CN111143959A - 一种变电站三维设计中电缆沟接头自动建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种变电站三维设计中电缆沟接头自动建模方法及系统，将三维建模技术应用到电力电缆地下敷设工程中，解决了变电站中电缆沟模型的真实展示问题，在变电站中电缆沟是属于隐蔽部分，本发明实现了隐蔽工程的可视化，使设计人员对自己的设计由空间想象，变得一目了然，及时准确地纠错，减少出错率，提高设计效率。并且，本发明通过对变电站3D场景中的对象进行分割，定位场景中的电缆沟和接头位置，通过优化算法调整电缆沟与接头距离，对电缆沟接头精准建模；电缆沟和接头的三维自动建模功实现了隐蔽工程的可视化，直观化，精准化。

Description

一种变电站三维设计中电缆沟接头自动建模方法及系统

本发明涉及电力电缆工程技术领域，尤其涉及直埋高压电力电缆敷设工程中电缆中间接头的三维建模方法。

背景技术

随着国家电网智能化建设的推进，数字化三维变电站的成果变得尤为重要。目前电力系统内对架空线路的三维设计已经有应用，尤其是特高压工程，均达到了三维设计和数字化移交的要求，但对于地下电缆线路，实现电力电缆线路的三维设计方案较少。

电缆沟是变电站的重要组成部分，在电力电缆地下敷设工程中，电缆一般较长，往往需要采用分段连接的方式进行敷设，在分段连接处，电缆之间采用电缆接头进行连接。电缆接头是故障高发点，因此，在三维设计中电缆沟接头的位置非常重要。鉴于电缆借助接头连接组成一个规模庞大的网络，彼此紧密关联，任何一点出现错位，都可能影响施工进度。

由于现有技术中基于地下线缆敷设三维设计方案较少，对于电缆沟接头设计三维建模更是少有，因此不能有效指导变电站电缆头接头施工工作。

发明内容

针对现有的电力电缆地下敷设工程中电缆沟接头三维设计中存在的缺陷或不足，本发明提供了一种变电站三维设计中电缆沟接头自动建模方法，实现电力电缆地下敷设工程中电缆沟接头精确定位的技术效果。

本发明的一种变电站三维设计中电缆沟接头的自动建模方法，包括下列步骤：

步骤1，获取待构建三维模型的变电站3D场景；

步骤2，基于运算资源对变电站3D场景进行分割，得到多个块，定位每个块中包含的电缆沟，选择要进行连接的电缆沟；

步骤3，根据选择的电缆沟计算要生成接头类型与接头参数，将接头设置在电缆沟连接处；

步骤4，判断电缆沟和接头连接是否存在错位，若距离过远，则进行位置修正调整；

步骤5，在变电站3D场景中显示电缆沟和接头，实现楼板开槽跟随电缆沟与接头移动。

以及一种变电站三维设计中电缆沟接头的自动建模系统，包括：

场景构建模块，用于获取待构建三维模型的变电站3D场景；

分割模块，基于运算资源对变电站3D场景进行分割，得到多个块，定位每个块中包含的电缆沟，选择要进行连接的电缆沟；

接头生成模块，根据选择的电缆沟计算要生成接头类型与接头参数，将接头设置在电缆沟连接处；

修正模块，用于判断电缆沟和接头连接是否存在错位，若距离过远，则进行位置修正调整；

显示模块，在变电站3D场景中显示电缆沟和接头，实现楼板开槽跟随电缆沟与接头移动。

本发明将三维建模技术应用到电力电缆地下敷设工程中，解决了变电站中电缆沟模型的真实展示问题，在变电站中电缆沟是属于隐蔽部分，本发明实现了隐蔽工程的可视化，使设计人员对自己的设计由空间想象，变得一目了然，及时准确地纠错，减少出错率，提高设计效率。并且，本发明通过对变电站3D场景中的对象进行分割，定位场景中的电缆沟和接头位置，通过优化算法调整电缆沟与接头距离，对电缆沟接头精准建模；电缆沟和接头的三维自动建模功实现了隐蔽工程的可视化，直观化，精准化。

