技术领域
[0001] 本
发明涉及一种变电站巡检导航系统和导航方法。
背景技术
[0002] 室外导航技术已经相对成熟，国内外能够提供该技术服务的企业不可胜数，但是室内导航系统却犹如刚破土的新苗，还在发展的初步阶段，可以用来使用的室内导航
软件相对较少，而被用户接受的更是寥寥无几，原因是室外导航技术虽然已经成熟，但是它不能简单的向室内
定位服务系统横向拓展。
[0003] 在电
力行业中，随着城市的发展，35kV变电站及用户
开关站增多，这部分
站点部分位于大型商场，地下室，办公楼，地形较为复杂，如果不熟悉站内地形和
位置，运维人员的巡站时间会增加，工作效率会降低，并且难以保障人身安全。
发明内容
[0004] 本发明提供一种变电站巡检导航系统和导航方法，有效缩短运维人员寻找室内变电站具体位置所消耗的时间，有利于缩短巡检人员工作时间，使用AR技术增强导航呈现效果，大量有用的信息可以从AR全景地图中提取出来，有效提高工作效率，保障人身安全，实现智能快捷管理。
[0005] 为了达到上述目的，本发明提供一种变电站巡检导航系统，包含后台
服务器和至少一个与后台服务器进行通信的智能终端，以及多个设置在变电站中的定位器；
[0006] 所述的后台服务器进一步包含：定位模
块，
电子地图模块，基于AR的实景导航模块，以及平面图和全景图预览模块；
[0007] 所述的定位模块采集所有设置在变电站中的定位器的坐标和
信号强度值与距离的对应关系，形成定位器信息
数据库预存在定位模块中，定位模块根据接入后台服务器的智能终端接收到的定位器发射的信号的强度值，与定位器信息数据库进行对比，得到智能终端在变电站中的实时位置，并将实时位置显示在电子地图上；
[0008] 所述的电子地图模块用于将变电站中各个楼层的电子地图、智能终端的实时位置和导航路径展示到智能终端，并根据智能终端的输入指示实现对电子地图的操作；
[0009] 所述的基于AR的实景导航模块利用电子地图拓扑关系图，通过路径规划
算法得到智能终端输入的起点到终点之间的导航路径，并采用AR
增强现实技术实时将智能终端在变电站中的实时位置的实景图显示到智能终端；
[0010] 所述的平面图和全景图预览模块用于将电子地图上关键
节点的180°平面图和360°全景图显示到智能终端。
[0011] 所述的智能终端与后台服务器之间通过网络进行信息交互，所述的网络是WiFi网络，或蜂窝网络，或蓝牙网络。
[0012] 所述的电子地图模块包含：
[0013] 地图展示模块，通过图像方式展示电子地图的线条，定位标志以及导航路径和其他标记元素；
[0014] 地图操作模块，实现对电子地图的缩放、选取楼层、搜索、预览操作；
[0015] 地图拓扑结构模块通过
有向图来描述变电站室内环境的各个楼层和关键节点之间关系的拓扑结构，形成电子地图拓扑关系图。
[0016] 所述的基于AR的实景导航模块包含：
[0017] 就近点搜索模块，用于选取电子地图拓扑关系图中最靠近智能终端的实时位置的关键节点作为起点，并选取电子地图拓扑关系图中最靠近智能终端确定的目标点的关键节点作为终点进行导航；
[0018] 楼层选择模块，用于根据智能终端的实时位置的变化实时切换对应楼层的电子地图，并匹配与每一楼层的电子地图相匹配的定位和导航数据；
[0019] 导航路径规划模块，利用电子地图拓扑关系图进行室内导航跨楼层计算，得到起点与终点之间的一条最方便快捷的导航路径，并显示在电子地图上。
[0020] AR实景导航模块，用于实时显示智能终端在变电站中的实时位置的AR增强现实技术实景图片。
[0021] 本发明还提供一种变电站巡检导航方法，该方法应用在后台服务器，该方法包含：
[0022] 定位模块采集所有设置在变电站中的定位器的坐标和信号强度值与距离的对应关系，形成定位器信息数据库预存在定位模块中；
[0023] 电子地图模块建立电子地图；
[0024] 定位模块根据接入后台服务器的智能终端接收到的定位器发射的信号的强度值，与定位器信息数据库进行对比，通过定位算法计算得到智能终端在变电站中的实时位置，并将实时位置显示在电子地图上；
