【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能矿山、智能工厂的工业生产场所的视频拼接、数字孪生和时空场景建立领域，特别是一种地理空间到高精度数字空间的设备管控系统和方法。
技术介绍
1、目前，随着视频拼接和数字孪生技术的不断进步，人们对工业生产场所中场景和机电设备的状况感知需求不断扩大，尤其是通过信息化、自动化、智能化的方法和系统，自动辨识人员、环境、设备等对象的危险源信息，实现对工业重要场所和高风险作业场景的安全管控。例如煤矿采掘工作面、天然气输送管路、核电站反应堆、化工厂贮罐区等高危场所。
2、针对上述高风险场景作业问题，大都采用视频监控结合各类传感器指标组成的监测预警系统进行场景监测。该类方法一定程度上能够对场景内的部分危险信号做出提前预警，但存在局部可视和采集密度及精度低等问题，不能有效解决视频信息缺少时空属性，监测预警系统缺少数字孪生融合信息等难题。主要问题如下：
3、(1)视频形变较大，没有进行几何校正与图像拼接，视频像素无空间地理坐标信息，不能真实和精准还原场景内对象的时空信息；
4、(2)数字孪生系统的对象表达精度与建模精度和采集的数据或感知信息量有关，往往表达精度达不到实际需求，局部空间对象事件反应不出来，如煤矿综采工作面的漏顶和片帮、工厂设备的局部损坏等；
5、(3)视频能够真实反映工业场景和机电设备等表面特征，数字孪生能够真实反映工业场景和机电设备等内部特征，不具备时空数据属性的视频和数字孪生数据融合难度较大。
6、(4)主流的工业控制技术缺少沉浸式巡检和可视化远程控制功能。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提出了一种地理空间到高精度数字空间的设备管控系统和方法。
2、本专利技术实施例提供了一种地理空间到高精度数字空间的设备管控系统，包括：数字孪生系统、视频流系统、多媒体数字空间系统以及工业控制系统；
3、所述数字孪生系统包括：工业生产场景模型、机电设备模型、脚本描述、信息反馈功能模块，用于提供工业生产场景和机电设备的数字孪生数据；
4、所述视频流系统包括：全景摄像装置、图像拼接、正射投影、几何校正、赋予像素三维地理坐标功能模块，用于构建矢量空间和实时、连续输出基于正射投影、几何校正和全景拼接图像和音频融合的生产场景视频流数据；
5、所述多媒体数字空间系统，用于融合所述数字孪生数据和所述视频流数据，形成高精度的将实时图形、图像、视频、音频于一体的融合数据，并利用信息校正模块对所述融合数据进行时空同步校正，输出多媒体数字空间数据；
6、所述工业控制系统，用于基于所述多媒体数字空间数据组合所述多媒体数字空间系统，以及利用工业控制技术或系统构建形成多媒体管控平台；
7、所述多媒体管控平台，用于实现对工业生产现场机电设备的远程控制和故障诊断，实现对工业生产场景的数字巡检和灾害预警，实现所述数字孪生系统和所述视频流系统对生产信息的相互补充和映证管控模式。
8、可选地，所述工业生产场景模型、所述机电设备模型的结构特征与工业现场的场景和设备的结构特征相同；
9、其中，所述结构特征包括：内外部结构、材质、空间位置、几何约束、外观贴图、自由度；
10、所述信息反馈功能模块用于采集工业场景和机电设备结构以及运行特征信息；
11、所述脚本描述模块采用可视化脚本编程的方法，利用特征信息驱动工业场景和机电设备进行更新、运动和故障诊断，以实现以虚映实、以虚控实、虚实共生。
12、可选地，所述视频流系统实时、连续输出所述工业生产场景和所述机电设备的实时正射投影、几何校正、全景拼接图像和音频融合的视频流数据；
13、其中，所述视频流数据为实时、连续的数据序列，该数据序列包括：实时图像数据、音频数据、赋予像素三维地理坐标、摄像装置控制指令信息；
14、所述视频流系统被配置为具有音、视频特征信息提取、模型训练、分析、识别结果提示的功能。
15、可选地，所述数字孪生系统用于对工业生产物理环境已知信息的实时采集，以对已知信息进行表达和实时管控；
16、所述视频流系统用于补充所述数字孪生系统无法采集到的信息；
17、将所述数字孪生系统和所述视频流系统两种时空对象信息进行组合，以相互补充、映证和校验信息的表达精度。
18、可选地，所述多媒体数字空间系统输出多媒体数字空间数据，组合显示工业生产现场的场景和机电设备结构特征、运行及故障特征、人员行为及环境灾害识别结果和联动处置结果；
19、其中，所述组合显示是一种人机交互配置的数据显示和表达方法，使得所述数字孪生系统和视频流系统各自或同步显示工业生产现场的场景和机电设备的信息，所述同步是指：根据观察者视线的方向、位置、平移量及缩放量参数，同时显示同一生产场景及相关信息。
20、可选地，所述多媒体数字空间系统融合所述数字孪生数据和所述视频流数据的方法包括：
