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基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法和系统

阅读:837发布:2020-05-11

专利汇可以提供基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法和系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 申请 公开了一种基于动捕和 虚拟现实 的变电站带电作业培训方法和系统,本申请提供的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,学员可以在搭建的真实道具场景下进行带电作业培训和考核,将学员的动作 姿态 同步到与真实道具场景 定位 配准的虚拟场景中的三维人物模型,将三维模型的动作姿态与标准动作姿态进行比对,根据比对结果为学员提供基于虚拟现实的 可视化 作业指导或量化考核,在避免发生安全事故的前提下,能够让变电站带电作业学员能够真实体验变电站带电作业操作,又能够对学员作业关键动作进行量化评判,高效地对学员进行安全动作培训及考核。,下面是基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法和系统专利的具体信息内容。

1.一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,其特征在于,包括:
构建带电作业的虚拟场景和真实道具场景;
对所述真实道具场景定位后,将所述真实道具场景与所述虚拟场景配准;
在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入所述真实道具场景中时,在所述虚拟场景中生成所述学员的三维人物模型;
响应于作业请求,从预置带电作业操作票库中提取所述学员选择的带电作业操作票,使得所述学员根据所述带电作业操作票进行作业;
根据所述学员的位置和动作姿态驱动所述三维人物模型进行与所述学员相同的动作姿态;
若所述作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据所述动作姿态为所述学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导;
若所述作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对所述学员的动作姿态进行量化考核。
2.根据权利要求1所述的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,其特征在于,还包括:
构建所述预置带电作业操作票库、所述预置知识点库和所述预置考点库。
3.根据权利要求1所述的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,其特征在于,所述带电作业虚拟场景和所述真实道具场景按照1:1比例构建。
4.根据权利要求1所述的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,其特征在于,所述在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入所述真实道具场景中时,在所述虚拟场景中生成所述学员的三维人物模型,包括:
在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入所述真实道具场景中时,通过所述预置动作捕捉设备对所述学员进行骨骼级建模,在所述虚拟场景中按1:1比例生成所述学员的三维人物模型。
5.根据权利要求4所述的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,其特征在于,所述根据所述学员的位置和动作姿态驱动所述三维人物模型进行与所述学员相同的动作姿态,包括:
实时计算所述学员的位置信息,将所述位置信息转换为所述虚拟场景的三维坐标;
基于坐标平滑移动算法驱动所述三维人物模型在所述虚拟场景中平滑移动;
通过所述预置动作捕捉设备实时捕捉所述学员的骨骼运动信息,将所述骨骼运动信息转换到所述三维人物模型上,驱动所述三维人物模型进行与所述学员相同的动作姿态。
6.根据权利要求1所述的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,其特征在于,所述可视化作业指导包括:
向所述学员展示所述带电作业操作票的作业场景和作业过程知识点信息;
将所述学员的动作姿态与预置知识点库的带电作业标准动作姿态进行实时比对,根据比对结果实时显示所述学员的动作规范化信息,在所述比对结果显示存在不安全动作时,进行声光告警,并触发所述动作姿态引发的事故三维动画。
7.根据权利要求1所述的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,其特征在于,所述若所述作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对所述学员的动作姿态进行量化考核,包括:
若所述作业请求为考核模式,向所述学员展示所述带电作业操作票的作业场景和作业过程知识点信息,将所述学员的动作姿态与预置考点库的带电作业标准动作姿态进行实时比对,根据比对结果实时考核所述学员的动作姿态是否合格,在所述比对结果显示存在不安全动作时,进行声光告警,并触发所述动作姿态引发的事故三维动画。