[0025] 基于AR的实景导航模块利用电子地图拓扑关系图，通过路径规划算法得到智能终端输入的起点到终点之间的导航路径；
[0026] 在导航过程中，AR实景导航模块采用AR增强现实技术将智能终端在变电站中的实时位置的AR增强实景图显示到智能终端，平面图和全景图预览模块将智能终端在电子地图上选取的关键节点的180°平面图和360°全景图显示到智能终端。
[0027] 所述的电子地图模块建立电子地图方法包含：
[0028] 地图展示模块通过图像方式展示电子地图的线条，定位标志以及导航路径和其他标记元素，通过有向图来描述变电站室内环境的各个楼层和关键节点之间关系的拓扑结构，形成电子地图拓扑关系图存储在地图拓扑结构模块中，地图操作模块实现对电子地图的操作。
[0029] 所述的得到导航路径的方法包含：
[0030] 根据定位模块得到的智能终端在变电站中的实时位置，就近点搜索模块选取电子地图拓扑关系图中最靠近智能终端的实时位置的关键节点作为起点，并选取电子地图拓扑关系图中最靠近智能终端确定的目标点的关键节点作为终点，导航路径规划模块利用电子地图拓扑关系图进行室内导航跨楼层计算，得到起点与终点之间的一条最方便快捷的导航路径，并显示在电子地图上，楼层选择模块根据智能终端的实时位置的变化实时切换对应楼层的电子地图，并匹配与每一楼层的电子地图相匹配的定位和导航数据。
[0031] 本发明有效缩短运维人员寻找室内变电站具体位置所消耗的时间，有利于缩短巡检人员工作时间，使用AR技术增强导航呈现效果，大量有用的信息可以从AR全景地图中提取出来，有效提高工作效率，保障人身安全，实现智能快捷管理。
附图说明
[0032] 图1本发明提供的一种变电站巡检导航系统的示意图。
[0033] 图2是电子地图模块的示意图。
[0034] 图3是基于AR的实景导航模块的示意图。
具体实施方式
[0035] 以下根据图1～图3，具体说明本发明的较佳
实施例。
[0036] 如图1所示，本发明的一个实施例中，提供一种变电站巡检导航系统，包含后台服务器1和至少一个与后台服务器1进行通信的智能终端2，以及多个设置在变电站中的定位器3，所述的后台服务器1进一步包含：定位模块4，电子地图模块5，基于AR的实景导航模块6，以及平面图和全景图预览模块7。
[0037] 所述的智能终端2可以采用智能手机，或者
平板电脑，或者其他智能设备。所述的智能终端2与后台服务器1之间通过WiFi网络连接，或者通过蜂窝网络连接，或者通过蓝牙网络连接。所述的智能终端2可以通过网络与后台服务器1进行信息交互。
[0038] 在本发明的一个实施例中，在专网环境下，在服务区内采用智能终端2的WiFi连接后台服务器1站内部署的信息发射器。以物理隔离的方式实现与外部网络的相互独立，减轻了信息安全威胁，并且与其他网络实施物理隔离，不同区域之间根据需要实施逻辑隔离措施，对用户进行
访问控制，应有互不相同的用户名和操作口令，保证身份唯一性，以实现“专网专用”，保证信息的安全性。
[0039] 在本发明的另一个实施例中，在公网环境下，智能终端2采用内置SIM卡链接公网，采用IETF推荐的E定位器-SIM/E定位器-AKA标准作为WLAN终端接入认证机制，用SIM卡作为认证密钥分发的载体，智能终端用户连接WLAN网络不需要手动输入认证信息，通过SIM卡自动完成认证，提供了很高的安全性。
[0040] 在已接入的
硬件设备丢失的情况下，智能终端2可进行申报处理，后台服务器1可以立即将该智能终端用户下的认证信息与资料进行
锁定与删除操作，杜绝造成更大的信息损失。
[0041] 所述的定位器3设置在变电站中，在本发明的一个实施例中，所述的定位器3采用蓝牙发射器，可以发射蓝牙信号。
[0042] 定位模块4在室内导航系统中是一个十分核心的模块，是整个系统的前提和
