基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统及方法，该核辐射环境虚拟重建系统包括安装在可移动装置上的前端子系统；前端子系统通过通信线缆与后台子系统连接。该核辐射环境虚拟重建系统通过前端子系统设置的定位测量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪采集核辐射环境信息并通过前端通信设备经通信线缆传送给后台子系统进行处理创建核辐射环境的虚拟场景，能够对核辐射环境现场进行实时测量，并实现在线重建虚拟场景，集核辐射环境测量和核辐射环境重建于一体，提高重建效率；将放射源的三维模型、放射源属性关联在一起，能够为工作人员提供丰富的可视化信息，减少工作人员在辐射现场的工作时间，尽可能降低工作人员遭受核辐射的剂量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核辐射环境探測
，具体涉及ー种。
技术介绍
虚拟重建系统通过測量真实环境并把数字化处理结果输入到计算机，将环境对象重新于计算机平台。该技术在考古勘测、工程建设、城市规划、灾害救援等领域有着重要的应用，具有广阔的应用背景和实用价值。虚拟重建所具有的交互性、沉浸性和想象性非常适用于核工程领域，在计算机中重现的核辐射环境作业现场具备安全性和可重复性，可被应用于核事故处理过程中的源项分析、核退役过程中的作业规划、核辐射环境下高危险高成本作业人员的培训、核设施维护检查前的工作计划等等。这ー技术的应用不但可以降低现场人员承受剂量、节省施工经费，还能丰富作业现场的信息、扩大作业人员视野，并且以生动形象的视觉感受加深作业人员的操作体验。 现有的虚拟重建研究和产品主要应用光学设备(比如，相机、激光扫描仪等)对环境进行測量，再结合三维重建模型在计算机平台上还原环境中对象。对于核工程领域的应用存在两大不足ー是，重建效率低下，需要长时间扫描各环境对象后才能进行重建；ニ是，不能有效描述作业现场的核辐射特征。在国外，已经出现了不少应用虚拟现实技术对核辐射环境进行虚拟重建的研究和应用。西班牙的CIPRES项目开发了ー套虚拟现实系统，可模拟核电站换料过程并计算剂量；比利时核能研究中心开发的VISIPLAN 3D ALARA工具采用三维可视化方法对现实场景建模，模拟计算剂量分布情况；在韩国，Kim开发的核电站剂量预测技术可在虚拟的核辐射环境中模拟作业过程，并以图形可视化方式显示辐射危险区域，減少人员作业时遭受的辐照剂量；美国西屋汉福德公司开发了描述三维辐射环境的可视化软件，可形象地显示辐射源和屏蔽体内部的辐射剂量。这些成果侧重于对辐射环境的三维建模和可视化，并未深入讨论如何结合施工需求对现场进行及时测量与高效在线重建。在国内，该领域的研究开发工作相对较少。武汉核动カ运行研究院为核电站开发了虚拟现实系统，用于工作人员操作培训。由于没有涉及现场剂量和辐射防护方面的内容，其实用性受到一定程度限制。国内近期代表性成果是中广核集団的两个专利，其申请号分别是200910188852. 7和201010546308. 8 :前者提出了一套核电站控制室的虚拟漫游设计方法及系统，同样没有考虑核辐射环境的特殊性；后者采用组态软件方式实现虚拟的核电站数字化控制系统，跟真实环境的虚拟重建还有一定差距。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供ー种，集核辐射环境測量和重建于一体，能够实现在线重建，能够描述现场的核辐射特征，适合于核辐射环境下的施工需求。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是ー种基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统，其特征在于包括安装在可移动装置上的前端子系统；所述前端子系统通过通信线缆与后台子系统连接；所述前端子系统包括定位測量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪；所述定位測量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪均与前端通信设备连接；所述定位測量设备用于采集图像和环境几何信息；所述伽玛图像采集设备采集放射源的分布信息并提供伽玛图像数据；所述伽玛能谱仪测量伽玛射线能谱；所述前端通信设备将定位測量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪采集的数据转换后通过通信线缆传输给后台子系统；所述后台子系统包括工作站、測量装置控制手柄、环境测量模块和虚拟重建模块；所述工作站、測量装置控制手柄、环境测量模块和虚拟重建模块均与后台通信设备连接；所述工作站负责运行环境測量模块和虚拟重建模块；所述测量装置控制手柄用于控制定位测量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪；所述环境測量模块实时记录并处理定位测量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪采集的数据，将处理好的数据保存到測量数据库；所述虚拟重建模块根据测量数据库中的数据再现含有放射源信息的虚拟场景。