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      基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法與流程

      文檔序號(hào):11234958閱讀:994來(lái)源:國(guó)知局
      基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法與流程

      本發(fā)明涉及一種建模方法,尤其涉及一種對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法。



      背景技術(shù):

      絕緣子是指安裝在不同電位的導(dǎo)體之間或?qū)w與地電位構(gòu)件之間,能夠耐受電壓和機(jī)械應(yīng)力作用的器件。目前,變電站三維可視化、智能化監(jiān)管已得到業(yè)內(nèi)人士的重視,進(jìn)行變電站實(shí)景三維重構(gòu)是實(shí)現(xiàn)變電站三維可視化的基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)變電站實(shí)景三維重構(gòu),需對(duì)變電站內(nèi)部各種設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確高效地三維重構(gòu)。目前可考慮用于變電站絕緣子的建模方法主要包括:

      (1)基于虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言的建模方法。

      虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言(virtualrealitymodelinglanguage,vrml)不僅是一種建模語(yǔ)言,也是一種描繪3d場(chǎng)景中對(duì)象行為的場(chǎng)景語(yǔ)言。vrml通過(guò)編程語(yǔ)言以立方體、圓錐體、圓柱體、球體等為原始對(duì)象構(gòu)造絕緣子、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、電壓與電流互感器等電氣設(shè)施及建筑模型,并給模型貼上特定材質(zhì),然后拼接這些模型以完成整個(gè)變電站的三維場(chǎng)景建模。vrml腳本節(jié)點(diǎn)(script)對(duì)應(yīng)的java語(yǔ)言可以利用變電站模型進(jìn)行人機(jī)交互,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變電站虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。vrml建模法雖可方便地進(jìn)行人機(jī)交互,但擬合的模型由于采用立方體、圓錐體、圓柱體、球體的組合構(gòu)建,必然造成變電站模型缺乏真實(shí)感,模型精度差。

      (2)基于幾何造型的建模方法。

      幾何造型建模方法依據(jù)變電站數(shù)碼圖片、設(shè)計(jì)圖紙和廠家設(shè)施圖紙,利用autocad、3dmax、maya等專(zhuān)業(yè)軟件,按照一定比例采用立方體、圓柱體、圓錐體、圓環(huán)等建立變電站各種電氣設(shè)施的三維模型,然后設(shè)置模型貼圖與材質(zhì),拼接電氣設(shè)施模型完成變電站三維場(chǎng)景建模,該建模方法獲取的模型主要有三種:線框模型、表面模型與實(shí)體模型。幾何造型建模法效率和直觀性較好,但難以實(shí)現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景建模。

      以上兩種建模方法作為目前可用于變電站模型三維重構(gòu)的常規(guī)方法,均無(wú)法實(shí)現(xiàn)變電站模型真實(shí)、高精度的模型重構(gòu),只能適用于一些對(duì)模型精度要求低、對(duì)真實(shí)性要求不高的場(chǎng)合中,無(wú)法滿足變電站三維可視化運(yùn)用的要求。需特別指出的是,絕緣子作為變電站中最為常見(jiàn)的電氣設(shè)備,實(shí)現(xiàn)其高效、精準(zhǔn)的三維模型重構(gòu)具有重要意義。但是目前已有的可用于變電站絕緣子的兩種建模方法都存在著精度低、真實(shí)性不足以及建模效率低等問(wèn)題,難以滿足對(duì)于絕緣子模型高精度、高質(zhì)量的要求。因此,為了實(shí)現(xiàn)變電站的實(shí)景三維重構(gòu),必須對(duì)變電站中的絕緣子建模方法進(jìn)行研究,尋找一種全新的方法。

