基于三维激光雷达的GIS设备外部几何特征参数测量方法技术

本发明专利技术提出了一种基于三维激光雷达的GIS设备外部几何特征参数测量方法，利用地面三维激光雷达作为现场测量设备，对GIS设备外部的几何特征，采集原始点云数据；对采集的原始点云数据，利用三维激光点云拼接软件完成对GIS设备原始点云数据的去噪、配准，获得GIS设备的点云模型；利用处理后的点云模型获取测量所需的点云坐标；对母线筒体轴向和径向长度及挠度进行测量，并对地基倾斜率进行测量。本发明专利技术能够快速、高精度的测量目标的三维几何信息，并基于实景点云对目标进行可视化的配准与建模。基于实景点云对目标进行可视化的配准与建模。基于实景点云对目标进行可视化的配准与建模。

【技术实现步骤摘要】
基于三维激光雷达的GIS设备外部几何特征参数测量方法


[0001]本专利技术涉及一种测量技术，尤其涉及一种基于三维激光雷达的GIS设备外部几何特征参数测量方法。

技术介绍

[0002]气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear,GIS)由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，是现代电力系统中的重要设备，具有结构紧凑、配置灵活、运行可靠性高、检修周期长的优势，已被广泛应用于各类电压等级的变电站中。近年来，由于设备制造与安装、设备运行时产生振动、设备内外部温度变化等因素的影响，GIS设备的母线筒体、底部支撑、地基将会产生不同程度的位移和形变，若不及时采取保护措施，将导致母线筒体破裂、底部支撑破裂，最终导致SF6气体泄漏，因此，对GIS设备外部几何特征参数的测量意义重大。
[0003]当前，GIS设备外部几何特征的常用测量方法对GIS设备三维几何信息的采集较为困难，存在一定的测量局限性；有些方法通常需要以停电作为代价，并受环境因素影响较大。
[0004]具体而言，GIS设备外部几何特征的测量方法主要有千分表测量法、位移传感器测量法和摄影测量法，其中千分表测量法和位移传感器测量法虽能够快速、精确的测量GIS设备筒体的位移，但无法测量GIS设备的其他立体几何信息，例如筒体的挠度和地基的倾斜率，具有一定的测量局限性；摄影测量法虽能够实现挠度、倾斜率的测量，但对作业环境的光线、温度要求较高，且测量所得数据的点位精度较低。
[0005]有鉴于此，本申请采用地面三维激光雷达对GIS设备外部几何特征进行测量，三维激光雷达克服了传统测量方法的局限性，能够快速、高精度的测量目标的三维几何信息，并基于实景点云对目标进行可视化的配准与建模。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术所存在的问题，本专利技术提出的一种基于三维激光雷达的GIS设备外部几何特征参数测量方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种基于三维激光雷达的GIS设备外部几何特征参数测量方法，包括以下步骤：
[0009]S1、利用地面三维激光雷达作为现场测量设备，对GIS设备外部的几何特征，采集原始点云数据；
[0010]S2、对采集的原始点云数据，利用三维激光点云拼接软件完成对GIS设备原始点云数据的去噪、配准，获得GIS设备的点云模型；
[0011]S3、利用处理后的点云模型获取测量所需的点云坐标；
[0012]S4、对母线筒体轴向和径向长度进行测量，基于微分思想，通过地面激光雷达扫描所得的点云数据，利用多点构建折线段逼近设备的结构形变；
[0013]S5、对母线筒体挠度进行测量；
[0014]S6、对地基倾斜率进行测量。
[0015]优选的，所述S4中，对母线筒体轴向和径向长度进行测量的具体步骤如下:
[0016]S41、将形变的母线筒体轴向、径向长度视为若干段短线段首尾相接构成；
[0017]S42、通过选取若干特征点K
i
(X
i
,Y
i
,Z
i
)，i＝1、2、3、
……
n，构建折线段，以折线段的长度之和逼近筒体的轴向、径向长度，长度D的测量公式为：
[0018][0019]优选的，所述S5中，对母线筒体挠度进行测量的具体步骤如下:
[0020]S51、将母线筒体形变轴向线段的首尾两端点连接，创建理想状态下的轴线K1K
n
；
[0021]S2、利用地面三维激光雷达获取K1(X1,Y1,Z1)，K
L
(X
L
,Y
L
,Z
L
)，L＝2、3、4、
……
n
‑
1，K
n
(X
n
,Y
n
,Z
n
)三点，计算特征点K
L
到轴线K1K
n