基础，只有在定位模块4的数据得以保障才使得后面的导航模块为用户提供指引成为可能。室内环境由于其自身的独特性，障碍物和信号遮挡物众多，因此在室内清楚的确定行人的位置便变得格外珍贵，一个有效的定位模块成为一个完整实用的室内导航系统的必备。所述的定位模块4采集所有设置在变电站中的定位器3的坐标和信号强度值与距离的对应关系，形成定位器信息数据库预存在定位模块4中，定位模块4根据接入后台服务器1的智能终端2接收到的定位器3发射的信号的强度值，与定位器信息数据库进行对比，得到智能终端2在变电站中的实时位置，并将实时位置显示在电子地图上。
[0043] 所述的电子地图模块5用于展示变电站中各个楼层的电子地图，实现对电子地图的操作，并展示导航路径。
[0044] 电子地图模块5不仅可以实现对电子地图的操作，还为定位模块4、基于AR的实景导航模块6，以及平面图和全景图预览模块7留下
接口，以便其他模块数据的及时反馈和交互。电子地图模块5是信息存储量最多的模块，也是后台与用户交互的最直接的方式之一。
[0045] 如图2所示，所述的电子地图模块5进一步包含：
[0046] 地图展示模块51，通过图像方式展示电子地图的线条，定位标志以及导航路径和其他标记元素；地图展示模块51的作用主要是通过最直接的图像方式向用户显示各种信息，在本发明的一个实施例中，显示的信息主要包含：矩形形状的平面地图、圆点形状标注的定位结果、以及方形按钮，其中，地图的线条，定位标志以及导航路径和其他标记元素(比如直线、距离、箭头、店铺标记等)是通过Android开发工具中的Drawable Resources资源文件的引用和自带画笔的调用进行描绘。
[0047] 地图操作模块52，实现对电子地图的操作，所述的操作包含且不局限于：放大、缩小、左右移动、选取楼层、点击电子地图上的POI点(是“Point of Interest”的缩写，中文可以翻译为“兴趣点”，在
地理信息系统中，一个POI可以是一栋房子、一个商铺、一个邮筒、一个公交站等)、搜索POI点等；地图操作模块52主要是响应智能终端用户在交互过程中所做的操作，在本发明的一个实施例中，用户可以通过电子地图上的站点热点进行该站点180°平面外景图和360°全景图的预览，在需要搜索站点时，用户可以通过屏幕最上方的文字搜索框进行搜索，也可以在电子地图上直接通过标记点进行站点选择并进行导航或者其他操作，其中，楼层切换按钮可以由用户选择任意楼层进行切换，相对应的电子地图也进行切换，用户可以通过屏幕上的手势缩放以及缩放按钮的点击进行电子地图的放大和缩小操作。
[0048] 地图拓扑结构模块53，通过有向图来描述变电站室内环境的各个楼层和关键节点(关键节点一般指一段路开始的地方，比如起点、转
角、上下楼的
楼梯)之间关系的拓扑结构，形成电子地图拓扑关系图；地图拓扑结构模块53的作用主要是为整个系统的运行提供技术
支撑，尤其是基于AR的实景导航模块6，在本发明的一个实施例中，地图拓扑结构模块53主要是通过一个有向图来描述室内环境的各个楼层和店铺之间关系的拓扑结构，根据室内环境的需要对站点、
电梯、大
门等关键节点进行连接，并把关键节点按照平面、高度和障碍物类型进行分类，将室内环境下所有楼层的关键节点和导航路径上的路点通过TXT文件进行数据保存，电子地图的建立是室内导航系统中最基础的模块，也是与用户交互最直接的模块，是定位和导航模块得以展示的载体，电子地图的易用和实用是用户反馈最直接的影响因素。
[0049] 所述的基于AR的实景导航模块6利用电子地图拓扑关系图，通过路径规划算法得到起点到终点之间的导航路径，并采用AR增强现实技术实时显示智能终端2在变电站中的实时位置的实景图。基于AR的实景导航模块6是本发明的核心所在，尤其是在传统的导航模块加入最近使用高频的AR(增强现实技术)，将室内环境下的实景图片加入导航模式中，使得基于AR的实景导航模块6更加贴近用户，为用户导航体验提高了一个层次。基于AR的实景导航模块6主要利用室内电子地图节点之间的拓扑关系图，路径规划算法得出一条定位点到目标点之间的导航路径，在此基础上将传统导航的定位点移动改善为实景图，根据定位点位置分段显示，并且在在实景图显示的基础上加入AR(增强现实技术)，在实景图上添加了距离终点多少米以及实景图地面上的箭头指引，并在左下角保留了传统的楼层图导航中定位点随着用户走动的移动，从而大大增加了用户导航过程中的代入感和体验感。
