一种10KV开关柜三维实景模型的建模方法技术

本发明专利技术涉及一种10KV开关柜三维实景模型的建模方法，包括：(1)将开关柜按照划分为多个功能区域，并将不同零部件按结构特征进行划分；(2)采集各零部件的三维激光点云数据，并同时采集开关柜各零部件的色彩信息与纹理信息；(3)对获得的三维激光点云数据进行配准处理，获得开关柜各功能区域的三维模型；(4)对各功能区域的三维模型进行模型拼接融合处理，得到整个开关柜的三维模型；(5)对所述开关柜的三维模型进行贴图渲染，得到开关柜的三维实景模型。本发明专利技术建立的三维实景模型可以立体展现设备的形状、外观、内部结构、部件间的连接配合、运行关系，解决现有培训方式效率低、质量难以保证，且耗费资源的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种10KV开关柜三维实景模型的建模方法
本专利技术涉及电力行业运维检修培训，具体涉及一种10KV开关柜三维实景模型的建模方法。
技术介绍
经济的快速发展带来了电力公司业务的不断增长，为了满足业务需求，增加了很多新员工，尤其在运维检修领域，新进员工的比例非常高。大量新进员工的到来填补了业务增长带来的人力缺口，一定程度上缓解了业务的压力，但运检培训系统无法在短期内适应这一情况。在培训资源有限的情况下，集中培训大批量新员工不仅效率低、质量难以保证，更是耗费了大量的资源。为了保证运维检修工作的安全与质量，电力公司只能更多的采用在工作现场开展实地培训的方法来弥补专业培训的不足，但是电力生产现场的电气设备无法拆解教学，场地、安全等因素又极大的限制了培训的开展，且在工作中进行培训又会影响到正常工作的效率、质量甚至安全。目前，虚拟现实技术广泛地应用于建筑设计、机械设计、教育培训、工业制造等领域。通过虚拟现实技术将运检工作中遇到的设备、场景忠实还原，可将复杂、抽象、二维的数据信息通过立体、直观和可交互的方式体现出来，非常适合应用于电力培训领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种10KV开关柜三维实景模型的建模方法，本专利技术建立的三维实景模型不仅可以立体展现设备的形状、外观，还可以显示设备的内部结构、部件间的连接配合和运行关系，效果逼真，用以解决现有培训方式效率低、质量难以保证，且耗费资源的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案是：一种10KV开关柜三维实景模型的建模方法，所述建模方法包括：(1)将所述开关柜按照空间结构划分为多个功能区域，并将各功能区域的不同零部件按结构特征进行划分；(2)分别采集各零部件的三维激光点云数据，并同时采集开关柜各零部件的色彩信息与纹理信息；(3)对三维激光点云数据进行预处理，获得参考点云；(4)分别获取开关柜各功能区域的参考点云，采用匹配算法将各功能区域的参考点云进行计算，生成三维模型；(5)对各功能区域的三维模型进行模型拼接融合处理，得到整个开关柜的三维模型；(6)根据开关柜各零部件的色彩信息与纹理信息，对所述开关柜的三维模型进行贴图渲染，得到开关柜的三维实景模型。进一步地，开关柜按空间结构划分为：断路器室、母线室、电缆室和继电器仪表室。进一步地，按结构特征划分的零部件包括：圆柱及球状类零部件、棱柱类零部件、圆环类零部件、不规则类零部件，以及绝缘子类零部件和二次电缆。进一步地，圆柱及球状类零部件的模型构建如下：将圆柱及球状类零部件的相关点云数据导入建模软件中，截取点云，并利用“拟合圆柱或球功能”即可得到圆柱及球状类设备的三维实景模型。进一步地，棱柱类零部件的模型构建如下：第一步，获取棱柱类设备的相关点云数据；第二步，利用端面顶点点云创建矩形特征；第三步，拉伸矩形特征，拉伸长度以点云为参考，得到三维线框模型；第四步，将三维线框转换为三维实景模型。进一步地，圆环类零部件的模型构建如下：首先，提取出圆环类零部件的点云数据，利用建模软件的切片功能分别进行横向及纵向切片，提取圆环外圆半径与圆心，并获取截面圆半径R；最后，利用圆环拟合功能，以外圆圆心为中心，外圆半径为半径，构建截面半径为R的圆环，获得圆环类设备的均压环三维实景模型。进一步地，不规则类零部件的建模如下：首先，获取不规则类设备的点云数据；其次，以点云为参考创建棱柱体、圆柱体或球状等特征；最后，利用布尔运算对不同特征体进行差、并、交等运算，得到不规则类设备的三维实景模型。进一步地，绝缘子类零部件的建模方法如下：利用点云处理软件对点云数据进行处理，生成点云切片；在建模软件中，利用多义线通过点云切片勾勒二维轮廓图；利用旋转功能旋转二维轮廓获得三维模型。进一步地，二次电缆模型的具体建模如下：首先，获取二次电缆点云数据，并截取二次电缆的点云，将点云导出为ASCII类型数据作为建模参考数据；其次，在建模软件中利用切片工具创建二次电缆的点云切片；然后，利用多义线勾勒切片的二维轮廓图，同时，利用三维线段勾勒截面延伸轨迹；最后，通过扫掠功能将截面二维轮廓图沿延伸轨迹进行扫掠，得到二次电缆的三维实景模型。本专利技术达到的有益效果：本专利技术建立的三维实景模型可以精确还原开关柜电气设备，可为变电运检提供一种三维效果逼真、绝对安全可靠、且可在计算机、智能手机等设备上应用的培训方式。