一种工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法及系统，通过热电偶测温数据和传热理论，计算了工业炉窑炉壁温度场数据，再将温度场数据填充至预设的体纹理中，采用第一光线投射对体纹理进行降采样，获得第一投射光线的预期颜色值，基于预设的第二光线投射终止条件，采用第二光线投射对体纹理进行采样，根据第一投射光线的预期颜色值对第二光线投射采样终止后的混合累加颜色值进行校正，根据校正后的混合累加颜色值，着色渲染获得体绘制图像结果，解决了现有技术无法快速地对工业炉窑炉壁温度场数据进行高质量数据可视化的技术问题，实现了对工业炉窑炉壁温度场数据进行快速高质量的数据可视化，达到了很好地平衡可视化速度和质量的效果。速度和质量的效果。速度和质量的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法及系统


[0001]本专利技术主要涉及可视化
，特指一种工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法及系统。

技术介绍

[0002]温度场数据作为判断工业炉窑是否正常工作的重要指标，为工业炉窑长久高效运行过程中的实时调控提供了关键反馈信息。对工业炉窑炉壁温度场数据进行实时可视化，可极大帮助现场工作人员监测工业炉窑的运行状态，保证工业炉窑的安全与稳定。同时可以更加直观地显示最新的温度场数据信息，提高温度场数据的价值和使用率，因此对工业炉窑炉壁温度场数据进行可视化意义重大。
[0003]目前常用的温度场数据可视化方法是将热电偶测得的二维温度场数据映射至二维几何模型或三维几何模型的表面，此类方法只能可视化表面的温度场数据，无法实时获取对象内部的温度分布情况。此外，也有方法通过大量理论推导和插值运算，来实现温度场数据的映射与重映射，得到三维热力图，但此方法存在较大误差，可视化质量不高。体绘制技术也是一种常用的可视化方法，它基于三维体数据信息，将所有体细节同时展现在二维显示设备上，现已广泛应用于医学诊断、自然地理探测、三维重建等许多领域。目前流行的体绘制方法有光线投射法、错切
‑
变形算法、抛雪球算法等，其中光线投射法计算过程繁琐，绘制速度较慢，体纹理的填充效果一般，体绘制的速度和质量难以平衡。
[0004]针对目前可视化方法存在实时交互延迟大、质量低、速度慢等问题，且充分考虑到许多工业炉窑炉壁结构的非严格对称性，本专利技术提出一种工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法。本专利技术综合考虑了工业炉窑的炉壁结构和测温所用热电偶的排布方式，结合传热理论知识和多影响因素相融合的方法，提出一种基于热电偶测温数据计算炉壁内表面温度的温度修正模型，模拟了温度修正的三维几何结构，计算出了各影响因子和校正参数的大小，实现了对工业炉窑炉壁内表面温度的计算，为构建工业炉窑炉壁温度场提供了边界条件。基于体绘制技术，本专利技术提出二次光线投射算法，第一次光线投射以获取投射光线的预期颜色值为目的，在满足光线投射的基本条件下，本专利技术提出一种基于光线重要度的俄罗斯轮盘赌算法，为二次光线投射设置了光线终止条件，加速了体绘制进程。同时第二次光线投射计算了混合累加颜色值，并对其进行阈值判断和颜色校正，使其达到或接近预期颜色值，最终得到高保真的温度场数据可视化结果。为更好评估体绘制过程的速度和质量，本专利技术提出一种评估体绘制过程速度和质量的平衡分数计算方法，在充分调节系统参数的情况下，很好地平衡了体绘制的速度需求与图像质量需求。
[0005]公开号为CN 113984233 A的专利技术专利公开了一种三维炉墙温度场可视化方法及系统，该专利通过热电偶采集三维炉墙的温度场数据，再经过坐标转换、插值计算、映射和重映射等步骤，生成了三维炉墙温度场，但该专利通过大量距离权重计算和插值运算，先映射生成二维热力图，再重映射为三维热力图，存在较大计算误差。
[0006]公开号为CN 112231894 A的专利技术专利公开了一种高炉炉内温度场可视分析方法