所述定位測量设备包括图像采集単元、激光测距单元、云台和补光单元；所述图像 采集单元和激光测距单元安装在云台上；所述图像采集单元窗ロ的轴线与激光测距单元窗ロ的轴线平行；所述补光单元设置在图像采集単元的前方；所述图像采集单元、激光测距単元和补光单元设置在铅屏蔽罩内。所述前端通信设备包括交換机；所述交换机分别与视频服务器、串ロ服务器、伽玛图像采集器、USB服务器连接；所述视频服务器与图像采集设备连接；所述串ロ服务器分别与激光测距单元和云台连接；所述伽玛图像采集器与伽玛图像采集设备连接；所述USB服务器与伽玛能谱仪连接；所述后台通信设备包括交換机；所述前端通信设备的交換机与后台通信设备的交換机通过通信线缆连接；所述伽玛能谱仪包括探測器和信号处理单元；所述信号处理单元外面设置有铅屏蔽罩。所述环境測量模块包括定位測量模块、伽玛成像模块和伽玛能谱分析模块；所述定位測量模块实时采集定位測量设备采集的图像数据和环境几何信息，并将环境几何信息进行处理后与图像数据一起保存到測量数据库中；所述伽玛成像模块实时显示伽玛图像采集设备采集的伽玛图像，并将伽玛图像数据保存到測量数据库中；所述伽玛能谱分析模块实时采集伽玛能谱仪采集的伽玛射线能谱数据，并对伽玛射线能谱数据处理获取放射源的核素、剂量、伽玛射线能谱分析报告数据并保存到測量数据库中。所述虚拟重建模块包括虚拟场景图模块、环境数据导入模块、放射源数据融合模块和OGRE模块；所述虚拟场景图模块用于导入建模软件创建好的环境三维模型；所述环境数据导入模块用于导入測量数据库中的图像数据和经定位测量模块处理后的环境几何信息；所述放射源数据融合模块将放射源的空间信息、伽玛图像、核素、剂量和伽玛摄像能谱分析报告关联在一起；所述OGRE模块用于三维图形渲染；所述放射源数据融合模块包括放射源对象管理模块；所述放射源对象管理模块用于放射源信息的编辑，包括放射源空间信息、伽玛图像、核素、剂量和伽玛射线能谱分析报告。还包括前端控制箱；所述前端控制箱外层为铅屏蔽层；所述前端控制箱内部由屏蔽板分为两个空腔，一个空腔内装载有开关电源和隔离变压器，另ー个空腔内装载有前端通信设备；所述开关电源为定位測量设备、伽玛图像采集设备、伽玛能谱仪、前端通信设备供电；所述开关电源与隔离变压器连接；所述可移动装置的通信线缆和电源线缆接入前端控制箱内，可移动装置通信线缆与前端通信设备的交换机连接，可移动装置电源线缆接入隔离变压器。所述前端控制箱、定位測量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪均设置在可移动装置身上。ー种基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建方法，包括环境测量过程和虚拟场景重建过程；其特征在于所述环境测量过程包括以下步骤a、启动定位測量模块，通过工作站启动定位測量模块，通过测量装置控制手柄控制图像采集単元观察环境，寻找特征对象；b、特征对象定位測量，利用图像采集単元、激光测距单元和云台对核辐射环境中的环境特征对象分别进行图像采集、相对于定位測量设备几何中心的距离测量和转角测量，并将环境特征对象的图像采集数据、相对于定位測量设备几何中心的距离测量数据和 转角测量数据通过视频服务器和串ロ服务器传送给前端通信设备的交换机进行数据转换后通过通信线缆传送给后台通信设备；定位测量模块将从后台通信设备接收到的环境特征对象相对于定位測量设备几何中心的距离测量数据和转角測量数据转换成环境特征对象的空间位置和几何尺寸数据与接收到的图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统，其特征在于包括安装在可移动装置上的前端子系统；所述前端子系统通过通信线缆与后台子系统连接； 所述前端子系统包括定位測量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪；所述定位測量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪均与前端通信设备连接；所述定位測量设备用于采集图像和环境几何信息；所述伽玛图像采集设备采集放射源的分布信息并提供伽玛图像数据；所述伽玛能谱仪测量伽玛射线能谱；所述前端通信设备将定位測量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪采集的数据转换后通过通信线缆传输给后台子系统； 所述后台子系统包括工作站、測量装置控制手柄、环境测量模块和虚拟重建模块；所述工作站、測量装置控制手柄、环境测量模块和虚拟重建模块均与后台通信设备连接；所述エ作站负责运行环境測量模块和虚拟重建模块；所述测量装置控制手柄用于控制定位测量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪；所述环境測量模块实时记录并处理定位測量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪采集的数据，将处理好的数据保存到測量数据库；所述虚拟重建模块根据测量数据库中的数据再现含有放射源信息的虚拟场景。