CN109544684A - 一种变电站场景的构建方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变电站场景的构建方法，包括：将待构建的地形进行扫描得到若干地形点云数据组，将待构建变电站内所有设备布置编码点，并利用扫描仪和相机按照预置采集方式采集待建变电站内所有设备的第一设备点云数据，在地形拼接坐标系中，对若干地形点云数据组进行拼接后得到构建地形数据，在每一设备拼接坐标系中，对每一第一设备点云数据进行拼接后得到每一设备的第二设备点云数据，在Geomagic Design X软件中，根据所有第二设备点云数据搭建对应的虚拟设备模型，根据构建地形数据搭建虚拟变电站地形模型，将所有虚拟设备模型放入虚拟变电站地形模型后，按照实际连接关系对所有虚拟设备进行电气连接，得到与待构建变电站对应的虚拟场景模型。

Description

一种变电站场景的构建方法

技术领域

本申请属于建筑技术领域，尤其涉及一种变电站场景的构建方法。

背景技术

以信息化手段实现变电站的数据采集并进行建模是电力行业发展应用的新趋势，虚拟现实技术在电网领域有着广阔的应用前景，通过构建近乎真实的虚拟环境，可以沉浸式地开展不同作业下的模拟演练。变电站作为电网系统的核心场所，对变电站虚拟现实场景构建是虚拟现实技术在电网领域应用的基础工作。

随着电网的发展，变电站规模越来越庞大，包含变压器、断路器、隔离开关、互感器等不同类型设备，数量庞大，传统基于纯手工方式构建变电站虚拟现实模型的方法(即先利用传统量测工具量测地形和设备数据，然后在根据量测的数据创建对应的地形模型和设备模型后得到虚拟现实模型)，工作量巨大且繁琐，效率低。

发明内容

本申请提供了一种变电站场景的构建方法，解决了现有利用纯手工方式构建变电站虚拟现实模型的方法，工作量巨大、繁琐且效率低的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种变电站场景的构建方法，包括：

101、将待构建变电站分成若干扫描子区，利用扫描仪采集每一所述扫描子区的地形数据得到待构建变电站的若干地形点云数据组；

102、将待构建变电站内所有设备布置编码点，并利用扫描仪和相机按照预置采集方式采集所述待建变电站内所有设备的第一设备点云数据；

103、在地形拼接坐标系中，对所述若干地形点云数据组进行拼接后得到构建地形数据，在设备拼接坐标系中，对每一所述第一设备点云数据进行拼接后得到每一设备的第二设备点云数据；

104、在Geomagic Design X软件中，根据所有所述第二设备点云数据搭建对应的虚拟设备模型，根据所述构建地形数据搭建虚拟变电站地形模型；

105、将所有所述虚拟设备模型放入所述虚拟变电站地形模型后，按照实际连接关系对所有所述虚拟设备进行电气连接，得到与所述待构建变电站对应的虚拟场景模型。

优选地，步骤101具体包括：

1011、将所述待构建变电站分区，得到若干所述待扫描子区；

1012、按照预置布靶规则在每一所述待扫描子区中布置标靶；

1013、利用扫描仪对布置标靶后的每一所述待扫描子区进行扫描，得到所述若干地形点云数据组。

优选地，所述预置布靶规则具体为：

每三个标靶不在同一直线、四个以上的标靶不在同一平面、每一标靶至少在两个待扫描子区中、两个所述待扫描子区中至少有三个标靶、每两个标靶之间的距离相同、每个标靶距离所述待扫描子区中心的距离小于预设值。

优选地，所述在地形拼接坐标系中，对所述若干地形点云数据组进行拼接后得到构建地形数据具体包括：

定义地形拼接坐标系，在所述地形拼接坐标系中利用在所述待构建变电站中布置的所有标靶及所述预置布靶规则，将所述实际地形数据进行拼接得到所述待构建地形数据。

优选地，步骤102具体包括：

1021、在所述待建变电站内的所有设备上按照预置间隔布满编码点；

1022、利用扫描仪和相机按照预置采集方式对每一布满编码点的设备进行扫描，得到每一设备的第一设备点云数据。

优选地，步骤1022具体包括：

对每一布满编码点的设备的整体轮廓采用近景摄影的方式进行，拼接部分或连接部分采用近景摄影和手持式扫描仪进行。

优选地，所述对所述第一设备点云数据进行拼接后得到待第二设备点云数据具体包括：

对每一设备定义拼接坐标系，在每一设备拼接坐标系中，将每一所述第一设备点云数据设备的整体轮廓采用编码点拼接和特征值拼接结合进行，拼接部分或连接部分采用GEOMAGIC 10TUDIO特征对齐和点云拟合对齐进行，得到对应的第二设备点云数据。

