一种电力运维中实时数据、三维模型和视频结合显示系统的制作方法

1.本发明涉及监控领域，具体涉及电气设备的远程监控，特别是远程实时运行数据、三维模型和现场监控视频相结合的电气设备全息模型数据结合显示的系统。


背景技术：

2.高压电气设备如高压开关柜、预装式变电站、环网柜等在长期运行过程中，许多设备因为系统过电压、湿热盐雾、过载等影响会造成设备故障，需要定期的运行维护及检修，目前运行维护和检修有两种方式，一种是通过远程视频监控观察设备的外部状态及智能采集信号，另一种是运维人员到现场打开设备观测设备内部的状况。第一种运维手段只能看到设备外观，判断外部故障，观测不到设备内部状态，第二种情况需要大量的专业现场运维人员。
3.目前，通过在设备上安装传感器，将设备运行参数发送给运维系统，可以远程得到各设备的运行情况，但这种方式并不直观，需要经验丰富的运维人员来判断。


技术实现要素：

4.为了克服上述缺陷，本发明提供了、一种电力运维中实时数据、三维模型和视频结合显示系统，将设备外观、内部结构、各设备的实时运行参数以3d全息图像进行显示。
5.为实现发明目的，采用以下技术方案：一种电力运维中实时数据、三维模型和视频结合显示系统包括现场设备，现场设置的摄像机、运维中心设置的处理器以及显示设备，其特征在于，现场设备上安装传感器采集运行数据，运行数据以及摄像机拍摄的现场视频经通信链路传送给处理器；处理器包括三维模型处理模块、视频合成模块和输出模块，三维模型处理模块生成现场设备对应的三维模型，并将运行数据显示在三维模型上；视频合成模块将三维模型、现场视频合成转换为全息影像源；输出模块将全息影像源输出到显示设备全息投影显示。
6.进一步地，三维模型处理模块在建立三维模型时，设定模型坐标系，将运行现场的设备按实际尺寸完成模型设备的三维建模；设备现场设定设备坐标系；模型设备在模型坐标系中的位置与现场设备在设备坐标系中的位置一致。
7.进一步地，三维模型处理模块调整三维模型的显示方式，使设备运行视频中设备的轮廓和三维模型的外部形状重合。
8.本发明完成不同来源视频的合成，进而进行3d全息显示。显示的内容中，现场视频的中的设备与3d模型的外形要完全重合，否则在显示的全息图像中会有重影，影响效果。
9.有益效果：采用本发明提供的系统，将实时数据、三维模型以及现场设备运行视频合成后进行全息投影显示，现场视频与三维模型匹配显示，可以还原现场设备运行状态，直观显示设备外观以及设备内各部分的运行参数，运维人员不去现场就能看到现场设备实时运行状况。
附图说明
10.图1是本发明的现场示意图；图2是处理器的组成示意图；图3是全息投影示意图；图4是本发明的实施例；图5是某一现场设备对应的三维模型显示。
具体实施方式
11.以下结合实施例对本发明进行详细的说明。以下所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
12.一种电力运维中实时数据、三维模型和视频结合显示系统，包括现场设备，现场设置的摄像机、运维中心设置的处理器以及显示设备。
13.现场设备上安装传感器采集运行数据，运行数据以及摄像机拍摄的现场视频经通信链路传送给处理器，如图1所示。
14.参看图2，处理器包括三维模型处理模块、视频合成模块和输出模块，三维模型处理模块生成现场设备对应的三维模型，并将运行数据显示在三维模型上；视频合成模块将三维模型、现场视频合成转换为全息影像源；输出模块将全息影像源输出到显示设备全息投影显示。
15.处理器还包括畸变处理模块，对设备运行视频进行畸变校正处理后传输给视频合成模块。
16.处理器还包括视频监测模块，对设备运行视频进行监测，当监测到视频内容有明显变化时，将发生变化的位置通知三维模型处理模块，在三维模型的显示同步变化。
17.本实施例中，处理器采用功能完善的计算机。
18.本发明是基于上述系统实现电力运维中实时数据、三维模型和视频结合，以全息投影方式进行显示。
19.首先完成前期准备，包括三维模型的建立和现场设备的安装。
20.a、三维模型处理模块生成现场设备对应的三维模型：设定模型坐标系，按照运行现场设备的实际尺寸建立三维模型，防止模型与实际设备影像结合时不匹配。
21.在现场设定设备坐标系，安装现场设备。
22.模型设备在模型坐标系中的位置与现场设备在设备坐标系中的位置一致。
23.b、在现场设备上安装传感器，并将传感器位置在三维模型上定位。
24.在设备上需要监测的重要位置安装传感器，以获取电压、电流、温度等运行参数。为了显示各传感器采集的数据，将传感器位置在三维模型上定位。
