CN112700548A - 一种bim模型在可视化变电站中与视频信息的融合方法 - Google Patents
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Abstract
一种BIM模型在可视化变电站中与视频信息的融合方法，其特征在于包括以下步骤：本发明首先获取整个变电站的CAD图纸后，再对整个变电站外立面进行高清拍照，再根据CAD二维图纸并结合外形轮廓数据进行三维BIM建模，通过二次开发插件对三维BIM模型进行轻量化处理，渲染后并以Web方式加载展现出来，将BIM模型与真实视频流信息进行视频信息融合后输出展示，进而描绘出变电站空间立体的形态，解决了变电站项目在设计、施工和运营过程中的信息互通和共享，能够将各类视频信息进行融合，形成逼真直观的三维模型，并能以高度仿真的形式进行呈现。
Description
技术领域
本发明涉及一种视频信息的融合方法，尤其涉及一种BIM模型在可视化变电站中与视频信息的融合方法，属于图像处理技术领域。
背景技术
长期以来，在电力工程项目的建设过程中，有许多规模小、专业化的参与者，但设计、施工和运营过程基本相互隔绝，缺少一种共同的交互平台，信息无法整合和共享，造成信息流失、信息传递失误，导致信息的无序流动，阻碍工程建设。同时，我国电力系统的变电站规模越来越大，导致信息的无序流动，阻碍工程建设。变电站结构也越来越复杂，设备更加先进，传统的变电站施工管理及运维管理模式正面临巨大的挑战。
国外建筑设计领域已广泛应用建筑信息技术（BIM），核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，以还原真实空间的三维复杂形态，引入虚拟现实技术，实现在虚拟建筑中的漫游，展示建筑成长的过程。这些数据库信息在建筑全过程中动态变化调整，并可以及时准确的调用系统数据库中包含的相关数据，加快决策进度、提高决策质量，使设计、施工、运维等进行信息的共享和管理，从而提高项目质量，降低项目成本。
一直缺乏一种能够将电力工程中，特别是将变电站涉及的建筑、设备、管道、水电等所有物理存在形式及相关各类信息进行数字化，并将各类视频信息进行融合，形成逼真直观的三维模型，以高度仿真的形式进行呈现的技术手段。
发明内容
本发明的目的是针对现有的变电站项目在设计、施工和运营过程基本相互隔绝，信息无法整合和共享，无法形成逼真直观的三维模型，不能以高度仿真的形式进行呈现的缺陷和不足的问题，提供一种科学高效，算法合理，解决了变电站项目在设计、施工和运营过程中的信息互通和共享，能够将各类视频信息进行融合，形成逼真直观的三维模型，并能以高度仿真的形式进行呈现的一种BIM模型在可视化变电站中与视频信息的融合方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种BIM模型在可视化变电站中与视频信息的融合方法，其特征在于包括以下步骤：
a、首先获取整个变电站的CAD图纸，CAD图纸中详细的包含有整个变动站的所有设备的物理性状、数量、位置分布及连接关系，其中包括一次设备、二次设备、直流场、换流区的分布情况；
b、接着对整个变电站外立面进行高清拍照，获取变电站各类设施设备的贴图或铭牌信息，并通过无人机或三维引擎摄像机进行拍照或摄像的形式获取整个变电站所有设备的外形轮廓数据；
c、再根据CAD二维图纸并结合外形轮廓数据进行三维BIM建模，根据不同专业的需要来建立不低于LOD300精度的BIM模型；
d、随后将BIM模型通过二次开发插件进行轻量化处理，导出可用的基本工程属性、图元数据；
e、然后利用WebGL技术对三维BIM模型进行渲染并以Web方式加载展现出来；
f、接着通过Web H5的方式接入现场视频流HLS数据；
g、再进行BIM模型构件与现场视频流信息进行关联集成入库；
h、最后把BIM模型与真实视频流信息通过三维视频融合模块进行视频信息融合后输出展示，视频信息融合方法包括：分别获取BIM模型构件信息和现场视频流信息，其中包含有变动站的所有设备的物理性状、数量、位置分布及连接关系参数信息，确定现场视频流信息的融合参数，再将现场视频流信息与BIM模型构件信息进行实时融合。
