CN103631381A - 输电线路巡视仿真***的人机交互***及人机交互方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路巡视仿真***的人机交互***，它包括屏幕、用于将输电线路三维巡视线路和场景投射在屏幕上的投影仪、用于捕捉学员的身体及手臂动作信息的人体动作识别仪、用于采集学员头部旋转运动和上下运动信息并定位学员头部位置的视角定位仪、用于学员自由行走的行走带、用于采集行走带滚动时的速度和方向从而获取学员行走速度和方向的位移传感器，人体动作识别仪、视角定位仪和位移传感器的信号输出端用于连接输电线路巡视仿真***的人机交互模块，投影仪的信号输入端用于连接输电线路巡视仿真***的输电线路三维巡视线路和场景图像信号输出端。本发明提高了人机交互的互动性和仿真性。
Description
技术领域
本发明涉及电力培训***技术领域，具体涉及一种输电线路巡视仿真***的人机交互***及人机交互方法。
技术背景
利用仿真技术进行电力***的教学培训工作已经越来越得到广泛的应用，现有的输电线路巡视仿真***建立了三维立体的巡视线路场景，但是现有的输电线路巡视仿真***均采用传统的键盘、鼠标的人机交互方式进行线路巡视，这样难以模拟出巡视操作的真实感，其仿真性大大降低，培训效果不佳。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种输电线路巡视仿真***的人机交互***及人机交互方法，该***和方法使得输电线路巡视仿真***的人机交互***中的虚拟人物动作与学员真实的肢体动作实现了完美同步，大大提高了人机交互的互动性和仿真性。
为实现此目的，本发明所设计的输电线路巡视仿真***的人机交互***，其特征在于：它包括屏幕、用于将输电线路三维巡视线路和场景投射在屏幕上的投影仪、用于捕捉学员的身体及手臂动作信息的人体动作识别仪、用于采集学员头部旋转运动和上下运动信息并定位学员头部位置的视角定位仪、用于学员自由行走的行走带、用于采集行走带滚动时的速度和方向从而获取学员行走速度和方向的位移传感器，其中，所述人体动作识别仪、视角定位仪和位移传感器的信号输出端用于连接输电线路巡视仿真***的人机交互模块，所述投影仪的信号输入端用于连接输电线路巡视仿真***的输电线路三维巡视线路和场景图像信号输出端。
所述人体动作识别仪设置在屏幕的顶端。
所述屏幕为球形屏幕。
所述位移传感器位于采集行走带的下方。
一种利用上述输电线路巡视仿真***的人机交互***的人机交互方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：所述输电线路巡视仿真***生成虚拟的输电巡视线路场景图，并通过投影仪显示在屏幕上；
步骤2：学员做出预先设定标准姿势，人体动作识别仪对学员做出的标准姿势进行扫描，并对学员的姿势进行匹配，完成人体动作识别仪的初始化；
步骤3：学员站在行走带上根据步骤1中虚拟输电巡视线路场景图的巡视线路做出相应的人体巡视姿势动作；
步骤4：人体动作识别仪采集学员人体巡视姿势动作中的人体姿势信息和手臂位置信息；同时视角定位仪采集学员人体巡视姿势动作中的头部旋转运动及头部上下运动信息并定位学员的头部位置；同时位移传感器通过采集行走带滚动时的速度和方向获取学员人体巡视姿势动作中的行走速度信息和方向信息；
步骤5：所述人体动作识别仪将上述学员人体巡视姿势动作中的人体姿势信息和手臂位置信息传输给输电线路巡视仿真***；视角定位仪将上述学员人体巡视姿势动作中的头部旋转运动和头部上下运动信息，以及学员的头部位置信息传输给输电线路巡视仿真***；位移传感器将上述学员人体巡视姿势动作中的行走速度信息和方向信息传输给输电线路巡视仿真***；
步骤6：输电线路巡视仿真***将上述学员人体巡视姿势动作中的人体姿势信息和手臂位置信息、学员头部旋转运动和头部上下运动信息、学员头部位置信息、学员行走速度信息和方向信息反馈到屏幕显示的虚拟输电巡视线路场景图中，使虚拟输电巡视线路场景图中的虚拟人物具有与学员相同的人体巡视姿势动作，上述过程即完成了一次人机交互，实现了屏幕上的虚拟人物的动作与学员真实的动作同步一致。
所述步骤2中，当学员进行更换时，人体动作识别仪对更换的新学员做出的标准姿势进行扫描，并对更换的新学员的姿势进行匹配，完成更换新学员后的人体动作识别仪初始化。
所述学员做出预先设定标准姿势为人体自然站立，双手向上举过肩，保持该姿势2～4秒。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种输电线路巡视仿真***的人机交互方法，使输电线路巡视仿真培训***摆脱了传统的键盘、鼠标的束缚。