8.一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训系统,其特征在于,包括虚拟现实系统、真实道具定位系统和变电站带电作业培训系统;
所述虚拟现实系统,用于构建带电作业的虚拟场景,将所述真实道具定位系统的真实道具场景与所述虚拟场景定位配准,在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入所述真实道具场景中时,在所述虚拟场景中生成所述学员的三维人物模型;
所述真实道具定位系统包括真实道具场景和定位系统,所述定位系统用于对所述真实道具场景进行标签定位;
所述变电站带电作业培训系统,用于响应于作业请求,从预置带电作业操作票库中提取所述学员选择的带电作业操作票,使得所述学员根据所述带电作业操作票进行作业,根据所述学员的位置和动作姿态驱动所述三维人物模型进行与所述学员相同的动作姿态,若所述作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据所述动作姿态为所述学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导,若所述作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对所述学员的动作姿态进行量化考核。
9.根据权利要求8所述的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训系统,其特征在于,所述虚拟现实系统包括所述虚拟现实设备、所述预置动作捕捉设备和配准控制模
所述虚拟现实设备用于显示所述虚拟场景,提供虚拟现实交互接口
所述预置动作捕捉设备用于响应于所述学院的动作姿态,获取所述学员的动作数据,对所述动作数据进行处理;
所述配准控制模块用于实时获取所述学员的定位标签的三维坐标,将所述三维坐标转换为所述虚拟场景的坐标信息,基于坐标平滑移动算法驱动所述三维人物模型在所述虚拟场景中平滑移动,将所述学员的骨骼运动信息转换到所述三维人物模型上,驱动所述三维人物模型进行与所述学员相同的动作姿态。
10.根据权利要求9所述的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训系统,其特征在于,所述变电站带电作业培训系统包括变电站作业场景显示模块、操作票显示模块、虚拟人物显示模块、培训模块和考核模块;
所述培训模块用于若所述作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据所述动作姿态为所述学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导;
所述考核模块用于若所述作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对所述学员的动作姿态进行量化考核;
所述变电站作业场景显示模块用于将控制所述虚拟现实设备显示所述虚拟场景;
所述操作票显示模块用于在所述虚拟现实设备中显示所述带电作业操作票;
所述虚拟人物显示模块用于控制所述三维人物在所述虚拟场景中的显示;
所述培训模块用于若所述作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据所述动作姿态为所述学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导;
所述考核模块用于若所述作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对所述学员的动作姿态进行量化考核。

说明书全文

基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法和系统

技术领域

[0001] 本申请涉及电作业仿真技术领域,尤其涉及一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法和系统。

背景技术

[0002] 变电站带电作业是保障电力系统供电可靠性和连续性的重要方式,变电站带电作业具有专业性强、技术含量高、安全措施严格、作业工况复杂等特点,因此,变电站带电作业人员必须经过系统、全面和有效的培训。
[0003] 目前变电站带电作业培训主要采用理论培训和现场实训等形式展开,一方面学院在变电站带电作业理论培训过程中,往往难以准确理解知识点,且由于培训导师的平不同,对学院学习效果评价参差不齐;另一方面学员在现场实训过程中,由于实训场地和师资有限,带电作业实训受时间、气候、场地和师资的限制,学员要自助学习,获得及时指导比较困难,更重要地,现场实训存在一定的安全险,即使对带电作业培训设备做了安全防护,教室做出了正确的操作指导,在实际培训过程中,仍然有触发安全事故的风险,一旦出现险情,有可能造成培训设备损坏,甚至可能造成人员伤亡,因此,理论培训和现场实训都不是进行变电站带电作业培训和考核的理想方案。
[0004] 随着虚拟现实技术的发展,由于其具有较好的沉浸感和交互性,被广泛应用于游戏、仿真培训等多个领域。目前基于虚拟现实的电力仿真培训是在计算机上或借助于虚拟现实设备完成的,学员使用鼠标键盘或虚拟现实设备对虚拟电力设备进行操作,以此达到培训的目的。但是,这种培训方式与真实场景有很大不同,不能让学员产生现场真实操作的体验。此外,上述培训方法,难以对学员作业关键动作进行量化评判,因此无法高效地对学员进行安全动作培训及考核,并让学员体验到作业过程中的任一不安全动作都可能触发事故。因此,如何在避免发生安全事故的前提下,能够让变电站带电作业学员能够真实体验变电站带电作业操作,又能够对学员作业关键动作进行量化评判,高效地对学员进行安全动作培训及考核,是本领域技术人员亟待解决的技术问题。发明内容
