[發(fā)明專利]基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站母線進(jìn)行建模的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710170116.3
• 申請(qǐng)日: 2017-03-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107045731B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜勇;沈小軍;王浩;秦川;姚京松;李柏松;劉曉華;吳軍;張銳;何蓮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司;同濟(jì)大學(xué);上海慕榮電氣有限公司;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T19/00
• 代理公司: 上海東信專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31228
• 代理人: 楊丹莉;李丹

1.一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站母線進(jìn)行建模的方法，其特征在于，包括步驟：

(1)采用多次掃描的方式采集變電站母線的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)至少包含三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

(2)將多次掃描獲得的變電站母線的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)所包含的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的歸一化；

(3)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理；

(4)對(duì)消噪后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀；

(5)基于抽稀后的母線點(diǎn)云數(shù)據(jù)，提取母線的任意N個(gè)截面圓，獲取各截面圓的半徑和圓心；其包括步驟：

501：選取母線與金具連接處一小段點(diǎn)云數(shù)據(jù)為參考，將其看成標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，基于該標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的底面建立用戶三維坐標(biāo)系，其中底面圓心作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)O，底面所在的平面為XOY面，水平方向?yàn)閄軸，標(biāo)準(zhǔn)圓柱體軸線為Z軸；

502：選取多個(gè)母線曲率較小的部分，基于母線曲率較小的部分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成圓柱體；對(duì)圓柱體進(jìn)行切片，提取母線的任意N個(gè)截面圓，獲取各截面圓的半徑和圓心；其中所述母線曲率較小的部分是沿著母線延伸方向的圓柱體；

(6)基于各截面圓的半徑計(jì)算出該N個(gè)截面圓的半徑的平均值R，并將其作為母線的半徑；基于各截面圓的圓心構(gòu)建母線延伸軌跡；其包括步驟：

601：設(shè)計(jì)算母線的半徑R的公式為：

其中，R_i表示第i個(gè)截面圓的半徑；

602：將各截面圓的圓心依次連接得到折線段，采用最小二乘法將折線段擬合為光滑曲線，并將該光滑曲線作為母線延伸軌跡；其中，采用最小二乘法擬合曲線的具體步驟包括：

設(shè)所有選取的圓心坐標(biāo)集合為{(x_i,y_i,z_i)|i＝1,2,3,4…N}，設(shè)曲線參數(shù)方程為：

函數(shù)x＝x(t)為一元函數(shù)，其反函數(shù)為t＝t(x)，因此曲線的參數(shù)方程變?yōu)椋?/p>

則第i點(diǎn)Z軸方向誤差為Δz_i＝z_i-g(x_i)，Y軸方向誤差為Δy_i＝y(tǒng)_i-f(x_i)，空間上的誤差平方和則為(Δd_i)²＝(Δz_i)²+(Δy_i)²，所有點(diǎn)誤差的平方和為：

603：求出誤差平方和最小對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，進(jìn)而得出最佳擬合曲線，具體過(guò)程如下：

根據(jù)上述參數(shù)方程設(shè)其參數(shù)方程為：

以此方程作為擬合曲線方程,故所有點(diǎn)誤差的平方和為：

此函數(shù)為多元函數(shù)，對(duì)a_i，b_i求偏導(dǎo)，即求解：

求出a_i，b_i，代入上述擬合曲線方程，該擬合曲線方程即為母線延伸軌跡；

(7)基于母線的半徑和母線延伸軌跡建立母線模型。

2.如權(quán)利要求1所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站母線進(jìn)行建模的方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，采用“自動(dòng)消噪-手動(dòng)消噪-自動(dòng)消噪”依次更替循環(huán)的方式對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理。

3.如權(quán)利要求2所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站母線進(jìn)行建模的方法，其特征在于，循環(huán)的次數(shù)至少為一次。

4.如權(quán)利要求1所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站母線進(jìn)行建模的方法，其特征在于，所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)還包含顏色信息和反射強(qiáng)度信息的至少其中之一。

5.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站母線進(jìn)行建模的方法，其特征在于，所述步驟(4)包括：

對(duì)于任意一區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算各個(gè)點(diǎn)的法向量；

尋找臨近區(qū)域內(nèi)與計(jì)算得到的法向量相似的點(diǎn)以及法向量突變的點(diǎn)，其中將法向量相似的點(diǎn)作為待刪減點(diǎn)，將法向量突變的點(diǎn)作為保留點(diǎn)；其中判斷法向量相似以及法向量突變的方法為：計(jì)算兩個(gè)法向量間的夾角，若所述夾角小于等于設(shè)定的閾值，則判斷為法向量相似；若所述夾角大于所述閾值，則判斷為法向量突變；

然后根據(jù)選定的比例對(duì)法向量相似的點(diǎn)進(jìn)行刪減。