2、本发明使得虚拟人物动作与学员真实的肢体动作达到了同步，大大提高了人机交互的互动性；
3、本发明提高了线路巡视仿真***的真实感，有助于提高线路巡视的培训效果。
附图说明
图1为现有输电线路巡视仿真***的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图。
其中、1—投影仪、2—屏幕、3—人体动作识别仪、4—视角定位仪、5—行走带、6—位移传感器、7—输电线路巡视仿真***、7.1—人机交互模块、7.2—巡视线路库、7.3—输电线路三维场景库、7.4—设备缺陷库、7.5—巡视操作模块、7.6—缺陷记录模块、7.7—虚拟输电巡视线路生成模块、8—支架、9—培训室。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图2所示的输电线路巡视仿真***的人机交互***，它包括屏幕2、用于将输电线路三维巡视线路和场景投射在屏幕2上的投影仪1、用于捕捉学员的身体及手臂动作信息的人体动作识别仪3、用于采集学员头部旋转运动和上下运动信息并定位学员头部位置的视角定位仪4、用于学员自由行走的行走带5、用于采集行走带5滚动时的速度和方向从而获取学员行走速度和方向的位移传感器6，其中，所述人体动作识别仪3、视角定位仪4和位移传感器6的信号输出端用于连接输电线路巡视仿真***7的人机交互模块7.1，所述投影仪1的信号输入端用于连接输电线路巡视仿真***7的输电线路三维巡视线路和场景图像信号输出端。所述视角定位仪4戴于学员头上。上述投影仪1通过支架8固定在培训室9。
上述技术方案中，所述人体动作识别仪3、视角定位仪4、位移传感器6均由具备通用接口的数据线接入输电线路巡视仿真***7的人机交互模块7.1，将采集的信息实时上传。
上述技术方案中，所述人体动作识别仪3设置在屏幕2的顶端。
上述技术方案中，所述屏幕2为球形屏幕。
上述技术方案中，所述位移传感器6位于采集行走带5的下方。
上述技术方案中，输电线路巡视仿真***7可分为三层结构，如图1所示：第一层为数据库包括巡视线路库7.2、输电线路三维场景库7.3和设备缺陷库7.4，其中设备缺陷库7.4包含输电线路导线、绝缘子、金具、杆塔、导地线、基础等组件的各种缺陷模型；输电线路三维场景库7.3包含输电线路导线、绝缘子、金具、杆塔、导地线、基础等组件的模型；巡视线路库7.2包含有110kV、220kV和500kV等电压等级下的典型线路；第二层为虚拟输电巡视线路生成模块7.7，该模块调用第一层数据库各数据生成虚拟巡视线路；第三层为应用层，巡视操作模块7.5用于完成巡视的常见操作，如望远镜查看线路，登塔检查，使用工具等；缺陷记录模块7.6用于记录在线路巡视中发现的缺陷；人机交互模块7.1用于与人体动作识别仪3、视角定位仪4、位移传感器6进行数据通信，将采集到的学员身体及动作信息进行分析处理，使虚拟电工同步作出相应的动作，实现人机交互。
一种利用上述输电线路巡视仿真***的人机交互***的人机交互方法，它包括如下步骤：
步骤1：所述输电线路巡视仿真***7生成虚拟的输电巡视线路场景图，并通过投影仪1显示在球形屏幕上；
步骤2：学员做出预先设定标准姿势，人体动作识别仪3对学员做出的标准姿势进行扫描，并对学员的姿势进行匹配，完成人体动作识别仪3的初始化；
步骤3：学员站在行走带5上根据步骤1中虚拟输电巡视线路场景图的巡视线路做出相应的人体巡视姿势动作；
步骤4：人体动作识别仪3采集学员人体巡视姿势动作中的人体姿势信息和手臂位置信息（如学员抬起右手，人体动作识别仪3扫描到学员的人体姿势和手臂位置，即采集到了学员的“身体信息”）；同时视角定位仪4采集学员人体巡视姿势动作中的头部旋转运动及头部上下运动信息并定位学员的头部位置（如学员向左转头，学员头顶上的视角定位仪4随着头部向左偏转，检测偏转角度，即采集到了学员的“转头信息”）；同时位移传感器6通过采集行走带5滚动时的速度和方向获取学员人体巡视姿势动作中的行走速度信息和方向信息（如学员向前行走，带动行走带5向右滚动，位移传感器6检测到行走带5滚动的速度和方向，即采集到了学员的“行走信息”）；
步骤5：所述人体动作识别仪3将上述学员人体巡视姿势动作中的人体姿势信息和手臂位置信息传输给输电线路巡视仿真***7；视角定位仪4将上述学员人体巡视姿势动作中的头部旋转运动和头部上下运动信息，以及学员的头部位置信息传输给输电线路巡视仿真***7；位移传感器6将上述学员人体巡视姿势动作中的行走速度信息和方向信息传输给输电线路巡视仿真***7；
