輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)及人機交互方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)，它包括屏幕、用于將輸電線路三維巡視線路和場景投射在屏幕上的投影儀、用于捕捉學員的身體及手臂動作信息的人體動作識別儀、用于采集學員頭部旋轉運動和上下運動信息并定位學員頭部位置的視角定位儀、用于學員自由行走的行走帶、用于采集行走帶滾動時的速度和方向從而獲取學員行走速度和方向的位移傳感器，人體動作識別儀、視角定位儀和位移傳感器的信號輸出端用于連接輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互模塊，投影儀的信號輸入端用于連接輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的輸電線路三維巡視線路和場景圖像信號輸出端。本發(fā)明提高了人機交互的互動性和仿真性。
【專利說明】輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)及人機交互方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力培訓系統(tǒng)【技術領域】，具體涉及一種輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)及人機交互方法。
技術背景
[0002]利用仿真技術進行電力系統(tǒng)的教學培訓工作已經(jīng)越來越得到廣泛的應用，現(xiàn)有的輸電線路巡視仿真系統(tǒng)建立了三維立體的巡視線路場景，但是現(xiàn)有的輸電線路巡視仿真系統(tǒng)均采用傳統(tǒng)的鍵盤、鼠標的人機交互方式進行線路巡視，這樣難以模擬出巡視操作的真實感，其仿真性大大降低，培訓效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對上述技術問題，提供一種輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)及人機交互方法，該系統(tǒng)和方法使得輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)中的虛擬人物動作與學員真實的肢體動作實現(xiàn)了完美同步，大大提高了人機交互的互動性和仿真性。
[0004]為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設計的輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)，其特征在于:它包括屏幕、用于將輸電線路三維巡視線路和場景投射在屏幕上的投影儀、用于捕捉學員的身體及手臂動作信息的人體動作識別儀、用于采集學員頭部旋轉運動和上下運動信息并定位學員頭部位置的視角定位儀、用于學員自由行走的行走帶、用于采集行走帶滾動時的速度和方向從而獲取學員行走速度和方向的位移傳感器，其中，所述人體動作識別儀、視角定位儀和位移傳感器的信號輸出端用于連接輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互模塊，所述投影儀的信號輸入端用于連接輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的輸電線路三維巡視線路和場景圖像信號輸出端。
[0005]所述人體動作識別儀設置在屏幕的頂端。
[0006]所述屏幕為球形屏幕。
[0007]所述位移傳感器位于采集行走帶的下方。
[0008]一種利用上述輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)的人機交互方法，其特征在于，它包括如下步驟:
[0009]步驟1:所述輸電線路巡視仿真系統(tǒng)生成虛擬的輸電巡視線路場景圖，并通過投影儀顯示在屏幕上；
[0010]步驟2:學員做出預先設定標準姿勢，人體動作識別儀對學員做出的標準姿勢進行掃描，并對學員的姿勢進行匹配，完成人體動作識別儀的初始化；
[0011]步驟3:學員站在行走帶上根據(jù)步驟I中虛擬輸電巡視線路場景圖的巡視線路做出相應的人體巡視姿勢動作；
