基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法及系统

技术领域

本申请涉及智慧车站技术领域，具体而言涉及一种基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法及系统。

背景技术

地铁车站按功能分为站台层、站厅层、设备层，每层都配备有大量的设备设施。为了确保设备设施的正常的工作，运营人员需要实时、准确的掌握设备运行状态。但是现有地铁车站中不同专业之间的设备相互独立，不同设备之间缺乏有效的联动配合，不能满足车站运营数字化管理和协同控制需求，且较难实现可视化控制。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法及系统，本申请通过建模工具Blender针对车站场景的实际布局进行精细化建模，从而在虚拟场景中相应设置虚拟相机的坐标和朝向，通过巡视位置的平滑过渡模拟第一人称视角，进行两点的位置移动，将多个点位连接，根据先后顺序依次执行，最终巡视整条路线。本申请具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法，其步骤包括：模型构建，根据车站中各设备的实际布局进行建模，并分别为车站模型中各设备设置标签；物联接口，其将车站中实际设备连接至设备巡视系统，触发模型中各设备分别通过物联接口与车站中实际设备实时交互传输设备控制数据；设备拾取，根据操作者的触发而返回相应触发位置的屏幕坐标，将屏幕坐标转化为WebGL标准设备坐标，根据操作者触发的第二参数计算生成射线属性，根据WebGL标准设备坐标及射线属性计算选中巡视的模型内元素；虚拟巡视，依次根据设备拾取步骤中所选中的各WebGL标准设备坐标及相机参数生成虚拟相机对象在车站模型三维空间中的位置属性和朝向属性，生成对应该位置朝向的虚拟相机画面，调用动画效果库对两点之间过渡画面的平滑处理，依次相应画面。

可选的，如上任一所述的基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法，其特征在于，模型构建时，所述车站的模型文件包含网格模型、PBR材质、纹理贴图、骨骼、变形、动画、光源、相机信息，导出为GLTF格式的文件，建模颗粒度至少满足独立显示车站中各设备的要求；车站模型中各设备分别通过物联接口连接车站中实际设备，实时交互传输设备控制数据。

可选的，如上任一所述的基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法，其特征在于，设备拾取的步骤中，操作者通过鼠标的单击触发屏幕中画布(canvas)的坐标位置而触发而返回相应触发位置的屏幕坐标；操作者触发的第二参数为操作者通过另一次鼠标单击触发射线投射器(Raycaster)所设置的射线属性.ray。

可选的，如上任一所述的基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法，其特征在于，设备拾取的步骤中具体包括：根据操作者的鼠标单击触发屏幕中canvas画布的坐标位置而以事件对象属性方式返回相应触发位置的屏幕横坐标event.clientX和屏幕纵坐标event.clientY；根据var x＝(Sx/window.innerWidth)*2–1将屏幕横坐标转化为WebGL标准设备横坐标，根据var y＝-(Sy/window.innerHeight)*2+1；将屏幕横坐标转化为WebGL标准设备横坐标，其中，var Sx＝event.clientX，var Sy＝event.clientY；创建一个射线投射器Raycaster，其中，var raycaster＝new THREE.Raycaster，根据操作者另一次鼠标单击触发的坐标和相机参数计算射线投射器Raycaster的射线属性.ray；根据WebGL标准设备坐标及射线属性按照var intersects＝raycaster.intersectObjects([boxMesh,sphereMesh,cylinderMesh])；计算选中巡视的模型内元素。

可选的，如上任一所述的基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法，其特征在于，虚拟巡视步骤中，具体依次根据设备拾取步骤中所选中的各WebGL标准设备坐标及射线属性生成虚拟相机对象在车站模型三维空间中的位置属性.positon.和朝向属性.lookAt，然后调用动画效果库tween.js根据对两点之间位置坐标和两点之间移动时间对相应位置属性.positon.和朝向属性.lookAt的画面进行平滑过渡的处理，生成对应该位置朝向的虚拟相机画面。