及系统，该专利通过模拟仿真设计了一种高炉炉内温度场可视化系统，并绘制辅助标线和散点图，实现了对温度场可视化图的标注，但该专利的数据量较大，其实现过程对存储器、处理器要求较高，运行速度较慢，影响可视化质量的提高。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供的工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法及系统，解决了现有技术无法快速地对工业炉窑炉壁温度场数据进行高质量的数据可视化的技术问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提出的工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法包括：
[0009]基于热电偶测温数据和传热理论，获得工业炉窑炉壁温度场数据。
[0010]将工业炉窑炉壁温度场数据填充至预设的体纹理。
[0011]采用第一光线投射对体纹理进行降采样，获得第一投射光线的预期颜色值。
[0012]基于预设的第二光线投射终止条件，采用第二光线投射对体纹理进行采样。
[0013]根据第一投射光线的预期颜色值对第二光线投射采样过程终止后的第二投射光线的混合累加颜色值进行校正。
[0014]根据校正后的第二投射光线的混合累加颜色值，着色渲染获得体绘制图像结果。
[0015]进一步地，基于热电偶测温数据和传热理论，获得工业炉窑炉壁温度场数据包括：
[0016]在工业炉窑炉壁结构的冷却壁中环形布置热电偶。
[0017]获取与热电偶对应的工业炉窑炉壁内表面上预设的温度修正点。
[0018]基于传热理论，建立计算工业炉窑炉壁内表面温度的温度修正模型。
[0019]基于温度修正模型，根据每层所有热电偶埋点处的温度差平方和对温度修正点的温度数据进行迭代修正，从而获得工业炉窑炉壁温度场数据，其中温度修正模型的具体形式为：
[0020][0021][0022]其中，T
ijk
和T
ijk+1
分别为第i个温度修正点经过k和k+1次迭代的温度值，为与第j个热电偶对应的第i个温度修正点在第k+1次迭代时的温度修正量，ΔT
ij
为第i个温度修正点的温度修正量，U为与第i个修正点最邻近的5个热电偶集合，且U＝[j,j_left,j_right,j_up,j_down]，w
iμ
为最邻近5个热电偶中第μ个热电偶与第i个温度修正点的距离对温度修正量ΔT
ij
的影响程度参数，r
μ
和e
μ
分别为最邻近5个热电偶中第μ个热电偶与第i个修正点间的距离和温差，k
eμ
为温差对温度修正量ΔT
ij
的影响程度参数，F
R
()为最邻近5个热电偶与第i个修正点间的距离控制函数。
[0023]进一步地，将工业炉窑炉壁温度场数据填充至预设的体纹理包括：
[0024]创建初始体纹理。
[0025]对初始体纹理的每一层通过Bresenham光栅化算法依次填充温度修正点数据和热电偶测温数据，获得第一体纹理。
[0026]通过插值计算出炉壁内表面和热电偶所在冷却壁之间的温度数据，并填充至第一
体纹理，从而获得填充好的体纹理。
[0027]进一步地，基于预设的第二光线投射终止条件，采用第二光线投射对体纹理进行采样包括：
[0028]判断第二光线投射中的第二投射光线的混合累加Alpha通道值是否小于预设通道阈值，若是，则根据第一终止条件终止第二投射光线的采样。
[0029]若否，则根据第二终止条件终止第二投射光线的采样，同时记录第二投射光线的混合累加Alpha通道值达到预设通道阈值时的采样次数记录值、采样点记录值和三通道的混合累加颜色记录值，以及根据采样次数记录值、三通道的混合累加颜色记录值和三通道的预期颜色值计算光线重要度，并在判定光线重要度小于预设重要度阈值时，继续采样至采样次数达到预设第一采样次数且保持三通道的颜色值不变，以及在判定光线重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法，其特征在于，所述方法包括：基于热电偶测温数据和传热理论，获得工业炉窑炉壁温度场数据；将工业炉窑炉壁温度场数据填充至预设的体纹理；采用第一光线投射对体纹理进行降采样，获得第一投射光线的预期颜色值；基于预设的第二光线投射终止条件，采用第二光线投射对体纹理进行采样；根据第一投射光线的预期颜色值对第二光线投射采样过程终止后的第二投射光线的混合累加颜色值进行校正；根据校正后的第二投射光线的混合累加颜色值，着色渲染获得体绘制图像结果。