一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统技术方案

本发明专利技术公开了一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统，包括姿态采集模块、虚实融合模块、运动实时解算模块和网络通信模块；本系统通过姿态采集模块、虚实融合模块、运动实时解算模块和网络通信模块的设置，能够通过多通道交互方式，辅助操作人员在夜间环境下进行高风险作业，提升了作业安全性和可靠性，保证了整个吊装过程的安全性和可靠性，并且减小了作战行为暴露的可能性，具有安全性和可靠性高且隐蔽性强的特点。隐蔽性强的特点。隐蔽性强的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统


[0001]本专利技术涉及吊装
，具体涉及一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统。

技术介绍

[0002]在野外作战或者进行电子对抗模拟时，地空装备部队需要在野外搭建营地或者临时作战设施，在搭建营地或者临时作战设施时，地空装备部队在白天能够正常地进行装备吊装来保障作战，但是当地空装备部队在夜间无照明条件下进行装备吊装作业时，出于防空和隐蔽的考虑，需要对灯光进行管制，也就是说不允许进行照明，在这种情况下导致整体搭建过程变得非常困难；
[0003]而在目前的现有技术中，并没有能够辅助完成夜间无照明条件下的吊装作业的辅助设备，因此针对这种特殊条件下的施工，亟需设计一种新的能够实现夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统，以保证野外吊装过程的安全性、可靠性以及流畅性。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统，本系统通过姿态采集模块、虚实融合模块、运动实时解算模块和网络通信模块的设置，能够通过多通道交互方式，辅助操作人员在夜间环境下进行高风险作业，提升了作业安全性和可靠性，保证了整个吊装过程的安全性和可靠性，并且减小了作战行为暴露的可能性，具有安全性和可靠性高且隐蔽性强的特点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统，包括姿态采集模块、虚实融合模块、运动实时解算模块和网络通信模块，
[0007]所述姿态采集模块用于采集吊装设备车辆的初始位姿信息，以及实时采集吊装装置和操作人员的位置和姿态数据；
[0008]所述运动实时解算模块用于接收与处理各类传感器的反馈数据，根据反馈数据生成相应的控制信号，并搭载图形图像处理单元对所产生的数字孪生模型运动进行渲染和优化；
[0009]所述虚实融合模块用于对数字孪生模型与真实世界进行空间上的对齐以实现真实世界与虚拟信息完全的虚实融合，同时在吊装过程中能够进行碰撞检测、实体边界的线框式提示以及多通道的信息反馈；
[0010]所述网络通信模块用于无线接收闭环控制环节中各类传感器的反馈数据，并传输给运动实时解算模块进行数据处理。
[0011]优选的，所述的姿态采集模块包括初始标定单元和跟踪单元，
[0012]所述初始标定单元包括全站仪和高反光材质卡片，所述高反光材质卡片布设在吊装装置上，标定吊装装置上的特征点，所述全站仪布置在施工现场之中，用于测定吊装装置
上特征点的三维坐标；
[0013]所述跟踪单元包括吊具吊臂姿态采集子单元和用户头部位姿跟踪采集子单元；其中，所述吊具吊臂姿态采集子单元包括布设在吊装装置上的角度传感器和位移传感器，用于测定吊臂构件之间的运动关系以及吊具姿态；所述用户头部位姿跟踪采集子单元用于测定用户头部的位置和姿态数据；所述用户视角位姿采集模块为单线激光雷达，用于测定用户视角的6自由度位姿信息。
[0014]优选的，所述的运动实时解算模块包括第一数据处理单元、第二数据处理单元、第三数据处理单元、图像处理单元和数字孪生模型，
[0015]所述第一数据处理单元用于接收与处理初始化标定单元中三维坐标点的测定数据，确定数字孪生模型的起始位置；
[0016]所述第二数据处理单元用于实时接收和处理吊具吊臂姿态跟踪采集子单元中角度传感器与位移传感器的数据，并将传感器反馈的原始数据经过筛选、分类，将每个传感器与对应的运动关系配对，再将数据实时处理为数字孪生模型的运动信息，在Unity3D内实时进行显示；
