本發(fā)明涉及發(fā)電設(shè)備管理，尤其涉及一種基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法。

背景技術(shù)：

1、gcb是水電站電力設(shè)備中最重要的設(shè)備之一，在長期運行過程中會出現(xiàn)滲漏等故障，因此需要維修作業(yè)人員定期對gcb進行檢修。然而檢修過程需要通過吊裝等手段對gcb滅弧室進行拆卸和安裝，這一過程需要人工操作，并且需要密切注意周圍的環(huán)境和設(shè)備，以防止發(fā)生碰撞、損壞或人身傷害等意外事故。因此，需要一種基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法與系統(tǒng)，以提供全面的拆裝過程決策支持。該系統(tǒng)將利用全站儀、激光跟蹤儀等設(shè)備，結(jié)合數(shù)據(jù)分析和數(shù)字孿生等技術(shù)，建立gcb檢修過程的數(shù)字孿生模型，通過實時采集gcb拆裝過程中滅弧室吊裝的位姿數(shù)據(jù)，在軟件系統(tǒng)中提供準確的預(yù)測和決策支持，從而幫助檢修人員更安全、高效地進行檢修作業(yè)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明提供了一種基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法，能夠解決傳統(tǒng)的gcb拆裝過程依賴于人工經(jīng)驗和直覺判斷，存在操作風(fēng)險和誤差的問題。同時，由于gcb的復(fù)雜性和特殊性，拆裝過程中需要注意周圍環(huán)境和設(shè)備，以免發(fā)生碰撞等意外情況。因此，本發(fā)明旨在通過測量與數(shù)字孿生技術(shù)相結(jié)合，提供一種全面的gcb拆裝過程輔助決策方法與系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)方法存在的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，一種基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法，包括：

4、建立全局完整、局部精細的gcb檢修場景模型；確定現(xiàn)實激光跟蹤儀的具體位置；在gcb檢修現(xiàn)場，利用激光跟蹤儀進行實時監(jiān)測。

5、作為本發(fā)明所述的基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述建立全局完整、局部精細的gcb檢修場景模型包括，利用全站儀對gcb檢修場景進行初步測量，獲取全局點云數(shù)據(jù)，同時通過高精度手持掃描儀對檢修場景內(nèi)部的設(shè)備零部件和輔助工裝進行精細測量，獲取每個設(shè)備的完整高精度點云數(shù)據(jù)。

6、作為本發(fā)明所述的基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述建立全局完整、局部精細的gcb檢修場景模型包括，全局點云數(shù)據(jù)通過全站儀獲取，表達式如下：

7、，

8、其中，為全局點云數(shù)據(jù)，為全局點云數(shù)據(jù)的密度函數(shù)，為全站儀的測量函數(shù)，為全局測量區(qū)域，為全局測量體積。

9、局部點云數(shù)據(jù)通過高精度手持掃描儀獲取，表達式如下：

10、，

11、其中，為通過高精度手持掃描儀獲取的局部點云數(shù)據(jù)，為局部點云數(shù)據(jù)的密度函數(shù)，為手持掃描儀的測量函數(shù)，為局部測量區(qū)域，為局部測量體積。

12、作為本發(fā)明所述的基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述建立全局完整、局部精細的gcb檢修場景模型包括，對獲取的點云數(shù)據(jù)進行濾波、去噪、采樣處理，公式如下：

13、，

14、其中，為處理后的局部點云數(shù)據(jù)，為第個鄰域點，為濾波系數(shù)，為鄰域點數(shù)量。

15、將處理后的局部點云數(shù)據(jù)與全局點云數(shù)據(jù)進行配準，公式如下：

16、，

17、其中，為全局與局部點云數(shù)據(jù)的配準誤差函數(shù)，為配準變換函數(shù)，和分別表示配準過程中使用的旋轉(zhuǎn)角度。

18、作為本發(fā)明所述的基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述建立全局完整、局部精細的gcb檢修場景模型包括，將配準后的數(shù)據(jù)進行逆向建模，公式如下:

