一种抢险AR后端辅助操作系统及辅助操作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抢险AR后端辅助操作系统。涉及油气井井喷失控抢险技术领域，本系统主要由画面采集系统、无线数据传输系统、画面重现系统和控制系统组成，包括前端的双目相机和舵机云台、流媒体实时传输框架、VR眼镜、协同控制中心。前端采用无线连接方案，无线缆约束；通过5.8G无线网络连接，提供1000Mbps带宽，满足8K高清视频传输需求；无线中继与运算中心通过千兆网线连接，高速稳定，视频数据在运算中心处理后传送至控制室VR眼镜；协同控制中心可实现后端抢险工作组同步查看实时画面，并可在画面中实时标注，同步至驾驶员视角；驾驶员操作控制数据在编码后传至前端，实现远程控制。实现远程控制。实现远程控制。

【技术实现步骤摘要】
一种抢险AR后端辅助操作系统及辅助操作方法


[0001]本专利技术涉及油气井井喷失控抢险
，具体涉及一种油气井井喷失控井口抢险作业的辅助操作系统及辅助操作方法。

技术介绍

[0002]油气井井喷失控抢险时，由于近井口存在高温、火焰和高压喷射等诸多危险因素，人员在区域内开展切割清障和井口重置等作业具有极高的风险，采用远程操控是消除人员安全风险的根本途径。可视化系统平面图像和现实三维图像基本解决了抢险作业中的切割视觉问题，可提供较为清晰的平面图像，避免了观察人员到近井口作业。但是抢险作业过程中的清障、井口重置等复杂工况需要抢险机械进行精细化操作。可视化系统平面图像和现实三维图像存在视觉误差，不利于在后端进行抢险机械的远程操控。因此，为了进一步降低抢险人员作业风险，减少平面图像和现实三维图像存在的视觉误差，提高抢险救援效率，需开展近井口抢险作业增强现实辅助操作技术研究，因此，开发一种抢险AR后端辅助操作系统，来协助抢险人员安全高效开展油气井井喷失控抢险作业就显得尤为迫切。
[0003]公开号为CN110796737A，公开日为2020年2月14日的中国专利文献公开了一种基于AR的压裂作业区域信息显示系统，包括：AR设备，包括图像采集单元、定位单元和显示单元，被配置为人员可持有的信息采集及图像呈现的装置；AR信息处理终端，被配置为接收指挥控制中心的设备运行数据和AR设备采集的信息；指挥控制中心，被配置为采集并存储压裂作业时的多组运行数据。该专利技术能够在石油天然气开采，尤其是页岩气压裂作业现场使用，能够协助维护人员，快速查询设备状态信息，提供给维护人员设备保养，操作的指导信息。这样能提高设备维护效率，能够降低对维护人员的能力要求，同时还能减少设备维护作业风险。
[0004]但是，以上述专利文献为代表的现有技术，其存在以下技术缺陷：一方面，不适用于油气井井喷抢险，改现有技术专利文献仅能通过AR设备辅助维护人员快速查询设备状态信息，提供给维护人员设备保养，操作的指导信息，但不能通过AR来远程操作设备进行油气井井喷抢险作业；另一方面，AR技术的运用过程中，画面传输延时较高，现场设备操作滞后导致在遇到清障、井口重置等复杂工况需要抢险机械进行精细化操作时，可视化系统平面图像和现实三维图像存在视觉误差，不利于在后端进行抢险机械的远程操控。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种特别适用于油气井井喷抢险的AR后端辅助操作系统，本系统能通过AR来远程操作设备进行油气井井喷抢险作业；同时，能减少平面图像和现实三维图像在井口抢险作业时存在的视觉误差，实现远程操控抢险机械精细化操作，提高抢险救援效率，降低抢险人员作业风险。
[0006]同时，本专利技术还提供了抢险AR后端辅助操作方法。
[0007]本专利技术是通过采用下述技术方案实现的：