同时，为实现上述目的，本申请还提供一种一种基于车站运营驾驶舱的设备巡视系统，其包括：模型构建单元，其用于根据车站中各设备的实际布局进行建模，并分别为车站模型中各设备设置标签；设备拾取单元，其包括显示屏幕，用于根据操作者的触发而返回相应触发位置的屏幕坐标，将屏幕坐标转化为WebGL标准设备坐标，根据操作者触发的第二参数计算生成射线属性，根据WebGL标准设备坐标及射线属性计算选中巡视的模型内元素；虚拟巡视展示单元，其依次根据设备拾取步骤中所选中的各WebGL标准设备坐标及相机参数生成虚拟相机对象在车站模型三维空间中的位置属性和朝向属性，生成对应该位置朝向的虚拟相机画面，调用动画效果库对两点之间过渡画面的平滑处理，依次相应画面。

可选的，如上任一所述的基于车站运营驾驶舱的设备巡视系统，其特征在于，所述设备拾取单元包括设置在屏幕中的画布，其响应于操作者鼠标的单击，根据var x＝(Sx/window.innerWidth)*2–1将屏幕横坐标转化为WebGL标准设备横坐标，根据var y＝-(Sy/window.innerHeight)*2+1；将屏幕横坐标转化为WebGL标准设备横坐标，触发返回相应触发位置的屏幕坐标，其中，var Sx＝event.clientX，var Sy＝event.clientY。

可选的，如上任一所述的基于车站运营驾驶舱的设备巡视系统，其特征在于，所述设备拾取单元还包括射线投射器Raycaster，其响应于操作者的第二次触发和相机参数计算射线投射器Raycaster的射线属性.ray。

可选的，如上任一所述的基于车站运营驾驶舱的设备巡视系统，其特征在于，所述虚拟巡视展示单元具体依次根据设备拾取步骤中所选中的各WebGL标准设备坐标及射线属性生成虚拟相机对象在车站模型三维空间中的位置属性.positon.和朝向属性.lookAt，然后调用动画效果库tween.js根据对两点之间位置坐标和两点之间移动时间对相应位置属性.positon.和朝向属性.lookAt的画面进行平滑过渡的处理，生成对应该位置朝向的虚拟相机画面。

有益效果

本申请提供一种基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法及系统，其对车站中各设备的实际布局进行精细的模型构建，而后，通过设备拾取技术，确定巡视时各巡视位置的WebGL标准设备坐标和朝向。由此，本申请能够通过改变虚拟相机对象在三维空间中的位置属性.positon和朝向属性.lookAt，实现巡视的位置移动和视角切换。本申请的系统还在执行巡视的过程中，进一步为确保虚拟相机运动过程的平滑过渡，使用动画效果库tween.js。其通过向动画效果库tween.js输入初始位置坐标、结束时位置坐标、动画花费时间等参数，即可实现模拟第一人称视角，进行两点的位置移动，将多个点位连接，根据各点之间先后顺序依次执行相应的巡逻画面，最终形成整条巡视路线。本申请能够有效提高对车站内设备设施的集中可视化控制管理，其具体能够以车站三维模型空间为载体，将设备状态与实时监控画面结合，通过预设的巡视路线，实现车站运营场景的虚拟设备巡视，从而降低人工巡视频率，提升设备故障识别能力。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请的基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法的整体步骤流程图；

图2是本申请的基于车站运营驾驶舱的设备巡视系统的产品结构示意图；

图3是本申请一实施例中开站流程的示意图；

图4是本申请一实施例中巡视计划的业务流程图；

图5是本申请所提供的基于车站运营驾驶舱的设备巡视系统的主界面；

图6是本申请所提供的基于车站运营驾驶舱的设备巡视系统中东直门站运营状态图的示意图；

图7是进入图6所示东直门站进行虚拟巡视时的交互界面示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

基于工业互联网、物联网的快速发展，本申请通过将视频监控与主动协同控制等技术有效集成，能够利用场景编排技术灵活根据成一键开关站、应急模式、大客流等运营场景，相应选中设备然后按照预定逻辑执行，实现站内设备的集中管控。执行过程中，通过本申请模拟第一人称视角进行虚拟巡视，结合设备监控画面与状态信息，代替传统的人工巡视，从而简化运营操作流程，提升运营管理效率，确保设备安全平稳运行。

图1为根据本申请的一种基于车站运营驾驶舱的设备巡视方法，其主要包括如下三个步骤：

1模型构建。由模型构建单元根据车站中各设备的实际布局进行建模，并分别为车站模型中各设备设置标签；

2设备拾取。由包括有显示屏的幕设备拾取单元，根据操作者的触发而返回相应触发位置的屏幕坐标，进而将屏幕坐标转化为WebGL标准设备坐标，再根据操作者触发的第二参数计算生成射线属性，根据WebGL标准设备坐标及射线属性计算选中巡视的模型内元素；