本专利技术建立的三维实景模型不仅可以立体展现设备的形状、外观，还可以显示设备的内部结构、部件间的连接配合和运行关系，具有极强的实用性。附图说明图1是开关柜区域划分和零部件划分示意图；图2是本专利技术的建模方法流程图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术作进一步详细的说明。在供电公司的运维检修领域，10kV开关柜是最为常见的工作对象，本专利技术建模的10kV开关柜为空气绝缘的铠装式金属封闭开关设备。本专利技术的具体建模方法如下：第一步，将10kV开关柜按照空间结构划分为多个功能区域：A断路器室、B母线隔室、C电缆室、D继电器仪表室。将各功能区域的内部结构划分为：1母线、2静触头盒、3断路器、4接地开关、5电流互感器、6电压互感器、7避雷器以及母线套管、泄压装置、主母线、静触头盒、电缆、接地母线、装卸式隔板、二次插头、弹簧操作机构、加热器、接地开关操动机构、端子排、空开、继电器等。具体划分请参见图1.在具体建模时，将零部件按照结构类型划分为：圆柱及球状类零部件、棱柱类零部件、圆环类零部件、不规则类零部件，以及绝缘子类零部件和二次电缆。第二步，按照由外之内的原则，使用三维激光测量臂对开关柜进行分区域扫描，采集开关柜各区域的不同零部件的激光点云数据。扫描的所有关键设备包括：外壳、一次主设备、二次主设备、电缆、接地线，各类铭牌、标识。为了获得实景模型，在采集点云数据采集过程中，还要采集开关柜各零部件的色彩信息与纹理信息，包括各类金属、塑料、铭牌，标识等。第三步，对获得的点云数据进行预处理，为模型的三维重构提供参考点云。采集到的原始点云数据不能直接用来建立三维模型，必须经过处理后才能使用。对于开关柜整体建模，建模所需的点云应清晰、突出，无噪点，无不相关点云。点云数据需要在配准软件中预处理，并对点云进行分割、提取，获取清晰、质量高的点云作为参考点云。第四步，在三维建模软件中，按照上文点云采集时划分的区域依次有序的建立不同区域的三维模型。第五步，进行模型拼接得到开关柜三维实景模型。由于开关柜精细实景模型结构复杂，三维平面极多，开关柜需要按结构分块建模，最后进行拼接，然后在三维展示软件中组合的方法来构建整体模型。第六步，经过上述步骤所获得的模型并不具备纹理，必须将采集的开关柜实际的纹理、色彩赋予三维模型，从而得到三维实景模型。对于不同零部件的建模，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种10KV开关柜三维实景模型的建模方法，其特征在于：所述建模方法包括：/n(1)将所述开关柜按照空间结构划分为多个功能区域，并将各功能区域的不同零部件按结构特征进行划分；/n(2)分别采集各零部件的三维激光点云数据，并同时采集开关柜各零部件的色彩信息与纹理信息；/n(3)对三维激光点云数据进行预处理，获得参考点云；/n(4)分别获取开关柜各功能区域的参考点云，采用匹配算法将各功能区域的参考点云进行计算，生成三维模型；/n(5)对各功能区域的三维模型进行模型拼接融合处理，得到整个开关柜的三维模型；/n(6)根据开关柜各零部件的色彩信息与纹理信息，对所述开关柜的三维模型进行贴图渲染，得到开关柜的三维实景模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种10KV开关柜三维实景模型的建模方法，其特征在于：所述建模方法包括：
(1)将所述开关柜按照空间结构划分为多个功能区域，并将各功能区域的不同零部件按结构特征进行划分；
(2)分别采集各零部件的三维激光点云数据，并同时采集开关柜各零部件的色彩信息与纹理信息；
(3)对三维激光点云数据进行预处理，获得参考点云；
(4)分别获取开关柜各功能区域的参考点云，采用匹配算法将各功能区域的参考点云进行计算，生成三维模型；
(5)对各功能区域的三维模型进行模型拼接融合处理，得到整个开关柜的三维模型；
(6)根据开关柜各零部件的色彩信息与纹理信息，对所述开关柜的三维模型进行贴图渲染，得到开关柜的三维实景模型。


2.根据权利要求1所述的10KV开关柜三维实景模型的建模方法，其特征在于，开关柜按空间结构划分为：断路器室、母线室、电缆室和继电器仪表室。


3.根据权利要求1所述的10KV开关柜三维实景模型的建模方法，其特征在于，按结构特征划分的零部件包括：圆柱及球状类零部件、棱柱类零部件、圆环类零部件、不规则类零部件，以及绝缘子类零部件和二次电缆。


4.根据权利要求3所述的10KV开关柜三维实景模型的建模方法，其特征在于，圆柱及球状类零部件的模型构建如下：
将圆柱及球状类零部件的相关点云数据导入建模软件中，截取点云，并利用“拟合圆柱或球功能”即可得到圆柱及球状类设备的三维实景模型。


5.根据权利要求3所述的10KV开关柜三维实景模型的建模方法，其特征在于，棱柱类零部件的模型构建如下：
第一步，获取棱柱类设备的相关点云数据；第二步，利用端面顶点点云创建矩形特征；第三步，拉伸矩形特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵锴，沈小军，张义莲，沙杰，陈冠，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：上海;31