CN107194986A - 一种核电站新型三维数字工厂建模方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种核电站新型三维数字工厂建模方法，包括获取三维扫描仪扫描时所用的固定坐标点及扫描所得的点云数据，并参照固定坐标点以及核电站整体平面布置图，对扫描所得点云数据进行拼接，且对已完成拼接的点云数据依据核电站整体平面布置图进行逆向建模，得到逆向建模后的实体三维模型；获取已有的详细平面设计图并正向建模，得到正向建模后的实体三维模型；将逆向和正向建模的实体三维模型进行整体拼接，得到核电站三维数字工厂模型，并依据已完成拼接的点云数据，修正核电站三维数字工厂模型与核电站现场环境一致。实施本发明，通过获取核电站实际现场环境数据，并结合现有的正向建模方法，构建出与现场环境相一致的三维数字工厂模型。
Description
技术领域
本发明涉及核电站技术领域和三维数字及图像处理技术领域，尤其涉及一种核电站新型三维数字工厂建模方法和系统。
背景技术
核电站是利用核裂变或核聚变反应所释放的能量产生电能的发电站。目前，商业运转中的核电站都是利用核裂变反应来发电，但核裂变过程中不可避免会产生大量的放射性污染源，尤其是涉及到大量运行、维护、检修、改造等工作的核岛厂房。鉴于上述特殊工作环境，如何减少人员辐射剂量及安全风险，并优化电厂运行、维护、检修、改造、培训等工作流程，已成为核电站急需解决的问题。
随着21世纪计算机技术飞速发展，人们已在计算机内使用一定的图形表达方式来展示物体的三维模型，从而可以在不直接接触实际物体的情况下，通过计算机屏幕对物体实现直观的认识，从而有利于各种技术工作的开展。因此，为了解决核电站上述急需问题，通过建立反映核电站实际现场环境的三维数字工厂来实现电厂的运行、维护、检修、改造等工作，从而达到整体优化工作流程、减少人员辐射剂量和安全风险的目的。
然而，发明人发现，现有核电站三维数字工厂的建模方法，仅仅只是参考照片、设计图纸等资料进行正向建模，但并不能建立与现场环境相一致的三维数字工厂模型。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种核电站新型三维数字工厂建模方法和系统，通过获取核电站实际现场环境数据，并结合现有的正向建模方法，构建出与现场环境相一致的三维数字工厂模型。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种核电站新型三维数字工厂建模方法，所述方法包括：
获取三维扫描仪在核电站现场环境扫描时所用的固定坐标点及其扫描所得的点云数据，并参照所述获取到的固定坐标点以及预设的核电站整体平面布置图，对扫描所得点云数据进行拼接，且进一步对已完成拼接的点云数据依据所述预设的核电站整体平面布置图进行逆向建模，得到逆向建模后的实体三维模型；
获取所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图，并直接对所述已有的详细平面设计图进行正向建模，得到正向建模后的实体三维模型；
将所述逆向建模后的实体三维模型和所述正向建模后的实体三维模型参照所述预设的核电站整体平面布置图进行整体拼接，得到核电站三维数字工厂模型，并进一步依据所述已完成拼接的点云数据，对所得到的核电站三维数字工厂模型进行偏差修正，得到修正后与所述核电站现场环境一致的核电站三维数字工厂模型。
其中，所述扫描所得的点云数据是由所述三维扫描仪扫描大修期间核电站整体现场环境所得或仅扫描日常工作期间核电站低辐射区的现场环境所得。
其中，所述扫描所得点云数据在拼接之前，还需通过预设的点云处理软件对所述扫描所得点云数据进行过滤和去噪预处理。
其中，所述三维扫描仪采用相位式三维激光扫描仪，采用的型号为Faro LaserScanner Focus3D120/X 130/X 330。
其中，所述逆向建模后的实体三维模型是通过参照所述预设的核电站整体平面布置图，在已完成拼接的点云数据中区分出厂房、房间和区域各自对应的点云数据，并采用预设的工程建模软件对每一个所述已区分出的点云数据分别进行逆向建模所得。
其中，所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图包括核电站未扫描区域、内部和高辐射区域分别对应的详细平面设计图。
本发明实施例还提供了一种核电站新型三维数字工厂建模系统，所述系统包括：
逆向建模单元，用于获取三维扫描仪在核电站现场环境扫描时所用的固定坐标点及其扫描所得的点云数据，并参照所述获取到的固定坐标点以及预设的核电站整体平面布置图，对扫描所得点云数据进行拼接，且进一步对已完成拼接的点云数据依据所述预设的核电站整体平面布置图进行逆向建模，得到逆向建模后的实体三维模型；