的垂直距离得到母线筒体的挠度值y，母线筒体挠度值y的计算公式为：
[0022][0023]为便于应用，将K1(X1,Y1,Z1)，K
L
(X
L
,Y
L
,Z
L
)，K
n
(X
n
,Y
n
,Z
n
)三点的坐标值带入的式(2)，则式(2)可转化为式(3)
[0024][0025]其中，
[0026][0027]优选的，所述S6中，对地基倾斜率进行测量的具体步骤如下:
[0028]结合地面三维激光雷达扫描所得的实景点云，获取地基的中心截面四边形A1A2A3A4，计算四边形A1A2A3A
4的
倾斜率，
[0029]其中四边形四个顶点的坐标为A1(x1,y1,z1)、A2(x2,y2,z2)、A3(x3,y3,z3)、A4(x4,y4,z4)，令线段A1A2中点O1点坐标为(x
01
,y
01
,z
01
)、A3A4中心O点坐标为(x0,y0,z0)，OO1为地基的整体架构中心轴线，计算公式为：
[0030][0031][0032]式中：α为倾斜角；ΔS为顶部观测边中点O1相对于底部观测边中点O的偏移量；k为地基倾斜率。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益效果：
[0034]1、本专利技术的测量方法可对GIS设备的三维几何信息进行快速、精确的测量，克服了传统测量方法的测量局限性问题；
[0035]2、本专利技术的测量方法可实现非接触式带电测量，不仅提高了变电站检修人员的安全性，还减少了停电作业带来的经济损失；
[0036]3、本专利技术的测量方法适用于各类较复杂的作业环境，可改善传统测量方法对作业环境要求高的问题。
附图说明
[0037]图1为GIS设备三维模型；
[0038]图2为母线筒体轴向长度测量原理图；
[0039]图3为母线筒体径向长度测量原理图；
[0040]图4为母线筒体挠度测量原理图；
[0041]图5为GIS设备地基倾斜率测量原理图。
具体实施方式
[0042]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0043]本实施例提出的基于三维激光雷达的GIS设备外部几何特征参数测量方法，利用地面三维激光雷达作为现场测量设备，在采集完原始点云数据后，利用武汉海达数云技术有限公司研发的三维激光点云拼接软件HD Scene V2.0完成对GIS设备原始点云数据的去噪、配准，并利用处理后的点云模型获取测量所需的点云坐标，代入计算公式进行计算。GIS设备三维模型如图1所示。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光雷达的GIS设备外部几何特征参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用地面三维激光雷达作为现场测量设备，对GIS设备外部的几何特征，采集原始点云数据；S2、对采集的原始点云数据，利用三维激光点云拼接软件完成对GIS设备原始点云数据的去噪、配准，获得GIS设备的点云模型；S3、利用处理后的点云模型获取测量所需的点云坐标；S4、对母线筒体轴向和径向长度进行测量，基于微分思想，通过地面激光雷达扫描所得的点云数据，利用多点构建折线段逼近设备的结构形变；S5、对母线筒体挠度进行测量；S6、对地基倾斜率进行测量。2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光雷达的GIS设备外部几何特征参数测量方法，其特征在于，所述S4中，对母线筒体轴向和径向长度进行测量的具体步骤如下:S41、将形变的母线筒体轴向、径向长度视为若干段短线段首尾相接构成；S42、通过选取若干特征点K
i
(X
i
,Y
i
,Z
i
)，i＝1、2、3、
……
n，构建折线段，以折线段的长度之和逼近筒体的轴向、径向长度，长度D的测量公式为：3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光雷达的GIS设备外部几何特征参数测量方法，其特征在于，所述S5中，对母线筒体挠度进行测量的具体步骤如下:S51、将母线筒体形变轴向线段的首尾两端点连接，创建理想状态下的轴线K1K
n
；S2、利用地面三维激光雷达获取K1(X1,Y1,Z1)，K
L
(X
L
,Y
L
,Z
L
)，L＝2、3、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李信，毕腾，刘禹，罗同春，巫宗海，洪海程，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：