一种数字孪生变电站数据信息优化同步方法

技术领域

本发明涉及数据同步技术领域，尤其涉及一种数字孪生变电站数据信息优化同步方法。

背景技术

变电站用于将电力从高压输电线路转换为低压配电网络。随着工业化和城市化进程的加速，对电力的需求也越来越大，变电站的可靠性和安全性变得尤为重要。数字孪生是一种基于虚拟现实技术的数字化建模方法，在变电站场景中，数字孪生可以提供高度准确的模拟，同时为管理和维护变电站提供更好的支持。变电站全景立体数字孪生模型采用多种传感器的数据构建而成，如激光雷达输出的点云数据，点云数据是在三维空间中以离散点的形式表示的数据集合，每个点云数据由其在空间中的坐标位置、激光回波强度和激光回波次数等数据组成；可见光传感器输出的可见光图像数据，可见光图像数据为由像素点的网格组成的二维数组，其中每个像素是一个具有特定颜色和灰度的小方块；惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)输出的加速度和角速度数据，加速度和角速度数据由6轴数据组成，其中加速度和角速度分别包括X，Y，Z三个方向。分析可知，三种传感器输出的数据结构完全不同，需要对这些数据进行融合才能生成变电站全景立体数字孪生模型，数据融合需要在时间上保持同步对齐以保证融合的是同一个地点采集的数据。个人电脑(Personal Computer，PC)和嵌入式系统自带由石英晶体振荡器驱动的硬件时钟和软件时钟，软件时钟又称为系统时钟，通过对累计石英晶体振荡器输出脉冲数进行换算得到时间，其准确度取决于晶振频率准确度。但受温度变化、电压和芯片老化等因素影响，晶振频率会发生小幅度波动，其中温度对晶振频影响最大。再加上工艺和材料的差异，导致同一生产线上标称频率相同的石英晶体的实际频率不同，实际频率与标称频率偏差率从10－4量级到10－9量级不等。比如10－4量级的误差率，时钟每天的误差至少达到8.64s。如果不及时校正，其累积时间误差不可忽视。

现有常规的同步采集方法采用专用的硬件同步板对三种传感器进行同步采集，以确保激光雷达、可见光传感器和IMU，激光雷达异构数据采集同步。

例如公告号为：CN106230537B的发明专利公开的一种智能变电站的数据同步方法及装置，包括：获取智能变电站的报文集，并从获取的所述报文集中提取特征报文；确定所述特征报文在所述智能变电站内传输时产生的传输交换延时；确定所述特征报文在不同智能变电站之间传输时产生的传输线路延时；将所述传输交换延时以及所述传输线路延时标注于所述特征报文的预设字段中；根据所述预设字段中标注的延时，将所述特征报文在所述智能变电站内或者在不同智能变电站之间进行同步。

例如公开号为：CN113837586A的发明专利公开申请的一种数字孪生变电站的虚实同步运行方法及装置，包括：接收变电站本体设备的实时运行状态变化数据；将实时运行状态变化数据保存至本体实时库，并为每个数据打上时标；将该实时运行状态变化数据同步至孪生体实时库；从孪生体实时库获得所述实时运行状态变化数据，并根据该实时运行状态变化数据的时标来依次更新孪生体设备的运行状态。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

现有技术中，对三种传感器进行同步采集运用的专用硬件同步板设备体积较大，功耗较高，而且成本高，存在异构数据信息同步效率低的问题。

发明内容

本申请实施例通过提供一种数字孪生变电站数据信息优化同步方法，解决了现有技术中数据信息同步效率低的问题，实现了异构数据信息同步效率的提高。

本申请实施例提供了一种数字孪生变电站数据信息优化同步方法，用于服务器，包括以下步骤：S1，主控机分别通过网口、串口和USB接口向对应的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器发送同步时钟包，同步时钟包中记录该同步时钟包离开主控机的时间戳；S2，主控机接收激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器发送的各同步时钟回复包，并记录各同步时钟回复包返回主控机的时间戳；S3，根据主控机发送的同步时钟包和接收的各同步时钟回复包，获取激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的授时时间，由主控机将对应的时间授时给激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器作为对应的时钟；S4，判断激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的时钟与主控机的主时钟的误差是否都小于预设误差，若激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的时钟与主控机主时钟的误差都小于预设误差，主控机分别向激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器发送实时采集数据指令，接收到实时采集数据命令后的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器进行实时数据的采集并将实时采集数据发送给主控机，否则执行S2；S5，主控机同步接收激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的实时数据，并通过预处理、激光里程计和数据配准步骤对接收的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器发送的实时数据进行异构数据匹配融合，得到具备纹理和颜色信息的点云数据。

