为一个单元。3.根据权利要求1所述的基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统，其特征在于：所述的图像采集拼接模块(1)包括用于采集图像的相机(5)或云台。4.根据权利要求1或3所述的基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统，其特征在于：所述的图像采集拼接模块(1)图像的融合采用OpenCV图形库。5.根据权利要求1所述的基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统，其特征在于：所述的三维重建贴图模块(2)基于FlashPlayer进行显示并且采用Away3D引擎建立场景；热点数据库(3)的存储数据采用XML格式，在FLASH内部实现显示及编辑。6.一种基于三维全景视图的变电站虚拟现实管理系统实现方法，其特征在于：第一步，通过图像采集拼接模块(1)采集现场照片，并将采集好的多张局部照片融合为完整的全景大图，然后将完整的全景大图切分为三维贴图输入三维重建贴图模块(2)；第二步，通过热点数据库(3)对设备的位置与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张西卓，魏成保，杨磊，刘义德，张岳，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网陕西省电力公司延安供电公司，
类型：发明
国别省市：北京;11