一種部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法與流程

2023-06-04 00:32:16

本發明為核電及相關行業的虛擬實境應用，特別涉及一種基於虛擬實境技術的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法。

背景技術：

虛擬實境作為一種能夠有效降低設計與驗證成本的手段被引入到工業化生產中已有多年，其在產品的設計階段就能夠為設計者提供交互驗證可能性。然而，目前各行業常見的虛擬實境應用中，僅實現了模型場景的瀏覽，並只提供了簡單的預置交互模式，即用戶僅能對產品的外形建立較為直觀的認識，但是無法對產品的運作和人機互動方式進行自由的研究。

核電廠是一個非常複雜的人-技術-組織系統，其構築物、系統和部件的數量非常巨大，且系統和部件間以複雜的控制邏輯相互連接，共同維護核電廠的安全性和可用性。所以對於核電行業來說：

1)僅進行簡單的模型場景瀏覽的虛擬實境應用是遠遠不夠的。三維的靜態部件模型和描述數據(設計數據)，需要與核電廠的實時仿真系統(設計分析器或模擬機，電廠物理和控制的數位化仿真模型)相關聯。設計人員才能在虛擬實境應用中通過監控控制室或就地區域的指示儀和控制器與具備動態運行特性的整個電廠進行互動，在驗證過程中也才更容易識別到設計中構築物和部件的外形尺寸和整體布置、安全分析、報警/顯示/控制特性、運行規程等各方面的缺陷，進行及時的設計變更和完善。在核電行業中，由於其複雜性，進行大規模實時複雜計算的設計分析器一般是作為一個獨立的系統。這就要求虛擬實境應用能夠與外部的計算系統或計算陣列有效的結合。

2)雖然可以在一個小型的虛擬場景中依次開發交互與聯動的機制，但對於整個核電廠，甚至僅對部分廠房來說，動輒成千上萬的數據測點與反饋控制對象使得單獨配置每個點是不可能完成的。同時在實際的工程項目中，還需要面對三維的靜態部件模型和描述數據，以及體現了電廠測量和控制邏輯的設計分析器分別不斷迭代更新的情況，為此兩者的關聯關係需要具備自動匹配和快速更新的特性，整個任務變得更加艱巨了。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，提出一種部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法。

部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法包括數據前處理和仿真系統整合；所述數據前處理包括：原始的設計數據與部件描述信息保存在存儲伺服器中，使用一個配置服務為系統提供用戶對於所述仿真系統整合模塊與設計數據關係的數據輸入接口，新的設計數據進入數據分析服務，服務在對設計數據進行多邊形轉換時發揮作用，讀取對應部件的描述信息，將描述信息按照描述組織規則進行分詞。按照信息關鍵詞建立數據表，對於所有待轉換物體按照最小化碎片原則將有公共關鍵詞的部件順序排列，交由多邊形轉換引擎進行操作。

優選地，還包括對轉換完成多邊形數據進行索引，建立多邊形段與關鍵詞的關係；迭代不同的關鍵詞，為每個關鍵詞相關的幾何體計算總的包圍盒範圍，建立佔位空間表；根據用戶提供的數據點與關鍵詞關係規則表，分別建立關鍵詞與數據點關係表以及佔位空間與數據點關係表；所有關係表保存到關係型資料庫中備用。

優選地，在運行時，使用opc協議與獨立的實時仿真系統進行數據交換，為了多通道虛擬實境的正確同步，使用一opc通信服務來處理所有來自虛擬實境應用的仿真數據的讀寫操作；將與仿真系統的數據交換分成四大類型，周期性數據訪問、突發性數據訪問、歷史數據訪問和數據寫操作；對於不同訪問類型使用不同操作邏輯。

優選地，所述周期性數據訪問包括：由opc通信中轉服務負責周期性的數據請求，虛擬實境應用只更新需要周期訪問的數據點列表；opc中轉服務在獲得數據點值後，保存數據點的最新值，同時將值緩衝到歷史數據服務中。

優選地，所述歷史數據訪問包括：使用一歷史數據服務緩衝所有註冊過周期性訪問的數據點的歷史值；使用循環緩衝區建立歷史數據的緩衝空間；當虛擬實境應用需要進行獲取某數據點歷史值時無需使用opc通信，直接從緩衝的歷史值中獲得結果。