[0050] 如图3所示，所述的基于AR的实景导航模块6进一步包含：
[0051] 就近点搜索模块61，用于选取电子地图拓扑关系图中最靠近智能终端2的实时位置的关键节点作为起点，并选取电子地图拓扑关系图中最靠近智能终端2确定的目标点的关键节点作为终点进行导航；
[0052] 楼层选择模块62，用于根据智能终端2的实时位置的变化实时切换对应楼层的电子地图，并匹配与每一楼层的电子地图相匹配的定位和导航数据；
[0053] 导航路径规划模块63，利用电子地图拓扑关系图进行室内导航跨楼层计算，得到起点与终点之间的一条最方便快捷的导航路径，并显示在电子地图上；
[0054] AR实景导航模块64，用于实时显示智能终端2在变电站中的实时位置的AR增强现实技术实景图片。
[0055] 所述的平面图和全景图预览模块7用于显示电子地图上关键节点的180°平面图和360°全景图。
[0056] 在本发明的一个实施例中，还提供一种基于变电站巡检导航系统的变电站巡检导航方法，包含以下步骤：
[0057] 步骤S1、定位模块4采集所有设置在变电站中的定位器3的坐标，以及定位器3发射的信号强度值与距离的对应关系，形成定位器信息数据库预存在定位模块4中。
[0058] 在本发明的一个实施例中，每一个定位器3定位器定位器都有它自己的名字和它所在位置的坐标。在每一个定位器的信号发射范围内根据与定位器的距离测试对应的RSSI(RSSI是接收的信号强度指示值)值并进行记录，最终形成RSSI指纹数据库。
[0059] 步骤S2、电子地图模块5建立电子地图。
[0060] 地图展示模块51通过图像方式展示电子地图的线条，定位标志以及导航路径和其他标记元素，通过有向图来描述变电站室内环境的各个楼层和关键节点之间关系的拓扑结构，形成电子地图拓扑关系图存储在地图拓扑结构模块53中，地图操作模块52实现对电子地图的操作。
[0061] 电子地图的建立主要包含以下骤：
[0062] 根据室内导航设计需求和目标对电子地图进行布局，通过Android编程环境将电子地图楼层图中的线条，定位标志以及导航路径和其他标记元素等信息封装在地图展示模块51中，分析室内环境下的节点拓扑结构，尤其是室内环境涉及到多楼层的和跨楼层的设计，通过有向图来描述变电站室内环境的各个楼层和关键节点之间关系的拓扑结构，形成电子地图拓扑关系图。
[0063] 在本发明的一个实施例中，制作矢量室内地图，首先应该通过概念建模明确哪些实体应该表现在地图上，并通过哪种几何类型(点、多线、多边形等)来表现，然后将室内环境的原始结构数据格式转换为矢量地图格式以方便以后对导航数据的提取和处理，最后利用数据瓦块图技术对矢量地图进行切片处理以支持对所需地图的有效访问。
[0064] 步骤S3、定位模块4根据接入后台服务器1的智能终端2接收到的定位器3发射的信号的强度值，与定位器信息数据库进行对比，通过定位算法计算得到智能终端2在变电站中的实时位置，并将智能终端2的实时位置显示在电子地图上。
[0065] 在本发明的一个实施例中，变电站室内的每一根柱子就是一个WiFi热点(以下简称定位器)，每个WiFi是一个定位器3，每个定位器都有它自己名字和它所在位置的坐标，首先采集每个定位器的名字，制备每个定位器的坐标，然后确定智能终端2与每个定位器的距离(确定与柱子之间的距离)，最后通过定位器的坐标和智能终端2与定位器的距离，计算得到智能终端2的位置坐标。
[0066] 步骤S4、基于AR的实景导航模块6利用电子地图拓扑关系图，通过路径规划算法得到智能终端2输入的起点到终点之间的导航路径。
