一种核电厂现场监控系统和方法与流程

1.本发明涉及现场监控技术领域，特别是涉及一种核电厂现场监控系统和方法。


背景技术：

2.目前的核电厂对电厂现场的监控，尤其是核岛内监控主要通过视频监控一种方式，对现场工作全面监控缺少有效手段，不能及时了解现场工作情况。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对核电厂现有视频监控不能全面有效监控的问题，提供一种核电厂现场监控系统和方法，该系统和方法通过三维模型技术和三维可视化技术，达到全面有效监控的目的。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种核电厂现场监控系统，包括模型管理模块、模型显示模块、定位计算模块、业务控制模块、定位监控模块和模型显示控制模块；
6.所述模型管理模块用于读取核电厂现场场景楼宇三维模型文件并发送模型显示模块；以及用于配制基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置信息并发送定位计算模块；
7.所述定位监控模块用于接收现场工作人员的实时位置信息并发送定位计算模块；
8.所述定位计算模块用于接收模型管理模块发送的基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置信息，以及定位监控模块发送的现场工作人员的定位信号数据；根据基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置信息以及现场工作人员的定位信号数据，通过定位算法计算得到现场工作人员的实时位置坐标信息并将所述现场工作人员的实时位置坐标信息校准后发送模型显示模块和业务控制模块；
9.所述模型显示模块用于接收模型管理模块发送的核电厂现场场景楼宇三维模型文件，根据所述核电厂现场场景楼宇三维模型文件加载显示核电厂现场场景楼宇三维模型；以及用于接收定位计算模块发送的现场工作人员的实时位置坐标信息，根据现场工作人员的实时位置坐标与核电厂现场的楼宇三维模型的对应关系，在核电厂现场的楼宇三维模型中加载显示现场工作人员的实时位置实时位置。
10.进一步地，所述核电厂现场监控系统，还包括模型显示控制模块，所述模型显示控制模块用于对核电厂现场场景楼宇三维模型进行操作控制，以便远程监控人员从不同的角度查看现场工作人员的位置信息和周边设备信息，并根据监控数据与与现场工作人员通讯连接。
11.进一步地，所述核电厂现场监控系统，还包括业务控制模块，所述业务控制模块用于绘制核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域，设置核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域的边界位置坐标信息，接收定位计算模块发送的现场工作人员的实时位置坐标信息，判断现场工作人员的实时位置坐标信息与核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域的边界位置坐标
信息是否匹配，如果现场工作人员的实时位置坐标信息与核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域的边界位置坐标信息不匹配，则做出风险提示。
12.进一步地，所述现场工作人员进入定位区域时随身携带定位芯片，所述定位区域部署若干定位基站，所述定位基站接收定位芯片发送的现场工作人员的实时位置信息并发送定位监控模块。
13.进一步地，所述定位基站部署包括如下步骤：
14.步骤001：通过模型显示控制模块对核电厂现场场景楼宇三维模型进行操作控制，将核电厂现场场景楼宇三维模型切换至俯视视角，在核电厂现场场景楼宇三维模型上标识定位基站的水平位置；
15.步骤002：通过模型显示控制模块将核电厂现场场景楼宇三维模型切换至水平视角，在核电厂现场场景楼宇三维模型上标识定位基站的高度位置。
16.进一步地，在核电厂现场场景楼宇三维模型上标识定位基站的水平位置包括如下步骤：通过图形化方式，将定位基站示意图标拖拽到核电厂现场场景楼宇三维模型上对应的水平位置点；或者通过定位基站位置坐标输入框进行水平位置点精确设置。