经进一步的，所述e步骤中对三维BIM模型所涉及的采样像素点进行插值处理。
经进一步的，所述插值处理的方法如下：先根据初始目标标志点构造第一插值函数，并根据第一插值函数对待处理图像进行插值变换，根据插值变换结果获取新增目标，然后在新增目标区域上获取新增目标标志点，并新增目标标志点和第一插值函数获取新增源标志点，随后根据所初始目标标志点和新增目标标志点获取扩展目标标志点集合，再根据扩展源标志点集合和扩展目标标志点集合构造第二插值函，最后根据第二插值函数对待处理图像进行插值运算。
本发明的有益效果是：
1．本发明获取整个变电站的CAD图纸后，再对整个变电站外立面进行高清拍照，再根据CAD二维图纸并结合外形轮廓数据进行三维BIM建模，通过二次开发插件对三维BIM模型进行轻量化处理，渲染后并以Web方式加载展现出来。
2、本发明将BIM模型与真实视频流信息进行视频信息融合后输出展示，进而描绘出变电站空间立体的形态，解决了变电站项目在设计、施工和运营过程中的信息互通和共享，能够将各类视频信息进行融合，形成逼真直观的三维模型，并能以高度仿真的形式进行呈现。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
本发明的一种BIM模型在可视化变电站中与视频信息的融合方法，包括以下步骤：
a、首先获取整个变电站的CAD图纸，CAD图纸中详细的包含有整个变动站的所有设备的物理性状、数量、位置分布及连接关系，其中包括一次设备、二次设备、直流场、换流区的分布情况；
b、接着对整个变电站外立面进行高清拍照，获取变电站各类设施设备的贴图或铭牌信息，并通过无人机或三维引擎摄像机进行拍照或摄像的形式获取整个变电站所有设备的外形轮廓数据；
c、再根据CAD二维图纸并结合外形轮廓数据进行三维BIM建模，根据不同专业的需要来建立不低于LOD300精度的BIM模型；
d、随后将BIM模型通过二次开发插件进行轻量化处理，导出可用的基本工程属性、图元数据；
e、然后利用WebGL技术对三维BIM模型进行渲染并以Web方式加载展现出来；
f、接着通过Web H5的方式接入现场视频流HLS数据；
g、再进行BIM模型构件与现场视频流信息进行关联集成入库；
h、最后把BIM模型与真实视频流信息通过三维视频融合模块进行视频信息融合后输出展示，视频信息融合方法包括：分别获取BIM模型构件信息和现场视频流信息，其中包含有变动站的所有设备的物理性状、数量、位置分布及连接关系参数信息，确定现场视频流信息的融合参数，再将现场视频流信息与BIM模型构件信息进行实时融合。
所述e步骤中对三维BIM模型所涉及的采样像素点进行插值处理。
所述插值处理的方法如下：先根据初始目标标志点构造第一插值函数，并根据第一插值函数对待处理图像进行插值变换，根据插值变换结果获取新增目标，然后在新增目标区域上获取新增目标标志点，并新增目标标志点和第一插值函数获取新增源标志点，随后根据所初始目标标志点和新增目标标志点获取扩展目标标志点集合，再根据扩展源标志点集合和扩展目标标志点集合构造第二插值函，最后根据第二插值函数对待处理图像进行插值运算。
本发明首先需要获取整个变电站的CAD图纸，CAD图纸中详细的包含有整个变动站的所有设备的物理性状、数量、位置分布及连接关系，其中包括一次设备、二次设备、直流场、换流区的分布情况。
接着对整个变电站外立面进行高清拍照，并通过无人机或三维引擎摄像机进行拍照或摄像的形式获取整个变电站所有设备的外形轮廓数据。随后将BIM模型通过二次开发插件进行轻量化处理，导出可用的基本工程属性、图元数据。
然后利用WebGL技术对三维BIM模型进行渲染并以Web方式加载展现出来，在此过程中对三维BIM模型所涉及的采样像素点进行插值处理。接着通过Web H5的方式接入现场视频流HLS数据，再进行BIM模型构件与现场视频流信息进行关联集成入库，最后把BIM模型与真实视频流信息通过三维视频融合模块进行视频信息融合后输出展示。
