特高压GIS设备检测培训临境交互系统及其培训方法与流程

特高压gis设备检测培训临境交互系统及其培训方法
技术领域
1.本发明属于gis设备检测培训技术领域，具体涉及一种特高压gis设备检测培训临境交互系统及其方法及其培训方法。


背景技术：

2.gis带电检测与分析是一项专业性较强、技术门槛较高的技能，随着变电设备规模扩大、运行安全要求提升，专业人员数量显得尤为不足。为提升专业人员数量和质量，带电检测技术的培训和普及显得尤为重要。
3.目前，针对变电设备运维人员的培训主要包括理论培训、真实设备实训及基于多媒体和虚拟现实仿真培训等方式。其中基于虚拟现实仿真培训中，虚拟机提供了一套全方位的虚拟环境包括检测设备、周边环境、检测对象及操作流程指示，该方式要求学员在完全虚拟环境中开展培训工作，相对传统单一的理论培训，学员对设备的理解和学习已经有一定程度的提升，培训效果也得到了一定的改善。然而在培训的过程中，该方式并未实际检测目标进行有效结合，学员需要进行大量的模拟训练才能勉强开展实际操作，对于新学员即使通过该方式完成了培训，现场仍然需要熟练操作手指导，同时该方式中的场景尺寸与实际尺寸存在较大差异，对于gis检测应用到的超声波检测方法需要考虑传感器安置间距，该培训方式将存在一定的误导性风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种特高压gis设备检测培训临境交互系统及其方法，将虚拟环境与实际环境进行融合，通过增强虚拟技术在真实的场景中叠加增强的虚拟数字层，从视觉上对设备的认识更为清晰准确，培训模拟操作内容与实际gis相结合，让学员对gis设备检测操作的理解更为深刻，通过该系统培训方法能够大幅提升学员实操培训的效率。
5.本发明采用的技术方案是：一种特高压gis设备检测培训临境交互系统及其方法，包括头盔眼镜和操作手柄；头盔眼镜用于获取并显示gis设备的实物图像，将gis设备高精度三维模型与gis设备实物图像进行自动配准融合形成虚拟场景并进行显示；头盔眼镜配置有培训模块并加载显示培训模块相应的培训选项，外部人员通过操作手柄输入控制指令以选择培训选项；操作手柄根据外部人员操作发送将控制指令发送至头盔眼镜，头盔眼镜根据控制指令选择调用的培训选项显示对应的培训模块；头盔眼镜根据控制指令加载并显示相应的培训模块的内容。操作手柄根据外部人员操作发送控制指令以开展相应的培训内容
6.上述技术方案中，头盔眼镜采用双目识别功能，用于智能识别gis实物设备和辨识gis实物设备的各关键部位；头盔眼镜根据gis设备的整体结构特征和关键部位特征，自动将gis设备高精度三维模型与gis设备实物图像进行匹配融合；将gis设备的关键参数通过虚拟数字层的方式叠加在gis设备的实物图像中实物各部位上方。
7.上述技术方案中，所述培训模块包括gis设备结构组成培训模块；当gis设备结构组成培训模块被调用时，外部人员通过操作手柄发送控制指令，头盔眼镜根据控制指令内容在虚拟场景上显示对gis设备的整体或局部内部结构拆解剖析或gis设备整体或局部装配的训练内容。
8.上述技术方案中，所述培训模块包括gis设备检测培训模块；当gis设备检测培训模块被调用时，所述gis设备结构组成培训模块根据外部指令设置检测方式和检测器具，头盔眼镜根据外部指令显示相应检测的操作步骤提示；外部人员通过操作手柄发送控制指令，头盔眼镜根据控制指令内容在虚拟场景上显示gis设备整体或局部检测的训练内容。
9.上述技术方案中，所述培训模块包括gis设备状态评估培训模块；当gis设备状态评估培训模块被调用时，头盔眼镜在虚拟场景中显示gis设备数字层的模拟数据与运行规范自动对比的结果以及gis设备的模拟波形图谱和标准波形图谱。
10.上述技术方案中，所述培训模块包括gis结构原理剖析模块；当gis结构原理剖析模块被调用时，头盔眼镜根据外部人员发送的控制指令内容在虚拟场景上显示gis设备对应模块的运行工作原理。
11.上述技术方案中，头盔眼镜上设置有麦克风和耳麦；头盔眼镜通过麦克风获取使用过程中的背景环境音和操作动作音并通过耳麦反馈至使用人员。
12.上述技术方案中，操作手柄中配置有感触提醒模块，当培训模块执行过程中检测到来自操作人员的错误操作后发送驱动指令至感触提醒模块，感触提醒模块使操作人员产生神经感触。
13.上述技术方案中，头盔眼镜中配置有存储模块，所述存储模块用于存储操作人员的培训信息，包括培训人员基本信息、模拟操作过程信息、误动作信息。
14.本发明提供了一种基于特高压gis设备检测培训临境交互系统的培训方法，包括以下步骤：
15.s1，在户外培训现场，学员穿戴头盔眼镜和握住操作手柄，头盔眼镜智能识别gis设备实物和辨识各关键部位；
