本發(fā)明涉及一種電力工程設(shè)計的4D真實動態(tài)展示方法，屬于電力工業(yè)設(shè)計的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，在電力工程設(shè)計中已出現(xiàn)了許多新技術(shù)。為了能夠詳細、清晰、直觀和動態(tài)地展示設(shè)計方案的技術(shù)特點和工程特質(zhì)，隨之又出現(xiàn)了許多展示方法，例如PPT動畫影像方式、動畫制作模式和三維全景漫游模式等，這些技術(shù)都具有各自的特點，已在不同的工程設(shè)計得到應(yīng)用。
在電力工程設(shè)計過程中，如果能將設(shè)計方案以三維、全景、立體和動態(tài)的形式展示出來，不僅能夠使設(shè)計人員身臨其境，直觀地了解自己的設(shè)計效果，邊設(shè)計邊校核，而且還能夠讓校核人員如同親身勘察過工程現(xiàn)場一樣，提升校核的針對性、準確度和有效性，從而達到提高設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計效率與設(shè)計經(jīng)濟效益的目的。在其它領(lǐng)域工程的實際設(shè)計中，設(shè)計單位采用各種各樣的三維制圖軟件進行設(shè)計方案的展示，但是這些方式要么三維效果單調(diào)乏味，要么費用過高，不能為大多數(shù)設(shè)計單位所接受。如：PPT動畫制作的方式耗費時間較少，費用也比較低，但這種方式是基于二維平面的，在當今3D影像應(yīng)用普遍的時代，不僅落后且不夠具體形象；3DMAX和Photoshop等組合軟件可以制作出精細的電力設(shè)備實物模型，然后進行漫游錄像，形成視頻動畫文件，這種方式效果很好，但是耗費時間較長，費用太高，形成的文件太大且并且兼容性差，無法滿足大多數(shù)設(shè)計單位的需要。目前，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了與設(shè)計軟件嵌合在一起的展示系統(tǒng)，但是大多數(shù)很粗略，三維影像模糊，不能夠準確反映地形地貌，只是一種大體的描述與顯示，不能完全達到三維動畫真實展示的效果。另外，還有其他一些方式，比如利用特殊的三維顯示設(shè)備制造3D效果和錄屏制作等，展示效果都不理想。
在傳統(tǒng)二維設(shè)計系統(tǒng)中，設(shè)計人員是用圖紙將設(shè)計方案展示出來，提供給各級校核人員審核，雖然能展示大部分設(shè)計思路，但由于校核人員沒有到過現(xiàn)場，無法針對工程的實際情況進行校核，往往會遺漏某些重要的現(xiàn)場因素。三維激光掃描技術(shù)是一項革命性的測繪手段，已經(jīng)越來越多的利用在工程實際中，由于三維激光掃描的技術(shù)、操作和設(shè)置都是別具一格，不同于傳統(tǒng)二維測量方式，能夠合理廉價地取得反映實際地理空間信息的三維地形圖，在地形圖之上就可以進行一些創(chuàng)新性的處理與優(yōu)化，最終形成準確的三維全景地形地貌圖。從時間效益、經(jīng)濟效益、三維效果顯示等方面全面去考量，目前國內(nèi)還沒有真正實用、方便、效果好和動態(tài)的電力工程設(shè)計方案4D真實動態(tài)展示系統(tǒng)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種電力工程設(shè)計的4D真實動態(tài)展示方法。
本發(fā)明概述
本發(fā)明提供一種高效、動態(tài)、真實和形象的一種電力工程設(shè)計的4D真實動態(tài)展示方法，適用于任意電壓等級的輸配變電電力工程設(shè)計方案的全景動態(tài)真實展示。即在三維激光掃描的基礎(chǔ)之上，提出4D動態(tài)概念，并將設(shè)計方案采用4D的方式動態(tài)展示出來，這相當于把室外現(xiàn)場原封不動搬到了室內(nèi)，方便了校核人員結(jié)合現(xiàn)場進行審核，確保設(shè)計質(zhì)量和可靠性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種電力工程設(shè)計的4D真實動態(tài)展示方法，包括步驟如下：
1)利用三維激光掃描對需要電力工程設(shè)計的地形地貌進行三維全景掃描，獲取地形地貌的原始點云數(shù)據(jù)；
2)對步驟1)獲取到的地形地貌的原始點云數(shù)據(jù)進行處理，得到4D全景動態(tài)真實展示；