3虚拟巡视展示。该步骤由虚拟巡视展示单元根据操作者的触发而返回相应触发位置的屏幕坐标，将屏幕坐标转化为WebGL标准设备坐标，以根据操作者触发的第二参数计算生成射线属性，根据WebGL标准设备坐标及射线属性计算选中巡视的模型内元素。由此，本申请能够依次根据设备拾取步骤中所选中的各WebGL标准设备坐标及相机参数生成虚拟相机对象在车站模型三维空间中的位置属性和朝向属性，生成对应该位置朝向的虚拟相机画面，调用动画效果库对两点之间过渡画面的平滑处理，依次相应画面。

由此，本申请能够应用在城市轨道交通智慧车站场景下，对设备设施进行集中控制显示。本申请基于车站三维模型与设备实时状态和监控画面相互结合进行显示时，通过虚拟与现实结合的手段，将设备集中控制可视化呈现。配合站内场景的联动，能够直观的将站内设备状态和站内环境反馈给运营人员。

在一些更为具体的实施例中，本申请可按照图2所示方式构建综合管控平台做为数据采集、数据处理的客户终端，承接设备物联网，实现了车站监控管理、运营台账管理、场景管理、应急预案管理、智能巡更管理、系统管理等功能，该平台将运营流程标准化，通过自定义台账的形式，明确岗位职责和处理流程，为车站数字化运营提供支撑。

将本申请的系统应用于运营驾驶舱中，可通过对列车仪表盘数据的筛选处理，将核心指标可视化展示。在针对车站的应用场景中，本申请能够通过WebGL技术构建地铁车站三维模型，为实现车站运营3D交互提供技术基础。针对车站的应用场景中，可在系统的界面两侧配以车站运营统计信息、当日客运量、进站出站客流量信息等图表。当运营人员需要查看设备状态或控制设备运行时，可通过选中三维模型上设备的进行操作，相比于传统的2D交互更为直观。例如电扶梯拥挤状态会在车站三维模型中，以红色高亮的形式展示，弹窗配合摄像头监控画面和处置预案，为运营人员提供可靠的辅助决策，从而确保车站的安全、高效运营。

下面以一车站系统为例说明本申请系统的具体运行方式。

1、模型构建

通过建模工具Blender针对车站场景的实际布局进行精细化建模，包含站台层、站厅层、设备层等。建模颗粒度到达到独立显示设备模型例如(进出站闸机、电扶梯、屏蔽门)，场景中的模型按楼层分组设置标签，便于后期的设备接入和场景的整体联动控制。模型文件包含网格模型、PBR材质、纹理贴图、骨骼、变形、动画、光源、相机等信息，导出为GLTF格式的文件，作为运营驾驶舱的模型输入，为保证加载效率和渲染效果，模型大小通常10Mb左右最佳。

前端渲染通过引入GLTFLOAD加载器读取模型文件，监听load方法在成功时回调函数中，将模型追加进来，设置环境光、虚拟摄像机角度等参数调整模型的呈现效果。

2、设备拾取

虚拟场景中的设备模型，通过鼠标单击canvas画布，返回事件对象属性event.clientX和event.clientY鼠标单机位置的屏幕坐标,然后把屏幕坐标转化为WebGL标准设备坐标，WebGL标准设备坐标坐标范围[-1,1]。

射线生成计算通过把鼠标单击位置坐标和相机参数作为.setFromCamera方法的参数，计算射线投射器Raycaster的射线属性.ray值。

射线拾取计算通过.intersectObjects方法，计算出来射线相交的网格模型，进而确定设备模型的选中，弹窗交互显示设备详情数据和对应摄像头画面。具体计算操作如下：