[0005] 本申请提供了一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法和系统,用于在避免发生安全事故的前提下,能够让变电站带电作业学员能够真实体验变电站带电作业操作,又能够对学员作业关键动作进行量化评判,高效地对学员进行安全动作培训及考核。
[0006] 有鉴于此,本申请第一方面提供了一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,包括:
[0007] 构建带电作业的虚拟场景和真实道具场景;
[0008] 对所述真实道具场景定位后,将所述真实道具场景与所述虚拟场景配准;
[0009] 在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入所述真实道具场景中时,在所述虚拟场景中生成所述学员的三维人物模型;
[0010] 响应于作业请求,从预置带电作业操作票库中提取所述学员选择的带电作业操作票,使得所述学员根据所述带电作业操作票进行作业;
[0011] 根据所述学员的位置和动作姿态驱动所述三维人物模型进行与所述学员相同的动作姿态;
[0012] 若所述作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据所述动作姿态为所述学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导;
[0013] 若所述作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对所述学员的动作姿态进行量化考核。
[0014] 可选地,还包括:
[0015] 构建所述预置带电作业操作票库、所述预置知识点库和所述预置考点库。
[0016] 可选地,所述带电作业虚拟场景和所述真实道具场景按照1:1比例构建。
[0017] 可选地,所述在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入所述真实道具场景中时,在所述虚拟场景中生成所述学员的三维人物模型,包括:
[0018] 在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入所述真实道具场景中时,通过所述预置动作捕捉设备对所述学员进行骨骼级建模,在所述虚拟场景中按1:1比例生成所述学员的三维人物模型。
[0019] 可选地,所述根据所述学员的位置和动作姿态驱动所述三维人物模型进行与所述学员相同的动作姿态,包括:
[0020] 实时计算所述学员的位置信息,将所述位置信息转换为所述虚拟场景的三维坐标;
[0021] 基于坐标平滑移动算法驱动所述三维人物模型在所述虚拟场景中平滑移动;
[0022] 通过所述预置动作捕捉设备实时捕捉所述学员的骨骼运动信息,将所述骨骼运动信息转换到所述三维人物模型上,驱动所述三维人物模型进行与所述学员相同的动作姿态。
[0023] 可选地,所述可视化作业指导包括:
[0024] 向所述学员展示所述带电作业操作票的作业场景和作业过程知识点信息;
[0025] 将所述学员的动作姿态与预置知识点库的带电作业标准动作姿态进行实时比对,根据比对结果实时显示所述学员的动作规范化信息,在所述比对结果显示存在不安全动作时,进行声光告警,并触发所述动作姿态引发的事故三维动画。
[0026] 可选地,所述若所述作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对所述学员的动作姿态进行量化考核,包括:
[0027] 若所述作业请求为考核模式,向所述学员展示所述带电作业操作票的作业场景和作业过程知识点信息,将所述学员的动作姿态与预置考点库的带电作业标准动作姿态进行实时比对,根据比对结果实时考核所述学员的动作姿态是否合格,在所述比对结果显示存在不安全动作时,进行声光告警,并触发所述动作姿态引发的事故三维动画。
[0028] 本申请第二方面提供了一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训系统,包括虚拟现实系统、真实道具定位系统和变电站带电作业培训系统;
[0029] 所述虚拟现实系统,用于构建带电作业的虚拟场景,将所述真实道具定位系统的真实道具场景与所述虚拟场景定位配准,在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入所述真实道具场景中时,在所述虚拟场景中生成所述学员的三维人物模型;
[0030] 所述真实道具定位系统包括真实道具场景和定位系统,所述定位系统用于对所述真实道具场景进行标签定位;
[0031] 所述变电站带电作业培训系统,用于响应于作业请求,从预置带电作业操作票库中提取所述学员选择的带电作业操作票,使得所述学员根据所述带电作业操作票进行作业,根据所述学员的位置和动作姿态驱动所述三维人物模型进行与所述学员相同的动作姿态,若所述作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据所述动作姿态为所述学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导,若所述作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对所述学员的动作姿态进行量化考核。