[0017]所述第三数据处理单元用于实时接收和处理混合现实设备所采集的数据，并将此数据实时处理为混合现实设备的位姿信息，通过虚实融合模块中的虚实融合显示单元实时渲染混合现实画面；
[0018]所述图像处理单元用于将真实的物体的实时运动数据处理后，渲染、优化Unity3D程序内的数字孪生模型图像，形成运动同步的虚拟模型；
[0019]所述数字孪生模型用于对数字模型基于实际实验装备进行1:1建模，复现实际实验装备的运动。
[0020]优选的，所述的网络通信模块包括第一通信单元、第二通信单元和第三通信单元，
[0021]所述第一通信单元用于接收实验设备三维坐标点的测定数据，并将数据传输给运动实时解算模块的第一数据处理单元；
[0022]所述第二通信单元用于接收吊具吊臂姿态跟踪采集子单元中角度传感器与位移传感器的数据，并将此数据实时传输给第二数据处理单元；
[0023]所述第三通信单元用于接收用户佩戴的激光雷达所采集的数据，从而将此数据实时传输给第三数据处理单元。
[0024]优选的，所述的虚实融合模块包括三维注册单元和虚实融合显示单元，
[0025]所述三维注册单元用于利用HoloLens2眼镜实现实现数字孪生模型与真实世界的空间配准，确保辅助吊装的精确度和有效性；
[0026]所述虚实融合显示单元用于利用HoloLens2眼镜中的成像单元硬件和渲染算法实现提前预警实体间的碰撞，语音、震动和高亮的多通道的信息反馈以及实体边界的线框式提示。
[0027]一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统的使用方法，包括
[0028]步骤一：利用姿态采集模块获取车辆的姿态角以及车辆之间的相对位置关系；
[0029]步骤二：将姿态采集模块采集到的位姿信息通过网络通信模块传输给运动实时解算模块，运动实时解算模块将信息处理后，将位姿信息同步至数字孪生模型，并通过坐标转换解算出操作人员从混合现实设备看到的画面。
[0030]优选的，步骤一所述的利用姿态采集模块获取车辆的姿态角以及车辆之间的相对位置关系的过程包括
[0031]步骤1.使用全站仪对运输车、吊车和发射车上预置好的标志点的空间三维坐标进行测量，根据测量坐标计算出每个车辆的姿态角以及车辆之间的相对位置关系；
[0032]步骤2.在经步骤1计算得到每个车辆的姿态角以及车辆之间的相对位置关系的基础上，将全站仪测得的数据通过有线通信的方式，传输给服务器，服务器经解算之后对数字孪生模型的位姿进行初始标定；
[0033]步骤3.利用加装在吊具各个运动关节处的角度传感器和位移传感器测量吊具的位姿信息，并将采集到的信息通过2.4G数传模块传输给服务器，然后由服务器解算出吊具的运动参数信息，并同步至数字孪生模型；
[0034]步骤4.利用佩戴在操作人员头部的激光雷达测量和计算出操作人员头部的位姿信息，对操作人员在微光或星光的条件下进行定位。
[0035]优选的，步骤1所述的根据测量坐标计算每个车辆的姿态角以及车辆之间的相对位置关系需满足
[0036](1)在整个作业过程中，每辆车上的测量标志点与车首、车尾的相对位置关系始终保持不变；
[0037](2)由以上各点可以组成一个空间模型，该空间模型在整个吊装过程中其相对位置关系始终保持不变。
[0038]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统，其特征在于：包括姿态采集模块、虚实融合模块、运动实时解算模块和网络通信模块，所述姿态采集模块用于采集吊装设备车辆的初始位姿信息，以及实时采集吊装装置和操作人员的位置和姿态数据；所述运动实时解算模块用于接收与处理各类传感器的反馈数据，根据反馈数据生成相应的控制信号，并搭载图形图像处理单元对所产生的数字孪生模型运动进行渲染和优化；所述虚实融合模块用于对数字孪生模型与真实世界进行空间上的对齐以实现真实世界与虚拟信息完全的虚实融合，同时在吊装过程中能够进行碰撞检测、实体边界的线框式提示以及多通道的信息反馈；所述网络通信模块用于无线接收闭环控制环节中各类传感器的反馈数据，并传输给运动实时解算模块进行数据处理。2.