2.根据权利要求I所述的基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统，其特征在于所述定位測量设备包括图像采集単元、激光测距单元、云台和补光单元；所述图像采集单元和激光测距单元安装在云台上；所述图像采集单元窗ロ的轴线与激光测距单元窗ロ的轴线平行；所述补光单元设置在图像采集単元的前方；所述图像采集单元、激光测距单元和补光单元设置在铅屏蔽罩内。3.根据权利要求I所述的基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统，其特征在于所述前端通信设备包括交換机；所述交换机分别与视频服务器、串ロ服务器、伽玛图像采集器、USB服务器连接；所述视频服务器与图像采集设备连接；所述串ロ服务器分别与激光测距单元和云台连接；所述伽玛图像采集器与伽玛图像采集设备连接；所述USB服务器与伽玛能谱仪连接；所述后台通信设备包括交換机；所述前端通信设备的交換机与后台通信设备的交換机通过通信线缆连接；所述伽玛能谱仪包括探測器和信号处理单元；所述信号处理单元外面设置有铅屏蔽罩。4.根据权利要求I所述的基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统，其特征在于所述环境測量模块包括定位測量模块、伽玛成像模块和伽玛能谱分析模块；所述定位測量模块实时采集定位測量设备采集的图像数据和环境几何信息，并将环境几何信息进行处理后与图像数据一起保存到測量数据库中；所述伽玛成像模块实时显示伽玛图像采集设备采集的伽玛图像，并将伽玛图像数据保存到測量数据库中；所述伽玛能谱分析模块实时采集伽玛能谱仪采集的伽玛射线能谱数据，并对伽玛射线能谱数据处理获取放射源的核素、剂量、伽玛射线能谱分析报告数据并保存到測量数据库中。5.根据权利要求I所述的基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统，其特征在于所述虚拟重建模块包括虚拟场景图模块、环境数据导入模块、放射源数据融合模块和OGRE模块；所述虚拟场景图模块用于导入建模软件创建好的环境三维模型；所述环境数据导入模块用于导入測量数据库中的图像数据和经定位测量模块处理后的环境几何信息；所述放射源数据融合模块将放射源的空间信息、伽玛图像、核素、剂量和伽玛摄像能谱分析报告关联在一起；所述OGRE模块用于三维图形渲染；所述放射源数据融合模块包括放射源对象管理模块；所述放射源对象管理模块用于放射源信息的编辑，包括放射源空间信息、伽玛图像、核素、剂量和伽玛射线能谱分析报告。6.根据权利要求I所述的基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统，其特征在于还包括前端控制箱；所述前端控制箱外层为铅屏蔽层；所述前端控制箱内部由屏蔽板分为两个空腔，一个空腔内装载有开关电源和隔离变压器，另ー个空腔内装载有前端通信设备；所述开关电源为定位測量设备、伽玛图像采集设备、伽玛能谱仪、前端通信设备供电；所述开关电源与隔离变压器连接；所述可移动装置的通信线缆和电源线缆接入前端控制箱内，可移动装置通信线缆与前端通信设备的交换机连接，可移动装置电源线缆接入隔离变压器。7.根据权利要求6所述的基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建系统，其特征在于所述前端控制箱、定位測量设备、伽玛图像采集设备和伽玛能谱仪均设置在可移动装置上。8.ー种基于遥操作装置的核辐射环境虚拟重建方法，包括环境测量过程和虚拟场景重建过程；其特征在于所述环境测量过程包括以下步骤 a、启动定位測量模块，通过工作站启动定位測量模块，通过测量装置控制手柄控制图像采集单元观察环境，寻找特征对象； b、特征对象定位測量，利用图像采集単元、激光测距单元和云台对核辐射环境中的环境特征对象分别进行图像采集、相对于定位測量设备几何中心的距离测量和转角测量，并将环境特征对象的图像采集数据、相对于定位測量设备几何中心的距离测量数据和转角测量数据通过视频服务器和串ロ服务器传送给...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，肖宇峰，刘满禄，李磊民，杨涛，王姮，张江梅，张静，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
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