一種核電廠三維數(shù)字地圖的實現(xiàn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 在核電領(lǐng)域，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和路徑規(guī)劃算法，實現(xiàn)物項定位、應(yīng)急逃生路徑規(guī) 劃，并結(jié)合輻射分區(qū)劑量率，對所規(guī)劃路徑進行評估和三維仿真。
【背景技術(shù)】
[0002] 在核電廠正常運行及事故工況下，合理規(guī)劃核電廠內(nèi)部的人員通行方案，找出最 優(yōu)的通行路徑，對于滿足放射性防護原則，特別是ALARA原則的要求，確保運行人員安全顯 得尤為重要。目前核電廠在設(shè)計時會考慮核電廠內(nèi)預(yù)期劑量率，劃分輻射分區(qū)并結(jié)合廠房 平面圖紙初步設(shè)計人員進出各房間的路徑以及應(yīng)急逃生人員路徑。而核電廠作為一個龐大 的系統(tǒng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備、管道、閥門、風管、橋架等數(shù)量眾多，分布在上百個房間中，同 時廠房內(nèi)部存在大量的狹小空間，造成通行障礙，因此路徑設(shè)計的最優(yōu)性和可達性有待驗 證。此外，核島廠房內(nèi)輻射劑量評估工作除了輻射區(qū)域內(nèi)劑量率的計算外，還需要對工作人 員停留時間進行估計，后者是開展劑量評估工作的一個難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種核電廠三維數(shù)字地圖的實現(xiàn)系統(tǒng)。
[0004] 核電廠三維數(shù)字地圖的實現(xiàn)系統(tǒng)，包括：
[0005] 虛擬現(xiàn)實仿真模塊，所述虛擬現(xiàn)實仿真模塊為三維數(shù)字地圖的載體；
[0006] 模型渲染優(yōu)化模塊，所述模型渲染優(yōu)化模塊用于將核電三維設(shè)計模型導(dǎo)出為虛擬 現(xiàn)實仿真模塊所支持的模型格式并進行形體合并（從而降低計算機資源消耗，優(yōu)化仿真性 能）；模型渲染優(yōu)化模塊所處理的模型通過所述模型渲染優(yōu)化模塊搭建三維虛擬場景；
[0007] 路徑規(guī)劃算法實施模塊，所述路徑規(guī)劃算法實施模塊用于根據(jù)用戶所選擇的核電 廠工作狀態(tài)（運行\(zhòng)停堆）以及路徑規(guī)劃模式（最短距離\最小輻射值）進行物項定位和 應(yīng)急逃生路徑規(guī)劃；
[0008] 路徑規(guī)劃分析模塊，所述路徑規(guī)劃分析模塊用于對路徑規(guī)劃算法實施模塊所規(guī)劃 的路徑進行預(yù)評估，包括對行走距離、所需用時、預(yù)計發(fā)生的輻射劑量的預(yù)統(tǒng)計分析；還包 括對路徑中所包含的控制信息（加鎖、路障等）進行匯總，用戶據(jù)此信息可在作業(yè)前申請相 應(yīng)的通行權(quán)限；
[0009] 仿真人物行走控制模塊，所述仿真人物行走控制模塊用于控制虛擬現(xiàn)實仿真模塊 中的三維虛擬人物，依據(jù)路徑規(guī)劃算法實施模塊所規(guī)劃路徑進行三維仿真，并與路徑分析 模塊所預(yù)評估的信息進行對比；在核電站的設(shè)計階段，通過所述仿真人物行走控制模塊所 進行的仿真發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題（如狹小空間等），從而優(yōu)化設(shè)計。
[0010] 外部數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫，所述外部數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫用于存儲路徑規(guī)劃算法實施模塊 以及路徑分析模塊所需要的外部數(shù)據(jù)，包括模型所對應(yīng)房間信息，輻射分區(qū)劑量率等； [0011] 路徑節(jié)點設(shè)置模塊，路徑節(jié)點設(shè)置模塊用于在虛擬現(xiàn)實仿真模塊中快速放置路徑 規(guī)劃算法實施模塊所需要的路徑節(jié)點。
[0012] 在模型渲染優(yōu)化模塊搭建的三維虛擬場景基礎(chǔ)上，使用路徑節(jié)點設(shè)置模塊放置路 徑節(jié)點，并在取得規(guī)劃路徑之后，使用仿真人物行走控制模塊控制虛擬人物對路徑進行虛 擬仿真。
[0013] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種核電廠三維數(shù)字地圖的實現(xiàn)方法。
[0014] 核電廠三維數(shù)字地圖的實現(xiàn)方法包括以下步驟：
[0015] a、通過虛擬現(xiàn)實仿真模塊虛擬現(xiàn)實引擎Unity3D搭建三維虛擬仿真環(huán)境；
[0016] b、通過模型渲染優(yōu)化模塊將核電三維設(shè)計模型轉(zhuǎn)換為虛擬現(xiàn)實仿真模塊所支持 的模型格式，并針對虛擬現(xiàn)實仿真模塊的資源消耗機制，將所導(dǎo)出的模型進行形體合并，以 降低資源消耗；經(jīng)形體合并后的模型，導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實仿真模塊；