正向建模单元，用于获取所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图，并直接对所述已有的详细平面设计图进行正向建模，得到正向建模后的实体三维模型；
整体拼接及修正单元，用于将所述逆向建模后的实体三维模型和所述正向建模后的实体三维模型参照所述预设的核电站整体平面布置图进行整体拼接，得到核电站三维数字工厂模型，并进一步依据所述已完成拼接的点云数据，对所得到的核电站三维数字工厂模型进行偏差修正，得到修正后与所述核电站现场环境一致的核电站三维数字工厂模型。
其中，所述逆向建模后的实体三维模型是通过参照所述预设的核电站整体平面布置图，在已完成拼接的点云数据中区分出厂房、房间和区域各自对应的点云数据，并采用预设的工程建模软件对每一个所述已区分出的点云数据分别进行逆向建模所得。
其中，所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图包括核电站未扫描区域、内部和高辐射区域分别对应的详细平面设计图。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明实施例建立的核电站三维数字工厂数据来源于核电站现场实际环境，由此数据通过逆向建模和正向建模并拼接所建立的核电站三维数字工厂模型与现场环境相一致，因此通过核电站三维数字工厂模型可模拟核电站的实际现场环境，匹配度高，且工程人员通过软件在核电站三维数字工厂模型中进行浏览漫游、模拟测量等相关操作，代替传统人工方法去核电站现场的工作流程；
2、通过本发明实施例建立的核电站三维数字工厂模型，使得工程人员在计算机中即可完成系统或设备的检修核查和预案制订，可减少人员的现场工作量，提高人员的工作效率；
3、通过本发明实施例建立的核电站三维数字工厂模型，使得工程人员在任何时间段都可进行核查改造区域及尺寸信息，减少工程人员在现场核查期间的辐射剂量和安全风险，提高人员的工作效率；
4、通过本发明实施例建立的核电站三维数字工厂模型，工程人员或技术专家在计算机的软件中即可模拟核电站的故障问题区域及其影响范围，分析引发故障的原因，根据模拟分析结果及现场实际情况制订有效的解决方案，减少人员的辐射剂量和安全风险，提高核电站的核安全应急工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的一种核电站新型三维数字工厂建模方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种核电站新型三维数字工厂建模方法应用场景中扫描所得点云数据拼接和划分的处理过程变化示意图；
图3为本发明实施例提供的一种核电站新型三维数字工厂建模方法应用场景中核电站三维数字工厂模型的处理过程变化示意图；
图4为本发明实施例提供的一种核电站新型三维数字工厂建模系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种核电站新型三维数字工厂建模方法，所述方法包括：
步骤S1、获取三维扫描仪在核电站现场环境扫描时所用的固定坐标点及其扫描所得的点云数据，并参照所述获取到的固定坐标点以及预设的核电站整体平面布置图，对扫描所得点云数据进行拼接，且进一步对已完成拼接的点云数据依据所述预设的核电站整体平面布置图进行逆向建模，得到逆向建模后的实体三维模型；
具体过程为，计算机在获取三维扫描仪的数据之前，应该确定核电站进行三维扫描工作的介入时间点，如核电站在大修期间介入，又如绿区和黄区等低辐射区域在日常期间介入。由此可见，扫描所得的点云数据是由三维扫描仪扫描大修期间核电站整体现场环境所得或仅扫描日常工作期间核电站低辐射区的现场环境所得。同时，在计算机在获取三维扫描仪的数据之前，还应该确定三维扫描仪在核电站现场环境扫描时所用的固定坐标点，即坐标标靶标定，以便于扫描所得的点云数据能够参考该固定坐标点进行点云数据的拼接、过滤、处理等工作。
应当说明的是，扫描所得的点云数据是通过三维激光扫描仪扫描核电站现场环境得到的外观表面点数据集合称之为点云，且该扫描所得的点云数据中的每一个点均包含现实环境的三维坐标、颜色信息、反射强度等信息。
在本发明实施例中，采用相位式三维激光扫描仪对核电站整体现场环境进行三维扫描，该相位式三维激光扫描仪的型号为Faro Laser Scanner Focus3D120/X 130/X 330。
此时，相位式三维激光扫描仪所采用的固定坐标点及其扫描所得的点云数据将导入计算机中进行图像拼接工作，而在计算机对扫描所得点云数据在拼接之前，还通过预设的点云处理软件(如Geomagic Spark/Scene/Catia)对扫描所得点云数据进行过滤和去噪等预处理工作，并待扫描所得点云数据预处理完成后，参照预设的核电站整体平面布置图(已提前导入计算机中)使用点云处理软件完成拼接工作。