19、，

20、其中，為第個逆向建模的元素，為第i個模型元素的加權(quán)因子，為幾何重建函數(shù)，為參考點集，為重建點集，為時間，為第個模型元素的積分區(qū)域，表示逆向建模體積。

21、綜合所有逆向建模元素，構(gòu)建最終的全局模型，公式如下:

22、，

23、其中，為最終構(gòu)建的全局完整、局部精細的gcb檢修場景模型，為配準誤差的權(quán)重系數(shù)，為模型變換矩陣函數(shù)，為變換矩陣，為逆向建模元素的總數(shù)，為積分區(qū)域。

24、作為本發(fā)明所述的基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述確定現(xiàn)實激光跟蹤儀的具體位置包括，根據(jù)吊裝設(shè)備的結(jié)果和特點，選擇監(jiān)測點位，并在點位上放置靶球。

25、以現(xiàn)場激光跟蹤儀的位置為坐標原點，建立坐標系。

26、現(xiàn)實環(huán)境中的測量誤差通過高斯隨機變量表示，動態(tài)變化由協(xié)方差矩陣控制:

27、，

28、其中，表示測量誤差的高斯隨機變量，表示多維正態(tài)分布。

29、在虛擬環(huán)境與現(xiàn)實環(huán)境中，虛實比例尺是動態(tài)調(diào)整的，基于測量數(shù)據(jù)的變化率和環(huán)境影響函數(shù)，具體表達為:

30、，

31、其中，為初始比例尺，為時間t，為現(xiàn)實靶球位姿的變化率，為環(huán)境因子與測量數(shù)據(jù)變化率的綜合影響函數(shù)。

32、靶球的現(xiàn)實位姿通過貝葉斯推理進行估計，結(jié)合先驗和測量數(shù)據(jù)來獲得后驗概率最大化的最優(yōu)位姿：

33、，

34、其中，估計的現(xiàn)實靶球位姿，表示在時間t的最佳估計；表示使得后驗概率最大化的現(xiàn)實靶球位姿；表示現(xiàn)實靶球位姿的后驗概率，給定測量數(shù)據(jù)后，的概率。

35、后驗概率根據(jù)貝葉斯定理表示為:

36、，

37、其中，是似然函數(shù)，表示在給定位姿下，測量數(shù)據(jù)的概率；為先驗概率。

38、作為本發(fā)明所述的基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述確定現(xiàn)實激光跟蹤儀的具體位置包括，坐標轉(zhuǎn)換矩陣將現(xiàn)實世界的靶球位姿映射到虛擬環(huán)境中，結(jié)合旋轉(zhuǎn)矩陣和動態(tài)平移向量?:

39、，

40、旋轉(zhuǎn)矩陣根據(jù)卡爾曼濾波調(diào)整:

41、，

42、其中，為卡爾曼增益矩陣；為動態(tài)平移向量，基于實時測量數(shù)據(jù)調(diào)整；表示初始旋轉(zhuǎn)矩陣；表示旋轉(zhuǎn)矩陣的變化率。

43、最終虛擬靶球的位姿通過現(xiàn)實靶球位姿的估計值和測量誤差，結(jié)合虛實比例尺和坐標轉(zhuǎn)換矩陣進行映射，表達式如下:

44、，

45、其中，為了進一步確保虛擬和現(xiàn)實靶球位姿匹配，進行實時反饋校正，基于虛實靶球之間的反饋校正的位姿差異，通過校正函數(shù)調(diào)整虛實比例尺和轉(zhuǎn)換矩陣：