優選地，所述突發性數據訪問包括：虛擬實境應用直接向opc通信中轉服務發出對目標數據點列表的數據請求，中轉服務過濾掉多通道伺服器發來的重複請求後，立刻通過opc協議向仿真系統查詢最新值，並返回給虛擬實境應用。

優選地，所述數據寫操作包括：對於虛擬實境應用的寫操作，opc通信中轉服務首先同突發性數據訪問一樣濾除重複請求，之後按照用戶規則判斷請求是否合法，對於合法請求，通過opc協議修改仿真系統端的數據點值並返回成功信號，否則返回錯誤信號。

優選地，基於虛擬實境技術。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明提供的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法，可在用戶只配置簡單的對應關係後，自動對用戶的設計數據進行分析並建立虛擬實境應用工作所必須的交互信息。

2、本發明提供的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法，可以幫助多通道的虛擬實境應用完成與外部有工程研究意義的實時仿真系統進行有效的通信，大幅度避免多通道系統在運行時數據或狀態的同步丟失。

3、通過本發明提供的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法，虛擬實境應用可以只通過簡單配置就自動化地從相關數字設計圖紙中獲取部件信息，並與外部的實時仿真系統聯動，為虛擬應用提供具有泛用性的基於仿真的實時交互操作。

4、本發明提供的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法，可在完整的虛擬實境系統中，作為數據部分的組件使用，為虛擬實境的各項應用提供核電廠運行模擬在虛擬環境中的數據可視化與操作交互功能，極大地拓展和增強虛擬實境在核電及相關行業中的應用範圍和效果。

附圖說明

圖1為本發明一實施例提供的基於虛擬實境技術的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法的總體架構圖。

圖2為本發明一實施例提供的基於虛擬實境技術的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法的數據與邏輯圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

本實施例為虛擬實境應用提供一種從數字圖紙中提取部件信息並與其他實時仿真系統聯動的方法。通過該方法，虛擬實境應用可以只通過簡單配置就自動化地從相關數字設計圖紙中獲取部件信息，並與外部的實時仿真系統聯動，為虛擬應用提供具有泛用性的基於仿真的實時交互操作。

系統分成兩大部分，數據前處理和仿真系統整合模塊。

數據前處理部分中，原始的設計數據與部件描述信息保存在存儲伺服器中，使用一個配置服務(使用配置文件、web頁面或配置應用)為系統提供用戶對於仿真系統與設計數據關係的數據輸入接口。新的設計數據進入數據分析服務，服務在對設計數據進行多邊形轉換時發揮作用，讀取對應部件的描述信息，將描述信息按照描述組織規則進行分詞。按照信息關鍵詞建立數據表，對於所有待轉換物體按照最小化碎片原則將有公共關鍵詞的部件順序排列，交由多邊形轉換引擎進行操作。對轉換完成多邊形數據進行索引，建立多邊形段與關鍵詞的關係。迭代不同的關鍵詞，為每個關鍵詞相關的幾何體計算總的包圍盒範圍，建立佔位空間表。根據用戶提供的數據點與關鍵詞關係規則表，分別建立關鍵詞與數據點關係表以及佔位空間與數據點關係表。所有關係表保存到關係型資料庫中備用。

在運行時，使用opc協議與獨立的實時仿真系統進行數據交換，為了多通道虛擬實境的正確同步，使用一opc通信服務來處理所有來自虛擬實境應用的仿真數據的讀寫操作。將與仿真系統的數據交換分成四大類型，周期性數據訪問、突發性數據訪問、歷史數據訪問和數據寫操作。對於不同訪問類型使用不同操作邏輯：

周期性訪問：由opc通信中轉服務負責周期性的數據請求，虛擬實境應用只更新需要周期訪問的數據點列表。opc中轉服務在獲得數據點值後，保存數據點的最新值，同時將值緩衝到歷史數據服務中。