17.进一步地，在核电厂现场场景楼宇三维模型上标识定位基站的高度位置包括如下步骤：通过图形化方式，将定位基站示意图标拖拽到核电厂现场场景楼宇三维模型上对应的高度位置点；或者通过定位基站位置坐标输入框进行高度位置点精确设置。
18.进一步地，所述核电厂现场的楼宇三维模型文件通过三维建模软件建立或者三维扫描设备建立核电厂现场的楼宇三维模型并保存为模型显示模块支持格式的文件。
19.进一步地，所述模型管理模块记忆存储基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置数据。
20.进一步地，所述核电厂现场的楼宇三维模型为核电厂现场场景楼宇空间的三维模型。
21.进一步地，所述操作控制包括旋转、拖拽、放大、缩小和调整视角。
22.本发明还提供一种核电厂现场监控方法，包括如下步骤：
23.一、通过三维建模软件建立核电厂现场场景楼宇三维模型并保存为模型显示模块可读的文件格式；或者通过三维扫描设备对核电厂现场场景楼宇扫描后导出为模型显示模块可读的文件格式；
24.二、模型管理模块读取核电厂现场场景楼宇三维模型文件并发送模型显示模块，以及配制基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置信息并发送定位计算模块；定位监控模块获取现场工作人员的实时位置信息并发送定位计算模块；
25.三、定位计算模块接收模型管理模块发送的基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置信息，以及定位监控模块发送的现场工作人员的实时位置信息；根据基站在核电厂现场的楼宇三维模型中的位置信息以及现场工作人员的实时位置信息，通过定位算法计算得到现场工作人员的实时位置坐标信息并将所述现场工作人员的实时位置坐标信息校准后发送模型显示模块；
26.四、模型显示模块接收模型管理模块发送的核电厂现场场景楼宇三维模型文件，根据所述核电厂现场场景楼宇三维模型文件加载显示核电厂现场场景楼宇三维模型；以及接收定位计算模块发送的现场工作人员的实时位置坐标信息，根据现场工作人员的实时位
置坐标与核电厂现场场景楼宇三维模型的对应关系，在核电厂现场场景楼宇三维模型中加载显示现场工作人员的实时位置。
27.进一步地，所述定位计算模块将校准后的现场工作人员的实时位置坐标信息发送业务控制模块，业务控制模块接收接收定位计算模块发送的现场工作人员的实时位置坐标信息，判断现场工作人员的实时位置坐标信息与核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域的边界位置坐标信息是否匹配，如果现场工作人员的实时位置坐标信息与核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域的边界位置坐标信息不匹配，则做出风险提示。
28.进一步地，现场监控时，远程监控人员通过模型显示控制模块对核电厂现场场景楼宇三维模型进行操作控制，以便远程监控人员从不同的角度查看现场工作人员的位置信息和周边设备信息，并根据监控数据与与现场工作人员保持交流，提醒注意事项。
29.进一步地，所述定位计算模块根据基站在核电厂现场的楼宇三维模型中的位置信息以及现场工作人员的实时位置信息，通过定位算法计算得到现场工作人员的实时位置坐标信息包括如下步骤：
30.步骤001：定位计算模块根据基站在核电厂现场的楼宇三维模型中的位置信息，判断该基站是否部署在核电厂现场的楼宇三维模型中，如果该基站部署在核电厂现场的楼宇三维模型中，则触发定位计算模块进行下一步；
31.步骤002：定位计算模块根据点云滤波法计算当前接收到的定位数据是否有偏差，如果偏离值在允许偏离值范围内，则触发定位计算模块进行下一步；
32.步骤003：定位计算模块查找该基站周边基站信息和数据强度，如果该基站周围没有其他基站接收到定位数据，则判断该基站位置为现场工作人员的实际位置；如果该基站周围有多个基站并列收到定位数据，则触发定位计算模块进行下一步；
