[發明專利]一種基于大規模點云的變電站數字孿生方法及裝置

在審

• 申請號: 202111363476.8
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114357694A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 黃國方;童宇輝;張靜;單超;周興俊;楊明鑫;張叢叢;湯濟民;廖志勇;劉曉銘;王文政;甘志堅;陳向志;謝永麟;彭奕;郝永奇;吳嵩青;鐘亮民;吳圣和;許茂洲;張斌;侯建國;薛棟良;溫祥青;蔣軒;謝芬
• 申請（專利權）人: 國電南瑞科技股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06K9/62;G06Q50/06;G06F16/22
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 嚴志平

本發明公開了一種基于大規模點云的變電站數字孿生方法及裝置，通過點云預處理、聚類分割、直線擬合等技術有效提取點云中的關鍵設備數據，便于后續分類儲存。通過瓦片式分內層存儲方法，將不同重要程度的點云數據按不同要求進行儲存，降低了點云數據量的大小，便于后續渲染；通過大規模點云渲染技術，結合實際情況，尋找需要加載渲染相應層次的節點進行加載，提高了大規模點云的渲染效率；通過數字孿生虛實映射、數據仿真、實時同步等技術，實現對變電站設備更直觀的監控和分析，以及全生命周期綜合管理；通過機器人仿真技術，將機器人巡檢過程虛實同步至變電站的數字孿生虛擬模型中，更加方便的監控和管理巡檢任務。

技術領域

本發明涉及一種基于大規模點云的變電站數字孿生方法及裝置，屬于變電站技術領域。

背景技術

在電力系統中，對變電站設備的巡視檢查、維護管理、及時發現設備存在的問題是變電運維專業的主要任務之一。電力設備的缺陷、隱患、異常動行狀態等直接影響到電力設備的安全運行和電網的可靠供電，及工農商業用戶的生產經營活動，甚至會帶來嚴重的經濟損失，不利于社會和諧穩定，作為變電運維人員，必須重視設備巡視質量。及時發現設備存在的問題、提升供電可靠性和服務水平，已成為提升供電企業服務水平的重要手段。因此，變電站需不斷加強巡檢作業能力建設，為電力用戶創造更多的經濟效益和社會效益。目前廣泛開展的變電站巡檢應用中，需要專業人員手動操作，工作復雜繁重，且危險性高；而且，由于巡檢人員本身受身體所限，精神、體力難以長時間集中，在環境復雜的變電站環境中進行作業時，容易因違規操作或個人失誤導致安全事故發生。

現有的變電站數字孿生技術的缺點如下：

1)變電站的點云數據通常很大，無法整合到內存中，目前采用的點云渲染方法對內存和CPU的消耗較高，且沒有考慮到不同種類對象的區別，比如針對非重要物體(周圍環境)和重要物體(電力設備)都采用同等的采樣和渲染策略，導致渲染效率低下；

2)目前的變電站建模出要通過現場獲取的點云數據渲染完成，但建模后只能用來進行基本的信息展示和查看功能，無法在數字模型中與巡檢機器人進行互動，也無法實現變電站運行狀態仿真。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于大規模點云的變電站數字孿生方法及裝置，通過瓦片式分層存儲和大規模點云渲染技術，降低對內存和CPU的要求，提高渲染效率；通過數字孿生虛實映射、數據仿真、實時同步等技術，實現對變電站設備更直觀的監控和分析，以及全生命周期綜合管理；通過機器人仿真技術，將機器人巡檢過程虛實同步至變電站的數字孿生虛擬模型中，更加方便的監控和管理巡檢任務。

為達到上述目的，本發明是采用下述技術方案實現的：

第一方面，本發明提供了一種基于大規模點云的變電站數字孿生方法，包括：

獲取變電站點云數據；

對點云數據進行預處理，利用點云體素濾波器算法對點云數據降采樣，提取有效點云數據；

采用歐式空間聚類分割的方法對提取的有效點云數據進行實體劃分；

采用最小生成樹和最大關鍵路徑算法在劃分出的目標實體中提取直線，對直線擬合獲取直線模型；

從所述直線模型中識別出電力線；

對識別后的電力線，采取瓦片式分層存儲方法，構建基于八叉樹結構的存儲結構，按照不同點云的重要程度，以數據庫表格方式保存在本地；

把瓦片數據、渲染網頁、對象數據庫部署在服務器上，Web瀏覽器通過加載渲染模塊和瓦片數據，實現大規模點云數據的渲染；

搭建數據中臺，將變電站環境內的所有信息基于一個標準協議，采用統一的格式和語言進行描述；