CN112270757A - 一种基于空间曲线的管道三维状态监视方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于空间曲线的管道三维状态监视方法及装置，本发明方法通过设备编码方法，建立设备对象物理模型，通过设备对象展示方法，实现设备对象三维模型与性能状态交互展示；通过设备对象展示装置，实现了设备对象三维模型与设备性能状态的实时交互展示的方法，使用户能更好的感知设备对象的状态，并能接受用户的输入视角选择，实现了工业领域复杂管道设备全寿期三维模型和设备状态交互展示的技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于空间曲线的管道三维状态监视方法及装置，尤其涉及工业领域复杂管道系统设备对象三维状态展示方法与装置。
背景技术
在工业管道的使用过程中，经常需要监视其状态。特别是对于复杂的工业设备，可能有成千上万根管道构成，其运行物理状态的监视是一个非常繁琐的过程。设备对象的复杂性，尤其是涉及弯头、焊缝、材质等变参数的特征，对设备对象的三维建模带来了巨大的工作量。
复杂的管道系统使用过程中，设备运行和维护人员通常不能直观地观察和感受到管道的温度、压力等物理状态，这对复杂管道系统的运行和维护带来了巨大的挑战。设备对象的物理模型与状态参数不一致性，对设备对象物理与参数对应展示带来了困难。
现有的管道状态监视方法和系统，通常采取的是对管道的不同部位进行编码，然后在计算机终端上将复杂管道系统不同部位的状态以数值列表的方式，亦或是在计算机终端上将复杂管道系统不同部位的状态以平面色彩的方式进行监视。
这样的方法有两个弊端：一是直接采用数值方式用户对于管道状态异常的情况难以发现；二是管道状态与管道的实际空间位置之间的对应关系非常不明显。设备对象的复杂性，对设备对象展示的方法提出了挑战性。要在设备对象上描述设备外观。
现有的三维建模软件如3DS Max、UG、SolidWorks，能对设备进行三维建模，还停留在三维实体建模分析的技术手段上，不能通过在线的方式动态展示设备三维对象及对象云图，以及不能对三维对象的状态实时监控并动态展示。
三维建模软件采用三维实体或者三维空间曲面来表征真实设计管道的空间形态，然后将管道的状态用不同颜色渲染至实体或曲面之上。这种方法需要占用大量的计算机CPU计算量，特别是对于复杂工业管道系统，实施成本过高。
发明内容
本发明实施例提供一种基于三维物理模型的管道状态监视方法和监视装置，解决了设备实时状态在设备物理模型上快速显示的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种管道三维状态监视的方法，该方法包括：
设备对象物理建模方法：对管道的不同部位特征(壁厚、材质、焊缝等)进行建模，并将管道的不同部位进行编码，以及建立相关静态属性、动态属性；通过编码检索可以获取对应部位的属性状态；
采用点-线-面的方法：把设备物理建模对象，以点的形式展示，设备之间的连接方式，采用线的方式进行连接。设备与设备之间的关系，采用断开的并列的线来表示。
获取设备的静态属性状态：采用X、Y、Z绝对坐标的方式，表示该设备不同部件在空间中的位置。
获取设备动态属性状态：采用状态参数A,B,C等参数列表，表示该设备实时状态值。
通过设备静态属性，根据设备编码逻辑，编码相近的设备点相连接，建立设备物理外观形状。
再通过设备编码，现实设备实体建模的数值状态展示，展示实体设备外观对应的设备状态。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种设备展示方法，该方法包括：
通过设备编码，建立设备实体建模的逻辑顺序。对于逻辑上不相连的，通过设备静态属性不相连接，进一步详细设备实体形状。如对于互不相连的管道，采用断开的三维空间曲线在终端展示；
通过设备动态属性建立设备状态外观，并采用颜色变化来表征设备状态参数的变化范围。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种管道三维展示装置，该装置包括服务器端、客户端两部分内容。服务器端装置在服务器或云端部署，包括：
数据配置模块，建立设备静态特征参数。
数据建模模块，建立设备静态分析模型。
数据分析模块，建立设备动态分析模型。
数据存储模块，存储设备静态数据、动态数据。
为了解决上述技术问题，本发明中的管道三维展示装置还提供一种管道三维展示客户端装置，该装置包括：
数据展示模块，把设备编码、属性参数展示。
异步数据同步模块，实现设备动、静态参数分离展示，并实时动态刷新数据模块。
数据暂存模块，把设备动、静态参数预读取处理。用于从管道状态数据存储模块中每隔一段时间读取最近的数据，使得管道状态展示模块的访问响应速度更快；
采用本发明方案，很好的支持了设备三维对象状态三维模型与特征参数展示，在保证设备物理模型展示的同时，还能有效的在展示设备对象的基础上展示设备状态参数。本方案提高了设备监测的用户体验效果，并且提高了设备显示状态的响应速率。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的管道三维状态建模方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的管道三维状态建模方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的管道三维状态监视装置的结构示意图；