21、步骤s1：所述多媒体数字空间系统在所述视频流系统中标定所有摄像点的唯一编号(n1,n2,n3……)和坐标((xv1，yv1，zv1)，(x v2，y v2，z v2)，(xv3，y v3，z v3)……)，将摄像点编号和坐标等信息存储到所述数字孪生系统的数据库中；
22、步骤s2：所述多媒体数字空间系统在所述数字孪生系统中标定摄像点位置，得到与步骤s1相同编号(n1,n2,n3……)摄像点的坐标((xs1,y s1,z s1),(xs2,y s2,z s2),(xs3,ys3,z s3)……)；
23、步骤s3：基于两组坐标，建立用于相互几何校正的数学模型，实现两个坐标系的统一；如果统一的坐标系以所述数字孪生系统为准，则将所述视频流系统所有像素三维坐标校正到数字孪生坐标系下如果统一的坐标系以所述视频流系统为准，则将所述数字孪生系统所有像素三维坐标校正到视频流坐标系下；
24、步骤s4：所述数字孪生系统从工业生产现场实时、连续获取工业生产现场的场景和机电设备模型的结构、运行及故障、人员行为及环境数据，所述多媒体数字空间系统利用所述信息校正模块将所述场景和机电设备模型的结构、运行及故障、人员行为及环境数据与摄像点编号和坐标(x，y，z)、全景正射投影拼接图像及音频，按照时空关系建立关联，形成融合数据；
25、步骤s5：所述数字孪生系统查询所有摄像点的编号和坐标，按照巡检时间的先后顺序或随机位置排列编号，将其组合成为工业生产场景中的巡检路线，并存储到所述数字孪生系统的数据库中；
26、步骤s6：所述数字孪生系统按照设定路线或人机交互随机巡检过程中，查询距离观察者当前位置空间距离最近的摄像点信息，并将数字孪生场景视点约束在该摄像点上，生成360°×360°数字孪生场景和全景正射投影拼接图像的组合，融合显示设备监测信息到对应位置的数字孪生、视频流图像上；
27、步骤s7：所述数字孪生系统按照设定路线巡检本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地理空间到高精度数字空间的设备管控系统，其特征在于，包括：数字孪生系统、视频流系统、多媒体数字空间系统以及工业控制系统；
2.根据权利要求1所述的设备管控系统，其特征在于，所述工业生产场景模型、所述机电设备模型的结构特征与工业现场的场景和设备的结构特征相同；
3.根据权利要求1所述的设备管控系统，其特征在于，所述视频流系统构建矢量空间和实时、连续输出所述工业生产场景和所述机电设备的实时正射投影、几何校正、全景拼接图像和音频融合的视频流数据；
4.根据权利要求1所述的设备管控系统，其特征在于，所述数字孪生系统用于对工业生产物理环境已知信息的实时采集，以对已知信息进行表达和实时管控；
5.根据权利要求1所述的设备管控系统，其特征在于，所述多媒体数字空间系统输出多媒体数字空间数据，组合显示工业生产现场的场景和机电设备结构特征、运行及故障特征、人员行为及环境灾害识别结果和联动处置结果；
6.根据权利要求5所述的设备管控系统，其特征在于，所述多媒体数字空间系统融合所述数字孪生数据和所述视频流数据的方法包括：
7
8.根据权利要求7所述的设备管控系统，其特征在于，所述工业控制系统执行完所述工业生产现场机电设备的控制动作、闭锁联动后，将信息反馈给所述数字孪生系统，以实现操作人员对工业现场危险区域和机电设备的远程沉浸式数字空间巡检和远程控制。
9.根据权利要求1所述的设备管控系统，其特征在于，所述数字孪生系统和所述视频流系统各自数据的融合是对生产信息的相互补充和映证，以实现互操作性、实时性、可扩展性、保真性和闭环性；
10.一种地理空间到高精度数字空间的设备管控方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种地理空间到高精度数字空间的设备管控系统，其特征在于，包括：数字孪生系统、视频流系统、多媒体数字空间系统以及工业控制系统；
2.根据权利要求1所述的设备管控系统，其特征在于，所述工业生产场景模型、所述机电设备模型的结构特征与工业现场的场景和设备的结构特征相同；
3.根据权利要求1所述的设备管控系统，其特征在于，所述视频流系统构建矢量空间和实时、连续输出所述工业生产场景和所述机电设备的实时正射投影、几何校正、全景拼接图像和音频融合的视频流数据；
4.根据权利要求1所述的设备管控系统，其特征在于，所述数字孪生系统用于对工业生产物理环境已知信息的实时采集，以对已知信息进行表达和实时管控；
5.根据权利要求1所述的设备管控系统，其特征在于，所述多媒体数字空间系统输出多媒体数字空间数据，组合显示工业生产现场的场景和机电设备结构特征、运行及故障特征、人员...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛善君，陈华州，樊迎博，李鑫超，
申请(专利权)人：北京大学鄂尔多斯能源研究院，
类型：发明
国别省市：
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