[0012]步驟4:人體動作識別儀采集學員人體巡視姿勢動作中的人體姿勢信息和手臂位置信息；同時視角定位儀采集學員人體巡視姿勢動作中的頭部旋轉運動及頭部上下運動信息并定位學員的頭部位置；同時位移傳感器通過采集行走帶滾動時的速度和方向獲取學員人體巡視姿勢動作中的行走速度信息和方向信息；
[0013]步驟5:所述人體動作識別儀將上述學員人體巡視姿勢動作中的人體姿勢信息和手臂位置信息傳輸給輸電線路巡視仿真系統(tǒng)；視角定位儀將上述學員人體巡視姿勢動作中的頭部旋轉運動和頭部上下運動信息，以及學員的頭部位置信息傳輸給輸電線路巡視仿真系統(tǒng)；位移傳感器將上述學員人體巡視姿勢動作中的行走速度信息和方向信息傳輸給輸電線路巡視仿真系統(tǒng)；
[0014]步驟6:輸電線路巡視仿真系統(tǒng)將上述學員人體巡視姿勢動作中的人體姿勢信息和手臂位置信息、學員頭部旋轉運動和頭部上下運動信息、學員頭部位置信息、學員行走速度信息和方向信息反饋到屏幕顯示的虛擬輸電巡視線路場景圖中，使虛擬輸電巡視線路場景圖中的虛擬人物具有與學員相同的人體巡視姿勢動作，上述過程即完成了一次人機交互，實現(xiàn)了屏幕上的虛擬人物的動作與學員真實的動作同步一致。
[0015]所述步驟2中，當學員進行更換時，人體動作識別儀對更換的新學員做出的標準姿勢進行掃描，并對更換的新學員的姿勢進行匹配，完成更換新學員后的人體動作識別儀初始化。
[0016]所述學員做出預先設定標準姿勢為人體自然站立，雙手向上舉過肩，保持該姿勢2?4秒。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]1、本發(fā)明提供了一種輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互方法，使輸電線路巡視仿真培訓系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)的鍵盤、鼠標的束縛。
[0019]2、本發(fā)明使得虛擬人物動作與學員真實的肢體動作達到了同步，大大提高了人機交互的互動性；
[0020]3、本發(fā)明提高了線路巡視仿真系統(tǒng)的真實感，有助于提高線路巡視的培訓效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的結構示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明的結構示意圖。
[0023]其中、I 一投影儀、2—屏幕、3—人體動作識別儀、4 一視角定位儀、5—行走帶、6—位移傳感器、7—輸電線路巡視仿真系統(tǒng)、7.1—人機交互模塊、7.2—巡視線路庫、7.3—輸電線路二維場景庫、7.4一設備缺陷庫、7.5一巡視操作模塊、7.6一缺陷記錄模塊、7.7一虛擬輸電巡視線路生成模塊、8—支架、9 一培訓室。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明:
[0025]如圖2所示的輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)，它包括屏幕2、用于將輸電線路三維巡視線路和場景投射在屏幕2上的投影儀1、用于捕捉學員的身體及手臂動作信息的人體動作識別儀3、用于采集學員頭部旋轉運動和上下運動信息并定位學員頭部位置的視角定位儀4、用于學員自由行走的行走帶5、用于采集行走帶5滾動時的速度和方向從而獲取學員行走速度和方向的位移傳感器6，其中，所述人體動作識別儀3、視角定位儀4和位移傳感器6的信號輸出端用于連接輸電線路巡視仿真系統(tǒng)7的人機交互模塊7.1，所述投影儀I的信號輸入端用于連接輸電線路巡視仿真系統(tǒng)7的輸電線路三維巡視線路和場景圖像信號輸出端。所述視角定位儀4戴于學員頭上。上述投影儀I通過支架8固定在培訓室9。
[0026]上述技術方案中，所述人體動作識別儀3、視角定位儀4、位移傳感器6均由具備通用接口的數(shù)據(jù)線接入輸電線路巡視仿真系統(tǒng)7的人機交互模塊7.1，將采集的信息實時上傳。
[0027]上述技術方案中，所述人體動作識別儀3設置在屏幕2的頂端。
[0028]上述技術方案中，所述屏幕2為球形屏幕。