所述處理包括依次采用設(shè)備設(shè)施動態(tài)模塊處理、點云渲染建模分層處理、4D效果展示處理。
本發(fā)明針對測量精度、速度和范圍等方面的具體要求，使得在實際操作三維激光掃描設(shè)備時的人力、物力和經(jīng)濟效益達到最優(yōu)。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在步驟1)中，利用三維激光掃描對需要電力工程設(shè)計的地形地貌進行三維全景掃描時：
a)根據(jù)電力工程種類決定三維測量策略：
當電力工程種類為變電專業(yè)時，由于變電站的所有設(shè)備設(shè)施都在一定的范圍之內(nèi)，區(qū)域跨度不大，在三維設(shè)備的架站方式上采用坐標拼接方式；在變電站內(nèi)設(shè)備較多，分類精細，要求掃描的分辨率較高，才能形成清晰清楚的具體圖像；在室內(nèi)是有地面以上所有的物體，掃描視角為270度以上，站站之間要有比較大的公共部分，以能還原出最為真實清楚的圖像；
當電力工程種類為線路專業(yè)時，區(qū)域跨度較大，所有線路設(shè)備設(shè)施在一個帶狀的范圍之內(nèi)，帶狀寬度為100-200米，在架站時綜合采用標靶拼接、坐標拼接或特殊地物拼接方式；根據(jù)輸電線路的施工圖設(shè)計要求采用高分辨率掃描方式；掃描的距離為0.6-300m，線路走廊要求為100米，完全滿足實際需要；掃描視角為270度以上；
當電力工程種類為配電專業(yè)時，區(qū)域跨度小，包括呈帶狀的部分和呈片形的部分，根據(jù)各部分要求，分別采用不同的掃描策略；所述呈帶狀的部分往往為30米左右，在一定范圍內(nèi)采用掃描一站即可，所述呈片形的部分設(shè)備較為精細，需要采用高精度的掃描；
b)設(shè)定掃描參數(shù)、并按掃描參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集
所述掃描參數(shù)包括分辨率；按照設(shè)定的掃描參數(shù)采集以下數(shù)據(jù)：站站距離、控制點距離和坐標點；
c)控制測量精度
利用控制點坐標將相對坐標轉(zhuǎn)化為大地坐標?？刂泣c坐標的準確度與后期設(shè)計質(zhì)量息息相關(guān)，如何能正確測得標靶所在位置控制點的準確坐標，是非常重要的一環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在步驟1)中，獲取地形地貌的原始點云數(shù)據(jù)的方法包括：
i)將三維激光掃描設(shè)備固定在三腳架上，標靶放置在高處或較容易觀察到的地方，用三維激光掃描測量標靶，站與站之間設(shè)置至少2個標靶；
ii)設(shè)定掃描參數(shù)：分辨率，開始全景掃描；
iii)全景掃描完成后，將廣角相機安裝在掃描設(shè)備上，用廣角相機拍攝周圍場景照片，完成對一站的掃描；
iv)按照步驟i)-iii)繼續(xù)對下一站進行掃描。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在步驟2)中所述設(shè)備設(shè)施動態(tài)模塊處理、點云渲染建模分層處理和4D效果展示處理，包括具體步驟如下：
i)所述設(shè)備設(shè)施動態(tài)模塊處理，用于將設(shè)備設(shè)施模型集成，形成電力工程設(shè)備庫，包括電力工程設(shè)備的形狀、尺寸、質(zhì)地材料；
ii)所述點云渲染建模分層處理，對地形地貌圖利用三維激光掃描設(shè)備測量得到的點云數(shù)據(jù)，經(jīng)過去噪處理、抽希處理和優(yōu)化處理，形成干凈、整潔清晰的點云地形圖；然后進行擬合處理，形成面式三維地形地貌真實模型；
iii)所述4D效果展示處理，是將電力工程設(shè)備及三維地形地貌真實模型制作完成以后，制作成4D視頻，通過佩戴4D顯示裝置向工作人員展示4D效果。如佩戴4D眼睛可以讓工作人員能夠如同親身進入了工程現(xiàn)場，真正實現(xiàn)了設(shè)計方案的4D真實動態(tài)展示系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟2)中步驟i)中建立電力工程設(shè)備模型的標準是根據(jù)國家電網(wǎng)通用設(shè)計內(nèi)容進行建立。此步驟集合有經(jīng)驗有實力的各專業(yè)設(shè)計人員，根據(jù)最新的國家電網(wǎng)通用設(shè)計內(nèi)容，制作電力工程設(shè)備模型。