进一步的，所述S3中激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的授时时间的具体获取过程如下：主控机发送的同步时钟包中记录有该同步时钟包离开主控机的时间戳，各同步时钟回复包中记录有同步时钟包到达对应的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的时间戳，结合记录的各同步时钟回复包返回主控机的时间戳得到对应的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的往返延迟时间d

进一步的，所述往返延迟时间d

进一步的，所述时钟偏差的具体获取步骤如下：结合主控机发送同步时钟包的时间戳T

进一步的，所述S4中实时采集数据为激光雷达采集的原始点云、惯性测量单元采集的加速度数据和角速度数据以及可见光传感器采集的原始图像，具体如下：原始点云提供距离数据和角度数据；惯性测量单元采集的加速度数据和角速度数据提供了姿态测量数据；原始图像提供纹理数据。

进一步的，所述S5中预处理的具体过程如下：通过点云分割对激光雷达采集的原始点云进行分割得到点云数据；分别对惯性测量单元采集的加速度和角速度数据进行角速度和加速度预积分，得到对应的旋转角度初始值、速度初始值和位移初始值，再结合预设姿态表示方法得到姿态初始值；通过得到的位移初始值和姿态初始值对点云数据进行畸变校正得到点云以去除点云数据的非线性运动畸变，对得到的点云进行线、面特征提取得到原始图像所有的线特征和面特征。

进一步的，所述角速度和加速度预积分的具体过程如下：所述角速度和加速度预积分包括角速度预积分和加速度预积分：所述角速度预积分的过程为：通过对角速度数据进行去噪和校准处理获得角速度值，再结合预设时间间隔和预设采样频率对角速度数据进行累积加和得到旋转角度初始值；所述加速度预积分的过程为：通过对加速度数据进行去噪和校准处理得到加速度值，再结合预设时间间隔和预设采样频率对加速度数据进行累积加和得到速度初始值，接着对速度数据进行累积加和得到位移初始值。

进一步的，所述S3中激光里程计的具体过程如下：通过将点云中相邻帧的线特征和面特征进行匹配，获取局部点云，并结合预处理过程中得到的位移初始值、姿态初始值和可见光传感器采集的原始图像解算出当前点云帧、可见光帧的位移值和姿态值，由可见光帧的位移值和姿态值得到可见光帧位姿。

进一步的，所述S3中数据配准的具体过程如下：结合局部点云、惯性测量单元采集的加速度数据和角速度数据以及可见光传感器采集的原始图像，对可见光帧位姿进行优化约束，对原始图像与局部点云进行匹配，通过八叉树结构实现数据融合构建。

进一步的，所述对可见光帧位姿进行优化约束通过最小二乘法实现，以将原始图像中的特征点投影到点云中与之对应的位置，所述原始图像与局部点云进行匹配通过ORB特征实现。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、通过主控机向对应的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器发送同步时钟包，然后各传感器接收同步时钟包后添加同步时钟包到达传感器的时间戳，得到同步时钟回复包并将其发送给主控机，接着主控机接收各传感器发送的同步时钟回复包并记录对应的返回时间戳，结合同步时钟包传送延时和同步时钟回复包传送延时计算各传感器的往返延迟时间和时钟偏差，再根据得到的往返延迟时间和时钟偏差获得各传感器的授时时间并由主控机授时给各传感器作为对应的时钟，最后当各传感器的时钟与主控机的主时钟的误差都小于预设误差时主控机向各传感器发送实时数据采集命令，从而实现了各传感器同步采集实时数据，进而实现了异构数据信息同步效率的提高，有效解决了现有技术中异构数据信息同步效率低的问题。

2、通过获取激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的时钟并进行设置，然后当各传感器的时钟与主控机的主时钟的误差都小于预设误差时，主控机向各传感器发送实时数据采集命令，接着各传感器接收到命令后进行实时数据的采集并定时发送给主控机，最后对激光雷达获取的原始点云、惯性测量单元获取加速度数据和角速度数据以及可见光传感器获取原始图像进行预处理、激光里程计和数据配准处理，得到具有纹理和颜色信息的点云数据，从而实现了低成本的异构数据信息采集，进而实现了异构数据信息同步成本的降低。