33.步骤004：定位计算模块根据该基站及其周围接收到定位数据的基站接收到的定位数据进行判断，如果有两个基站接收到定位数据，根据平均值法求定位现场工作人员位置；如果有n个(三个或者三个以上)基站接收到定位数据，则从n个数据中选取3个不同的数据，组成一个子集，对每个子集进行定位算法计算，计算完成后进行加权取平均值。
34.进一步地，所述定位算法计算时分别使用牛顿迭代法，三边定位算法和最小二乘法计算，计算完成后，加权取平均值。
35.进一步地，所述操作控制包括旋转、拖拽、放大、缩小和调整视角。
36.进一步地，所述三维建模软件为3dmax或sketchup。
37.进一步地，所述三维扫描设备为三维扫描仪。
38.进一步地，所述模型显示模块通过三维显示引擎加载显示核电厂现场场景楼宇三维模型。
39.进一步地，所述三维显示引擎为three.js。
40.本发明的有益技术效果：
41.本发明的核电厂现场监控系统和方法，通过三维模型技术和三维可视化技术，保障远程监控人员和现场工作人员始终能在同一环境和事物角度进行沟通交流，提高沟通效率和监控时对现场实际状况的了解，第一时间做出正确的应对措施，达到全面有效监控的目的。
附图说明
42.图1为三边定位原理图。
具体实施方式
43.本发明提供一种核电厂现场监控系统，包括模型管理模块、模型显示模块、定位计算模块、业务控制模块、定位监控模块和模型显示控制模块；
44.所述模型管理模块用于读取核电厂现场场景楼宇三维模型文件并发送模型显示模块；以及用于配制基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置信息并发送定位计算模块；
45.所述定位监控模块用于接收现场工作人员的实时位置信息并发送定位计算模块；
46.所述定位计算模块用于接收模型管理模块发送的基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置信息，以及定位监控模块发送的现场工作人员的实时位置信息；根据基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置信息以及现场工作人员的定位信号数据，通过定位算法计算得到现场工作人员的实时位置坐标信息并将所述现场工作人员的实时位置坐标信息校准后发送模型显示模块和业务控制模块；
47.所述模型显示模块用于接收模型管理模块发送的核电厂现场场景楼宇三维模型文件，根据所述核电厂现场场景楼宇三维模型文件加载显示核电厂现场场景楼宇三维模型；以及用于接收定位计算模块发送的现场工作人员的实时位置坐标信息，根据现场工作人员的实时位置坐标与核电厂现场的楼宇三维模型的对应关系，在核电厂现场的楼宇三维模型中加载显示现场工作人员的实时位置；
48.所述模型显示控制模块用于对核电厂现场场景楼宇三维模型进行操作控制，以便远程监控人员从不同的角度查看现场工作人员的位置信息和周边设备信息，并根据监控数据与与现场工作人员通讯连接；
49.所述业务控制模块用于绘制核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域，设置核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域的边界位置坐标信息，接收定位计算模块发送的现场工作人员的实时位置坐标信息，判断现场工作人员的实时位置坐标信息与核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域的边界位置坐标信息是否匹配，如果现场工作人员的实时位置坐标信息与核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域的边界位置坐标信息不匹配，则做出风险提示，能够达到业务状态实时提示的效果。
50.进一步地，所述核电厂现场的楼宇三维模型为核电厂现场场景楼宇空间的三维模型。
51.进一步地，所述现场工作人员进入定位区域时随身携带定位芯片，所述定位区域部署若干定位基站，所述定位基站接收定位芯片发送的现场工作人员的实时位置信息并发送定位监控模块。
52.进一步地，所述定位基站部署包括如下步骤：
53.步骤001：通过模型显示控制模块对核电厂现场场景楼宇三维模型进行操作控制，将核电厂现场场景楼宇三维模型切换至俯视视角，在核电厂现场场景楼宇三维模型上标识定位基站的水平位置；