[0032] 可选地,所述虚拟现实系统包括虚拟现实设备、所述预置动作捕捉设备和配准控制模
[0033] 所述虚拟现实设备用于显示所述虚拟场景,提供虚拟现实交互接口
[0034] 所述预置动作捕捉设备用于响应于所述学院的动作姿态,获取所述学员的动作数据,对所述动作数据进行处理;
[0035] 所述配准控制模块用于实时获取所述学员的定位标签的三维坐标,将所述三维坐标转换为所述虚拟场景的坐标信息,基于坐标平滑移动算法驱动所述三维人物模型在所述虚拟场景中平滑移动,将所述学员的骨骼运动信息转换到所述三维人物模型上,驱动所述三维人物模型进行与所述学员相同的动作姿态。
[0036] 可选地,所述变电站带电作业培训系统包括变电站作业场景显示模块、操作票显示模块、虚拟人物显示模块、培训模块和考核模块;
[0037] 所述培训模块用于若所述作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据所述动作姿态为所述学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导;
[0038] 所述考核模块用于若所述作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对所述学员的动作姿态进行量化考核;
[0039] 所述变电站作业场景显示模块用于将控制所述虚拟现实设备显示所述虚拟场景;
[0040] 所述操作票显示模块用于在所述虚拟现实设备中显示所述带电作业操作票;
[0041] 所述虚拟人物显示模块用于控制所述三维人物在所述虚拟场景中的显示;
[0042] 所述培训模块用于若所述作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据所述动作姿态为所述学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导;
[0043] 所述考核模块用于若所述作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对所述学员的动作姿态进行量化考核。
[0044] 从以上技术方案可以看出,本申请实施例具有以下优点:
[0045] 本申请中提供了一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,包括:构建带电作业的虚拟场景和真实道具场景;对真实道具场景定位后,将真实道具场景与所述虚拟场景配准;在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入真实道具场景中时,在虚拟场景中生成学员的三维人物模型;响应于作业请求,从预置带电作业操作票库中提取学员选择的带电作业操作票,使得学员根据带电作业操作票进行作业;根据学员的位置和动作姿态驱动三维人物模型进行与学员相同的动作姿态;若作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据动作姿态为所述学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导;若作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对学员的动作姿态进行量化考核。本申请提供的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,学员可以在搭建的真实道具场景下进行带电作业培训和考核,将学员的动作姿态同步到与真实道具场景定位配准的虚拟场景中的三维人物模型,将三维模型的动作姿态与标准动作姿态进行比对,根据比对结果为学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导或量化考核,在避免发生安全事故的前提下,能够让变电站带电作业学员能够真实体验变电站带电作业操作,又能够对学员作业关键动作进行量化评判,高效地对学员进行安全动作培训及考核。附图说明
[0046] 图1为本申请实施例中提供的一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法的一个流程示意图;
[0047] 图2为本申请实施例中提供的一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法的另一流程示意图;
[0048] 图3为本申请实施例中提供的一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训系统的结构示意图;
[0049] 图4为本申请实施例中提供的一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训系统的框架示意图。

具体实施方式

[0050] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
[0051] 为了便于理解,请参阅图1,本申请提供了一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法的一个实施例,包括:
[0052] 步骤101、构建带电作业的虚拟场景和真实道具场景。
[0053] 需要说明的是,本申请实施例中,首先构建带电作业的虚拟场景,并搭建真实道具场景,虚拟场景用于虚拟实际带电作业的场景,真实道具场景可以是诸如绝缘子串的真实“道具”场景。真实道具场景中的道具并不带电,因此,不存在发生漏电触电的安全事故风险,而且可以在真实道具场景中设置防摔护垫,避免出现学员摔倒受伤。带电作业虚拟场景和真实道具场景可以按照1:1比例构建。
[0054] 步骤102、对真实道具场景定位后,将真实道具场景与虚拟场景配准。
[0055] 需要说明的是,本申请实施例中可以设置有定位系统,在定位区域部署多个定位基站,设定定位程序计算真实道具场景中每个标签到定位基站的距离,从而结算处定位标签的空间坐标,通过空间坐标将真实道具场景与带电作业的虚拟场景进行配准。
[0056] 步骤103、在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入真实道具场景中时,在虚拟场景中生成学员的三维人物模型。
[0057] 需要说明的是,本申请实施例中,学员需要佩戴虚拟现实设备和动作捕捉设备,虚拟现实设备为学员提供虚拟现实交互信息,动作捕捉设备捕捉学员的骨骼运动信息。在检测到穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入真实道具场景中时,在虚拟场景中生成与学员对应的三维人物模型。
[0058] 步骤104、响应于作业请求,从预置带电作业操作票库中提取学员选择的带电作业操作票,使得学员根据带电作业操作票进行作业。
[0059] 需要说明的是,学员在进入真实道具场景中后,可以通过虚拟现实设备发出作业请求,选择目标带电作业场景对应的带电作业操作票,此时,系统会响应于作业请求,从预置带电作业操作票库中提取学员选择的带电作业操作票,使得学员根据带电作业操作票进行作业。作业请求可以是培训模式或考核模式。
[0060] 步骤105、根据学员的位置和动作姿态驱动三维人物模型进行与学员相同的动作姿态。
[0061] 需要说明的是,在开启带电作业之后,学员的位置和动作姿态信息会同步到虚拟场景中的三维人物模型上,驱动三维人物模型进行与学员相同的位置移动和动作姿态改变。
[0062] 步骤106、若作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据动作姿态为学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导,若作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对学员的动作姿态进行量化考核。
[0063] 需要说明的是,若学员选择的带电作业请求为培训模式,根据预置知识点库实时根据动作姿态为学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导,若学员选择的带电作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对学员的动作姿态进行量化考核。
[0064] 本申请实施例提供的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法,学员可以在搭建的真实道具场景下进行带电作业培训和考核,将学员的动作姿态同步到与真实道具场景定位配准的虚拟场景中的三维人物模型,将三维模型的动作姿态与标准动作姿态进行比对,根据比对结果为学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导或量化考核,在避免发生安全事故的前提下,能够让变电站带电作业学员能够真实体验变电站带电作业操作,又能够对学员作业关键动作进行量化评判,高效地对学员进行安全动作培训及考核。
[0065] 为了便于理解,请参阅图2,本申请中提供了一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训方法的另一实施例,包括:
[0066] 步骤201、构建带电作业的虚拟场景和真实道具场景。
[0067] 步骤202、对真实道具场景定位后,将真实道具场景与虚拟场景配准。
[0068] 本申请实施例中的步骤201至步骤202与上一实施例中的步骤101与步骤102一致,在此不再进行赘述。
[0069] 步骤203、在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入真实道具场景中时,通过预置动作捕捉设备对学员进行骨骼级建模,在虚拟场景中按1:1比例生成学员的三维人物模型。
[0070] 需要说明的是,在学员进入真实道具场景中时,预置动作捕捉设备捕捉学员的骨骼节点运动信息,对学员进行骨骼级建模,在虚拟场景中按照1:1的比例生成学员的三维人物模型。
[0071] 步骤204、响应于作业请求,从预置带电作业操作票库中提取学员选择的带电作业操作票,使得学员根据带电作业操作票进行作业。
[0072] 需要说明的是,可以预先建立预置带电作业操作票库,为学员提供带电作业操作票选择。
[0073] 步骤205、实时计算学员的位置信息,将位置信息转换为虚拟场景的三维坐标。
[0074] 步骤206、基于坐标平滑移动算法驱动三维人物模型在虚拟场景中平滑移动。
[0075] 步骤207、通过预置动作捕捉设备实时捕捉学员的骨骼运动信息,将骨骼运动信息转换到三维人物模型上,驱动三维人物模型进行与学员相同的动作姿态。