附图说明

图1本发明所提出的方法流程图。

图2根据本发明的建模方法实现的电缆沟接头三维效果图一。

图3根据本发明的建模方法实现的电缆沟接头三维效果图二。

图4根据本发明的建模方法实现的电缆沟接头三维效果图三。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图参考实施例的描述，对本发明的方法进行进一步的说明。本发明提供了一种变电站三维设计中电缆沟接头自动建模方法和系统，实现电力电缆地下敷设工程中电缆沟接头精确定位的技术效果。

参见图1所示，本发明的一种变电站三维设计中电缆沟接头的自动建模方法，包括下列步骤：

步骤1，获取待构建三维模型的变电站3D场景；

步骤2，基于运算资源对变电站3D场景进行分割，得到多个块，定位每个块中包含的电缆沟，选择要进行连接的电缆沟；

步骤3，根据选择的电缆沟计算要生成接头类型与接头参数，将接头设置在电缆沟连接处；

步骤4，判断电缆沟和接头连接是否存在错位，若距离过远，则进行位置修正调整；

步骤5，在变电站3D场景中显示电缆沟和接头，实现楼板开槽跟随电缆沟与接头移动。

其中，所述步骤1，获取待构建三维模型的变电站的3D场景，具体可以包括：

根据待构建变电站的参数数据进行三维模型数据库的构建，根据变电站的GIS信息进行空间布局配置，通过空间布局配置和三维模型数据库进行变电站3D场景构建。

其中，所述步骤2，基于运行资源对3D场景进行分割，得到多个块，具体可以包括：

利用网格进行块划分，根据变电站3D场景中包含的3D对象，进行离散化处理，得到多个块；其中，每个块均由多个四面体构成。

其中，所述步骤3，所述接头类型可以包括如图2-4所示的转接头、三通、四通；

所述接头参数包括接头内角半径、接头与电缆沟的交点和位置关系。

其中，所述步骤4，电缆沟与接头之间进行所述位置修正调整，具体可以包括：

步骤4-1，对于构成电缆沟和接头的每个四面体，由四个顶点定义，包含四个三角形和六条边，是单位球面上的点的闭合子集；

步骤4-2，分别从组成电缆沟和接头的多个块中，选择两者处于相互连接位置处的边缘块，从边缘块中选择边缘四面体，计算从接头的边缘四面体S到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离D(S)：

其中，b(S)表示与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟的边缘四面体的个数，position(S,i_k)表示接头的边缘四面体S上第k点i_k到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离；

步骤4-3，判断D(S)是否在预设阈值范围内，若否，则采用拓扑结构优化的网格对构成电缆沟和接头进行位置修正处理：

其中，P(S)为修正后的接头的边缘四面体S到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离；定义构成接头的每个四面体的场值为F(S)；Adj(S)为与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟边缘四面体集合，|Adj(S)|表示所述集合中元素个数；F(S′)为与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟边缘四面体的场值；α为均衡常数；