16.s2，头盔眼镜根据gis设备的整体结构特征和关键部位特征，自动将gis设备高精度三维模型与gis设备实物图像进行匹配融合；
17.s3，头盔眼镜根据虚拟模型中gis设备各部位的位置信息，将设备的基本信息和运行指标信息叠加在融合后设备的相应部位正上方，从而实现在gis设备实物上叠加虚拟数据层；
18.s4，学员面对gis设备实物，在头盔眼镜展示的虚拟环境中选择相应的培训选项并通过操作手柄发送包含模拟操作的控制指令以开展相应的培训内容；
19.s5，头盔眼镜中的存储模块自动存储学员的培训信息，包括培训人员基本信息、培训过程信息、误动作信息，学员的基本信息是通过登录页面获得，培训过程信息包括学员培训内容信息、操作动作信息、考核结果信息。
20.本发明的有益效果是：在真实环境自动跟踪gis设备，并对虚拟环境的gis设备进行渲染，然后将真实环境gis设备与虚拟环境的gis设备进行自动配准融合，最后将虚拟的数据信息叠加在真实gis上，学员通过穿戴的培训设备能够在真实gis设备上看到叠加的虚拟数字层，因而可以从视觉上对gis设备的结构组成、数据合理区间分布、子模块工作原理、
检测标准流程等认识更为清晰准确，实操性的培训学习效率更高。
附图说明
21.图1为本发明的模块示意图；
22.图2为本发明的培训过程示意图；
23.图3为本发明的gis设备检测培训模块应用流程示意图；
24.图4为本发明具体实施例的示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
26.如图1所示，本发明提供了一种特高压gis设备检测培训临境交互系统及其方法，包括头盔眼镜和操作手柄；头盔眼镜用于获取并显示gis设备的实物图像，将gis设备高精度三维模型与gis设备实物图像进行自动配准融合形成虚拟场景并进行显示；头盔眼镜配置有培训模块并加载显示培训模块相应的培训选项，操作手柄根据外部人员操作发送控制指令至头盔眼镜，头盔眼镜调用控制指令选择的培训选项对应的培训模块；头盔眼镜根据控制指令加载并显示相应的培训选项的内容。
27.如图4所示，本具体实施例提供了一种特高压gis设备检测培训临境交互系统及，包括无线电连接的头盔眼镜和操作手柄；头盔眼镜集成有用于获取并显示gis设备实物图像的摄像头，和用于将gis设备高精度三维模型与gis设备实物图像进行自动配准融合形成虚拟场景的第一处理器，以及用于显示虚拟场景的显示屏，以及用于与操作手柄进行无线通信的第一通信模块；显示屏、摄像头、第一通信模块分别与处理器电连接；所述第一处理器包括培训模块，培训模块用于根据接收到的控制指令加载培训内容并通过显示屏进行显示；操作手柄上设置有按键、第二处理器与第二通信模块，按键与第二通信模块分别与第二处理器电连接；第二通信模块与第一通信模块无线电连接；所述按键用于根据外部人员操作生成控制信号并发送至第二处理器，第二处理器用于根据控制信号生成控制指令并通过第二通信模块和第一通信模块发送至第一处理器。
28.上述技术方案中，头盔眼镜配置的第一处理器能够自动识别、追踪和定位现实环境中的gis设备，具有双目识别功能，能够智能识别gis实物，从而实现gis设备三维模型与实物的配准融合。gis设备各部位的虚拟数据信息可根据融合的结果，自动叠加在实物相应部位的正上方，形成虚拟的培训场景。第一处理器调用培训模块，通过头盔眼镜端的显示屏将虚拟的培训场景和培训内容展现在实际环境中，同时头盔眼镜的显示屏为学员提供培训模块调用选择的相应培训内容选项，培训内容包括gis设备结构组成培训、gis设备检测培训、gis设备状态评估培训三个部分，培训全过程数据通过无线网络传输至后台服务端。培训人员通过操作手柄发送指令，选择需要调用的培训内容。
29.上述技术方案中，所述培训模块包括gis设备结构组成培训模块、gis设备检测培训模块、gis设备状态评估培训模块、gis结构原理剖析模块。头盔眼镜的显示屏是在开机后显示各个培训模块的选项，学员通过操作手柄选择对应的选项，操作手柄将接收的包含选择内容的控制指令发送至头盔眼镜。头盔眼镜的第一处理器基于学员的选择调用对应的培
训模块并通过显示屏显示对应的培训内容。同时培训内容开始时，学员通过操作手柄向头盔眼镜发送包含模拟操作动作内容的控制指令，头盔眼镜通过显示屏将动作内容在虚拟环境中显示出来。
30.当gis设备结构组成培训模块被调用时，外部人员通过操作手柄发送控制指令，头盔眼镜根据控制指令内容在虚拟场景上显示对gis设备的整体或局部内部结构拆解剖析或gis设备整体或局部装配的训练内容。执行gis设备结构组成培训模块内容时，学员面对gis设备实物可以通过操作手柄在虚拟环境上对设备的整体或局部内部结构进行拆解剖析，也可以通过该模块对gis设备整体或局部进行装配训练，其中手柄和头盔眼镜的数据交互采用蓝牙传输方式。