进一步的，继续参照预设的核电站整体平面布置图，使用预设的点云处理软件对拼接完成的点云数据进行划分，划分出厂房、房间和区域各自对应的点云数据，具体应用场景请参见图2所示，该图2中，2为点云数据处理软件，3为点云数据，4为预处理完成点云数据，5为坐标标靶，6为平面布置图，7为拼接完成点云数据。
最后，采用工程建模软件(如Catia/RapidForm/PowerShape/Imageware)对厂房、房间和区域各自对应的点云数据分别进行逆向建模，得到逆向建模后的实体三维模型。由此可见，逆向建模后的实体三维模型是通过参照预设的核电站整体平面布置图，在已完成拼接的点云数据中区分出厂房、房间和区域各自对应的点云数据，并采用预设的工程建模软件对每一个已区分出的点云数据分别进行逆向建模所得。
应当说明的是，逆向建模是把现实环境实物通过三维激光扫描或点采集等方法，获取现实环境的三维数据和空间几何形状等信息数据，把获取的信息数据通过计算机工程建模软件建立成实体三维模型。
步骤S2、获取所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图，并直接对所述已有的详细平面设计图进行正向建模，得到正向建模后的实体三维模型；
具体过程为，获取核电站现场环境中已有的详细平面设计图，如包括核电站未扫描区域、内部和高辐射区域分别对应的详细平面设计图等，并直接对所述已有的详细平面设计图进行正向建模，得到正向建模后的实体三维模型。
应当说明的是，正向建模是通过实物的详细设计图获取实物的三维数据和空间几何形状等信息数据，把获取的信息数据通过计算机工程建模软件建立成实体三维模型。
步骤S3、将所述逆向建模后的实体三维模型和所述正向建模后的实体三维模型参照所述预设的核电站整体平面布置图进行整体拼接，得到核电站三维数字工厂模型，并进一步依据所述已完成拼接的点云数据，对所得到的核电站三维数字工厂模型进行偏差修正，得到修正后与所述核电站现场环境一致的核电站三维数字工厂模型，具体应用场景请参见图3所示；该图3中，6为平面布置图，7为拼接完成点云数据，8为工程建模软件，9为详细设计图，10为三维数字工厂拼接模型，11为核电站三维数字工厂模型。
具体过程为，通过逆向建模和正向建模建立的三维模型参照预设的核电站整体平面布置图进行核电站整体三维数字工厂模型的拼接工作，拼接完成的核电站三维数字工厂模型进一步根据已拼接完成的点云数据进行偏差分析，通过工程建模软件以逆向建模的方式修正与点云数据的偏差区域，最终获得与核电站现场环境一致的核电站三维数字工厂模型。
如图4所示，为本发明实施例中，提供的一种核电站新型三维数字工厂建模系统，所述系统包括：
逆向建模单元110，用于获取三维扫描仪在核电站现场环境扫描时所用的固定坐标点及其扫描所得的点云数据，并参照所述获取到的固定坐标点以及预设的核电站整体平面布置图，对扫描所得点云数据进行拼接，且进一步对已完成拼接的点云数据依据所述预设的核电站整体平面布置图进行逆向建模，得到逆向建模后的实体三维模型；
正向建模单元120，用于获取所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图，并直接对所述已有的详细平面设计图进行正向建模，得到正向建模后的实体三维模型；
整体拼接及修正单元130，用于将所述逆向建模后的实体三维模型和所述正向建模后的实体三维模型参照所述预设的核电站整体平面布置图进行整体拼接，得到核电站三维数字工厂模型，并进一步依据所述已完成拼接的点云数据，对所得到的核电站三维数字工厂模型进行偏差修正，得到修正后与所述核电站现场环境一致的核电站三维数字工厂模型。
其中，所述逆向建模后的实体三维模型是通过参照所述预设的核电站整体平面布置图，在已完成拼接的点云数据中区分出厂房、房间和区域各自对应的点云数据，并采用预设的工程建模软件对每一个所述已区分出的点云数据分别进行逆向建模所得。
其中，所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图包括核电站未扫描区域、内部和高辐射区域分别对应的详细平面设计图。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明实施例建立的核电站三维数字工厂数据来源于核电站现场实际环境，由此数据通过逆向建模和正向建模并拼接所建立的核电站三维数字工厂模型与现场环境相一致，因此通过核电站三维数字工厂模型可模拟核电站的实际现场环境，匹配度高，且工程人员通过软件在核电站三维数字工厂模型中进行浏览漫游、模拟测量等相关操作，代替传统人工方法去核电站现场的工作流程；
2、通过本发明实施例建立的核电站三维数字工厂模型，使得工程人员在计算机中即可完成系统或设备的检修核查和预案制订，可减少人员的现场工作量，提高人员的工作效率；