54.步骤002：通过模型显示控制模块将核电厂现场场景楼宇三维模型切换至水平视
角，在核电厂现场场景楼宇三维模型上标识定位基站的高度位置。
55.进一步地，在核电厂现场场景楼宇三维模型上标识定位基站的水平位置包括如下步骤：通过图形化方式，将定位基站示意图标拖拽到核电厂现场场景楼宇三维模型上对应的水平位置点；或者通过定位基站位置坐标输入框进行水平位置点精确设置。
56.进一步地，在核电厂现场场景楼宇三维模型上标识定位基站的高度位置包括如下步骤：通过图形化方式，将定位基站示意图标拖拽到核电厂现场场景楼宇三维模型上对应的高度位置点；或者通过定位基站位置坐标输入框进行高度位置点精确设置。
57.进一步地，所述核电厂现场的楼宇三维模型文件为模型显示模块支持格式的文件。
58.进一步地，所述模型管理模块记忆存储基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置数据。
59.进一步地，所述操作控制包括旋转、拖拽、放大、缩小和调整视角。
60.本发明还提供一种核电厂现场监控方法，包括如下步骤：
61.一、根据测量得到的核电厂现场场景楼宇的相关数据，通过三维建模软件或人为手工建立与核电厂现场场景楼宇大小成比例的核电厂现场场景楼宇三维模型并保存为三维显示引擎可读的文件格式；或者通过三维扫描设备对核电厂现场场景楼宇扫描后导出为三维显示引擎可读的文件格式；
62.二、模型管理模块读取核电厂现场场景楼宇三维模型文件并发送模型显示模块，以及配制基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置信息并发送定位计算模块；定位监控模块获取现场工作人员的实时位置信息并发送定位计算模块；
63.三、定位计算模块接收模型管理模块发送的基站在核电厂现场场景楼宇三维模型中的位置信息，以及定位监控模块发送的现场工作人员的实时位置信息；根据基站在核电厂现场的楼宇三维模型中的位置信息以及现场工作人员的实时位置信息，通过定位算法计算得到现场工作人员的实时位置坐标信息并将所述现场工作人员的实时位置坐标信息校准后发送模型显示模块和业务控制模块；
64.四、模型显示模块接收模型管理模块发送的核电厂现场场景楼宇三维模型文件，根据所述核电厂现场场景楼宇三维模型文件加载显示核电厂现场场景楼宇三维模型；以及接收定位计算模块发送的现场工作人员的实时位置坐标信息，根据现场工作人员的实时位置坐标与核电厂现场场景楼宇三维模型的对应关系，在核电厂现场场景楼宇三维模型中加载显示现场工作人员的实时位置；
65.五、业务控制模块接收接收定位计算模块发送的现场工作人员的实时位置坐标信息，判断现场工作人员的实时位置坐标信息与核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域的边界位置坐标信息是否匹配，如果现场工作人员的实时位置坐标信息与核电厂现场场景楼宇的电子围栏区域的边界位置坐标信息不匹配，则做出风险提示，能够达到业务状态实时提示的效果；
66.六、现场监控时，远程监控人员通过模型显示控制模块对核电厂现场场景楼宇三维模型进行操作控制，以便远程监控人员从不同的角度查看现场工作人员的位置信息和周边设备信息，并根据监控数据与与现场工作人员保持交流，提醒注意事项。
67.进一步地，所述定位计算模块根据基站在核电厂现场的楼宇三维模型中的位置信
息以及现场工作人员的实时位置信息，通过定位算法计算得到现场工作人员的实时位置坐标信息包括如下步骤：
68.步骤001：定位计算模块根据基站在核电厂现场的楼宇三维模型中的位置信息，判断该基站是否部署在核电厂现场的楼宇三维模型中，如果该基站部署在核电厂现场的楼宇三维模型中，则触发定位计算模块进行下一步；
69.步骤002：定位计算模块根据点云滤波法计算当前接收到的定位数据是否有偏差，如果偏离值在允许偏离值范围内，则触发定位计算模块进行下一步；
70.步骤003：定位计算模块查找该基站周边基站信息和数据强度，如果该基站周围没有其他基站接收到定位数据，则判断该基站位置为现场工作人员的实际位置；如果该基站周围有多个基站并列收到定位数据，则触发定位计算模块进行下一步；