25.c、传感器采集现场设备的运行数据，通过通信链路传至运维中心的处理器，三维模型处理模块将运行数据在三维模型上对应传感器的位置上显示。
26.运行数据反映的是某个设备的运行情况，最直观的是将运行数据显示到三维模型中的具体设备上。由于传感器的安装位置有可能与设备比较远，本实施例中，传感器在三维模型上的定位位置，即三维模型上对应传感器的位置，是作为数据源的设备位置。
27.传感器不在三维模型中显示。
28.d、运行现场安装摄像机，采集设备运行视频。
29.摄像机最好不要离设备太近，避免严重的广角畸变。
30.现场视频中，由于无人值守，设备的外形基本处于静止状态，因此，在一定的时间内，或检测设备外形没有变化的时间段内，可以使用一帧图像生成视频流。这种情况下，可以对图像进行畸变校正处理，处理后再生成视频流。
31.本发明中，处理器还包括畸变处理模块，对设备运行视频进行畸变校正处理后传输给视频合成模块。
32.e、将设备运行视频和显示运行数据的三维模型合成转换为全息影像源。
33.将不同的视频源合成转换为全息影像源是成熟技术，如使用vuforia模块叠加真实场景信息和3d空间模板数据。
34.本发明中，两个视频源是相关的，需要将两个视频中的设备外形完全重合，这是本发明的重点之一。
35.在前期准备中，建立了模型坐标系和设备坐标系，模型设备在模型坐标系中的位置与现场设备在设备坐标系中的位置一致，因此，只要观察者在两个坐标系中的位置和视角相同，所看到的现场设备和三维模型是一致的。
36.摄像机的位置一旦固定，需要调整三维模型输出的图像。
37.三维模型处理模块调整三维模型的显示方式，使设备运行视频中设备的轮廓和三维模型的外部形状重合。
38.为实现上述目的，本实施例提出了两种解决方案。
39.1、自动选取三维模型图像的大小和角度。
40.获取摄像机在现场设备坐标系的位置和镜头对准方向；根据获取的位置，调整三维模型显示的角度和距离，获得与设备运行视频匹配的三维模型影像。
41.在三维建模软件中，设置相机的位置和镜头视角可以实现上述功能。
42.可以选择正交相机和透视相机，但由于软件中的透视相机输出与现场用的摄像机输出的畸变效果可能不同，本实施例中，使用正交相机，以匹配矫正后的现场影像。
43.2、人工选取三维模型图像的大小和角度。
44.获取摄像机拍摄的视频，截取画面；人工调整三维模型显示角度和比例，使三维模型的轮廓与截取画面中的设备外部形状重合。
45.获取设备运行视频，取一帧作为参考。由于现场基本处于静止状态，任取一帧即可。
46.将参考帧放入屏幕，通过旋转、缩放、移动等调整三维模型的显示角度和比例，使设备运行视频参考中设备的轮廓和三维模型的外部形状重合。
47.以此时的显示方式输出三维模型的图像，与设备运行视频合成转换为全息影像源。
48.f、全息投影显示。
49.经过以上处理，全息投影的是现场运行的设备、与现场设备外形重合的三维模型、设备内部的各组成部件以及各组成部件的运行参数，如图3所示。
50.为了能明显区别设备的组成，在三维模型中，有连接关系的不同部件用不同颜色进行显示，便于新手了解设备组成。
51.在实际应用中，运维人员可以执手持设备进入全息投影中，如图3所示。
52.本发明的数据传输路径如图4所示。
53.手持设备显示三维模型；当手持设备进入全息投影显示区域时，检测手持设备的位置，根据位置在手持设备上显示附近的设备细节。
54.位置可以通过激光、蓝牙等室内定位系统进行检测，通过人员或手持设备的坐标位置，在手持终端上显示附近的设备细节，给运维人员提供更精准的辅助。
55.传感器采集的运行数据包括电压、电流、温度；设置运行数据的阈值，当实时运行数据超过阈值时，判断为故障，在三维模型上以闪烁方式显示故障部分。故障解除后恢复正常显示。如图5所示，判断两个位置出现故障，两个位置分别以黄色和红色闪烁显示。
56.某些情况下，运维人员会进入设备运行现场对设备进行操作，如打开设备机箱等，这时，现场视频就发生了变化，且该变化可以通过视频监控软件自动监测。
57.本发明的处理器中，视频监测模块对设备运行视频进行监测，当监测到视频内容有明显变化时，将发生变化的位置通知三维模型处理模块，在三维模型的显示同步变化。
58.由于只监测设备外形的变化，因此可以根据视频中发生变化的平面坐标位置，判断在三维模型中可以发生变化的部件，进而进行同步。
59.不同运行状态引起的设备内部的变化，在三维模型中同步改变。如断路引起的开关跳闸。为了同步现场视频，当监测到上述变化时，三维模型的显示同步变化。开关动作可以从其他监控系统得到，这里不再冗述。