3、通过本发明实施例建立的核电站三维数字工厂模型，使得工程人员在任何时间段都可进行核查改造区域及尺寸信息，减少工程人员在现场核查期间的辐射剂量和安全风险，提高人员的工作效率；
4、通过本发明实施例建立的核电站三维数字工厂模型，工程人员或技术专家在计算机的软件中即可模拟核电站的故障问题区域及其影响范围，分析引发故障的原因，根据模拟分析结果及现场实际情况制订有效的解决方案，减少人员的辐射剂量和安全风险，提高核电站的核安全应急工作效率。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种核电站新型三维数字工厂建模方法，其特征在于，所述方法包括：
获取三维扫描仪在核电站现场环境扫描时所用的固定坐标点及其扫描所得的点云数据，并参照所述获取到的固定坐标点以及预设的核电站整体平面布置图，对扫描所得点云数据进行拼接，且进一步对已完成拼接的点云数据依据所述预设的核电站整体平面布置图进行逆向建模，得到逆向建模后的实体三维模型；
获取所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图，并直接对所述已有的详细平面设计图进行正向建模，得到正向建模后的实体三维模型；
将所述逆向建模后的实体三维模型和所述正向建模后的实体三维模型参照所述预设的核电站整体平面布置图进行整体拼接，得到核电站三维数字工厂模型，并进一步依据所述已完成拼接的点云数据，对所得到的核电站三维数字工厂模型进行偏差修正，得到修正后与所述核电站现场环境一致的核电站三维数字工厂模型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扫描所得的点云数据是由所述三维扫描仪扫描大修期间核电站整体现场环境所得或仅扫描日常工作期间核电站低辐射区的现场环境所得。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述扫描所得点云数据在拼接之前，还需通过预设的点云处理软件对所述扫描所得点云数据进行过滤和去噪预处理。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述三维扫描仪采用相位式三维激光扫描仪，采用的型号为Faro Laser Scanner Focus3D120/X130/X 330。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逆向建模后的实体三维模型是通过参照所述预设的核电站整体平面布置图，在已完成拼接的点云数据中区分出厂房、房间和区域各自对应的点云数据，并采用预设的工程建模软件对每一个所述已区分出的点云数据分别进行逆向建模所得。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图包括核电站未扫描区域、内部和高辐射区域分别对应的详细平面设计图。
7.一种核电站新型三维数字工厂建模系统，其特征在于，所述系统包括：
逆向建模单元，用于获取三维扫描仪在核电站现场环境扫描时所用的固定坐标点及其扫描所得的点云数据，并参照所述获取到的固定坐标点以及预设的核电站整体平面布置图，对扫描所得点云数据进行拼接，且进一步对已完成拼接的点云数据依据所述预设的核电站整体平面布置图进行逆向建模，得到逆向建模后的实体三维模型；
正向建模单元，用于获取所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图，并直接对所述已有的详细平面设计图进行正向建模，得到正向建模后的实体三维模型；
整体拼接及修正单元，用于将所述逆向建模后的实体三维模型和所述正向建模后的实体三维模型参照所述预设的核电站整体平面布置图进行整体拼接，得到核电站三维数字工厂模型，并进一步依据所述已完成拼接的点云数据，对所得到的核电站三维数字工厂模型进行偏差修正，得到修正后与所述核电站现场环境一致的核电站三维数字工厂模型。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述逆向建模后的实体三维模型是通过参照所述预设的核电站整体平面布置图，在已完成拼接的点云数据中区分出厂房、房间和区域各自对应的点云数据，并采用预设的工程建模软件对每一个所述已区分出的点云数据分别进行逆向建模所得。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述核电站现场环境中已有的详细平面设计图包括核电站未扫描区域、内部和高辐射区域分别对应的详细平面设计图。
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