根据权利要求1所述的一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统，其特征在于：所述的姿态采集模块包括初始标定单元和跟踪单元，所述初始标定单元包括全站仪和高反光材质卡片，所述高反光材质卡片布设在吊装装置上，标定吊装装置上的特征点，所述全站仪布置在施工现场之中，用于测定吊装装置上特征点的三维坐标；所述跟踪单元包括吊具吊臂姿态采集子单元和用户头部位姿跟踪采集子单元；其中，所述吊具吊臂姿态采集子单元包括布设在吊装装置上的角度传感器和位移传感器，用于测定吊臂构件之间的运动关系以及吊具姿态；所述用户头部位姿跟踪采集子单元使用HoloLens2眼镜和单线激光雷达测定用户在空间中的位置以及头部的姿态信息。3.根据权利要求2所述的一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统，其特征在于：所述的运动实时解算模块包括第一数据处理单元、第二数据处理单元、第三数据处理单元、图像处理单元和数字孪生模型，所述第一数据处理单元用于接收与处理初始化标定单元中三维坐标点的测定数据，确定数字孪生模型的起始位置；所述第二数据处理单元用于实时接收和处理吊具吊臂姿态跟踪采集子单元中角度传感器与位移传感器的数据，并将传感器反馈的原始数据经过筛选、分类，将每个传感器与对应的运动关系配对，再将数据实时处理为数字孪生模型的运动信息，在Unity3D内实时进行显示；所述第三数据处理单元用于实时接收和处理混合现实设备所采集的数据，并将此数据实时处理为混合现实设备的位姿信息，通过虚实融合模块中的虚实融合显示单元实时渲染混合现实画面；所述图像处理单元用于将真实的物体的实时运动数据处理后，渲染、优化Unity3D程序内的数字孪生模型图像，形成运动同步的虚拟模型；所述数字孪生模型用于对数字模型基于实际实验装备进行1:1建模，复现实际实验装备的运动。4.根据权利要求3所述的一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统，其特征在于：所述的网络通信模块包括第一通信单元、第二通信单元和第三通信单元，所述第一通信单元用于接收实验设备三维坐标点的测定数据，并将数据传输给运动实
时解算模块的第一数据处理单元；所述第二通信单元用于接收吊具吊臂姿态跟踪采集子单元中角度传感器与位移传感器的数据，并将此数据实时传输给第二数据处理单元；所述第三通信单元用于接收用户佩戴的激光雷达所采集的数据，从而将此数据实时传输给第三数据处理单元。5.根据权利要求1所述的一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统，其特征在于：所述的虚实融合模块包括三维注册单元和虚实融合显示单元，所述三维注册单元用于利用HoloLens2眼镜实现实现数字孪生模型与真实世界的空间配准，确保辅助吊装的精确度和有效性；所述虚实融合显示单元用于利用HoloLens2眼镜中的成像单元硬件和渲染算法实现提前预警实体间的碰撞，语音、震动和高亮的多通道的信息反馈以及实体边界的线框式提示。6.根据权利要求1所述的一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统的使用方法，其特征在于：包括步骤一：利用姿态采集模块获取车辆的姿态角以及车辆之间的相对位置关系；步骤二：将姿态采集模块采集到的位姿信息通过网络通信模块传输给运动实时解算模块，运动实时解算模块将信息处理后，将位姿信息同步至数字孪生模型，并通过坐标转换解算出操作人员从混合现实设备看到的画面。7.根据权利要求6所述的一种夜间无照明条件下的吊装作业辅助系统的使用方法，其特征在于：步骤一所述的利用姿态采集模块获取车辆的姿态角以及车辆之间的相对位置关系的过程包括步骤1.使用全站仪对运输车、吊车和发射车上预置好的标志点的空间三维坐标进行测量，根据测量坐标计算出每个车辆的姿态角以及车辆之间的相对位置关系；步骤2.在经步骤1计算得到每个车辆的姿态角以及车辆之间的相对位置关系的基础上，将全站仪测得的数据通过有线通信的方式，传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：王崴，瞿珏，王庆力，陈同，邱盎，党思娜，牛程弘，李承宇，朱野山，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：