优选地，步骤102之后步骤103之前还包括：

106、将每一所述地形点云数据组中的点云数据进行抽稀。

优选地，所述在设备拼接坐标系中，对每一所述第一设备点云数据进行拼接后得到每一设备的第二设备点云数据具体包括：

在Geomagic Design X软件中，根据多边形建模规则或NURBS建模规则或细分曲面建模规则对每一所述第二设备点云数据进行建模得到对应的虚拟设备模型。

优选地，步骤105之后还包括：

107、对比所述虚拟场景模型的数据和所述若干地形点云数据组、所有所述第二设备点云数据，得到构建误差，根据所述构建误差对所述虚拟场景数据进行校正。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

一种变电站场景的构建方法，包括：将待构建变电站分成若干扫描子区，利用扫描仪采集每一扫描子区的地形数据得到待构建变电站的若干地形点云数据组，将待构建变电站内所有设备布置编码点，并利用扫描仪和相机按照预置采集方式采集待建变电站内所有设备的第一设备点云数据，在地形拼接坐标系中，对若干地形点云数据组进行拼接后得到构建地形数据，在每一设备拼接坐标系中，对每一第一设备点云数据进行拼接后得到每一设备的第二设备点云数据，在Geomagic Design X软件中，根据所有第二设备点云数据搭建对应的虚拟设备模型，根据构建地形数据搭建虚拟变电站地形模型，将所有虚拟设备模型放入虚拟变电站地形模型后，按照实际连接关系对所有虚拟设备进行电气连接，得到与待构建变电站对应的虚拟场景模型。本申请中，通过扫描仪的方式取代传统人工量测地形及设备数据，且直接利用扫描的数据构建虚拟设备模型和虚拟变电站地形模型，无需人工再去创建模型的步骤，使得构建虚拟场景模型的方式工作量变少、简单化且效率高，解决了现有利用纯手工方式构建变电站虚拟现实模型的方法，工作量巨大、繁琐且效率低的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中一种变电站场景的构建方法的第一实施例的流程示意图；

图2为本申请实施例中一种变电站场景的构建方法的第二实施例的流程示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种变电站场景的构建方法，解决了现有利用纯手工方式构建变电站虚拟现实模型的方法，工作量巨大、繁琐且效率低的技术问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例中一种变电站场景的构建方法的第一实施例的流程示意图，包括：

步骤101、将待构建变电站分成若干扫描子区，利用扫描仪采集每一扫描子区的地形数据得到待构建变电站的若干地形点云数据组。

步骤102、将待构建变电站内所有设备布置编码点，并利用扫描仪和相机按照预置采集方式采集待建变电站内所有设备的第一设备点云数据。

步骤103、在地形拼接坐标系中，对若干地形点云数据组进行拼接后得到构建地形数据，在设备拼接坐标系中，对每一第一设备点云数据进行拼接后得到每一设备的第二设备点云数据。

步骤104、在Geomagic Design X软件中，根据所有第二设备点云数据搭建对应的虚拟设备模型，根据构建地形数据搭建虚拟变电站地形模型。

步骤105、将所有虚拟设备模型放入虚拟变电站地形模型后，按照实际连接关系对所有虚拟设备进行电气连接，得到与待构建变电站对应的虚拟场景模型。

本实施例中，将待构建变电站分成若干扫描子区，利用扫描仪采集每一扫描子区的地形数据得到待构建变电站的若干地形点云数据组，将待构建变电站内所有设备布置编码点，并利用扫描仪和相机按照预置采集方式采集待建变电站内所有设备的第一设备点云数据，在地形拼接坐标系中，对若干地形点云数据组进行拼接后得到构建地形数据，在每一设备拼接坐标系中，对每一第一设备点云数据进行拼接后得到每一设备的第二设备点云数据，在Geomagic Design X软件中，根据所有第二设备点云数据搭建对应的虚拟设备模型，根据构建地形数据搭建虚拟变电站地形模型，将所有虚拟设备模型放入虚拟变电站地形模型后，按照实际连接关系对所有虚拟设备进行电气连接，得到与待构建变电站对应的虚拟场景模型。本申请中，通过扫描仪的方式取代传统人工量测地形及设备数据，且直接利用扫描的数据构建虚拟设备模型和虚拟变电站地形模型，无需人工再去创建模型的步骤，使得构建虚拟场景模型的方式工作量变少、简单化且效率高，解决了现有利用纯手工方式构建变电站虚拟现实模型的方法，工作量巨大、繁琐且效率低的技术问题。