[0076] 需要说明的是,学员的位置信息转换和动作姿态信息转换是同时进行的,通过对真实道具定位及人身定位实时计算学员位置信息,将学员位置信息转换为虚拟场景三维坐标,并利用坐标平滑移动算法驱动虚拟三维人物模型在虚拟三维场景里平滑移动;同时通过动捕设备实时采集学员的骨骼运动信息,将学员骨骼运动信息转换到虚拟三维人物模型的骨骼上,驱动虚拟三维人物模型动作。
[0077] 步骤208、若作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据动作姿态为学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导,若作业请求为考核模式,向学员展示带电作业操作票的作业场景和作业过程知识点信息,将学员的动作姿态与预置考点库的带电作业标准动作姿态进行实时比对,根据比对结果实时考核学员的动作姿态是否合格,在比对结果显示存在不安全动作时,进行声光告警,并触发动作姿态引发的事故三维动画。
[0078] 需要说明的是,在培训模式下,通过虚拟现实设备向学员展示作业场景及作业过程知识点信息,知识点信息可以包括视频、动画等可视化形式,学员通过虚拟交互模块与虚拟世界交互。在带电作业操作时,将学员动作姿态与预置知识点库带电作业标准动作姿态进行实时对比,并实时显示学员动作的规范化信息,针对不安全动作会声光告警并触发事故三维动画。
[0079] 在考核模式下,根据预置考点库在学员模拟作业过程中实时考核学员。所述实时考核学员,通过虚拟现实设备向学员展示作业场景及作业过程考核反馈信息,考点包括视频、动画等可视化考核形式,学员通过虚拟交互模块与虚拟设计交互。在考核带电作业操作时,将学员动作姿态与预置考点库带电作业标准动作姿态进行实时对比,并实时考核学员动作是否合格,针对不安全动作会触发事故三维动画。
[0080] 请参阅图3和图4,本申请中提供了一种基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训系统的实施例,包括虚拟现实系统、真实道具定位系统和变电站带电作业培训系统;
[0081] 虚拟现实系统,用于构建带电作业的虚拟场景,将真实道具定位系统的真实道具场景与虚拟场景定位配准,在穿戴预置虚拟现实设备和预置动作捕捉设备的学员进入所述真实道具场景中时,在虚拟场景中生成所述学员的三维人物模型;
[0082] 真实道具定位系统包括真实道具场景和定位系统,定位系统用于对真实道具场景进行标签定位;
[0083] 变电站带电作业培训系统,用于响应于作业请求,从预置带电作业操作票库中提取学员选择的带电作业操作票,使得学员根据所述带电作业操作票进行作业,根据学员的位置和动作姿态驱动三维人物模型进行与学员相同的动作姿态,若作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据动作姿态为学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导,若作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对学员的动作姿态进行量化考核。
[0084] 进一步地,虚拟现实系统包括虚拟现实设备、预置动作捕捉设备和配准控制模块;
[0085] 虚拟现实设备用于显示所述虚拟场景,提供虚拟现实交互接口;
[0086] 预置动作捕捉设备用于响应于所述学院的动作姿态,获取学员的动作数据,对所述动作数据进行处理;
[0087] 配准控制模块用于实时获取学员的定位标签的三维坐标,将三维坐标转换为虚拟场景的坐标信息,基于坐标平滑移动算法驱动三维人物模型在虚拟场景中平滑移动,将学员的骨骼运动信息转换到三维人物模型上,驱动三维人物模型进行与学员相同的动作姿态。
[0088] 进一步地,所述变电站带电作业培训系统包括变电站作业场景显示模块、操作票显示模块、虚拟人物显示模块、培训模块和考核模块;
[0089] 培训模块用于若作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据动作姿态为学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导;
[0090] 考核模块用于若作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对学员的动作姿态进行量化考核;
[0091] 变电站作业场景显示模块用于将控制虚拟现实设备显示所述虚拟场景;
[0092] 操作票显示模块用于在虚拟现实设备中显示带电作业操作票;
[0093] 虚拟人物显示模块用于控制三维人物在虚拟场景中的显示;
[0094] 培训模块用于若作业请求为培训模式,则根据预置知识点库实时根据动作姿态为学员提供基于虚拟现实的可视化作业指导;
[0095] 考核模块用于若作业请求为考核模式,则根据预置考点库实时对学员的动作姿态进行量化考核。
[0096] 需要说明的是,如图3和图4所示,本申请实施例中的变电站带电作业培训系统可以由虚拟现实系统、真实道具定位系统和变电站带电作业培训系统组成。其中,虚拟现实系统包括所述虚拟现实设备、所述预置动作捕捉设备和配准控制模块;真实道具定位系统包括真实道具场景和定位系统,定位系统由多个定位基站、多个定位标签和一个定位程序组成;变电站带电作业培训系统由虚拟场景显示模块、操作票显示模块、虚拟人物显示模块、培训模块和考核模块组成。虚拟现实系统和定位系统与变电站带电作业培训系统通过高速有线网络连接,虚拟现实设备和预置动作捕捉设备与配准控制模块通过高速无线网络连接,定位基站与定位标签、定位基站与定位程序通过高速无线网络连接。