71.步骤004：定位计算模块根据该基站及其周围接收到定位数据的基站接收到的定位数据进行判断，如果有两个基站接收到定位数据，根据平均值法求定位现场工作人员位置；如果有n个(三个或者三个以上)基站接收到定位数据，则从n个数据中选取3个不同的数据，组成一个子集，对每个子集进行定位算法计算，计算完成后进行加权取平均值。
72.进一步地，所述定位算法计算时分别使用牛顿迭代法，三边定位算法和最小二乘法计算，计算完成后，加权取平均值。
73.牛顿迭代法算法公式为：
74.设r是f(x)＝0的根，选取x0作为r的近似值，过点(x0，f(x0))做曲线y＝f(x)的切线l，l：y＝f(x0) f
′
(x0)(x
‑
x0)，则l于x轴交点的横坐标称x1为r的一次近似值；
75.过点(x1，f(x1))做曲线y＝f(x)的切线，并求该切线与x轴交点的横坐标称x2为r的二次近似值；
76.重复以上过程，得r的近似值序列，其中，称为r的n 1次近似值，这就是牛顿迭代法。
77.最小二乘法算法公式为：
78.设(x，y)是一对观测量，且y＝r满足以下的理论函数y＝f(x，w)，其中w＝[w1，w2，...，w
n
]
t
为待定参数，求解目标函数取最小值的参数w
i
(i＝1，2，...，n)，求解的这类问题称为最小二乘问题，求解该问题的方法的几何语言称为最小二乘拟合，该算法为最小二乘法。
[0079]
三边定位法：
[0080]
已知三点位置(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，已知未知点(x0，y0)到三点距离为d1，d2，d3，以d1，d2，d3为半径作三个圆，根据毕达哥拉斯定理，得出交点即未知点的位置计算公式：
[0081]
(x1‑
x0)2 (y1‑
y0)2＝d
12
ꢀꢀꢀ
(1)
[0082]
(x2‑
x0)2 (y2‑
y0)2＝d
22
ꢀꢀꢀ
(2)
[0083]
(x3‑
x0)2 (y3‑
y0)2＝d
32
ꢀꢀꢀ
(3)
[0084]
参见图1，三点定位法解法推导过程为，设未知点位置为(x，y)，令圆p1的球心坐标为(0，0)，圆p2球心坐标为(d，0)，圆p3球心坐标为(i，j)，三个圆的半径分别为r1,r2,r3，z为三个圆相交点与水平面高度，则有：
[0085]
r
12
＝x2 y2 z2ꢀꢀꢀ
(4)
[0086]
r
22
＝(x
‑
d)2 y2 z2ꢀꢀꢀ
(5)
[0087]
r
32
＝(x
‑
i)2 (y
‑
j)2 z2ꢀꢀꢀ
(6)
[0088]
当z＝0时，即为三个圆在水平面上相交为一点，首先解出x：
[0089]
x＝(r
12
‑
r
22
d2)/2d
ꢀꢀꢀ
(7)
[0090]
将公式(5)变形，将公式(4)的z2代入公式(2)，再代入公式(6)得到y的计算公式：
[0091]
y＝(r
12
‑
r
32
‑
x2 (x
‑
i)2 j2)/2j
ꢀꢀꢀ
(8)
[0092]
进一步地，所述模型显示模块接收到定位计算模块发送的现场工作人员的实时位置坐标信息后，根据现场工作人员的实时位置坐标和核电厂现场的楼宇三维模型的对应关系，在核电厂现场场景楼宇三维模型中加载显示现场工作人员的实时位置，如果该现场工作人员已经在核电厂现场场景楼宇三维模型中存在，则在核电厂现场场景楼宇三维模型中更新该工作人员的实时位置；如果该现场工作人员不在核电厂现场场景楼宇三维模型中，则在核电厂现场场景楼宇三维模型中添加并显示该工作人员的实时位置。
[0093]
进一步地，所述操作控制包括旋转、拖拽、放大、缩小和调整视角。
[0094]
进一步地，所述三维建模软件为3dmax或sketchup。
[0095]
进一步地，所述三维扫描设备为三维扫描仪。
[0096]
进一步地，所述模型显示模块通过三维显示引擎加载显示核电厂现场场景楼宇三维模型。
[0097]
进一步地，所述三维显示引擎为three.js，three.js可以实现核电厂现场场景楼宇的三维模型的包括摄影机、光影、材质等各种三维场景的直观展示，方便监控远程监控人员查看核电厂现场场景楼宇空间结构。
[0098]
上述三维扫描设备是市售的能够自动建模并且能够导出三维模型的设备。
[0099]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。