图4为本发明另一实施例提供的管道三维状态监视装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例一——管道状态监视方法
1.1、根据本发明实施例，提供一种基于三维物理模型的管道状态展示方法和装置，实现管道设备状态在三维物理模型上的快速展示，打破了现有技术中对设备物理模型上快速显示设备状态能力的制约，有效的提升了其设备状态监视性能：
1.2、本发明的第一方面提供了一种管道三维状态监视的方法，包括：
通过获取管道的不同部位的物理状态，将管道的不同部位进行编号，并利用编号检索获取对应部位的物理状态；
采用三维空间曲线在显示终端展示管道的空间位置，采用不同色彩表示管道各部位状态的不同数值，用于监视管道的物理状态；
终端展示的三维空间曲线通过放大、缩小、旋转显示对应的设备状态；
对于互不相连的管道，采用断开的三维空间曲线在终端展示；
1.3、结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，所述管道设备的时空状态数据可以通过暂存模块实现。
1.4、显示终端用一系列的画面展示管道不同部位随时间变化的物理状态；
1.5、对于无法获得物理状态的部位，采用相近若干个的可获得其物理状态的部位的计算值来代替其物理状态；
1.6、调整三维空间曲线的粗细，表征不同直径的管道；
调整三维空间曲线的颜色区间，表征不同壁厚的管道；
1.7、可以通过指令触发来实现功能切换，监视不同类别的物理状态；
通过管道初始位置、视角、姿态选择，有效展示管道的空间状态。
1.8、所述系统设备状态信息包括但不限于管道的温度、压力、流量、应力、寿命等。
1.9、通过显示终端暂存功能，用于从管道状态数据存储模块中每隔一段时间读取最近的数据，使得管道状态展示模块的访问响应速度更快；
1.10、通过颜色渐变，来监视管道不同部位的不同物理状态；
通过颜色动态刷新，来监视管道不同部位的不同时间状态；
通过颜色加深并加一束环境光监视管道不同部位的异常状态，表征不同部位异常特征的管道；
通过增强现实三维空间曲线间的烟雾状态，表征不同部位故障特征的管道；实施例二——管道状态监视终端装置
2.1、本发明的第二方面提供了一种管道三维状态监视的装置
管道状态获取模块，用于对不同位置进行编码，并根据编码获得对应部位的物理状态；
管道状态存储模块，用于分别对管道不同位置的不同状态进行存储；
管道设备状态展示模块，根据用户的指令，使系统读取设备范围与展示要求，并通过终端展示管道状态；
2.2、通过外部设备或系统感知模块，有效获取设备状态。
管道原始状态获取，其数据来自于设计图纸所对应管道物理状态信息；
管道历史状态获取，其数据来自于便携式手持设备，在不同位置采集的管道物理状态信息；
管道实时状态获取，其数据来自于实时数据经机理模型计算后的结果；
管道实时状态获取，其数据来自于实时数据结合经历史数据训练的人工智能算法模型计算后的结果；
2.3、管道状态数据存储模块，有效存储设备状态。
通过管道设备物理建模并编码，建立设备物理数据库；通过管道不同位置的物理数据编码，存储不同部位的重要物理参数。
通过管道设备状态建模并编码，建立设备状态数据库；根据管道不同位置的物理数据编码，存储管道的不同的重要状态参数。
建立管道设备编码、管道设备物理模型、管道设备实时状态映射关系，并利用编号检索存储对应部位的实时状态；
2.4、通过管道镜头的切换，实现管道状态多层次感知
通过放大按钮，实现管道状态的任意矢量化模型感知，查看管道的细节；
通过缩小按钮，实现管道状态的全局模型感知，查看管道的整体、周边结构；
通过旋转按钮，实现管道状态的多角度感知，通过多角度查看管道的结构；
2.5、通过管道设备范围的切换，实现管道设备状态感知
通过单体功能导航，实现自动浏览单体管道状态的三维感知；
通过复选功能导航，实现自动浏览多体管道状态的三维感知；
通过全局功能导航，实现自动浏览全部管道状态的三维感知；
2.6、通过选择按钮，实现被选择管道状态感知；
通过隐藏按钮，实现被选择管道状态的透视感知；
通过漫游功能，按照任意设置的路线，浏览查看管道状态的三维全景感知；
通过自动导航功能，按照系统自带的默认路线，浏览查看管道状态的三维全景感知；
2.7、在一个示例性实施例中，结合执行第一种可能实现方法，所述方法还包括：将管道的不同部位三维实体建模，将管道不同部位的设备状态三维建模，并通过数据检索的方式获得管道不同部位的状态。通过数据查询与检索，在空间展示管道设备的空间实体状态和物理状态。
实施例三——管道状态监视方法
在另一个示例性实施例中，结合执行第二种可能实现方法，所述方法还包括：将管道的不同部位三维实体建模，将管道不同部位的设备状态三维建模，并通过数据检索的方式获得管道不同部位的状态。通过数据查询与检索，对于无法查询到数据集结果的，采用在空间中可获得的相邻点物理状态，并通过数值计算的方法来展示管道计算所需要位置的物理状态。
实施例四——管道状态监视终端装置
4.1、在另外的示例性实施例中提供管道三维状态监视装置，所述装置还包括：管道状态、获取模块、管道状态存储模块、管道状态展示模块。
4.2、在另一个示例性实施例中提供管道三维状态监视装置，所述方法还包括：管道状态、获取模块、管道状态存储模块、管道状态暂存模块、管道状态展示模块。
Claims (20)
1.一种基于空间曲线的管道三维状态监视方法，其特征在于，包括：