[0067] 具体来说，根据定位模块4得到的智能终端2在变电站中的实时位置，就近点搜索模块61选取电子地图拓扑关系图中最靠近智能终端2的实时位置的关键节点作为起点，并选取电子地图拓扑关系图中最靠近智能终端2确定的目标点的关键节点作为终点，导航路径规划模块利用电子地图拓扑关系图进行室内导航跨楼层计算，得到起点与终点之间的一条最方便快捷的导航路径，并显示在电子地图上。楼层选择模块62根据智能终端2的实时位置的变化实时切换对应楼层的电子地图，并匹配与每一楼层的电子地图相匹配的定位和导航数据(XYZ轴位置，导航距离，采集点信息)。
[0068] 因为电子地图中保存的站点、楼梯、电梯、大门等关键节点之间的电子地图拓扑关系图较为固定，所以智能终端2的用户在当前位置不一定在这些关键节点上，因此在用户导航过程中的选点，需要选取最靠近电子地图拓扑关系图中的关键节点，并以此关键节点为起点或者终点进行导航。
[0069] 室内环境较为复杂，楼层较多便是其中因素之一，在楼层较多时，电子地图的显示也需要根据用户位置的不同以及浏览的需要进行相对应楼层电子地图的切换，每一层电子地图的定位和导航数据也需要根据楼层的切换及时更换进行匹配。
[0070] 步骤S5、在导航过程中，AR实景导航模块64采用AR增强现实技术显示智能终端2在变电站中的实时位置的AR增强实景图，平面图和全景图预览模块7显示智能终端2在电子地图上选取的关键节点的180°平面图和360°全景图。
[0071] AR实景导航是在导航路径规划的基础上加入了增强现实技术和实景图片，当智能终端用户在就近点搜索和楼层选择部分
选定起点和终点后便通过导航按钮开始导航，导航过程中随着智能终端位置的不断移动，通过智能终端接收数据的返回值，显示相对应的实景图片，显示的实景图片都是智能终端用户在当前位置双眼所看到室内环境图，二者都是相对应的，并随着智能终端用户位置的移动，实景图片也是不断更换。另一方面，在不断更替的实景图片上利用增强现实技术加入了导航箭头和导航路径上距离估算信息等因素，保留了传统的楼层平面图上定位点的移动，在看到实景导航上箭头的指引和距离
感知的情况下也可以看到所需要行走的电子地图上的导航路径，解决了智能终端用户找不到路和不认识路的问题。
[0072] 所述的平面图和全景图预览模块7存储了电子地图上的店铺热点和电梯、楼梯等关键节点的180°平面图和360°全景图，智能终端用户可以通过点击店铺热点，屏幕下面便会弹出相应对话框，对话框包括该店铺180°平面外景图和全景图点击按钮。因为全景图控件需要全屏显示，且跳转到另一个界面。180°平面图和360°全景图功能的加入为智能终端用户提供很好的远程浏览作用，在进入陌生室内环境前就可以为智能终端用户提供一个身临其境的浏览体验。
[0073] 为了提高用户在室内导航的体验度，本发明在传统导航系统单调的平面电子地图定位点移动的基础上加入目前用热度很高的AR(增强现实技术)，并结合实景图的高度还原性，使传统导航的系统转为虚实结合的高交互、高体验的导航系统。
[0074] 上海电力连续数年在中国各城市国内生产总值排行榜居首位，上海
电网是华东电网的重要组成部分，是全国负荷
密度最高的负荷中心，应用了本发明提供的变电站巡检导航系统和导航方法有利于缩短巡检人员工作时间，极大提高工作效率，在未来实现智能快捷管理。室内定位导航系统定位精准达2-3米，并使用AR技术增强导航呈现效果。
[0075] 近年来随着35kV变电站及用户开关站增多，这部分站点部分位于大型商场，地下室，办公楼，地形较为复杂。本发明可有效缩短运维人员的巡站时间，有效缩短运维人员寻找室内变电站具体位置所消耗的时间，特别是部分大型商场的地下室变电站，以及大型场所内刚建设完成的变电站，通过AR实景显示，快速到达
指定工作地点，室内实景地图可采用AR全景形式来展示，大量有用的信息可以从AR全景地图中提取出来，例如站内布线敷设线路图、光缆进站路由图、容易碰头的位置等，适用于复杂的信息通信基站环境，有效提高工作效率，保障人身安全。
[0076] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种
修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的
权利要求来限定。