[0097] 本实施例虚拟现实设备可以选用任一款提供虚拟现实眼镜及虚拟交互装备的虚拟现实设备。本实施例动作捕捉设备可以选用任意一款支持为用户提供从单臂,到全身,到手指的精巧动作的高质量动作捕捉数据的动捕设备。本实施例定位系统可以选用任一款满足厘米级定位精度的无线定位系统。
[0098] 定位系统通过在定位区域部署多个定位基站,然后由定位程序计算出每个定位标签到定位基站的距离,从而解算出定位标签的空间坐标。
[0099] 以下提供一个具体的基于动捕和虚拟现实的变电站带电作业培训系统应用例子,对500kV变电站500kV场地带电更换自爆绝缘子关键作业流程及进出等电位人员动作要领具体实施方式,如下:
[0100] 第一步:构建500kV变电站500kV场地带电更换自爆绝缘子作业虚拟场景及人员三维人物模型;搭建绝缘子串真实道具场景,该真实道具场景采用支撑起500kV绝缘子串,并在绝缘子串正上方加装安全防护绳导轨;在真实道具场景部署定位系统;在绝缘子串真实道具场景的绝缘子串两端联板位置装设定位标签,分别标识为D1#和D2#,本系统配准控制模块引导用户将真实绝缘子串和虚拟场景绝缘子串的位置进行进行配准;将定位系统与虚拟场景进行配准。
[0101] 第二步:建立500kV变电站500kV场地带电更换自爆绝缘子作业操作票库、知识库及考点库。特别地,针对该作业进出等电位人员动作姿态标准包括:1)进入等电位姿态规范:人员双手和脚横跨绝缘子串不超过3片,且同手同脚横向移动至缺陷处;2)人员与周围带电体的安全距离规范:3.6米;3)退出等电位姿态规范:操作人员双手和脚横跨绝缘子串不超过3片,且同手同脚横向移动至横担处。针对上述标准,在虚拟场景中配置相应的知识点和考核点,包括理论考点、基于虚拟现实的变电站带电作业人员标准运动姿态及作业安全距离相关考点。
[0102] 第三步:学员在虚拟及真实道具场景中根据操作票模拟作业。根据操作票,该作业仿真培训步骤主要包括:在工器具室获取工器具、检查工器具是否合格、作业现场确认工作环境、到达工作区域、进入等电位绝缘子缺陷处、安装卡具、更换绝缘子、恢复绝缘子串荷载、操作人员拆除工具、退出等电位、完成评价。学员佩戴虚拟现实眼镜进入变电站带电作业培训系统,本系统通过虚拟场景显示模块在虚拟现实眼镜中显示虚拟作业场景,学员通过虚拟现实交互模块与虚拟世界交互,学员通过虚拟现实交互模块选择“500kV变电站500kV场地带电更换自爆绝缘子关键作业流程及进出等电位人员动作要领的仿真培训课件”,通过培训模块进入培训模式或通过考核模块进入考核模式,系统通过操作票显示模块在虚拟现实眼镜中显示该作业操作票。
[0103] 第四步:本系统根据该作业仿真培训步骤引导学员完成培训或考核。特别是,学员执行完“到达工作区域”步骤后,系统提示学员佩戴的全身动捕装置,系统配准控制模块引导学员完成带电作业虚拟人员三维模型模型与动作捕捉设备及虚拟现实眼镜的配准,系统引导学员佩戴人身定位标签,标识为D3#。然后,学员进入绝缘子串真实道具场景,本系统定位数据处理模块实时获取人身定位标签的D3#坐标,并实时计算D3#与D1#和D2#的相对位置,然后将转换后的坐标信息传给虚拟人物显示模块。本系统动捕数据处理模块实时获取动作捕捉设备反馈的人员动作姿态信息并转换为虚拟人物姿态信息反馈给虚拟人物显示模块。
[0104] 第五步:系统根据知识点库或考点库实时为学员提供基于虚拟现实的可视化指导或考核。
[0105] 在培训模式下:系统通过虚拟现实眼镜向学员展示作业场景及作业过程知识点信息,知识点信息包括视频、动画等可视化形式。特别是在带电作业操作时,系统将学员动作姿态与带电作业标准动作进行实时对比,并实时显示学员动作的规范化信息,针对不安全动作会声光告警并触发事故三维动画。
[0106] 在考核模式下:系统根据考点库在学员模拟作业过程中实时考核学员。实时考核学员,其特征在于,系统通过虚拟现实眼镜向学员展示作业场景及作业过程考核反馈信息,考点包括视频、动画等可视化考核形式。特别是在考核带电作业操作时,系统将学员动作姿态与带电作业标准动作进行实时对比,并实时考核学员动作是否合格,针对不安全动作会触发事故三维动画。
[0107] 在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
[0108] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0109] 另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0110] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机系统(可以是个人计算机,服务器,或者网络系统等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称:Read-Only Memory,英文缩写:ROM)、随机存取存储器(英文全称:Random Access Memory,英文缩写:RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0111] 以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
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