3、通过激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器分别获取原始点云、获取加速度数据和角速度数据以及获取原始图像，然后对获取的异构数据信息进行预处理得到点云数据、原始图像所有的线特征和面特征，接着将点云中相邻的线特征和面特征进行匹配，并结合预处理的结果得到可见光帧位姿，再通过最小二乘法对其进行优化约束，最后通过八叉树结构数据异构数据信息融合，从而实现了异构数据信息的准确融合，进而实现了异构数据信息同步准确率的提高。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种数字孪生变电站数据信息优化同步方法流程图；

图2为本申请实施例提供的一种数字孪生变电站数据信息优化同步方法细节图；

图3为本申请实施例提供的主控机与各传感器通信原理图；

图4为本申请实施例提供的点对点方式下主控机和各传感器授时原理图；

图5为本申请实施例提供的异构数据匹配融合原理图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种数字孪生变电站数据信息优化同步方法，解决了现有技术中异构数据信息同步效率低的问题，通过网口、串口和USB接口主控机向对应的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器发送同步时钟包并接收各传感器发送的对应的同步时钟回复包，然后根据主控机发送的同步时钟包、接收的各同步时钟回复包和接收各同步时钟回复包的时间戳得到各传感器的授时时间并由主控机将其授时给对应的传感器作为时钟，接着判断各传感器的时钟与主控机的主时钟的误差是否都小于预设误差，若都小于预设误差，主控机则分别向各传感器发送实时采集数据指令后由各传感器实时采集数据并发送给主控机，否则重新获取同步时钟回复包，最后主控机同步接收各传感器的实时数据后通过预处理、激光里程计和数据配准步骤对实时采集数据进行异构数据匹配融合得到具备纹理和颜色信息的点云数据，实现了异构数据信息同步效率的提高。

本申请实施例中的技术方案为解决上述异构数据信息同步效率低的问题，总体思路如下：

通过主控机与激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器之间的同步时钟包和同步时钟回复包通信获取各传感器的时钟，然后判断各传感器的时钟与主控机的主时钟的误差和预设误差的关系，若都小于预设误差，主控机则通过发送指令给各传感器，由各传感器实时采集数据并发送给主控机，否则重新获取同步时钟回复包，接着主控机同步接收各传感器的实时数据，最后通过预处理、激光里程计和数据配准步骤实现异构数据匹配融合，得到具备纹理和颜色信息的点云数据，达到了提高异构数据信息同步效率的效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图1所示，为本申请实施例提供的一种数字孪生变电站数据信息优化同步方法流程图，如图2所示，为本申请实施例提供的一种数字孪生变电站数据信息优化同步方法细节图，用于服务器，该方法包括以下步骤：S1，发送同步时钟包：主控机分别通过网口、串口和USB接口向对应的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器发送同步时钟包，同步时钟包中记录该同步时钟包离开主控机的时间戳；S2，接收各同步时钟回复包：主控机接收激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器发送的各同步时钟回复包，并记录各同步时钟回复包返回主控机的时间戳；S3，计算各授时时间并授时：根据主控机发送的同步时钟包和接收的各同步时钟回复包，获取激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的授时时间，由主控机将对应的时间授时给激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器作为对应的时钟；S4，发送采集实时数据指令：判断激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的时钟与主控机的主时钟的误差是否都小于预设误差，若激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的时钟与主控机主时钟的误差都小于预设误差，主控机分别向激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器发送实时采集数据指令，接收到实时采集数据命令后的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器进行实时数据的采集并将实时采集数据发送给主控机，否则执行S2；S5，接收实时数据并进行异构数据匹配融合：主控机同步接收激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的实时采集数据，并通过预处理、激光里程计和数据配准步骤对接收的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器发送的实时采集数据进行异构数据匹配融合，得到具备纹理和颜色信息的点云数据。

在本实施例中，如图3所示，为本申请实施例提供的主控机与各传感器通信原理图，各传感器指的是激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器；串口即串行通讯端口，指的是物理接口形式，其硬件实现主要有D型9针插头和4针杜邦头；USB接口来源于通用串行总线；网口和串口除了物理上接口的区别外，最主要的区别就是通信协议的区别，网口的网络通信协议是TCP和UDP，串口的通信协议是RS232和485协议；串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验；主控机将对应的时间授时给激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的方式采用点对点方式；异构数据匹配融合综合利用了不同传感器获得的信息，避免了单个传感器的感知局限性和不确定性，形成了对环境或目标的更全面感知和识别，提高了系统的外部感知能力；研究数字孪生变电站的全景可视技术，包括研究可见光红外和三维点云等异构数据匹配融合技术，再融合各类监测和巡视信息等实现数字孪生变电站的全景、立体、动态可视以及多源实时数据和历史数据的集成融合展示；实现了数据信息同步效率的提高。