以上为本申请实施例提供的一种变电站场景的构建方法的第一实施例，以下为本申请实施例提供的一种变电站场景的构建方法的第二实施例。

请参阅图2，本申请实施例中一种变电站场景的构建方法的第二实施例的流程示意图，包括：

步骤201、将待构建变电站分区，得到若干待扫描子区。

需要说明的是，分区方式可以为：在待构建变电站内放置若干扫描仪，以某一扫描仪所处的位置为中心，设置分区距离，以该分区距离和该扫描仪中心进行分区。可以理解的是，该分区距离小于该扫描仪的扫描距离。

可以理解的是，为了使得拼接后的待构建地形数据的误差较小，且减小扫描仪的数量，用尽可能少的子区对待构建变电站分区，这里需要说明的是，需要确保两个待扫描子区中至少有三个标靶。同时可以理解的是，分区方式并不限于上述的方式，还可以为其他的方式，此处不做具体限定。

步骤202、按照预置布靶规则在每一待扫描子区中布置标靶。

需要说明的是，预置布靶规则具体为：每三个标靶不在同一直线、四个以上的标靶不在同一平面、每一标靶至少在两个待扫描子区中、两个待扫描子区中至少有三个标靶、每两个标靶之间的距离相同、每个标靶距离待扫描子区中心的距离小于预设值。

步骤203、利用扫描仪对布置标靶后的每一待扫描子区进行扫描，得到若干地形点云数据组。

需要说明的是，利用扫描仪对地形进行扫描时，为了保证地形数据尽可能真实，可以采用扫描仪自带真彩色相机拍摄的全景图像进行扫描。同时可以理解的是，为了尽可能的确保扫描的地形点云数据组的正确性，对每一待扫描子区进行扫描时，还可以采用先整体扫描再局部扫描的方式进行。同时为了确保后续拼接的误差尽可能的小，避免出现阴影、不均匀光照，且相机的光圈、快门参数保持不变，相邻影像之间要有一定的重叠度，方便后期影像融合和拼接。

可以理解的是，此处的扫描仪可以为FARO X130地面三维激光扫描仪。

步骤204、在待建变电站内的所有设备上按照预置间隔布满编码点。

步骤205、对每一布满编码点的设备的整体轮廓采用近景摄影的方式进行，拼接部分或连接部分采用近景摄影和手持式扫描仪进行。

需要说明的是，采用近景摄影时，为了尽可能的确保构建的虚拟现实设备模型误差较小，在设备的不同位置拍摄多角度序列图像，相邻图像之间公共区域为≥60％。

步骤206、将每一地形点云数据组中的点云数据进行抽稀。

需要说明的是，地形点云数据组采集时相邻待扫描子区存在公共区域，使得成果数据有冗余，为生成最优模型的同时减小计算量，进行一定程度抽稀，可以理解的是，抽稀的方式有多种，此处不做具体限定。

步骤207、定义地形拼接坐标系，在地形拼接坐标系中利用在待构建变电站中布置的所有标靶及预置布靶规则，将实际地形数据进行拼接得到待构建地形数据。

步骤208、对每一设备定义拼接坐标系，在每一设备拼接坐标系中将每一第一设备点云数据设备的整体轮廓采用编码点拼接和特征值拼接结合进行，拼接部分或连接部分采用GEOMAGIC 10TUDIO特征对齐和点云拟合对齐进行，得到对应的第二设备点云数据。

同时需要说明的是，在将第一设备点云数据进行拼接前，同样可以对第一设备数据进行抽稀。

步骤209、在Geomagic Design X软件中，根据多边形建模规则或NURBS建模规则或细分曲面建模规则对每一第二设备点云数据进行建模得到对应的虚拟设备模型。