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟2)中步驟ii)中，所述點云渲染建模分層處理還包括對點云地形圖與面式三維地形地貌真實模型進行隨意切換。點云地形圖偏重于介紹技術(shù)，面式三維地形地貌真實模型偏重于實際建設(shè)成顯示的效果。值得一提的是，本發(fā)明在所有的設(shè)備設(shè)施和地形圖上的物體，都是以坐標形式存在的，可以任意提取和轉(zhuǎn)換各自的坐標，根據(jù)各自不同的坐標，便可以將各個部分嵌合在一起，既準確又方便，還能提供各種設(shè)備各個點的準確坐標，為以后數(shù)字化移交平臺做準備。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟2)中步驟i)中，電力工程設(shè)備庫還包括電力工程設(shè)備在不同氣象條件下的工作狀態(tài)參數(shù)。根據(jù)不同的氣象條件，能夠內(nèi)部進行計算和調(diào)整，能夠在不同氣象條件下顯示不同的電力工程設(shè)備狀況，例如大風時的風偏，雨雪天氣時的雪花、雨點，高溫時的太陽、弧垂變化等等，此部分使得匯報視頻增添了樂趣，不再枯燥無味。
本發(fā)明的優(yōu)點如下：
1、整合變電、線路和配電等專業(yè)的各種電力工程設(shè)備設(shè)施，從較大的變壓器、鐵塔到較小的儀表和防震錘等，全部都以精細、精準的三維圖像包含在匯報系統(tǒng)設(shè)備庫中，具有動態(tài)更新和替換更改功能；
2、根據(jù)電力設(shè)計方案的具體內(nèi)容，在實際三維地形地貌圖上進行設(shè)計方案的再現(xiàn)，形象直觀真實的展示出設(shè)計方案的所有內(nèi)容，包括電氣安全距離、交跨距離和交跨物等；
3、根據(jù)不同運行工況下實現(xiàn)不同的動態(tài)影像，加入聲音等效果，使人從視覺、聽覺等方面全面了解設(shè)計方案，比如大風時的導(dǎo)線偏移、覆冰時的導(dǎo)線冰淞等實際氣象，提高展示的質(zhì)量，實現(xiàn)設(shè)計方案的4D顯示；
4、通過佩戴4D體驗設(shè)備，可以使工作人員如同親身體驗工程現(xiàn)場一般，現(xiàn)在看到了工程現(xiàn)場就是施工后的工程現(xiàn)場，最優(yōu)的進行檢查審核，可以進行多方面全方位的技術(shù)校核，大幅度提高了校核質(zhì)量；
5、不用再花大量時間進行各種模型的制作，在系統(tǒng)內(nèi)進行相應(yīng)的調(diào)整與優(yōu)化即可，避免了大量時間的耗費和金錢的投資，具有很強的經(jīng)濟性；
6、在三維點云地圖上進行渲染建模，所展示的地形地貌完全反映實際地形，可以在地形圖上進行長度、面積、體積及任一點坐標的提取，真實地反映現(xiàn)場地形地物的實際空間特征，在國際輸配電設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了零的突破；
7、電力工程設(shè)計方案的展示是一項復(fù)雜而專業(yè)性極強的工作。本發(fā)明結(jié)合工作實際經(jīng)驗，配合各專業(yè)資深設(shè)計人員，開創(chuàng)性地提出了精確集成設(shè)備實施庫、三維激光掃描技術(shù)獲取三維地形圖、各部分坐標拼接的思路，首次真正實現(xiàn)了各專業(yè)電力工程設(shè)計內(nèi)容的4D全景真實動態(tài)展示，并且大大提高了方案展示的形象具體性，極大提高了設(shè)計人員的校核力度。另外，在系統(tǒng)完成之后，不但能夠得到效果好、經(jīng)濟性好的動態(tài)視頻，滿足設(shè)計工作的各項要求，還能提供整個線路路徑的地形地物坐標信息(包括線路設(shè)備本身，比如桿塔、弧垂最低點、金具民點)，為整條線路的運行維護和技術(shù)處理提供豐富的數(shù)據(jù)信息，可以極大的節(jié)約后期運行維護成本。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細的說明，但不限于此。
實施例1、
一種電力工程設(shè)計的4D真實動態(tài)展示方法，包括步驟如下：
1)利用三維激光掃描對需要電力工程設(shè)計的地形地貌進行三維全景掃描，獲取地形地貌的原始點云數(shù)據(jù)；
2)對步驟1)獲取到的地形地貌的原始點云數(shù)據(jù)進行處理，得到4D全景動態(tài)真實展示；