对采集的三维点云数据进行点云过滤，过滤点云中的噪音点、降低点云密度，数据点滤波的方法一般有高斯、平均或中值和曲率滤波算法。高斯滤波器在指定的域内的权重为高斯分布，其平均效果较小，故在滤波的同时能较好的保持原数据的形貌。平均滤波法采用滤波窗口中的各数据点的平均值，中值滤波法顾名思义取滤波窗口内各数据点的统计中值。曲面滤波是根据曲率的变化决定点的取舍，在曲率变化大的地方保留较多的点，而在曲率变化小的地方过滤掉较多的点。对于散乱点云数据，采用随机采样的方法；对于扫描线点云数据可采用等间距缩减、倍率缩减、等量缩减和弦偏差等方法。网格化点云可采用等分布密度法和最小包围区域法进行数据精简。数据精减只是减少了数据量并没有对数据进行修改。
多视点云拼接是点云数据处理的关键技术之一，多视点云的拼接也就是把各个局部坐标系通过坐标变换统一到一个坐标系中，从而把多个角度的扫描数据合成完整的三维物体。目前点云拼接方法主要有利用标定物拼接、迭代最近点法（ICP算法）等。利用标定物拼接这种方法的优点是速度快，解一组线性方程组就可以了。缺点是误差比较大，标定物有一定体积，这就需要根据标定物外形计算其几何中心，即使是圆柱、球体等非常对称的几何体也很难保证在室外复杂的环境中表面反射率仍然一致，所以这种方法精度不高。ICP算法精度较高，并且扫描过程中不再需要反射体使扫描更加方便。但是迭代过程比较耗时，尤其是初值选择不当的话收敛速度会很慢，甚至出现发散的现象。三维激光扫描监测数据拼接图实验中借助全站仪在独立坐标系中实地测量控制点的坐标。在进行点云数据绝对定位基准时扫描后数据点位误差在5mm范围内，由于在各景拼接时会存在拼接误差，所以拼接后扫描数据点位误差大概为5cm左右。在各景影像向绝对坐标转换后得到的变电站三维激光扫描监测数据拼接点云。
以上内容是结合具体实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认为本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，本发明还会有各种简单替换、改进和变化，所做出的各种简单替换、改进和变化，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种BIM模型在可视化变电站中与视频信息的融合方法，其特征在于包括以下步骤：
a、首先获取整个变电站的CAD图纸，CAD图纸中详细的包含有整个变动站的所有设备的物理性状、数量、位置分布及连接关系，其中包括一次设备、二次设备、直流场、换流区的分布情况；
b、接着对整个变电站外立面进行高清拍照，获取变电站各类设施设备的贴图或铭牌信息，并通过无人机或三维引擎摄像机进行拍照或摄像的形式获取整个变电站所有设备的外形轮廓数据；
c、再根据CAD二维图纸并结合外形轮廓数据进行三维BIM建模，根据不同专业的需要来建立不低于LOD300精度的BIM模型；
d、随后将BIM模型通过二次开发插件进行轻量化处理，导出可用的基本工程属性、图元数据；
e、然后利用WebGL技术对三维BIM模型进行渲染并以Web方式加载展现出来；
f、接着通过Web H5的方式接入现场视频流HLS数据；
g、再进行BIM模型构件与现场视频流信息进行关联集成入库；
h、最后把BIM模型与真实视频流信息通过三维视频融合模块进行视频信息融合后输出展示，视频信息融合方法包括：分别获取BIM模型构件信息和现场视频流信息，其中包含有变动站的所有设备的物理性状、数量、位置分布及连接关系参数信息，确定现场视频流信息的融合参数，再将现场视频流信息与BIM模型构件信息进行实时融合。
2.根据权利要求1所述的一种BIM模型在可视化变电站中与视频信息的融合方法，其特征在于：所述e步骤中对三维BIM模型所涉及的采样像素点进行插值处理。
3.根据权利要求1所述的一种BIM模型在可视化变电站中与视频信息的融合方法，其特征在于：所述插值处理的方法如下：先根据初始目标标志点构造第一插值函数，并根据第一插值函数对待处理图像进行插值变换，根据插值变换结果获取新增目标，然后在新增目标区域上获取新增目标标志点，并新增目标标志点和第一插值函数获取新增源标志点，随后根据所初始目标标志点和新增目标标志点获取扩展目标标志点集合，再根据扩展源标志点集合和扩展目标标志点集合构造第二插值函，最后根据第二插值函数对待处理图像进行插值运算。
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