2.根据权利要求1所述的工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法，其特征在于，基于热电偶测温数据和传热理论，获得工业炉窑炉壁温度场数据包括：在工业炉窑炉壁结构的冷却壁中环形布置热电偶；获取与热电偶对应的工业炉窑炉壁内表面上预设的温度修正点；基于传热理论，建立计算工业炉窑炉壁内表面温度的温度修正模型；基于温度修正模型，根据每层所有热电偶埋点处的温度差平方和对温度修正点的温度数据进行迭代修正，从而获得工业炉窑炉壁温度场数据，其中温度修正模型的具体形式为：数据进行迭代修正，从而获得工业炉窑炉壁温度场数据，其中温度修正模型的具体形式为：其中，和分别为第i个温度修正点经过k和k+1次迭代的温度值，为与第j个热电偶对应的第i个温度修正点在第k+1次迭代时的温度修正量，ΔT
ij
为第i个温度修正点的温度修正量，U为与第i个修正点最邻近的5个热电偶集合，且U＝[j,j_left,j_right,j_up,j_down]，w
iμ
为最邻近5个热电偶中第μ个热电偶与第i个温度修正点的距离对温度修正量ΔT
ij
的影响程度参数，r
μ
和e
μ
分别为最邻近5个热电偶中第μ个热电偶与第i个修正点间的距离和温差，k
eμ
为温差对温度修正量ΔT
ij
的影响程度参数，F
R
()为最邻近5个热电偶与第i个修正点间的距离控制函数。3.根据权利要求2所述的工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法，其特征在于，将工业炉窑炉壁温度场数据填充至预设的体纹理包括：创建初始体纹理；对所述初始体纹理的每一层通过Bresenham光栅化算法依次填充温度修正点数据和热电偶测温数据，获得第一体纹理；通过插值计算出炉壁内表面和热电偶所在冷却壁之间的温度数据，并填充至第一体纹理，从而获得填充好的体纹理。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法，其特征在于，基于预设的第二光线投射终止条件，采用第二光线投射对体纹理进行采样包括：判断第二光线投射中的第二投射光线的混合累加Alpha通道值是否小于预设通道阈值，若是，则根据第一终止条件终止第二投射光线的采样；若否，则根据第二终止条件终止第二投射光线的采样，同时记录第二投射光线的混合
累加Alpha通道值达到预设通道阈值时的采样次数记录值、采样点记录值和三通道的混合累加颜色记录值，以及根据采样次数记录值、三通道的混合累加颜色记录值和三通道的预期颜色值计算光线重要度，并在判定光线重要度小于预设重要度阈值时，继续采样至采样次数达到预设第一采样次数且保持三通道的颜色值不变，以及在判定光线重要度大于预设重要度阈值时根据基于光线重要度的俄罗斯轮盘赌算法模型调整三通道的颜色值。5.根据权利要求4所述的工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法，其特征在于，所述第一终止条件具体为：所述第二终止条件具体为：其中，N
RC
为最大采样次数，σ为Alpha通道阈值权重，且0＜σ＜1，α
T
为Alpha通道阈值，α
∑
(k)为第k次采样的混合累加Alpha通道值,shoot(l,SkyBox)函数为判断光线l与物体相交的函数，l.isHit为shoot(l,SkyBox)函数的判断结果，为坐标点P
k
的空间坐标，x
B
、y
B
、z
B
表示几何载体所在包围盒边界的坐标，η为判断P
k
是否在包围盒内的冗余量。6.根据权利要求5所述的工业炉窑炉壁温度场数据可视化方法，其特征在于，根据基于光线重要度的俄罗斯轮盘赌算法...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋朝辉，徐思远，潘冬，桂卫华，许川，余浩洋，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：