进一步的，如图4所示，为本申请实施例提供的点对点方式下主控机和各传感器授时原理图，S3中激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的授时时间的具体获取过程如下：主控机发送的同步时钟包中记录有该同步时钟包离开主控机的时间戳，各同步时钟回复包中记录有同步时钟包到达对应的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的时间戳，结合记录的各同步时钟回复包返回主控机的时间戳得到对应的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的往返延迟时间d

在本实施例中，当各传感器依次填入接收同步时钟包时间戳后立即把同步时钟回复包返回给主控机，即图4中t为0；传感器本身为嵌入式系统，采用中断方式接收同步时钟包，采用立即发送方式传送同步时钟回复包，即在各传感器处的延时小于1ms；同步时钟包到达对应的激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的时间戳均以各传感器时间为参照；各同步时钟回复包返回主控机的时间戳以主控机为参照；实现了数据信息同步准确率的提高。

进一步的，往返延迟时间d

在本实施例中，由于激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器采用中断方式实现数据包接收与传送，间隔时间远小于数据包的传输时间，所以数据包的接收时间和发送时间为同一时间；激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器传感器和主控机之间虽然采用的是不同类型的物理连接方式USB、网口和串口，但都是采用点对点的传输方式，数据长度相同的数据包在同一个物理连接方式下其发送时间和接收时间一样；实现了更准确的计算数据包往返延迟时间。

进一步的，时钟偏差的具体获取步骤如下：结合主控机发送同步时钟包的时间戳T

在本实施例中，时钟偏差t

进一步的，S4中实时采集数据为激光雷达采集的原始点云、惯性测量单元采集的加速度数据和角速度数据以及可见光传感器采集的原始图像，具体如下：原始点云提供距离数据和角度数据；惯性测量单元采集的加速度数据和角速度数据提供了姿态测量数据；原始图像提供纹理数据。

在本实施例中，激光雷达可以采集高精度的距离和角度信息，但是对于采集对象的姿态测量(如角度和速度等)则相对较弱，而且获取不了纹理信息；而惯性测量单元提供的姿态测量数据精度容易受到噪声、漂移等因素影响而引起测量误差；可见光传感器采集的原始图像包含纹理信息；因此需要进行数据信息的融合以克服各自的局限性，实现了更全面的采集实时数据。

进一步的，如图5所示，为本申请实施例提供的异构数据匹配融合原理图，S5中预处理的具体过程如下：通过点云分割对激光雷达采集的原始点云进行分割得到点云数据；分别对惯性测量单元采集的加速度和角速度数据进行角速度和加速度预积分，得到对应的旋转角度初始值、速度初始值和位移初始值，再结合预设姿态表示方法得到姿态初始值；通过得到的位移初始值和姿态初始值对点云数据进行畸变校正得到点云以去除点云数据的非线性运动畸变，对得到的点云进行线、面特征提取得到原始图像所有的线特征和面特征。

在本实施例中，点云分割的目的是提取点云中的不同物体，除了基于采样一致的分割方式以外，还存在基于邻近搜索的分割方式，通过对比相邻点的特殊特征，来实现点云的分割；畸变校正指根据特定的畸变模型对位姿进行校正，在非线性运动畸变中，可以使用非线性变换模型来建模和校正，如使用多项式变换模型或蒙特卡洛方法来抑制和去除运动畸变；线特征的点云协方差的特征值中总有一个特征值明显大于另两个特征值，线方向由点云协方差最大的特征值对应的特征向量给出；面特征的平面法向量由点云协方差最小的特征值对应的特征向量给出，面特征中，总有一个特征值明显小于另两个特征值；实现了更准确的获取数据的线特征和面特征。

进一步的，角速度和加速度预积分的具体过程如下：角速度和加速度预积分包括角速度预积分和加速度预积分：角速度预积分的过程为：通过对角速度数据进行去噪和校准处理获得角速度值，再结合预设时间间隔和预设采样频率对角速度数据进行累积加和得到旋转角度初始值；加速度预积分的过程为：通过对加速度数据进行去噪和校准处理得到加速度值，再结合预设时间间隔和预设采样频率对加速度数据进行累积加和得到速度初始值，接着对速度数据进行累积加和得到位移初始值。

