[發明專利]基于點云數據對變電站絕緣子進行建模的方法

在審

• 申請號: 201710170621.8
• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN107154075A
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）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（專利權）人: 國網湖北省電力公司檢修公司;同濟大學;上海慕榮電氣有限公司;國家電網公司
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所(普通合伙)31228
• 代理人: 楊丹莉,李丹

技術領域

本發明涉及一種建模方法，尤其涉及一種對變電站絕緣子進行建模的方法。

背景技術

絕緣子是指安裝在不同電位的導體之間或導體與地電位構件之間，能夠耐受電壓和機械應力作用的器件。目前，變電站三維可視化、智能化監管已得到業內人士的重視，進行變電站實景三維重構是實現變電站三維可視化的基礎。為實現變電站實景三維重構，需對變電站內部各種設備進行準確高效地三維重構。目前可考慮用于變電站絕緣子的建模方法主要包括：

(1)基于虛擬現實建模語言的建模方法。

虛擬現實建模語言(Virtual Reality Modeling Language，VRML)不僅是一種建模語言，也是一種描繪3D場景中對象行為的場景語言。VRML通過編程語言以立方體、圓錐體、圓柱體、球體等為原始對象構造絕緣子、隔離開關、斷路器、電壓與電流互感器等電氣設施及建筑模型，并給模型貼上特定材質，然后拼接這些模型以完成整個變電站的三維場景建模。VRML腳本節點(script)對應的Java語言可以利用變電站模型進行人機交互，進而實現變電站虛擬現實系統。VRML建模法雖可方便地進行人機交互，但擬合的模型由于采用立方體、圓錐體、圓柱體、球體的組合構建，必然造成變電站模型缺乏真實感，模型精度差。

(2)基于幾何造型的建模方法。

幾何造型建模方法依據變電站數碼圖片、設計圖紙和廠家設施圖紙，利用AutoCAD、3dMax、Maya等專業軟件，按照一定比例采用立方體、圓柱體、圓錐體、圓環等建立變電站各種電氣設施的三維模型，然后設置模型貼圖與材質，拼接電氣設施模型完成變電站三維場景建模，該建模方法獲取的模型主要有三種:線框模型、表面模型與實體模型。幾何造型建模法效率和直觀性較好，但難以實現真實場景建模。

以上兩種建模方法作為目前可用于變電站模型三維重構的常規方法，均無法實現變電站模型真實、高精度的模型重構，只能適用于一些對模型精度要求低、對真實性要求不高的場合中，無法滿足變電站三維可視化運用的要求。需特別指出的是，絕緣子作為變電站中最為常見的電氣設備，實現其高效、精準的三維模型重構具有重要意義。但是目前已有的可用于變電站絕緣子的兩種建模方法都存在著精度低、真實性不足以及建模效率低等問題，難以滿足對于絕緣子模型高精度、高質量的要求。因此，為了實現變電站的實景三維重構，必須對變電站中的絕緣子建模方法進行研究，尋找一種全新的方法。

(3)基于激光點云的建模方法。

近年來，隨著激光測量技術的發展，利用激光雷達掃描儀獲取物體表面的激光點云具備高精度、高效率等優點。點云數據是指利用激光、攝影等測量手段獲取物體表面的特征點，這些特征點有可能包含物體的空間三維坐標、顏色信息或反射強度信息等，由于點數量很大，因此稱為點云。由于地面三維激光雷達采集到的被測對象點云數據具有高精度、全數字特征、圖像化等優點，依據點云數據全數字特征與圖像化相結合的優勢，可為三維重構提供數據支持，且利用該方法構建模型具有精度高、效率高、可調整等優點，彌補了傳統建模手段效率低、精度差等不足。該方法已被廣泛地應用于文物保護、建筑測繪、交通運輸、船舶制造等多個領域，并取得了很好的應用效果。但是這些應用局限于一些簡單規則物體的建模以及測量方面，比如邊界單一的建筑物建模、結構單一的公共設施建模以及距離、高度、體積等測量，很少涉及到復雜模型的重構。鑒于變電站結構的特殊性，其他領域中的一些建模方法無法簡單的移植到變電站模型重構當中，直接使用其他領域的建模方法進行變電站模型的重構會造成模型精度差、細節缺失等問題。因此，期望獲得一種可用于變電站絕緣子的基于點云數據的建模方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于點云數據對變電站絕緣子進行建模的方法，該方法可用于準確高效地對變電站絕緣子進行建模以實現變電站絕緣子的三維重構，從而可進一步實現變電站的實景三維重構，為變電站三維可視化、智能化監管提供良好的基礎。

根據上述發明目的，本發明提出了一種基于點云數據對變電站絕緣子進行建模的方法，其包括步驟：

(1)采用多次掃描的方式采集變電站絕緣子的點云數據，所述點云數據至少包含三維坐標數據；

(2)將多次掃描獲得的變電站絕緣子的點云數據進行拼接，以實現點云數據所包含的三維坐標數據的歸一化；

(3)對點云數據進行消噪處理；

(4)對消噪后的點云數據進行抽稀；

(5)根據抽稀后的點云數據，提取絕緣子中心線，并以絕緣子中心線為z軸建立空間直角坐標系；