获取管道的不同部位的物理状态，将管道的不同部位进行标记，并利用标记检索获取对应部位的物理状态；
采用三维空间曲线在显示终端展示管道的空间位置，采用不同色彩表示管道各部位实时运行状态的不同数值，用于监视管道的物理状态的实时分布；
终端展示的三维空间曲线可以放大、缩小、旋转。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视方法，其特征在于，所述方法还包括：对于互不相连的管道，采用断开的三维空间曲线在终端展示。
3.根据权利要求1所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视方法，其特征在于，所述方法还包括：显示终端用一系列的画面展示管道不同部位随时间变化的物理状态。
4.根据权利要求1所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视方法，其特征在于，所述方法还包括：对于无法获得物理状态的部位，采用相近若干个的可获得其物理状态的部位的计算值来代替其物理状态。
5.根据权利要求1所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视方法，其特征在于，所述方法还包括：可以调整三维空间曲线的粗细，表征不同直径的管道；可以设置三维空间曲线的颜色，表征不同壁厚的管道。
6.根据权利要求1所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视方法，其特征在于，所述方法还包括：可以通过指令来切换监视不同类别的物理状态。
7.一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于，包括：
管道状态获取模块，对不同位置进行编码，并根据编码获得对应部位的实时物理状态；
管道状态数据存储模块，对不同位置的管道状态进行存储；
管道状态展示模块，采用权利要求1方法展示管道状态。
8.根据权利要求7所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征碍于，所述模块包括：
管道状态数据暂存模块，用于从管道状态数据存储模块中每隔一段时间读取最近的数据，使得管道状态展示模块的访问响应速度更快。
9.根据权利要求7所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于，所述模块还包括：
管道状态展示交互模块，用于监视者从不同角度和位置观察被监视管道的状态。
10.根据权利要求7所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置装置，其特征在于：管道状态展示模块采用虚拟现实(VR)或者增强现实(AR)技术实现。
11.根据权利要求7或权利要求9所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于：采用手势感知或者体态识别方式进行交互。
12.根据权利要求7所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于：管道状态获取模块，其数据来自于手持式设备获得不同位置的物理状态。
13.根据权利要求7所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于：管道状态获取模块，其数据来自于对测量结果经公式计算后的结果。
14.根据权利要求7或权利要求9所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于：管道状态展示交互模块，可以选择管道的某一部位，直接读取该部位的状态值。
15.根据权利要求7所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于，所述模块还包括：
管道状态异常报警模块，对于管道状态超出一定限制的情况发出报警，对于异常部位的管道采用特殊的颜色突出显示。
16.根据权利要求7所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于：管道状态展示模块，可以选择只展示其中一部分管道的状态。
17.根据权利要求7所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于，所述模块还包括：
管道空间位置信息管理模块，可用于管道的三维空间位置的增加、删除、修改和查找。
18.根据权利要求7所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于，所述模块还包括：
管道物理状态计算模块，可用于无法直接获得的物理状态的分析计算。
19.根据权利要求7所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于，所述模块还包括：
所述存储装置存储管道设备绘制程序，所述管道设备绘制程序当被处理单元执行时，生成管道设备三维视图数据，并保存到存储装置数据库中。
20.根据权利要求10所述的一种基于空间曲线的管道三维状态监视装置，其特征在于：管道状态展示交互模块，其数据来自于触摸传感器或鼠标传感器的输入结果。
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