一种变电站三维场景模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种变电站三维场景模型构建方法，基于激光三维扫描技术及倾斜摄影技术，以电力作业环境为基础分别从数据采集、数据融合处理、语义分割实现变电站实施三维场景精细化建模。其中，倾斜摄影测量技术借助无人机获取建筑物全方位的照片信息，通过倾斜摄影测量软件可以将照片生成带有坐标信息的实景模型、密集点云、正射影像，可高质量的照片数据，生成室外实景三维模型也可以生成真彩色密集点云；三维激光雷达扫描技术可以获取精确的地面点云数据，用于生成没有纹理信息的白模和构建室内场景的点云模型。倾斜摄影测量技术与三维激光雷达扫描技术的结合，为电力现场作业三维建模提供了纹理和精度的保证。三维建模提供了纹理和精度的保证。三维建模提供了纹理和精度的保证。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站三维场景模型构建方法


[0001]本专利技术涉及一种模型构建方法，具体而言，涉及一种变电站三维场景模型构建方法。

技术介绍

[0002]电力作业现场精细化三维模型是实现智能运检、安全风险管控、数字孪生等应用的基础，因此，实现电力作业现场环境、设施设备的真实还原尤其重要。电力作业现场的设施设备布局、结构、位置、外观是三维建模的关键内容。但是，由于电力作业现场具有设备设施密集、结构复制、高压带点等特点，使得数据采集、三维建模的难度较大。
[0003]现阶段的电力作业安全管控措施以二维视频图像监控为主。视频图像数据是目标从三维空间到二维空间的投影，丢失了精确的三维空间信息，在进行三维场景重建时，不可避免地发生信息的丢失，造成作业现场几何信息的失真和纹理信息的丢失，导致无法精准实现对电力作业安全管控。
[0004]有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：对变电站进行三维场景重建时容易造成作业现场的集合信息失真和纹理信息丢失。目的在于提供一种变电站三维场景模型构建方法，采用将激光扫描与倾斜摄影相结合的方式对变电站实施实景三维模型扫描，通过融合多种采集设备的点云图像重构技术和基于目标识别的语义分割技术，实现对便定制现场精细化三维场景设施设备的高精度识别，最终得到变电站的精细化三维重构模型。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种变电站三维场景模型构建方法，包括以下步骤：对变电站内的设施设备分别进行激光三维扫描和无人机倾斜摄影；对经过激光三维扫描采集到的原始激光点云数据进行处理，对无人机倾斜摄影采集到的二维图像进行三维重建；根据处理后的激光点云数据和三维重建后的图像数据进行密集匹配，对密集匹配后的数据和处理后的激光点云数据依次进行点云融合、表面重构和纹理映射，得到变电站倾斜摄影模型；对变电站内的设施设备分别进行纹理数据采集和单体参数化建模；根据采集到的纹理数据和构建的单体参数化模型，对变电站内的设施设备进行单体模型纹理映射；对经过单体模型纹理映射后的设施设备进行属性挂接；根据所述变电站倾斜摄影模型和经过属性挂接后的设施设备数据，对变电站内的设施设备进行位置匹配和尺寸匹配，得到变电站三维场景模型。
[0008]进一步的，进行激光三维扫描之前，包括以下步骤：部署激光扫描工作的条件和进度，包括：(1)针对室外场景，选择在多云天气条件下在同一天内完成对同一电力作业场景的激光数据采集工作；(2)针对室内场景，采用光线均匀一致的照明设备进行补光；(3)限制现场的机器及人员流动；设置激光扫描仪的参数，包括：(1)根据对图像细节级别的需求、与取像对象之间的距离和到达目标的距离，设置激光扫描仪的分辨率；(2)根据室内外的扫描
环境状况，调整激光扫描仪的扫描质量；(3)打开激光扫描仪的彩色扫描功能；部署激光扫描点位，包括：(1)将激光扫描点位部署在激光扫描仪的视线范围能够覆盖到扫描对象的位置；(2)根据对各激光扫描仪的扫描区域重叠度的需求，对激光扫描点位的疏密度进行调整；(3)将各激光扫描点位部署在所属间隔的不同位置。
[0009]进一步的，进行无人机倾斜摄影之前，包括以下步骤：根据室内外拍摄环境，将无人机的焦距调节为固定焦距；关闭光学或数码图像稳定功能；进行无人机倾斜摄影过程中，包括以下步骤：采用固定的焦距进行拍摄，通过调整拍摄距离的方式来获取非统一的影像精度；当使用不同焦距进行拍摄时，在每一个焦距下对同一目标进行多次拍摄；在室内，使用固定光源替代闪光灯；在室外，选择在多云天气条件下或在晴天的中午前后进行拍摄；拍摄中，由远及近地选择多个拍摄距离对同一拍摄对象进行多次拍摄，并确保连续影像之间的重叠部分超过60％，以及确保拍摄对象的同一部分的不同拍摄点之间的分隔小于15
°
。
[0010]进一步的，对原始激光点云数据进行处理包括：对原始激光点云数据进行去噪、过滤、注册、拼接和裁剪。
[0011]进一步的，对二维图像进行三维重建包括以下步骤：对二维影像进行空中三角测量解算，得到每一图像对的相对位置；利用光束平差法对每一图像对的相对位置进行平差，得到每一图像对的准确的三维空间坐标。
