[发明专利]基于点云数字孪生技术的变电站操作票执行方法

权利要求书

1.基于点云数字孪生技术的变电站操作票执行方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建目标场景的三维点云地图预存储至移动终端；

S2、操作人员穿戴智能背心，智能背心包括背心本体、设置在背心本体上的定位模块，其中，定位模块包括分别与移动终端连接GPS传感器、激光雷达、VIO里程计；

S3、操作人员在移动终端上选择需要进行操作的操作票，移动终端更新该操作票以在三维点云地图上显示该操作票对应的任务锚点；

S4、移动终端发送激活命令至智能背心，智能背心接受激活命令激活定位模块；

S5、定位模块配合移动终端实时获得操作人员的定位信息并显示在三维点云地图上；

S6、移动终端依据目标锚点与当前定位信息规划三维导航路径；

S7、操作人员依据三维导航路径到达操作现场后，移动终端判断当前定位信息是否进入目标锚点对应操作范围内，若是，执行操作票；

其中，S5具体包括：

S51、通过激光雷达获取真实场景的图像信息；

S52、GPS传感器获取操作人员当前时刻的位置坐标；

S53、匹配计算真实场景的图像信息与数据孪生场景仿真地图位于该位置坐标附近的图像信息，得到当前时刻的观测绝对位姿；

S54、获取VIO里程计的数据，计算得到当前时刻相对于上一时刻的相对位姿；

S55、基于上一时刻的实际绝对位姿，结合当前时刻相对于上一时刻的相对位姿，计算得到当前时刻的预测绝对位姿；

S56、将当前时刻的观测绝对位姿和预测绝对位姿通过非线性优化的方式融合，得到当前时刻的实际绝对位姿，其中，实际绝对位置即为定位信息。

2.如权利要求1所述的基于点云数字孪生技术的变电站操作票执行方法，其特征在于，所述智能背心还包括模式选择模块，步骤S2中操作人员通过功能选择模块确定智能背心为工作模式，监护人员穿戴智能背心，通过功能选择模块确定智能背心为监护模式，其中，VIO里程计包括摄像头、IMU传感器，监护人员摄像头朝向操作人员拍摄，至少记录操作人员的操作流程；

步骤S3中所述移动终端还包括身份认证模块，操作人员、监护人员通过身份认证后，构建移动终端与对应智能背心的通信连接，进一步操作人员在移动终端上登录操作系统选择需要进行操作的操作票。

3.如权利要求1所述的基于点云数字孪生技术的变电站操作票执行方法，其特征在于，步骤S53具体为：

确定数据孪生场景仿真地图位于该位置坐标附近的位置信息，通过遍历姿态信息获取每个位置信息在每个姿态信息下数据孪生场景仿真地图的图像信息，得图像信息集；

匹配计算真实场景的图像信息与图像信息集中图像信息的得分，得分最高的图像信息对应的位姿信息即为当前时刻的观测绝对位姿。

4.如权利要求1所述的基于点云数字孪生技术的变电站操作票执行方法，其特征在于，步骤S54中获取VIO里程计的数据具体为：上一时刻相对于初始时刻的相对位姿^oP_k-1、当前时刻相对于初始时刻的相对位姿^oP_k，则当前时刻相对于上一时刻的相对位姿^k-1P_k＝(^oP_k-1)^-1·^oP_k。

5.如权利要求1所述的基于点云数字孪生技术的变电站操作票执行方法，其特征在于，计算得到当前时刻的预测绝对位姿具体为：^wR_k＝^wR_k-1·^k-1R_k，其中^wR_k为当前时刻的预测绝对位姿，^wR_k-1为上一时刻的实际绝对位姿，^k-1R_k为当前时刻相对于上一时刻的相对位姿。

6.如权利要求1所述的基于点云数字孪生技术的变电站操作票执行方法，其特征在于，步骤S1利用扫描设备构建目标场景的三维点云地图，其中，扫描设备包括用于获取扫描车当前位姿及加速度的IMU传感器、用于获取扫描设备地理位置的GPS传感器、用于获取目标场景三维点云数据的双激光雷达、用于获取目标场景视频数据的摄像机；

具体包括以下步骤：

Sa、子区域划分：采用蛇形推进的方式将目标场景划分成多个子区域，推进方向任意相邻两个子区域的部分区域重叠，重叠区域的起始点位于上一子区域的中部；

Sb、子区域扫描：

采用蛇形推进的方式完成子区域的扫描，沿扫描方向相邻两个区域的扫描为：

在上一子区域的起始、中段及末端分别安放标志图板，将扫描设备置于起始位置的标志图板前，将摄像机对准标志图板，保持静止后起动扫描程序，开始移动，采用环回方式使扫描轨迹应覆盖整个区域，最后回到起始标志图板处，其中，在每个标志图板位置处时均对准、保持静止状态5秒以上，扫描结果包含激光雷达数据，IMU数据及视频数据；

去除上一子区域起始位置的标志图板，在下一子区域末端放置另一块标志图板，从上一子区域的中段位置开始完成下一子区域的扫描；

Sc、建图：

Sc1、依据扫描数据，对每个子区域进行建图，输出每个子区域的点云图、轨迹点坐标及标志点相对位姿信息；

Sc2、采用区域环回扫描的方法，以第一个子区域的点云图为起点，记录该子区域中段标志图板的标志点相对位姿信息；

Sc3、获取下一个子区域起始标志图板的标志点相对位姿信息；

Sc4、结合上一子区域中段标志图板的标志点相对位姿信息、下一个子区域起始标志图板的标志点相对位姿信息，获得相邻两个子区域之间的相对坐标变换关系，对相邻两个子区域进行粗匹配；

Sc5、将下一子区域的点云图、轨迹点坐标加入全局优化图，通过ICP对全局点云图进行精匹配，获得目标场景的三维点云地图。