一种抢险AR后端辅助操作系统，其特征在于：包括前端驾驶室，运算中心和后端驾驶舱；所述前端驾驶室包括双目相机、舵机云台、稳定云台控制单元、视频编码单元、天线和机械臂控制单元；所述后端驾驶舱包括VR眼镜和控制数据采集单元；所述双目相机安装于舵机云台上，舵机云台的转动角度经稳定云台控制单元控制；双目相机采集的视频数据经视频编码单元编码后通过天线传输至运算中心；视频数据经所述运算中心进行解码处理并转化为VR画面传送至驾驶室VR眼镜；VR眼镜通过双目相机获得的坐标、角度信息实时传送至运算中心；所述双目相机的视野大于VR眼镜的视野20
°
至40
°
，且在VR眼镜视野中保留冗余10
°
至20
°
, VR眼镜视野中两侧冗余度数相等；运算中心根据两侧冗余画面进行实时补足，且运算中心将坐标、角度数据传至所述稳定云台控制单元；舵机云台根据角度数据转向VR眼镜对应方向，舵机云台获取振动位移数据，并实时控制舵机云台转动进行补偿，保持画面稳定；控制数据采集单元采用CAN采集卡获取驾驶室控制参数，发送至运算中心，运算中心对控制参数进行处理后转发至机械臂控制单元，实现对抢险机械的操作。
[0008]进一步的，所述双目相机视野160
°
，VR眼镜视野120
°
，VR眼镜视野中两侧冗余度数各为20
°
。则佩戴VR眼镜的驾驶员左右转动20
°
范围内，可以通过视频画面冗余，实现感官上无延时,辅助驾驶员进行现场环境状态判断。
[0009]进一步的，还包括有无线中继，所述双目相机采集的视频数据经视频编码单元编码后通过天线，再通过无线中继传输至运算中心。
[0010]进一步的，还包括储存接口和输出接口，所述视频数据经所述运算中心进行解码处理并转化为VR画面传送至驾驶室VR眼镜，并分发至储存接口和输出接口。
[0011]进一步的，所述储存接口连接视频录制设备，所述输出接口通过视频线连接至指挥至中心屏幕，查看实时画面。
[0012]进一步的，还包括协同控制中心，所述协同控制中心实现后端抢险工作组同步查看实时画面，并在画面中实时标注，同步至驾驶员的VR眼镜视野。
[0013]进一步的，运算中心对控制参数进行加密处理后转发至机械臂控制单元，实现对抢险机械的操作。
[0014]进一步的，在前端驾驶室安装压力、温度和气体传感器，回传前方环境数据，并在驾驶员视野中通过虚拟仪表盘显示，辅助抢险判断。
[0015]进一步的，辅助操作系统中的视频数据选择udp模式传输。具有更低延时，图像传输延迟≤100ms，回传前方环境传感器测得的温度、气体等环境数据。
[0016]一种抢险AR后端辅助操作方法，其特征在于：包括以下步骤：a、采集画面，采集环境数据，回传至数据中心：在驾驶室中安装双目相机，采集高清画面，通过硬件编码单元编码成H265视频；同时，在前端驾驶室加装有毒有害气体传感器，获取现场环境参数；通过路由设备将画面视频和环境数据转化为无线信号，通过天线传至运算中心，由运算中心进行视频与数据的处理与分发；b、运算中心对视频流进行解码，并转化为VR画面传送至驾驶室VR眼镜，实现现场画面重现；运算中心通过硬件解码器对收到的视频数据进行解码，得到视频画面，并将视频画面投射进VR眼镜视野；运算中心基于收到的环境数据生成虚拟仪表盘，并将虚拟仪表盘叠加至VR眼镜视野，并通过VR眼镜呈现现场画面与虚拟仪表盘；c、驾驶员转动头部，前端双目相机跟随转动，驾驶员任意查看现场各方向画面；同