[0012]进一步的，所述密集匹配包括以下步骤：寻找出处理后的激光点云数据与三维重建后的图像数据之间的同名点；根据同名点确定出三维重建后的图像的相对位置，并生成对应的密集点云。
[0013]进一步的，所述点云融合包括以下步骤：通过在实景三维模型上选取控制点的方式，将处理后的激光点云数据转换为与倾斜摄影模型相同的地理坐标系。
[0014]进一步的，所述纹理采集包括以下步骤：针对变电站内的每栋建筑物，拍摄多张不同角度的建筑物全景图，按顺时针方向采集建筑物的结构纹理和铭牌；以间隔为单位完成对变电站内的所有设施设备的拍摄，每个间隔至少拍摄两张不同角度的全景图；针对每一台设备，拍摄多张不同角度的设备图像，包括设备全景图、设备铭牌图和设备细节图。
[0015]进一步的，所述单体参数化建模包括以下步骤：将所述倾斜摄影模型导入3DsMax；在工作界面中，将所述倾斜摄影模型的坐标中心移动指坐标原点，通过3DsMax自动完成单体参数化建模。
[0016]进一步的，上述变电站三维场景模型构建方法还包括以下步骤：利用图像卷积神经网络对三维重建后的图像进行语义分割。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点和有益效果：基于激光三维扫描技术及倾斜摄影技术，以电力作业环境为基础分别从数据采集、数据融合处理、语义分割，可实现变电站实施三维场景精细化建模，可避免作业现场的集合信息失真和纹理信息丢失。其中，倾斜摄影测量技术借助无人机获取建筑物全方位的照片信息，通过倾斜摄影测量软件可以将照片生成带有坐标信息的实景模型、密集点云、正射影像，可高质量的照片数据，生成室外实景三维模型也可以生成真彩色密集点云；三维激光雷达扫描技术可以获取精确的地面点云数据，用于生成没有纹理信息的白模和构建室内场景的点云模型。倾斜摄影测量技术与三维激光雷达扫描技术的结合，为电力现场作业三维建模提供了纹理和精度的保证。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例提供的变电站三维场景模型构建方法流程示意图；
[0020]图2为220kVA变电站激光扫描站点分布示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例提供的处理后激光点云示意图；
[0022]图4为本专利技术实施例提供的倾斜摄影重构模型示意图；
[0023]图5为本专利技术实施例提供的DeepGCNs
‑
ATT结构示意图。
具体实施方式
[0024]为使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变电站三维场景模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：对变电站内的设施设备分别进行激光三维扫描和无人机倾斜摄影；对经过激光三维扫描采集到的原始激光点云数据进行处理，对无人机倾斜摄影采集到的二维图像进行三维重建；根据处理后的激光点云数据和三维重建后的图像数据进行密集匹配，对密集匹配后的数据和处理后的激光点云数据依次进行点云融合、表面重构和纹理映射，得到变电站倾斜摄影模型；对变电站内的设施设备分别进行纹理数据采集和单体参数化建模；根据采集到的纹理数据和构建的单体参数化模型，对变电站内的设施设备进行单体模型纹理映射；对经过单体模型纹理映射后的设施设备进行属性挂接；根据所述变电站倾斜摄影模型和经过属性挂接后的设施设备数据，对变电站内的设施设备进行位置匹配和尺寸匹配，得到变电站三维场景模型。2.根据权利要求1所述的一种变电站三维场景模型构建方法，其特征在于，进行激光三维扫描之前，包括以下步骤：部署激光扫描工作的条件和进度，包括：(1)针对室外场景，选择在多云天气条件下在同一天内完成对同一电力作业场景的激光数据采集工作；(2)针对室内场景，采用光线均匀一致的照明设备进行补光；(3)限制现场的机器及人员流动；设置激光扫描仪的参数，包括：(1)根据对图像细节级别的需求、与取像对象之间的距离和到达目标的距离，设置激光扫描仪的分辨率；(2)根据室内外的扫描环境状况，调整激光扫描仪的扫描质量；(3)打开激光扫描仪的彩色扫描功能；部署激光扫描点位，包括：(1)将激光扫描点位部署在激光扫描仪的视线范围能够覆盖到扫描对象的位置；(2)根据对各激光扫描仪的扫描区域重叠度的需求，对激光扫描点位的疏密度进行调整；(3)将各激光扫描点位部署在所属间隔的不同位置。3.根据权利要求1所述的一种变电站三维场景模型构建方法，其特征在于，进行无人机倾斜摄影之前，包括以下步骤：根据室内外拍摄环境，将无人机的焦距调节为固定焦距；关闭光学或数码图像稳定功能；进行无人机倾斜摄影过程中，包括以下步骤：采用固定的焦距进行拍摄，通过调整拍摄距离的方式来获取非统一的影像精度；当使用不同焦距进行拍摄时，在每一个焦距下对同一目标进行多次拍摄；在室内，使用固定光...

【专利技术属性】
技术研发人员：常政威，邓元实，杨琳，陈明举，熊兴中，徐昌前，赵俊，谢正军，蒲维，吴杰，丁宣文，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：