[发明专利]基于点云数据对变电站绝缘子进行建模的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建模方法，尤其涉及一种对变电站绝缘子进行建模的方法。

背景技术

绝缘子是指安装在不同电位的导体之间或导体与地电位构件之间，能够耐受电压和机械应力作用的器件。目前，变电站三维可视化、智能化监管已得到业内人士的重视，进行变电站实景三维重构是实现变电站三维可视化的基础。为实现变电站实景三维重构，需对变电站内部各种设备进行准确高效地三维重构。目前可考虑用于变电站绝缘子的建模方法主要包括：

(1)基于虚拟现实建模语言的建模方法。

虚拟现实建模语言(Virtual Reality Modeling Language，VRML)不仅是一种建模语言，也是一种描绘3D场景中对象行为的场景语言。VRML通过编程语言以立方体、圆锥体、圆柱体、球体等为原始对象构造绝缘子、隔离开关、断路器、电压与电流互感器等电气设施及建筑模型，并给模型贴上特定材质，然后拼接这些模型以完成整个变电站的三维场景建模。VRML脚本节点(script)对应的Java语言可以利用变电站模型进行人机交互，进而实现变电站虚拟现实系统。VRML建模法虽可方便地进行人机交互，但拟合的模型由于采用立方体、圆锥体、圆柱体、球体的组合构建，必然造成变电站模型缺乏真实感，模型精度差。

(2)基于几何造型的建模方法。

几何造型建模方法依据变电站数码图片、设计图纸和厂家设施图纸，利用AutoCAD、3dMax、Maya等专业软件，按照一定比例采用立方体、圆柱体、圆锥体、圆环等建立变电站各种电气设施的三维模型，然后设置模型贴图与材质，拼接电气设施模型完成变电站三维场景建模，该建模方法获取的模型主要有三种:线框模型、表面模型与实体模型。几何造型建模法效率和直观性较好，但难以实现真实场景建模。

以上两种建模方法作为目前可用于变电站模型三维重构的常规方法，均无法实现变电站模型真实、高精度的模型重构，只能适用于一些对模型精度要求低、对真实性要求不高的场合中，无法满足变电站三维可视化运用的要求。需特别指出的是，绝缘子作为变电站中最为常见的电气设备，实现其高效、精准的三维模型重构具有重要意义。但是目前已有的可用于变电站绝缘子的两种建模方法都存在着精度低、真实性不足以及建模效率低等问题，难以满足对于绝缘子模型高精度、高质量的要求。因此，为了实现变电站的实景三维重构，必须对变电站中的绝缘子建模方法进行研究，寻找一种全新的方法。

(3)基于激光点云的建模方法。

近年来，随着激光测量技术的发展，利用激光雷达扫描仪获取物体表面的激光点云具备高精度、高效率等优点。点云数据是指利用激光、摄影等测量手段获取物体表面的特征点，这些特征点有可能包含物体的空间三维坐标、颜色信息或反射强度信息等，由于点数量很大，因此称为点云。由于地面三维激光雷达采集到的被测对象点云数据具有高精度、全数字特征、图像化等优点，依据点云数据全数字特征与图像化相结合的优势，可为三维重构提供数据支持，且利用该方法构建模型具有精度高、效率高、可调整等优点，弥补了传统建模手段效率低、精度差等不足。该方法已被广泛地应用于文物保护、建筑测绘、交通运输、船舶制造等多个领域，并取得了很好的应用效果。但是这些应用局限于一些简单规则物体的建模以及测量方面，比如边界单一的建筑物建模、结构单一的公共设施建模以及距离、高度、体积等测量，很少涉及到复杂模型的重构。鉴于变电站结构的特殊性，其他领域中的一些建模方法无法简单的移植到变电站模型重构当中，直接使用其他领域的建模方法进行变电站模型的重构会造成模型精度差、细节缺失等问题。因此，期望获得一种可用于变电站绝缘子的基于点云数据的建模方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于点云数据对变电站绝缘子进行建模的方法，该方法可用于准确高效地对变电站绝缘子进行建模以实现变电站绝缘子的三维重构，从而可进一步实现变电站的实景三维重构，为变电站三维可视化、智能化监管提供良好的基础。

根据上述发明目的，本发明提出了一种基于点云数据对变电站绝缘子进行建模的方法，其包括步骤：

(1)采用多次扫描的方式采集变电站绝缘子的点云数据，所述点云数据至少包含三维坐标数据；

(2)将多次扫描获得的变电站绝缘子的点云数据进行拼接，以实现点云数据所包含的三维坐标数据的归一化；

(3)对点云数据进行消噪处理；

(4)对消噪后的点云数据进行抽稀；

(5)根据抽稀后的点云数据，提取绝缘子中心线，并以绝缘子中心线为z轴建立空间直角坐标系；