在本实施例中，去噪和校准处理是为了去除角速度数据和加速度数据的噪声和偏移等影响因素；累积加和可以通过简单的数值积分来实现，即将每个时间步的数据与时间间隔相乘后累加；实现了更准确的获取旋转角度初始值和位移初始值。

进一步的，S3中激光里程计的具体过程如下：通过将点云中相邻帧的线特征和面特征进行匹配，获取局部点云，并结合预处理过程中得到的位移初始值、姿态初始值和可见光传感器采集的原始图像解算出当前点云帧、可见光帧的位移值和姿态值，由可见光帧的位移值和姿态值得到可见光帧位姿。

在本实施例中，相邻帧的线特征和面特征进行匹配具体指的是先进行角特征点的匹配，如果计算的相邻帧的距离足够小，则保留对应的数据，再进行面特征点的匹配，如果计算的点面距离足够小，同样的保留对应的数据；可见光帧是指连续获取的原始图像序列；实现了更准确的获取可见光帧的位姿信息。

进一步的，S3中数据配准的具体过程如下：结合局部点云、惯性测量单元采集的加速度数据和角速度数据以及可见光传感器采集的原始图像，对可见光帧位姿进行优化约束，对原始图像与局部点云进行匹配，通过八叉树结构实现数据融合构建。

在本实施例中，八叉树是一种用于描述三维空间的树状数据结构，八叉树的每个节点表示一个正方体的体积元素，每个节点有八个子节点，将八个子节点所表示的体积元素加在一起就等于父节点的体积；八叉树是四叉树在三维空间上的扩展，三维空间上具有8个卦限；使用八叉树结构可以快速进行三维目标的集合运算，如交、并、补、差等，亦可快速进行最邻近区域或点的搜索；数据融合构建可以使获取的点云数据具备纹理和颜色信息；实现了更快速的融合异构数据。

进一步的，对可见光帧位姿进行优化约束通过最小二乘法实现，以将原始图像中的特征点投影到点云中与之对应的位置，原始图像与局部点云进行匹配通过ORB特征实现。

在本实施例中，对可见光帧位姿进行优化的思想是构造一个关于位姿变化的误差函数，当这个误差函数最小时，认为此时估计的位姿最优，通过直接法或特征点法实现；无论是直接法还是特征点法，位姿的迭代优化都是是求解一个最小二乘问题；在优化位姿时，直接法中最小二乘的误差函数是前后帧所有参与求解位姿像素块的灰度差，特征点法中最小二乘的误差函数是重投影误差；图像特征点为图像中比较显著的点，如轮廓点，较暗区域中的亮点，较亮区域中的暗点等；ORB特征采用FAST(features from acceleratedsegmenttest)算法来检测特征点，其核心思想是选取一个点跟它周围的点比较，如果它和其中大部分的点都不一样就可以认为它是一个特征点；实现了更准确的融合异构数据。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：相对于公告号为：CN106230537B公开的一种智能变电站的数据同步方法及装置，本申请实施例通过获取激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器的时钟并进行设置，然后当各传感器的时钟与主控机的主时钟的误差都小于预设误差时，主控机向各传感器发送实时数据采集命令，接着各传感器接收到命令后进行实时数据的采集并定时发送给主控机，最后对激光雷达获取的原始点云、惯性测量单元获取加速度数据和角速度数据以及可见光传感器获取原始图像进行预处理、激光里程计和数据配准处理，得到具有纹理和颜色信息的点云数据，从而实现了低成本的异构数据信息采集，进而实现了异构数据信息同步成本的降低；相对于公开号为：CN113837586A公开申请的一种数字孪生变电站的虚实同步运行方法及装置，本申请实施例通过激光雷达、惯性测量单元和可见光传感器分别获取原始点云、获取加速度数据和角速度数据以及获取原始图像，然后对获取的异构数据信息进行预处理得到点云数据、原始图像所有的线特征和面特征，接着将点云中相邻的线特征和面特征进行匹配，并结合预处理的结果得到可见光帧位姿，再通过最小二乘法对其进行优化约束，最后通过八叉树结构数据异构数据信息融合，从而实现了异构数据信息的准确融合，进而实现了异构数据信息同步准确率的提高。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD－ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。