所述處理包括依次采用設(shè)備設(shè)施動態(tài)模塊處理、點云渲染建模分層處理、4D效果展示處理。
實施例2、
如實施例1所述的方法，其區(qū)別在于，在步驟1)中，利用三維激光掃描對需要電力工程設(shè)計的地形地貌進行三維全景掃描時：
a)根據(jù)電力工程種類決定三維測量策略：
當電力工程種類為變電專業(yè)時，由于變電站的所有設(shè)備設(shè)施都在一定的范圍之內(nèi)，區(qū)域跨度不大，在三維設(shè)備的架站方式上采用坐標拼接方式；在變電站內(nèi)設(shè)備較多，分類精細，要求掃描的分辨率較高，才能形成清晰清楚的具體圖像；在室內(nèi)是有地面以上所有的物體，掃描視角為270度以上，站站之間要有比較大的公共部分，以能還原出最為真實清楚的圖像；
當電力工程種類為線路專業(yè)時，區(qū)域跨度較大，所有線路設(shè)備設(shè)施在一個帶狀的范圍之內(nèi)，帶狀寬度為100-200米，在架站時綜合采用標靶拼接、坐標拼接或特殊地物拼接方式；根據(jù)輸電線路的施工圖設(shè)計要求采用高分辨率掃描方式；掃描的距離為0.6-300m，線路走廊要求為100米，完全滿足實際需要；掃描視角為270度以上；
當電力工程種類為配電專業(yè)時，區(qū)域跨度小，包括呈帶狀的部分和呈片形的部分，根據(jù)各部分要求，分別采用不同的掃描策略；所述呈帶狀的部分往往為30米左右，在一定范圍內(nèi)采用掃描一站即可，所述呈片形的部分設(shè)備較為精細，需要采用高精度的掃描；
b)設(shè)定掃描參數(shù)、并按掃描參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集
所述掃描參數(shù)包括分辨率；按照設(shè)定的掃描參數(shù)采集以下數(shù)據(jù)：站站距離、控制點距離和坐標點；
c)控制測量精度
利用控制點坐標將相對坐標轉(zhuǎn)化為大地坐標。控制點坐標的準確度與后期設(shè)計質(zhì)量息息相關(guān)，如何能正確測得標靶所在位置控制點的準確坐標，是非常重要的一環(huán)。
在步驟1)中，獲取地形地貌的原始點云數(shù)據(jù)的方法包括：
i)將三維激光掃描設(shè)備固定在三腳架上，標靶放置在高處或較容易觀察到的地方，用三維激光掃描測量標靶，站與站之間設(shè)置至少2個標靶；
ii)設(shè)定掃描參數(shù)：分辨率，開始全景掃描；
iii)全景掃描完成后，將廣角相機安裝在掃描設(shè)備上，用廣角相機拍攝周圍場景照片，完成對一站的掃描；
iv)按照步驟i)-iii)繼續(xù)對下一站進行掃描。
在步驟2)中所述設(shè)備設(shè)施動態(tài)模塊處理、點云渲染建模分層處理和4D效果展示處理，包括具體步驟如下：
i)所述設(shè)備設(shè)施動態(tài)模塊處理，用于將設(shè)備設(shè)施模型集成，形成電力工程設(shè)備庫，包括電力工程設(shè)備的形狀、尺寸、質(zhì)地材料；
ii)所述點云渲染建模分層處理，對地形地貌圖利用三維激光掃描設(shè)備測量得到的點云數(shù)據(jù)，經(jīng)過去噪處理、抽希處理和優(yōu)化處理，形成干凈、整潔清晰的點云地形圖；然后進行擬合處理，形成面式三維地形地貌真實模型；
iii)所述4D效果展示處理，是將電力工程設(shè)備及三維地形地貌真實模型制作完成以后，制作成4D視頻，通過佩戴4D顯示裝置向工作人員展示4D效果。如佩戴4D眼睛可以讓工作人員能夠如同親身進入了工程現(xiàn)場，真正實現(xiàn)了設(shè)計方案的4D真實動態(tài)展示系統(tǒng)。
實施例3、
如實施例2所述步驟2)中步驟i)中建立電力工程設(shè)備模型的標準是根據(jù)國家電網(wǎng)通用設(shè)計內(nèi)容進行建立。
實施例4、
如實施例2所述步驟2)中步驟ii)中，所述點云渲染建模分層處理還包括對點云地形圖與面式三維地形地貌真實模型進行隨意切換。
實施例5、
如實施例2所述步驟2)中步驟i)中，電力工程設(shè)備庫還包括電力工程設(shè)備在不同氣象條件下的工作狀態(tài)參數(shù)。根據(jù)不同的氣象條件，能夠內(nèi)部進行計算和調(diào)整，能夠在不同氣象條件下顯示不同的電力工程設(shè)備狀況，例如大風時的風偏，雨雪天氣時的雪花、雨點，高溫時的太陽、弧垂變化等等，此部分使得匯報視頻增添了樂趣，不再枯燥無味。