时VR眼镜将坐标、角度信息实时传送至运算中心；双目相机画面视野大于驾驶员视野，在驾驶员转动头部时，运算中心首先根据两侧冗余画面进行实时补足；同时，运算中心将坐标、角度数据传至前端稳定云台控制单元，舵机云台根据角度数据转动，转向VR眼镜对应方向；舵机云台控制板通过陀螺仪获取振动位移数据，并实时控制舵机云台转动进行补偿，保持画面稳定；d、驾驶员操作控制杆，将控制信息传至前端，实现对现场机械控制：驾驶员在后端驾驶室操作控制，控制数据采集单元用C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抢险AR后端辅助操作系统，其特征在于：包括前端驾驶室，运算中心（7）和后端驾驶舱；所述前端驾驶室包括双目相机（1）、舵机云台（2）、稳定云台控制单元（3）、视频编码单元（4）、天线（5）和机械臂控制单元（10）；所述后端驾驶舱包括VR眼镜（8）和控制数据采集单元（9）；所述双目相机（1）安装于舵机云台（2）上，舵机云台（2）的转动角度经稳定云台控制单元（3）控制；双目相机（1）采集的视频数据经视频编码单元（4）编码后通过天线（5）传输至运算中心（7）；视频数据经所述运算中心（7）进行解码处理并转化为VR画面传送至驾驶室VR眼镜（8）；VR眼镜（8）通过双目相机（1）获得的坐标、角度信息实时传送至运算中心（7）；所述双目相机（1）的视野大于VR眼镜（8）的视野20
°
至40
°
，且在VR眼镜（8）视野中保留冗余10
°
至20
°
, VR眼镜（8）视野中两侧冗余度数相等；运算中心（7）根据两侧冗余画面进行实时补足，且运算中心（7）将坐标、角度数据传至所述稳定云台控制单元（3）；舵机云台（2）根据角度数据转向VR眼镜（8）对应方向，舵机云台（2）获取振动位移数据，并实时控制舵机云台（2）转动进行补偿；控制数据采集单元（9）采用CAN采集卡获取驾驶室控制参数，发送至运算中心（7），运算中心（7）对控制参数进行处理后转发至机械臂控制单元（10）。2.根据权利要求1所述的一种抢险AR后端辅助操作系统，其特征在于：所述双目相机（1）视野160
°
，VR眼镜（8）视野120
°
，VR眼镜（8）视野中两侧冗余度数各为20
°
。3.根据权利要求1所述的一种抢险AR后端辅助操作系统，其特征在于：还包括有无线中继（6），所述双目相机（1）采集的视频数据经视频编码单元（4）编码后通过天线（5），再通过无线中继（6）传输至运算中心（7）。4.根据权利要求1所述的一种抢险AR后端辅助操作系统，其特征在于：还包括储存接口和输出接口，所述视频数据经所述运算中心（7）进行解码处理并转化为VR画面传送至驾驶室VR眼镜（8），并分发至储存接口和输出接口。5.根据权利要求1所述的一种抢险AR后端辅助操作系统，其特征在于：还包括协同控制中心，所述协同控制中心实现后端抢险工作组同步查看实时画面，并在画面中实时标注，同步至驾驶员的VR眼镜（8）视野。6.根据权利要求1所述的一种抢险AR后端辅助操作系统，其特征在于：运算中心（7）对控制参数进行加密处理后转发至机械臂控制单元（10）。7.根据权利要求1所述的一种抢险AR后端辅助操作系统，其特征在于：在前端驾驶室安装压力、温度和气体传感器，回传前方环境数据，并在驾驶员视野中通过虚拟仪表盘显示。8.根据权利要求1所述的一种抢险AR后端辅助操作系统，其特征在于：辅助操作系统中的视频数据选择udp模式传输。9.一种抢险AR后端辅助操作方法，其特征在于：包括以下步骤：a、采集画面，采集环境数据，回传至数据中心：在驾驶室中安装双目相机（1），采集高清画面，通过硬件编码单元编码成H265视频；同时，在前端驾驶室加装传感器获取现场环境参数；将画面视频和环境数据转化为无线信号，通过天线（5）传至运算中心（7），由运算中心（7）进行视频与数据的处理与分发；b、运算中心（7）对视频流进行解码，并转化为VR画面传送至...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗园，罗卫华，卿玉，熊祖根，王留洋，谢意湘，李玉飞，胡旭光，胡光辉，刘贵义，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：