var Sx＝event.clientX；鼠标单击位置横坐标；

var Sy＝event.clientY；鼠标单击位置纵坐标；

屏幕坐标转WebGL标准设备坐标；

var x＝(Sx/window.innerWidth)*2-1；WebGL标准设备横坐标，innerWidth为设备宽度，Sx为鼠标所在位置的横坐标；

var y＝-(Sy/window.innerHeight)*2+1；WebGL标准设备纵坐标，innerHeight为设备高度，Sy为鼠标所在位置的纵坐标；

创建一个射线投射器“Raycaster”，调用THREE.js内置函数Raycaster，实例化射线投射器对象：

var raycaster＝new THREE.Raycaster；

通过鼠标单击位置标准设备坐标和相机参数计算射线投射器“Raycaster”的射线属性.ray

raycaster.setFromCamera(new THREE.Vector2(x,y),camera)；

未选中对象返回空数组[],选中一个数组1个元素，选中两个数组两个元素；

var intersects＝raycaster.intersectObjects([boxMesh,sphereMesh,cylinderMesh])；

其中，boxMesh为检测和射线相交的一组物体；sphereMesh若为true，则同时也会检测所有物体的后代，否则只会检测对象本身相交的部分；cylinderMesh为设置结果的目标数组，每次调用前需要清空这个数组。

3、虚拟巡视

通过改变虚拟相机对象在三维空间中的位置属性.positon和朝向属性.lookAt，实现巡视的位置移动和视角切换，执行过程中为确保虚拟相机运动过程的平滑过渡，在此使用动画效果库tween.js，输入初始位置坐标、结束时位置坐标、动画花费时间等参数，实现模拟第一人称视角，进行两点的位置移动，将多个点位连接，根据先后顺序依次执行，最终形成整条巡视路线。

上述系统可根据车站运营场景需要而灵活构建如图3所示的开站流程或其他处理流程以自动在特定状态下执行对车站设备的运行监控。

以图3为例，在构建该开站流程时，本申请需要按照图4方式，预先进行设备管理，明确模型中车站各设备，然后分别为各设备指定控制策略，按照流程需要设定图5所示的各类巡视路线和巡视计划，由此自动实现特定场景下对车站的巡视以及对车站设备的调度监控。

A、设备管理

地铁车站常见设备有AFC闸机、电扶梯、站台PIS屏幕、灯带、站台屏蔽门、卷帘门等，通过对已有设备进行改造，增加相关的传感器或调用现有设备的物联接口，将设备与服务器之间建立连接，设备温度、网络状态、运行数据等实时推送至服务器并通过图6所示界面监视指标状态。当设备状态正常时，车站模型中的设备模型绿色高亮显示，弹框显示设备具体工作指标，但当设备状态异常时，设备模型红色高亮闪烁，并弹窗显示设备故障指标，同时配上相关摄像头的视频监控画面，便于安防人员远程快速诊断故障。

通过后台管理系统创建设备档案，包含设备名称、设备类型、楼层位置、设备编号、空间位置坐标等信息。

B、设备控制策略

根据运营业务场景设定设备集中控制策略，如一键开关站场景、大客流场景、应急场景等，以一键开站场景为例，该场景需要调用开站广播设备、电扶梯设备、IPS屏幕、包柱屏、AFC闸机、卷帘门设备、灯带，场景一键启用后进行设备自检，设备按照预订策略执行如图3所示流程图，执行完成后生成开站报告。

C、巡视路线

可通过鼠标点击图7所示界面中的相应坐标位置自定义选择巡视坐标点，按楼层将巡视点位连接形成巡视路线，过程中关联路径上接入的设备和监控摄像头画面，编辑完成后生成巡视线路。

D、巡视计划

巡视计划包含计划名称、巡视线路、计划开启时间、计划结束时间、巡视班次开始、巡视班次结束、巡视次数等，相同的线路根据不同运营场景，可以安排不同的巡视计划。例如同一巡视线路运营期间关注乘客服务设备，非运营期间关注维护检修设备。

巡视过程中运营人员根据视频画面和监控指标，配合图像算法辅助分析，例如乘客倒地识别、遗留行李识别、大客流等图像识别能力，自动感知和报警，也可以运营人员手动标注问题，运营驾驶舱根据问题类型和处置预案，将问题拆解并形成工单，下达到对应岗位人员，进行跟踪处理。

由此，本申请通过将车站设备设施状态与监控视频画面相结合，通过三维车站模型作为载体，能够自定义地实现虚拟巡视路径规划和场景编排，在系统平台上实现以第一人称视角的方式，对路径上的设备设施的进行巡视控制。

以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。