[0029]上述技術方案中，所述位移傳感器6位于采集行走帶5的下方。
[0030]上述技術方案中，輸電線路巡視仿真系統(tǒng)7可分為三層結構，如圖1所示:第一層為數(shù)據(jù)庫包括巡視線路庫7.2、輸電線路三維場景庫7.3和設備缺陷庫7.4，其中設備缺陷庫7.4包含輸電線路導線、絕緣子、金具、桿塔、導地線、基礎等組件的各種缺陷模型；輸電線路三維場景庫7.3包含輸電線路導線、絕緣子、金具、桿塔、導地線、基礎等組件的模型；巡視線路庫7.2包含有110kV、220kV和500kV等電壓等級下的典型線路；第二層為虛擬輸電巡視線路生成模塊7.7，該模塊調(diào)用第一層數(shù)據(jù)庫各數(shù)據(jù)生成虛擬巡視線路；第三層為應用層，巡視操作模塊7.5用于完成巡視的常見操作，如望遠鏡查看線路，登塔檢查，使用工具等；缺陷記錄模塊7.6用于記錄在線路巡視中發(fā)現(xiàn)的缺陷；人機交互模塊7.1用于與人體動作識別儀3、視角定位儀4、位移傳感器6進行數(shù)據(jù)通信，將采集到的學員身體及動作信息進行分析處理，使虛擬電工同步作出相應的動作，實現(xiàn)人機交互。
[0031]一種利用上述輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)的人機交互方法，它包括如下步驟:
[0032]步驟1:所述輸電線路巡視仿真系統(tǒng)7生成虛擬的輸電巡視線路場景圖，并通過投影儀I顯示在球形屏幕上；
[0033]步驟2:學員做出預先設定標準姿勢，人體動作識別儀3對學員做出的標準姿勢進行掃描，并對學員的姿勢進行匹配，完成人體動作識別儀3的初始化；
[0034]步驟3:學員站在行走帶5上根據(jù)步驟I中虛擬輸電巡視線路場景圖的巡視線路做出相應的人體巡視姿勢動作；
[0035]步驟4:人體動作識別儀3采集學員人體巡視姿勢動作中的人體姿勢信息和手臂位置信息(如學員抬起右手，人體動作識別儀3掃描到學員的人體姿勢和手臂位置，即采集到了學員的“身體信息”);同時視角定位儀4采集學員人體巡視姿勢動作中的頭部旋轉運動及頭部上下運動信息并定位學員的頭部位置(如學員向左轉頭，學員頭頂上的視角定位儀4隨著頭部向左偏轉，檢測偏轉角度，即采集到了學員的“轉頭信息”);同時位移傳感器6通過采集行走帶5滾動時的速度和方向獲取學員人體巡視姿勢動作中的行走速度信息和方向信息(如學員向前行走，帶動行走帶5向右滾動，位移傳感器6檢測到行走帶5滾動的速度和方向，即采集到了學員的“行走信息”);
[0036]步驟5:所述人體動作識別儀3將上述學員人體巡視姿勢動作中的人體姿勢信息和手臂位置信息傳輸給輸電線路巡視仿真系統(tǒng)7 ;視角定位儀4將上述學員人體巡視姿勢動作中的頭部旋轉運動和頭部上下運動信息，以及學員的頭部位置信息傳輸給輸電線路巡視仿真系統(tǒng)7 ;位移傳感器6將上述學員人體巡視姿勢動作中的行走速度信息和方向信息傳輸給輸電線路巡視仿真系統(tǒng)7 ；
[0037]步驟6:輸電線路巡視仿真系統(tǒng)7將上述學員人體巡視姿勢動作中的人體姿勢信息和手臂位置信息、學員頭部旋轉運動和頭部上下運動信息、學員頭部位置信息、學員行走速度信息和方向信息反饋到屏幕2顯示的虛擬輸電巡視線路場景圖中，使虛擬輸電巡視線路場景圖中的虛擬人物具有與學員相同的人體巡視姿勢動作，上述過程即完成了一次人機交互，實現(xiàn)了屏幕2上的虛擬人物的動作與學員真實的動作同步一致。
[0038]上述技術方案的步驟2中，當學員進行更換時，人體動作識別儀3對更換的新學員做出的標準姿勢進行掃描，并對更換的新學員的姿勢進行匹配，完成更換新學員后的人體動作識別儀3初始化。
[0039]上述技術方案中，所述學員做出預先設定標準姿勢為人體自然站立，雙手向上舉過肩，保持該姿勢2?4秒。
[0040]上述技術方案中，虛擬的輸電巡視線路場景圖包括由各種塔型組成的巡視線路和附近的地形地貌以及天氣情況。
[0041]本說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域?qū)I(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
【權利要求】