      (3)基于激光點(diǎn)云的建模方法。

      近年來(lái),隨著激光測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,利用激光雷達(dá)掃描儀獲取物體表面的激光點(diǎn)云具備高精度、高效率等優(yōu)點(diǎn)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)是指利用激光、攝影等測(cè)量手段獲取物體表面的特征點(diǎn),這些特征點(diǎn)有可能包含物體的空間三維坐標(biāo)、顏色信息或反射強(qiáng)度信息等,由于點(diǎn)數(shù)量很大,因此稱(chēng)為點(diǎn)云。由于地面三維激光雷達(dá)采集到的被測(cè)對(duì)象點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有高精度、全數(shù)字特征、圖像化等優(yōu)點(diǎn),依據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)全數(shù)字特征與圖像化相結(jié)合的優(yōu)勢(shì),可為三維重構(gòu)提供數(shù)據(jù)支持,且利用該方法構(gòu)建模型具有精度高、效率高、可調(diào)整等優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)建模手段效率低、精度差等不足。該方法已被廣泛地應(yīng)用于文物保護(hù)、建筑測(cè)繪、交通運(yùn)輸、船舶制造等多個(gè)領(lǐng)域,并取得了很好的應(yīng)用效果。但是這些應(yīng)用局限于一些簡(jiǎn)單規(guī)則物體的建模以及測(cè)量方面,比如邊界單一的建筑物建模、結(jié)構(gòu)單一的公共設(shè)施建模以及距離、高度、體積等測(cè)量,很少涉及到復(fù)雜模型的重構(gòu)。鑒于變電站結(jié)構(gòu)的特殊性,其他領(lǐng)域中的一些建模方法無(wú)法簡(jiǎn)單的移植到變電站模型重構(gòu)當(dāng)中,直接使用其他領(lǐng)域的建模方法進(jìn)行變電站模型的重構(gòu)會(huì)造成模型精度差、細(xì)節(jié)缺失等問(wèn)題。因此,期望獲得一種可用于變電站絕緣子的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的建模方法。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本發(fā)明的目的是提供一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法,該方法可用于準(zhǔn)確高效地對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模以實(shí)現(xiàn)變電站絕緣子的三維重構(gòu),從而可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)變電站的實(shí)景三維重構(gòu),為變電站三維可視化、智能化監(jiān)管提供良好的基礎(chǔ)。

      根據(jù)上述發(fā)明目的,本發(fā)明提出了一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法,其包括步驟:

      (1)采用多次掃描的方式采集變電站絕緣子的點(diǎn)云數(shù)據(jù),所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)至少包含三維坐標(biāo)數(shù)據(jù);

      (2)將多次掃描獲得的變電站絕緣子的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接,以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)所包含的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的歸一化;

      (3)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理;

      (4)對(duì)消噪后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行抽?。?/p>

      (5)根據(jù)抽稀后的點(diǎn)云數(shù)據(jù),提取絕緣子中心線,并以絕緣子中心線為z軸建立空間直角坐標(biāo)系;

      (6)以xoz平面為對(duì)稱(chēng)面,提取平行于xoz平面的絕緣子點(diǎn)云數(shù)據(jù),生成絕緣子xoz面的點(diǎn)云切片;

      (7)基于絕緣子的點(diǎn)云切片,用二維多義線勾勒絕緣子的二維輪廓線,并經(jīng)絕緣子中心線形成閉合曲線;

      (8)以二維輪廓線上的點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)對(duì)象,以絕緣子中心線為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn),得到絕緣子模型。

      本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法通過(guò)采集變電站絕緣子的點(diǎn)云數(shù)據(jù)并進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)處理,然后基于變電站絕緣子的實(shí)際結(jié)構(gòu)提取絕緣子中心線,并以絕緣子中心線為z軸建立空間直角坐標(biāo)系,然后基于該空間直角坐標(biāo)系中的xoz平面生成絕緣子xoz面的點(diǎn)云切片,并基于該絕緣子的點(diǎn)云切片得到包含絕緣子的二維輪廓線和絕緣子中心線的閉合曲線,最后以二維輪廓線上的點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)對(duì)象,以絕緣子中心線為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn),得到絕緣子模型。其中:

      步驟(1)中,所述多次掃描通常是通過(guò)多個(gè)掃描站點(diǎn)分別從不同的角度對(duì)所述變電站絕緣子進(jìn)行掃描,其目的主要是為了盡可能全方位地采集變電站絕緣子的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。所述多次掃描可以利用激光雷達(dá)掃描儀進(jìn)行掃描,其獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)屬于現(xiàn)有技術(shù),因此此處不作詳細(xì)描述。

      步驟(2)中,所述三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的歸一化的方法可以是通過(guò)布置球形標(biāo)靶對(duì)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位以實(shí)現(xiàn)歸一化。

      步驟(3)中,所述消噪處理包括自動(dòng)消噪,即采用自動(dòng)消噪算法將大部分噪點(diǎn)(主要是空氣中細(xì)小顆粒形成的噪點(diǎn))消除。適用于點(diǎn)云的自動(dòng)消噪算法很多,其為現(xiàn)有技術(shù),因此此處不作詳細(xì)描述。

      步驟(4)中,抽稀是指在保證矢量曲線形狀基本不變的情況下,最大限度地減少數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù),從而節(jié)約存儲(chǔ)空間和減少后續(xù)處理的計(jì)算量。