46、，

47、其中，表示虛擬靶球在虛擬環(huán)境中沿x軸的坐標位置，表示虛擬靶球在虛擬環(huán)境中沿y軸的坐標位置，表示虛擬靶球在虛擬環(huán)境中沿z軸的坐標位置，分別表示估計的現(xiàn)實靶球在x、y、z軸上的坐標位置；表示虛擬靶球在虛擬環(huán)境中的位姿數(shù)據(jù)，是虛擬靶球在數(shù)字孿生系統(tǒng)中的位置向量；表示現(xiàn)實靶球在現(xiàn)實環(huán)境中的位姿數(shù)據(jù)，是通過激光跟蹤儀測量得到的靶球位置向量。

48、記為記為；

49、其中，表示現(xiàn)實靶球在現(xiàn)實環(huán)境中的位姿數(shù)據(jù)，是通過激光跟蹤儀測量得到的靶球位置向量；表示現(xiàn)實靶球在現(xiàn)實環(huán)境中沿x軸的坐標位置，表示現(xiàn)實靶球在現(xiàn)實環(huán)境中沿y軸的坐標位置，表示現(xiàn)實靶球在現(xiàn)實環(huán)境中沿z軸的坐標位置。

50、虛實比例尺和坐標轉(zhuǎn)換矩陣已確定，構(gòu)建虛擬環(huán)境中坐標與現(xiàn)實世界坐標聯(lián)系，虛擬靶球作為基準的位姿反推導(dǎo)，建立映射關(guān)系如下：

51、，

52、假設(shè)虛擬激光跟蹤儀在虛擬環(huán)境中的初始位姿為，對應(yīng)的現(xiàn)實激光跟蹤儀位姿為，現(xiàn)實靶球相對于現(xiàn)實激光跟蹤儀的相對位姿表示為:

53、，

54、其中，為靶球相對于激光跟蹤儀的相對位置向量。

55、為了確保虛擬激光跟蹤儀的位姿與現(xiàn)實激光跟蹤儀一致，需要反推導(dǎo)虛擬激光跟蹤儀的位姿，使得虛擬靶球與現(xiàn)實靶球的映射關(guān)系保持一致，映射虛擬靶球的位姿表示為:

56、，

57、其中，為虛擬靶球相對于虛擬激光跟蹤儀的相對位置向量。結(jié)合虛實比例尺和坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系：

58、，

59、將替換為?:

60、，

61、求得虛擬靶球與現(xiàn)實靶球之間的變換關(guān)系:

62、，

63、其中，和分別為坐標轉(zhuǎn)換矩陣和比例尺的逆運算。

64、求解虛擬激光跟蹤儀的位姿后，將位姿應(yīng)用到虛擬環(huán)境中，對比虛擬靶球的實際位姿和預(yù)期位姿，若兩者一致性符合預(yù)設(shè)標準，則推導(dǎo)正確；否則，需要調(diào)整輸入?yún)?shù)，重新計算。

65、若虛擬激光跟蹤儀的位姿與現(xiàn)實激光跟蹤儀之間存在差異，數(shù)字孿生系統(tǒng)將啟動反饋調(diào)整機制，對坐標轉(zhuǎn)換矩陣和虛實比例尺進行微調(diào)，反饋機制重新計算位姿。

66、作為本發(fā)明所述的基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述利用激光跟蹤儀進行實時監(jiān)測包括，預(yù)先規(guī)劃gcb拆裝路線，并將激光靶球放置在gcb拆裝過程中需要監(jiān)測的點位上，利用激光跟蹤儀，獲取gcb拆裝過程中監(jiān)測點位的數(shù)據(jù)，同時，根據(jù)激光跟蹤儀的標準傳輸協(xié)議，將監(jiān)測點位的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字孿生系統(tǒng)中，以實時監(jiān)測gcb拆裝過程。

67、一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法的步驟。

68、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)基于測量與數(shù)字孿生的gcb拆裝過程輔助決策方法的步驟。

69、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所提出的方法能夠指導(dǎo)現(xiàn)場檢修人員進行安全、高效的gcb拆裝過程，降低gcb拆裝過程中的安全風(fēng)險和人為錯誤，從而提高檢修人員的工作效率和安全性。