为四面体S的归一化深度图像梯度值，N_S,Adj(S)为从所述接头的边缘四面体S及与其连接的电缆沟的边缘四面体的像素点的高斯分布中采样的修正系数。

本发明的一种变电站三维设计中电缆沟接头的自动建模系统，包括：

场景构建模块，用于获取待构建三维模型的变电站3D场景；

分割模块，基于运算资源对变电站3D场景进行分割，得到多个块，定位每个块中包含的电缆沟，选择要进行连接的电缆沟；

接头生成模块，根据选择的电缆沟计算要生成接头类型与接头参数，将接头设置在电缆沟连接处；

修正模块，用于判断电缆沟和接头连接是否存在错位，若距离过远，则进行位置修正调整；

显示模块，在变电站3D场景中显示电缆沟和接头，实现楼板开槽跟随电缆沟与接头移动。

其中，所述场景构件模块，用于获取待构建三维模型的变电站的3D场景，具体可以用于：

根据待构建变电站的参数数据进行三维模型数据库的构建，根据变电站的GIS信息进行空间布局配置，通过空间布局配置和三维模型数据库进行变电站3D场景构建。

其中，分割模块，用于基于运行资源对3D场景进行分割，得到多个块，具体可以用于：

利用网格进行块划分，根据变电站3D场景中包含的3D对象，进行离散化处理，得到多个块；其中，每个块均由多个四面体构成。

其中，所述接头类型可以包括转接头、三通、四通；所述接头参数包括接头内角半径、接头与电缆沟的交点和位置关系。

其中，所述修正模块，用于电缆沟与接头之间进行所述位置修正调整，具体可以包括：

对于构成电缆沟和接头的每个四面体，由四个顶点定义，包含四个三角形和六条边，是单位球面上的点的闭合子集；

分别从组成电缆沟和接头的多个块中，选择两者处于相互连接位置处的边缘块，从边缘块中选择边缘四面体，计算从接头的边缘四面体S到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离D(S)：

其中，b(S)表示与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟的边缘四面体的个数，position(S,i_k)表示接头的边缘四面体S上第k点i_k到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离；

判断D(S)是否在预设阈值范围内，若否，则采用拓扑结构优化的网格对构成电缆沟和接头进行位置修正处理：

其中，P(S)为修正后的接头的边缘四面体S到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离；定义构成接头的每个四面体的场值为F(S)；Adj(S)为与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟边缘四面体集合，|Adj(S)|表示所述集合中元素个数；F(S′)为与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟边缘四面体的场值；α为均衡常数；

为四面体S的归一化深度图像梯度值，N_S,Adj(S)为从所述接头的边缘四面体S及与其连接的电缆沟的边缘四面体的像素点的高斯分布中采样的修正系数。

本发明将三维建模技术应用到电力电缆地下敷设工程中，解决了变电站中电缆沟模型的真实展示问题，在变电站中电缆沟是属于隐蔽部分，本发明实现了隐蔽工程的可视化，使设计人员对自己的设计由空间想象，变得一目了然，及时准确地纠错，减少出错率，提高设计效率。并且，本发明通过对变电站3D场景中的对象进行分割，定位场景中的电缆沟和接头位置，通过优化算法调整电缆沟与接头距离，对电缆沟接头精准建模；电缆沟和接头的三维自动建模功实现了隐蔽工程的可视化，直观化，精准化。

为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在实施例中，不详细描述公知的方法、过程、组件，以免不必要地使实施例繁琐。

这里只说明了本发明的优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。

Claims (10)

1.一种变电站三维设计中电缆沟接头自动建模方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1，获取待构建三维模型的变电站3D场景；

步骤2，基于运算资源对变电站3D场景进行分割，得到多个块，定位每个块中包含的电缆沟，选择要进行连接的电缆沟；

步骤3，根据选择的电缆沟计算要生成接头类型与接头参数，将接头设置在电缆沟连接处；

步骤4，判断电缆沟和接头连接是否存在错位，若距离过远，则进行位置修正调整；

步骤5，在变电站3D场景中显示电缆沟和接头，实现楼板开槽跟随电缆沟与接头移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤1，获取待构建三维模型的变电站的3D场景，具体包括：

根据待构建变电站的参数数据进行三维模型数据库的构建，根据变电站的GIS信息进行空间布局配置，通过空间布局配置和三维模型数据库进行变电站3D场景构建。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤2，基于运行资源对3D场景进行分割，得到多个块，具体包括：

利用网格进行块划分，根据变电站3D场景中包含的3D对象，进行离散化处理，得到多个块；其中，每个块均由多个四面体构成。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤3，所述接头类型包括转接头、三通、四通；