31.当gis设备检测培训被调用时，所述gis设备结构组成培训模块根据外部指令设置检测方式和检测器具，头盔眼镜根据外部指令显示相应检测的操作步骤提示；外部人员通过操作手柄发送控制指令，头盔眼镜根据控制指令内容在虚拟场景上显示gis设备整体或局部检测的训练内容。该模块执行时，学员首先选择相应的检测方式(超声波检测或特高频检测)和检测工器具后，头盔眼镜屏显上会出现相应检测的操作步骤提示，学员根据该操作提示面对实物在模拟环境中开展gis设备检测培训工作，该操作提示方式为可选项。
32.当gis设备状态评估培训模块被调用时，头盔眼镜在虚拟场景中显示gis设备数字层的模拟数据与运行规范自动对比的结果以及gis设备的模拟波形图谱和标准波形图谱。该模块执行时，学员可根据数字层的模拟数据与运行规范自动对比的结果，初步对gis设备的运行状态进行评估，同时根据模拟波形图谱与标准波形图谱进行对比，进一步对gis设备运行状态和故障类型进行评估诊断。
33.当gis结构原理剖析模块被调用时，外部人员通过操作手柄发送控制指令，头盔眼镜根据控制指令内容在虚拟场景上显示gis设备对应模块的运行工作原理。该模型执行时学员在gis设备三维模型上查看各模块的运行工作原理，由内到外让学员对gis设备结构有一个清晰充分的认识。
34.上述技术方案中，头盔眼镜上设置有麦克风和耳麦；头盔眼镜通过麦克风获取使用过程中的背景环境音和操作动作音并通过耳麦反馈至使用人员。操作手柄中配置有感触提醒模块，当培训模块执行过程中检测到来自操作人员的错误操作后发送驱动指令至感触提醒模块，感触提醒模块使操作人员产生神经感触。通过上述两种方式能够让学员在培训的过程中有身临其境的感触。
35.上述技术方案中，头盔眼镜中配置有存储模块，所述存储模块用于存储操作人员的培训信息，包括培训人员基本信息、模拟操作过程信息、误动作信息。学员的基本信息是通过登录页面获得，培训过程信息包括学员培训内容信息、操作动作信息、考核结果信息等。
36.本发明还提供了一种基于特高压gis设备检测培训临境交互系统的培训方法，具体包括以下步骤：
37.1、头盔眼镜采用双目识别功能可智能识别gis设备实物和辨识gis设备各关键部位。在户外培训现场，学员首先通过穿戴的头盔眼镜对gis设备实物及其关键部位进行识别和定位；
38.2、头盔眼镜完成gis设备实物识别和定位后，根据gis设备的整体结构特征和关键
部位(检测盒、支架、端点)特征，自动将gis设备的三维模型与实物进行匹配融合；
39.3、头盔眼镜根据虚拟模型中gis设备各部位的位置信息，将设备的基本信息和运行指标信息叠加在融合后设备的相应部位正上方，从而实现在gis设备实物上叠加虚拟数据层；
40.4、完成上述三个步骤后头盔眼镜进行画面展示和语音提醒，提示学生开始培训操作。学员可面对gis设备实物，在头盔眼镜提供的虚拟环境中通过操作手柄选择开展相应的培训内容，包括gis设备结构原理剖析培训、带电检测方法培训、gis设备检测过程培训、gis设备典型故障分析培训。头盔眼镜根据学员通过操作手柄发送的控制指令调用对应的培训模块并通过显示屏显示对应的培训内容。同时培训内容开始时，学员通过操作手柄向头盔眼镜发送包含模拟操作动作内容的控制指令，头盔眼镜通过显示屏将动作内容在虚拟环境中显示出来。
41.5、头盔眼镜中的存储模块自动存储学员的培训信息，包括培训人员基本信息、模拟操作过程信息、误动作信息等，学员的基本信息是通过登录页面获得，培训过程信息包括学员培训内容信息、操作动作信息、考核结果信息等。
42.gis设备检测培训模块执行的gis设备检测过程培训流程如图2所示，学员进入培训系统后根据自身的培训需求，选择需要培训内容包括多人协作、常规检测、异常检测三大类。完成培训类型选择后选择特高频或超声波检测方式。然后根据上述培训内容选择相应检测装置，包括检测设备、穿戴工具和辅助设备。接下来可以通过选择启动检测培训指导和不启动检测培训指导两种方式开展模拟仿真培训操作。
43.gis设备检测方法培训的仿真检测操作实施流程如图3所示。学员通过选择需要培训的检测方法，首先通过检测设备检测去除环境噪音，对于特高频检测而言可通过将检测设备置于空气中检测，对于超声波检测可通过将检测装置安装于金属架构中进行监测；其次是确定gis设备检测时各检测方法中的测试点位。然后安装设备，对于特高频检测而言可通直接模拟安装特高频设备，对于超声波检测先在测试点涂抹耦合剂然后模拟安装超声波设备。各个传感器进行模拟安装完成后设置检测数据采集时间。最后对采集的图谱数据进行自动存储和智能分析。
44.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。