      步驟(5)中,所述直角坐標(biāo)系通常包括兩兩垂直的x軸、y軸以及z軸。

      步驟(6)中,所述xoz平面指x軸、z軸及直角坐標(biāo)系原點(diǎn)o形成的平面。所述絕緣子xoz面的點(diǎn)云切片的厚度通常根據(jù)絕緣子尺寸決定,以可反映絕緣子外圍輪廓、厚度盡量小為原則。

      步驟(8)中,由于變電站絕緣子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)中心對(duì)稱(chēng),因此以二維輪廓線上的點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)對(duì)象,以絕緣子中心線為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn),即可得到絕緣子模型。

      本發(fā)明方法可準(zhǔn)確高效地對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模以實(shí)現(xiàn)變電站絕緣子的三維重構(gòu),從而可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)變電站的實(shí)景三維重構(gòu),為變電站三維可視化、智能化監(jiān)管提供良好的基礎(chǔ)。

      進(jìn)一步地,本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法中,在所述步驟(3)中,采用“自動(dòng)消噪-手動(dòng)消噪-自動(dòng)消噪”依次更替循環(huán)的方式對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理。

      上述方案中,在自動(dòng)消噪的基礎(chǔ)上進(jìn)行手動(dòng)消噪,手動(dòng)消噪對(duì)象可以包括地面、圍墻、建筑、其他設(shè)備、人物等一切無(wú)關(guān)絕緣子點(diǎn)云以及未消除干凈的空氣噪點(diǎn);然后對(duì)手動(dòng)消噪后的噪點(diǎn)進(jìn)行再次自動(dòng)消噪,這是因?yàn)橥ǔJ謩?dòng)消噪后會(huì)將大部分噪點(diǎn)消除,但是仍會(huì)殘留部分細(xì)小孤立噪點(diǎn),這部分噪點(diǎn)是由于初次自動(dòng)消噪殘留或者由于手動(dòng)消噪時(shí)對(duì)噪點(diǎn)簇進(jìn)行消除時(shí)殘留導(dǎo)致,通過(guò)再次自動(dòng)消噪可以極大地減少這部分噪點(diǎn),實(shí)現(xiàn)消噪效果的進(jìn)一步優(yōu)化。

      更進(jìn)一步地,上述基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法中,循環(huán)的次數(shù)至少為一次。

      進(jìn)一步地,本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法中,所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)還包含顏色信息和反射強(qiáng)度信息的至少其中之一。

      上述方案中,通過(guò)所述顏色信息和反射強(qiáng)度信息可以確定相應(yīng)的表面顏色和材質(zhì)。

      進(jìn)一步地,本發(fā)明所述及上述任一基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法中,所述步驟(4)包括:

      對(duì)于任意一區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù),計(jì)算各個(gè)點(diǎn)的法向量;

      尋找臨近區(qū)域內(nèi)與計(jì)算得到的法向量相似的點(diǎn)以及法向量突變的點(diǎn),其中將法向量相似的點(diǎn)作為待刪減點(diǎn),將法向量突變的點(diǎn)作為保留點(diǎn);

      然后根據(jù)選定的比例對(duì)法向量相似的點(diǎn)進(jìn)行刪減。

      上述方案中,通常對(duì)于任意一區(qū)域內(nèi)點(diǎn)云中的任意一點(diǎn)pk,其法向量nk計(jì)算公式為:

      其中l(wèi)為以pk為頂點(diǎn)的三角形個(gè)數(shù),αi為第i個(gè)三角形在頂點(diǎn)pk處的相對(duì)角,vi為第i個(gè)三角形的法向量。所述比例可依據(jù)采集到的點(diǎn)云精度進(jìn)行合理選擇。該方法可以很好地保持原有的輪廓特征,簡(jiǎn)化效率較高。

      更進(jìn)一步地,上述基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法中,判斷法向量相似以及法向量突變的方法為:計(jì)算兩個(gè)法向量間的夾角,若所述夾角小于等于設(shè)定的閾值,則判斷為法向量相似;若所述夾角大于所述閾值,則判斷為法向量突變。

      上述方案中,通常任意兩個(gè)法向量間的夾角計(jì)算方法如下:

      進(jìn)一步地,本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法中,所述步驟(5)包括:

      (5a)測(cè)量絕緣子相鄰兩個(gè)傘裙間的間距l(xiāng);

      (5b)尋找絕緣子最下端的傘裙,在其下方l/2距離處選取一點(diǎn)作為斷面初始點(diǎn)p;

      (5c)以斷面初始點(diǎn)p所在的水平面為初始平面,提取該平面內(nèi)的絕緣子圓柱橫斷面s1;