歷史數據訪問：使用一歷史數據服務緩衝所有註冊過周期性訪問的數據點的歷史值。使用循環緩衝區建立歷史數據的緩衝空間。當虛擬實境應用需要進行獲取某數據點歷史值時無需使用opc通信，直接從緩衝的歷史值中獲得結果。

突發性數據訪問：虛擬實境應用直接向opc通信中轉服務發出對目標數據點列表的數據請求，中轉服務過濾掉多通道伺服器發來的重複請求後，立刻通過opc協議向仿真系統查詢最新值，並返回給虛擬實境應用。

數據寫操作：對於虛擬實境應用的寫操作，opc通信中轉服務首先同突發性數據訪問一樣濾除重複請求，之後按照用戶規則判斷請求是否合法，對於合法請求，通過opc協議修改仿真系統端的數據點值並返回成功信號，否則返回錯誤信號。

本實施例使用pds平臺為例作為設計數據的來源平臺，建立以存儲伺服器作為圖1-①所示的設計數據存儲，將pds的幾何體文件(.dgn)以及部件描述文件(.drv)保存在伺服器中。使用apache為使用者提供基於web的配置界面，建立圖1-②所示的配置服務。用戶需要配置drv文件中提到的關鍵詞與數據點的關係、仿真系統的連結信息、需要周期獲取的數據點列表、數據點的可寫性以及其他對於數據點進行寫操作的前置條件。建立圖1-⑤所示的數據分析服務，服務從設計數據存儲和配置服務處分別獲取設計文件以及用戶的配置，按照圖2中數據預處理流程依次執行。使用mysql實現圖1-⑦中所示的關係資料庫，將數據預處理生成的關鍵詞表、佔位空間表、關鍵詞與三角形端索引表、關鍵詞與數據點關係表以及佔位空間與數據點關係表保存在其中。

使用一設計分析器作為圖1-⑨所示實時仿真系統，選擇opcda2.05作為通信協議。使用pythonopc建立圖1-⑩所示的通信中轉服務，選擇異步udp方式與虛擬實境應用交換請求與結果。使用循環緩衝在內存中建立圖1-⑿所示的數據點緩衝空間。

為虛擬實境應用建立對應的仿真數據人機界面。分別使用以下幾種模式，

模式1：如圖2中基於關鍵詞的訪問所示，在虛擬實境應用中直接按照關鍵詞查詢某部件的所有相關數據點值。

模式2：如圖2中基於幾何體的訪問所示，是用戶直接在場景中選取需要交互的對象，通過使用射線檢測尋找用戶所選擇的物體和三角形面序號，使用物體名和序號在圖1-⑦所示的資料庫中查詢命中多邊形段，獲得相關的數據點，進行數據查詢或操作。

模式3：按照當前虛擬實境應用所模擬的坐標範圍從圖1-⑦所示的資料庫中的佔位空間表中檢索所有包含的佔位空間。在對應佔位空間上建立虛擬碰撞物體，有虛擬實境應用的碰撞系統檢測用戶的虛擬角色或其他被研究物體與這些佔位物體的碰撞或區域觸發事件，按照事件的觸發對相關的數據點進行查詢或操作。

與現有技術相比，本實施例具有以下有益效果：

1、本實施例提供的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法，可在用戶只配置簡單的對應關係後，自動對用戶的設計數據進行分析並建立虛擬實境應用工作所必須的交互信息。

2、本實施例提供的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法，可以幫助多通道的虛擬實境應用完成與外部有工程研究意義的實時仿真系統進行有效的通信，大幅度避免多通道系統在運行時數據或狀態的同步丟失。

3、通過本實施例提供的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法，虛擬實境應用可以只通過簡單配置就自動化地從相關數字設計圖紙中獲取部件信息，並與外部的實時仿真系統聯動，為虛擬應用提供具有泛用性的基於仿真的實時交互操作。

4、本實施例提供的部件信息提取分析與實時仿真系統交互的方法，可在完整的虛擬實境系統中，作為數據部分的組件使用，為虛擬實境的各項應用提供核電廠運行模擬在虛擬環境中的數據可視化與操作交互功能，極大地拓展和增強虛擬實境在核電及相關行業中的應用範圍和效果。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的系統而言，由於與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

本領域技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的範圍。

顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。