所述接头参数包括接头内角半径、接头与电缆沟的交点和位置关系。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述步骤4，电缆沟与接头之间进行所述位置修正调整，具体包括：

步骤4-1，对于构成电缆沟和接头的每个四面体，由四个顶点定义，包含四个三角形和六条边，是单位球面上的点的闭合子集；

步骤4-2，分别从组成电缆沟和接头的多个块中，选择两者处于相互连接位置处的边缘块，从边缘块中选择边缘四面体，计算从接头的边缘四面体S到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离D(S)：

其中，b(S)表示与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟的边缘四面体的个数，position(S,i_k)表示接头的边缘四面体S上第k点i_k到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离；

步骤4-3，判断D(S)是否在预设阈值范围内，若否，则采用拓扑结构优化的网格对构成电缆沟和接头进行位置修正处理：

其中，P(S)为修正后的接头的边缘四面体S到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离；定义构成接头的每个四面体的场值为F(S)；Adj(S)为与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟边缘四面体集合，|Adj(S)|表示所述集合中元素个数；F(S′)为与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟边缘四面体的场值；α为均衡常数；

为四面体S的归一化深度图像梯度值，N_S,Adj(S)为从所述接头的边缘四面体S及与其连接的电缆沟的边缘四面体的像素点的高斯分布中采样的修正系数。

6.一种变电站三维设计中电缆沟接头自动建模系统，其特征在于，包括：

场景构建模块，用于获取待构建三维模型的变电站3D场景；

分割模块，基于运算资源对变电站3D场景进行分割，得到多个块，定位每个块中包含的电缆沟，选择要进行连接的电缆沟；

接头生成模块，根据选择的电缆沟计算要生成接头类型与接头参数，将接头设置在电缆沟连接处；

修正模块，用于判断电缆沟和接头连接是否存在错位，若距离过远，则进行位置修正调整；

显示模块，在变电站3D场景中显示电缆沟和接头，实现楼板开槽跟随电缆沟与接头移动。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述场景构件模块，用于获取待构建三维模型的变电站的3D场景，具体用于：

根据待构建变电站的参数数据进行三维模型数据库的构建，根据变电站的GIS信息进行空间布局配置，通过空间布局配置和三维模型数据库进行变电站3D场景构建。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，分割模块，用于基于运行资源对3D场景进行分割，得到多个块，具体用于：

利用网格进行块划分，根据变电站3D场景中包含的3D对象，进行离散化处理，得到多个块；其中，每个块均由多个四面体构成。

9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述接头类型包括转接头、三通、四通；所述接头参数包括接头内角半径、接头与电缆沟的交点和位置关系。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述修正模块，用于电缆沟与接头之间进行所述位置修正调整，具体包括：

对于构成电缆沟和接头的每个四面体，由四个顶点定义，包含四个三角形和六条边，是单位球面上的点的闭合子集；

分别从组成电缆沟和接头的多个块中，选择两者处于相互连接位置处的边缘块，从边缘块中选择边缘四面体，计算从接头的边缘四面体S到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离D(S)：

其中，b(S)表示与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟的边缘四面体的个数，position(S,i_k)表示接头的边缘四面体S上第k点i_k到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离；

判断D(S)是否在预设阈值范围内，若否，则采用拓扑结构优化的网格对构成电缆沟和接头进行位置修正处理：

其中，P(S)为修正后的接头的边缘四面体S到与其连接的电缆沟的边缘四面体之间的距离；定义构成接头的每个四面体的场值为F(S)；Adj(S)为与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟边缘四面体集合，|Adj(S)|表示所述集合中元素个数；F(S′)为与接头的边缘四面体S相连接的电缆沟边缘四面体的场值；α为均衡常数；

为四面体S的归一化深度图像梯度值，N_S,Adj(S)为从所述接头的边缘四面体S及与其连接的电缆沟的边缘四面体的像素点的高斯分布中采样的修正系数。

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