[0017] c、經(jīng)模型渲染優(yōu)化模塊處理后的模型，依次按照核電廠、廠房、專業(yè)、模型的層級 結(jié)構(gòu)在虛擬現(xiàn)實仿真模塊中組織管理；由于三維模型在建模時，每個模型內(nèi)部包含許多 具有不同標識的子模型，經(jīng)過模型渲染優(yōu)化模塊合并形體之后，作為一個整體（Combined Mesh)植染現(xiàn)實；
[0018] d、通過外部數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫存儲三維數(shù)字地圖所需要的外部數(shù)據(jù)，包括模型與核 電廠房間的對應(yīng)信息，輻射分區(qū)劑量率；在核電廠設(shè)計階段，輻射分區(qū)劑量率為靜態(tài)數(shù)據(jù)； 在核電廠運維階段，可通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集對該數(shù)據(jù)進行更新；此外，在核電廠突發(fā)事件情況 下，還需要采集火災(zāi)、水淹等所導(dǎo)致的房間是否可通過信息存儲于數(shù)據(jù)庫中，以進行應(yīng)急逃 生地圖的規(guī)劃；
[0019] e、采用Unity3D擴展編輯器的方式設(shè)計路徑節(jié)點設(shè)置模塊；以一定間隔快速放至 路徑規(guī)劃算法所需節(jié)點；默認情況下，節(jié)點以其所在房間名稱命名；若節(jié)點處有控制?目息， 則節(jié)點命名方式為：節(jié)點所在房間名稱-控制信息；
[0020] f、通過路徑規(guī)劃算法實施模塊5使用Dijkstra路徑規(guī)劃算法，進行路徑規(guī)劃； 路徑節(jié)點設(shè)置模塊所設(shè)置的路徑節(jié)點，首先初始化為Dijkstra算法所對應(yīng)的算法節(jié)點 (Node)。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟f還包括：通過路徑規(guī)劃算法實施模塊對節(jié)點進行初始化，需要 將相關(guān)信息存儲于節(jié)點屬性中；節(jié)點ID為每個節(jié)點區(qū)別于其他節(jié)點的唯一標識；房間名稱 和控制類型從路徑節(jié)點設(shè)置模塊中對節(jié)點的命名中獲得；節(jié)點位置為節(jié)點在三維虛擬環(huán)境 中的坐標；福射屬性包括核電廠正常運行時節(jié)點所在處運行劑量率、運行劑量分級，以及核 電廠停堆時，節(jié)點所在處停堆劑量率、停堆劑量分級。
[0022] 優(yōu)選地，為了提高算法執(zhí)行效率，采用貪心法實現(xiàn)Dijkstra算法，需要構(gòu)造每個 節(jié)點的后繼節(jié)點列表；以鍵值對的形式存儲當前節(jié)點的后繼節(jié)點以及當前節(jié)點至后繼節(jié)點 之間的權(quán)值；在最短距離規(guī)劃模式下，以節(jié)點之間的距離作為節(jié)點權(quán)值；在最小輻射值模 式下，以通過兩節(jié)點所受到的劑量值作為權(quán)值；其計算方式如下：
[0023] 從節(jié)點i至節(jié)點i+Ι的距離為Si (m):
[0025] 所需用時！^):
[0026] T,= S ,/V,
[0027] 其中ViS由節(jié)點i至節(jié)點i+1的行進速度，在平地、樓梯、扶梯等處速度不同。福 射劑量值R(Sv):
[0029] RjSv/h)為節(jié)點i所在分區(qū)劑量率，該值根據(jù)核電廠是出于正常運行還是停堆取 不同的值；取通過兩個相鄰節(jié)點劑量率的均值作為通過這兩個節(jié)點時的劑量率。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0031] 1、本發(fā)明提供的核電廠三維數(shù)字地圖的實現(xiàn)系統(tǒng)及方法，利用核電三維設(shè)計模 型，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)和Dijkstra路徑規(guī)劃算法，參考核島廠房人員進出各房間的路徑以 及應(yīng)急逃生路徑布置算法路徑節(jié)點，根據(jù)輻射分區(qū)劑量率以及廠房內(nèi)部加鎖、屏蔽門等控 制信息設(shè)置路徑點屬性，創(chuàng)建核電廠三維數(shù)字地圖的方法和系統(tǒng)。對設(shè)計方路徑規(guī)劃可達 性和最優(yōu)性進行驗證。同時，通過仿真中對虛擬人物停留時間的統(tǒng)計，可用于進行劑量評 估。在核電廠的運維階段，結(jié)合三維數(shù)字地圖可進行日常運維作業(yè)路徑規(guī)劃和劑量評估，選 擇作業(yè)方案。同時結(jié)合所規(guī)劃路徑提示的控制信息進行權(quán)限管理。
[0032] 2、本發(fā)明提供的核電廠三維數(shù)字地圖的實現(xiàn)系統(tǒng)及方法，路徑節(jié)點設(shè)置簡單，算 法執(zhí)行高效。可進行跨廠房、跨樓層的核電全廠三維路徑規(guī)劃。
[0033] 3、本發(fā)明提供的核電廠三維數(shù)字地圖的實現(xiàn)方法及系統(tǒng)，輻射劑量率，控制信息 等以節(jié)點屬性的形式存儲，可對所規(guī)劃路徑進行預(yù)評估。
[0034] 4、本發(fā)明提供的核電廠三維數(shù)字地圖的實現(xiàn)系統(tǒng)及方法，使用核電三維設(shè)計模 型，并根據(jù)虛擬現(xiàn)實引擎資源消耗機制進行優(yōu)化，可在全廠范圍內(nèi)對所規(guī)劃路徑及作業(yè)任 務(wù)進行三維仿