数字孪生在泵站无人智能化管理中的应用.pdf
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1、模型基础操纵功能如下:IndustryApplication业应用电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期数字李生在泵站无(智能化管理中的应用瞿亚纯,朱晨晟(1.常州市排水管理处泵站管理所,江苏常州213022;2.上海电气自动化设计研究所有限公司,上海200023摘要:为实现泵站建筑结构可视化、设备运行状态实时可查,实现泵站的无人值守化,对泵站应用了数字李生技术。基于数字李生和排水泵站远程监控系统,利用数字李生、物联网、遥感遥控等技术,建设泵站数字李生模型,以智能控制、远程测控和虚拟现实为特色,研究和实践了泵站无人智能化管控的各项业务应用,为泵站智能化和无人化管控提供了有益探索和指导。关键词
2、:数字李生;视频融合;数据融合;远程巡检;漫游巡视D0I:10.3969/j.issn.1000-3886.2023.04.034中图分类号 TU992.44文献标志码A文章编号10 0 0-38 8 6(2 0 2 3)0 4-0 10 8-0 4Application of Digital Twins in UnmannedIntelligent Management of Pumping stationsQu Yachun,Zhu Chensheng?2(1.Changzhou Drainage Administration,Changzhou Jiangsu 213022,China;
3、2.Shanghai Electrical Automation Design&Research Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200023,China)Abstract:In order to realize the visualization of the pumping stations building structure,the unattended operation of the pumping station,andthe real-time inspection of the equipment operation status,the digita
4、l twins technology was applied to the pumping station.Based onthe digital twins and remote monitoring system of drainage pumping station,the digital twins model of the pumping station was built byusing digital twins,Internet of Things,remote sensing and remote control and other technologies.With the
5、 characteristics ofintelligent control,remote measurement and control and virtual reality,various business applications of unmanned intelligent controlof pumping station were studied and practiced,providing beneficial exploration and guidance for intelligent and unmanned control ofpumping station.Ke
6、ywords:digital twins;video fusion;data fusion;remote inspection;roaming inspection0引言以常州排水管理处的典型泵站一平岗泵站作为数字李生模型建设对象,通过无人机航拍、CAD图纸和BIM模型等多规合一的方式构建三维场景,结合视觉感知实现实时视频与静态模型的“虚实融合”,打造“实时鲜活、时空一体”的平岗泵站李生底座。通过平岗泵站李生底座,调用API接口实现三维场景与应用场景的双向互动,连通物联感知系统、自动化控制系统,打造站内态势、设备状态、远程操控等应用场景,赋能泵站智能化和无人化管理21数字李生模型创建1.1三维
7、数据采集及处理平岗泵站外围,泵站室内的配电间、泵房和泵池等实现三维采集重建。1)泵站外围针对整外围鸟瞰采用航飞扫描的三维数据采集建模方式,对室外大型区域采用无人机五镜头航测扫描后进行光场数字三维建模。针对实测区域的不同特点,采用不同的三维数据采集建模方式,对室外大型区域采用无人机五镜头航测扫描后进行光场数字定稿日期:2 0 2 2-11-0 4108Electrical Automation三维建模;对低点位复杂结构进行地面补拍;航测数据采集为2cm分辨率区域。2)泵站室内结合CAD数据和BIM模型还原泵站室内泵房及控制间三维场景。3)泵池及地下管道结合项目提供的管道隐蔽工程等的CAD图纸进行
8、三维重建,完成泵站地下管道整体结构三维数字化1.2泵站3D建模对采集的数据进行一套完整的处理流程之后,生成高精度的三维模型,为了达到最佳的染效果,辅以贴图材质处理。具体来说,三维模型在完成重建后将进行预处理降噪,提高模型的美观程度,并优化人工处理部分路面等杂乱噪声三维数据。同时针对大地块区域进行三维模型格式的转换,并对模型进行优化压缩,便于高效地导人平岗泵站数字李生底座系统。(1)场景漫游:外立面36 0 度旋转观察,可以自动漫游,视角不可控制,对关键设施内部实现室内的漫游,如泵房。(2)视角控制:控制视角上下左右方向以及视角的远近距离。(3)空中行走:控制俯视视角下前后左右的空中行走以及上下
9、行走。ElectricalAutomation109IndustryApplication业应用电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期(4)俯视:当视角为第一视角或者漫游状态时,恢复成俯视视角的作用。(5)透明:将模型透明化,可以清晰地从外部查看启闭机房内部,以及埋藏在地下的传感器(6)聚焦:对构件对像可拉近焦距,展示该构件的详情信息,(7)动画:如泵的启闭机开启、水流动及闸门控制等动画效果。(8)视频融和:可以查看现场摄像头,并实现实时视频与虚拟场景的融和。总体建模效果如图1所示。图1泵站3D模型1.3三维数字化煊染平台泵站李生底座系统采用次时代引擎对三维场景进行实时染,稳定运行。1)支持
10、光照、天气模拟仿真染引擎系统具有强大的染功能,可以呈现逼真的光影、天气效果。2)支持三维视频融合染引擎系统支持三维视频融合,打造“虚实融合、时空一体”的李生底座。将接入的视频画面投影到三维空间场景中,匹配融合多点位的视频和与之相关的三维虚拟场景,生成一个新的关于此场景的动态虚拟场景,实现虚拟场景与实时视频的融合,即“虚实融合”。三维视频融合使得二维的视频有了更真实的空间位置感,同时让整个数字李生底座“活”了起来,而不再是原来静态的三维模型33)支持多源数据接人李生底座支持复杂真实场景的数字李生重构,可分层按需显示,集成三维地理信息系统,通过内置的数据接入服务,接入多源数据模块,融合显示在统一的
11、三维可视化系统中,获取时空管理数据。4)支持全要素信息导人染引擎突破了数据只能以二维展现的原有方式,将接收的数据进行三维可视,包括视频数据、IoT状态数据和深度学习结构化数据等。三维化的展示方式增加了用户的空间位置感,叠加真实的光影、天气效果,用户就像置身于“超现实”世界,这种方式为智能研判提供更有效的反馈、识别、分析,提升泵站管理数据资源的应用价值。1.4三维实时视频融合1)功能介绍三维视频融合是以精准的三维模型、GIS信息系统为依托,连通孤立的二维视频数据,将动态视频与静态场景相融合,使碎片化的场景在三维数字李生底座中全方位实时展现,纵览全局4。三维视频融合基于多视频的虚实融合可视化系统,
12、旨在将真实世界中的图像和视频融合到虚拟场景中,用视频图像中的纹理和动态信息去丰富虚拟场景,提高虚拟环境的真实性,得到一种增强的虚拟环境李生底座系统将实时拉取的视频流、相应的实地三维模型以及计算得到的三维参数输人三维视频染平台,并基于CPU和CPU异构并行架构,实现大规模数据并发处理和超高分辨率实时实景融合处理,表现形式为三维视频融合染引擎进行实时染。融合画面编码推流到展示平台进行展示,若用户在操控平台进行操控,交互操作得到秒级反馈,新的融合画面得以秒级呈现。图2 为在线融合标定系统(markeronline)结构示意图。维图像谊染器三维图像谊染器模型与相机管理器关键点标记模块标定记录管理器参数
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