步骤6：输电线路巡视仿真***7将上述学员人体巡视姿势动作中的人体姿势信息和手臂位置信息、学员头部旋转运动和头部上下运动信息、学员头部位置信息、学员行走速度信息和方向信息反馈到屏幕2显示的虚拟输电巡视线路场景图中，使虚拟输电巡视线路场景图中的虚拟人物具有与学员相同的人体巡视姿势动作，上述过程即完成了一次人机交互，实现了屏幕2上的虚拟人物的动作与学员真实的动作同步一致。
上述技术方案的步骤2中，当学员进行更换时，人体动作识别仪3对更换的新学员做出的标准姿势进行扫描，并对更换的新学员的姿势进行匹配，完成更换新学员后的人体动作识别仪3初始化。
上述技术方案中，所述学员做出预先设定标准姿势为人体自然站立，双手向上举过肩，保持该姿势2～4秒。
上述技术方案中，虚拟的输电巡视线路场景图包括由各种塔型组成的巡视线路和附近的地形地貌以及天气情况。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种输电线路巡视仿真***的人机交互***，其特征在于：它包括屏幕（2）、用于将输电线路三维巡视线路和场景投射在屏幕（2）上的投影仪（1）、用于捕捉学员的身体及手臂动作信息的人体动作识别仪（3）、用于采集学员头部旋转运动和上下运动信息并定位学员头部位置的视角定位仪（4）、用于学员自由行走的行走带（5）、用于采集行走带（5）滚动时的速度和方向从而获取学员行走速度和方向的位移传感器（6），其中，所述人体动作识别仪（3）、视角定位仪（4）和位移传感器（6）的信号输出端用于连接输电线路巡视仿真***（7）的人机交互模块（7.1），所述投影仪（1）的信号输入端用于连接输电线路巡视仿真***（7）的输电线路三维巡视线路和场景图像信号输出端。
2.根据权利要求1所述的输电线路巡视仿真***的人机交互***，其特征在于：所述人体动作识别仪（3）设置在屏幕（2）的顶端。
3.根据权利要求1或2所述的输电线路巡视仿真***的人机交互***，其特征在于：所述屏幕（2）为球形屏幕。
4.根据权利要求1所述的输电线路巡视仿真***的人机交互***，其特征在于：所述位移传感器（6）位于采集行走带（5）的下方。
5.一种利用权利要求1所述输电线路巡视仿真***的人机交互***的人机交互方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：所述输电线路巡视仿真***（7）生成虚拟的输电巡视线路场景图，并通过投影仪（1）显示在屏幕（2）上；
步骤2：学员做出预先设定标准姿势，人体动作识别仪（3）对学员做出的标准姿势进行扫描，并对学员的姿势进行匹配，完成人体动作识别仪（3）的初始化；
步骤3：学员站在行走带（5）上根据步骤1中虚拟输电巡视线路场景图的巡视线路做出相应的人体巡视姿势动作；
步骤4：人体动作识别仪（3）采集学员人体巡视姿势动作中的人体姿势信息和手臂位置信息；同时视角定位仪（4）采集学员人体巡视姿势动作中的头部旋转运动及头部上下运动信息并定位学员的头部位置；同时位移传感器（6）通过采集行走带（5）滚动时的速度和方向获取学员人体巡视姿势动作中的行走速度信息和方向信息；
步骤5：所述人体动作识别仪（3）将上述学员人体巡视姿势动作中的人体姿势信息和手臂位置信息传输给输电线路巡视仿真***（7）；视角定位仪（4）将上述学员人体巡视姿势动作中的头部旋转运动和头部上下运动信息，以及学员的头部位置信息传输给输电线路巡视仿真***（7）；位移传感器（6）将上述学员人体巡视姿势动作中的行走速度信息和方向信息传输给输电线路巡视仿真***（7）；
步骤6：输电线路巡视仿真***（7）将上述学员人体巡视姿势动作中的人体姿势信息和手臂位置信息、学员头部旋转运动和头部上下运动信息、学员头部位置信息、学员行走速度信息和方向信息反馈到屏幕（2）显示的虚拟输电巡视线路场景图中，使虚拟输电巡视线路场景图中的虚拟人物具有与学员相同的人体巡视姿势动作，上述过程即完成了一次人机交互，实现了屏幕（2）上的虚拟人物的动作与学员真实的动作同步一致。
6.根据权利要求5所述的人机交互方法，其特征在于：所述步骤2中，当学员进行更换时，人体动作识别仪（3）对更换的新学员做出的标准姿势进行扫描，并对更换的新学员的姿势进行匹配，完成更换新学员后的人体动作识别仪（3）初始化。
7.根据权利要求5所述的人机交互方法，其特征在于：所述学员做出预先设定标准姿势为人体自然站立，双手向上举过肩，保持该姿势2～4秒。
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