步骤210、在Geomagic Design X软件中，根据构建地形数据搭建虚拟变电站地形模型。

步骤211、将所有虚拟设备模型放入虚拟变电站地形模型后，按照实际连接关系对所有虚拟设备进行电气连接，得到与待构建变电站对应的虚拟场景模型。

步骤212、对比虚拟场景模型的数据和若干地形点云数据组、所有第二设备点云数据，得到构建误差，根据所述构建误差对虚拟场景数据进行校正。

与现有构建变电站场景模型的方法相比，本发明的有益效果是：

本实施例中，将待构建变电站分成若干扫描子区，利用扫描仪采集每一扫描子区的地形数据得到待构建变电站的若干地形点云数据组，将待构建变电站内所有设备布置编码点，并利用扫描仪和相机按照预置采集方式采集待建变电站内所有设备的第一设备点云数据，在地形拼接坐标系中，对若干地形点云数据组进行拼接后得到构建地形数据，在每一设备拼接坐标系中，对每一第一设备点云数据进行拼接后得到每一设备的第二设备点云数据，在Geomagic Design X软件中，根据所有第二设备点云数据搭建对应的虚拟设备模型，根据构建地形数据搭建虚拟变电站地形模型，将所有虚拟设备模型放入虚拟变电站地形模型后，按照实际连接关系对所有虚拟设备进行电气连接，得到与待构建变电站对应的虚拟场景模型。本申请中，通过扫描仪的方式取代传统人工量测地形及设备数据，且直接利用扫描的数据构建虚拟设备模型和虚拟变电站地形模型，无需人工再去创建模型的步骤，使得构建虚拟场景模型的方式工作量变少、简单化且效率高，解决了现有利用纯手工方式构建变电站虚拟现实模型的方法，工作量巨大、繁琐且效率低的技术问题。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种变电站场景的构建方法，其特征在于，包括：

101、将待构建变电站分成若干扫描子区，利用扫描仪采集每一所述扫描子区的地形数据得到待构建变电站的若干地形点云数据组；

102、将待构建变电站内所有设备布置编码点，并利用扫描仪和相机按照预置采集方式采集所述待建变电站内所有设备的第一设备点云数据；

103、在地形拼接坐标系中，对所述若干地形点云数据组进行拼接后得到构建地形数据，在每一设备拼接坐标系中，对每一所述第一设备点云数据进行拼接后得到每一设备的第二设备点云数据；

104、在Geomagic Design X软件中，根据所有所述第二设备点云数据搭建对应的虚拟设备模型，根据所述构建地形数据搭建虚拟变电站地形模型；

105、将所有所述虚拟设备模型放入所述虚拟变电站地形模型后，按照实际连接关系对所有所述虚拟设备进行电气连接，得到与所述待构建变电站对应的虚拟场景模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤101具体包括：

1011、将所述待构建变电站分区，得到若干所述待扫描子区；

1012、按照预置布靶规则在每一所述待扫描子区中布置标靶；

1013、利用扫描仪对布置标靶后的每一所述待扫描子区进行扫描，得到所述若干地形点云数据组。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预置布靶规则具体为：

每三个标靶不在同一直线、四个以上的标靶不在同一平面、每一标靶至少在两个待扫描子区中、两个所述待扫描子区中至少有三个标靶、每两个标靶之间的距离相同、每个标靶距离所述待扫描子区中心的距离小于预设值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在地形拼接坐标系中，对所述若干地形点云数据组进行拼接后得到构建地形数据具体包括：

定义地形拼接坐标系，在所述地形拼接坐标系中利用在所述待构建变电站中布置的所有标靶及所述预置布靶规则，将所述实际地形数据进行拼接得到所述待构建地形数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤102具体包括：

1021、在所述待建变电站内的所有设备上按照预置间隔布满编码点；

1022、利用扫描仪和相机按照预置采集方式对每一布满编码点的设备进行扫描，得到每一设备的第一设备点云数据。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤1022具体包括：

对每一布满编码点的设备的整体轮廓采用近景摄影的方式进行，拼接部分或连接部分采用近景摄影和手持式扫描仪进行。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在每一设备拼接坐标系中，对每一所述第一设备点云数据进行拼接后得到每一设备的第二设备点云数据具体包括：

对每一设备定义拼接坐标系，在每一设备拼接坐标系中，将每一所述第一设备点云数据设备的整体轮廓采用编码点拼接和特征值拼接结合进行，拼接部分或连接部分采用GEOMAGIC 10TUDIO特征对齐和点云拟合对齐进行，得到对应的第二设备点云数据。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤102之后步骤103之前还包括：

106、将每一所述地形点云数据组中的点云数据进行抽稀。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所有所述第二设备点云数据搭建虚拟设备模型具体包括：

在Geomagic Design X软件中，根据多边形建模规则或NURBS建模规则或细分曲面建模规则对每一所述第二设备点云数据进行建模得到对应的虚拟设备模型。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤105之后还包括：

107、对比所述虚拟场景模型的数据和所述若干地形点云数据组、所有所述第二设备点云数据，得到构建误差，根据所述构建误差对所述虚拟场景数据进行校正。