1.一種輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)，其特征在于:它包括屏幕(2)、用于將輸電線路三維巡視線路和場景投射在屏幕(2)上的投影儀(I)、用于捕捉學員的身體及手臂動作信息的人體動作識別儀(3)、用于采集學員頭部旋轉運動和上下運動信息并定位學員頭部位置的視角定位儀(4)、用于學員自由行走的行走帶(5)、用于采集行走帶(5)滾動時的速度和方向從而獲取學員行走速度和方向的位移傳感器(6)，其中，所述人體動作識別儀(3)、視角定位儀(4)和位移傳感器(6)的信號輸出端用于連接輸電線路巡視仿真系統(tǒng)(7)的人機交互模塊(7.1)，所述投影儀(I)的信號輸入端用于連接輸電線路巡視仿真系統(tǒng)(7)的輸電線路三維巡視線路和場景圖像信號輸出端。
2.根據(jù)權利要求1所述的輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)，其特征在于:所述人體動作識別儀(3)設置在屏幕(2)的頂端。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)，其特征在于:所述屏幕(2)為球形屏幕。
4.根據(jù)權利要求1所述的輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)，其特征在于:所述位移傳感器(6)位于采集行走帶(5)的下方。
5.—種利用權利要求1所述輸電線路巡視仿真系統(tǒng)的人機交互系統(tǒng)的人機交互方法，其特征在于，它包括如下步驟: 步驟1:所述輸電線路巡視仿真系統(tǒng)(7)生成虛擬的輸電巡視線路場景圖，并通過投影儀(I)顯示在屏幕(2)上； 步驟2:學員做出預先設定標準姿勢，人體動作識別儀(3)對學員做出的標準姿勢進行掃描，并對學員的姿勢進行`匹配，完成人體動作識別儀(3)的初始化； 步驟3:學員站在行走帶(5)上根據(jù)步驟I中虛擬輸電巡視線路場景圖的巡視線路做出相應的人體巡視姿勢動作； 步驟4:人體動作識別儀(3)采集學員人體巡視姿勢動作中的人體姿勢信息和手臂位置信息；同時視角定位儀(4)采集學員人體巡視姿勢動作中的頭部旋轉運動及頭部上下運動信息并定位學員的頭部位置；同時位移傳感器(6)通過采集行走帶(5)滾動時的速度和方向獲取學員人體巡視姿勢動作中的行走速度信息和方向信息； 步驟5:所述人體動作識別儀(3)將上述學員人體巡視姿勢動作中的人體姿勢信息和手臂位置信息傳輸給輸電線路巡視仿真系統(tǒng)(7);視角定位儀(4)將上述學員人體巡視姿勢動作中的頭部旋轉運動和頭部上下運動信息，以及學員的頭部位置信息傳輸給輸電線路巡視仿真系統(tǒng)(7);位移傳感器(6)將上述學員人體巡視姿勢動作中的行走速度信息和方向信息傳輸給輸電線路巡視仿真系統(tǒng)(7)； 步驟6:輸電線路巡視仿真系統(tǒng)(7)將上述學員人體巡視姿勢動作中的人體姿勢信息和手臂位置信息、學員頭部旋轉運動和頭部上下運動信息、學員頭部位置信息、學員行走速度信息和方向信息反饋到屏幕(2)顯示的虛擬輸電巡視線路場景圖中，使虛擬輸電巡視線路場景圖中的虛擬人物具有與學員相同的人體巡視姿勢動作，上述過程即完成了一次人機交互，實現(xiàn)了屏幕(2)上的虛擬人物的動作與學員真實的動作同步一致。
6.根據(jù)權利要求5所述的人機交互方法，其特征在于:所述步驟2中，當學員進行更換時，人體動作識別儀(3)對更換的新學員做出的標準姿勢進行掃描，并對更換的新學員的姿勢進行匹配，完成更換新學員后的人體動作識別儀(3)初始化。
7.根據(jù)權利要求5所述的人機交互方法，其特征在于:所述學員做出預先設定標準姿勢為人體自然站立，雙手向上舉過肩，保持該姿勢2~4`秒。
【文檔編號】G06F3/01GK103631381SQ201310670045
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權日:2013年12月10日
【發(fā)明者】李曉峰, 胡志鵬, 胡川, 劉春翔, 別士光 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司, 國網(wǎng)電力科學研究院, 國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司