      (5d)以圓柱橫斷面s1為起點(diǎn),以相鄰兩傘裙間距l(xiāng)為間距,以豎直方向?yàn)槠揭品较?,分別提取絕緣子點(diǎn)云數(shù)據(jù)中所有的圓柱橫斷面s2、s3...sn;

      (5e)分別在每一個(gè)絕緣子圓柱橫斷面點(diǎn)云上選取至少三點(diǎn),依據(jù)該至少三點(diǎn)創(chuàng)建特征圓,以得到一系列的橫斷面特征圓;

      (5f)提取每一個(gè)橫斷面特征圓的圓心oi(xi,yi,zi),并依此計(jì)算絕緣子的理論圓心

      (5g)經(jīng)過(guò)on(xn,yn,zn)的直線即為絕緣子的中心線,并以該中心線為z軸建立空間直角坐標(biāo)系。

      上述方案中,步驟(5f)中的絕緣子的理論圓心的計(jì)算方法可以是:

      其中,出于建模需求考慮,人為選定圓心位于絕緣子最下方,規(guī)定取值為最低點(diǎn)z1,即圓柱橫斷面s1的特征圓的圓心的z軸坐標(biāo)。

      本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法的優(yōu)點(diǎn)和有益效果包括:

      (1)準(zhǔn)確高效地對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模以實(shí)現(xiàn)變電站絕緣子的三維重構(gòu),從而可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)變電站的實(shí)景三維重構(gòu),為變電站三維可視化、智能化監(jiān)管提供良好的基礎(chǔ)。

      (2)解決了傳統(tǒng)建模方法精度低、真實(shí)性差的問(wèn)題,并實(shí)現(xiàn)了利用激光點(diǎn)云實(shí)現(xiàn)絕緣子的高質(zhì)量、高精度的建模,滿足絕緣子實(shí)景、高效以及高真實(shí)性的建模要求。

      (3)可以參考實(shí)際物體的規(guī)格尺寸對(duì)所建模型進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,具有可更改的優(yōu)勢(shì)。

      附圖說(shuō)明

      圖1為本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下的流程圖。

      圖2為一種變電站絕緣子的實(shí)景圖。

      圖3為本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中各點(diǎn)法向量的計(jì)算原理示意圖。

      圖4為本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下提取的絕緣子的點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖。

      圖5為本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下提取的圓柱橫斷面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖。

      圖6為本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下生成的橫斷面特征圓圖。

      圖7為本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下提取的絕緣子的中心線圖。

      圖8為本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下生成的絕緣子xoz面的點(diǎn)云切片圖。

      圖9為本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下生成的閉合曲線圖。

      圖10為本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下生成的絕緣子三維輪廓線模型圖。

      圖11為本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下生成的絕緣子三維實(shí)體模型圖。

      具體實(shí)施方式

      下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

      圖1顯示了本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下的流程。圖2顯示了一種變電站絕緣子的實(shí)景圖。圖3顯示了本發(fā)明所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法在一種實(shí)施方式下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中各點(diǎn)法向量的計(jì)算原理。圖4顯示了本實(shí)施例提取的絕緣子的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。圖5顯示了本實(shí)施例提取的圓柱橫斷面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。圖6顯示了本實(shí)施例生成的橫斷面特征圓。圖7顯示了本實(shí)施例提取的絕緣子的中心線。圖8顯示了本實(shí)施例生成的絕緣子xoz面的點(diǎn)云切片。圖9顯示了本實(shí)施例生成的閉合曲線。圖10顯示了本實(shí)施例生成的絕緣子三維輪廓線模型。圖11顯示了本實(shí)施例生成的絕緣子三維實(shí)體模型。

      如圖1所示,該實(shí)施方式下的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)變電站絕緣子進(jìn)行建模的方法可以通過(guò)激光三維掃描儀、計(jì)算機(jī)及其上運(yùn)行的軟件實(shí)現(xiàn),包括步驟:

      步驟110:采用多次掃描的方式采集變電站絕緣子的點(diǎn)云數(shù)據(jù),所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)至少包含三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。其中,點(diǎn)云數(shù)據(jù)還可以包含顏色信息和/或反射強(qiáng)度信息。

      本實(shí)施例中,首先勘察現(xiàn)場(chǎng),結(jié)合變電站內(nèi)相關(guān)安全運(yùn)行規(guī)程,在保證安全的前提下,確定掃描對(duì)象并規(guī)劃掃描路線;然后利用激光雷達(dá)掃描儀分掃描站點(diǎn)采集變電站絕緣子點(diǎn)云數(shù)據(jù),采集時(shí)需要布設(shè)球形標(biāo)靶,主要作用是為后期數(shù)據(jù)處理提供空間標(biāo)識(shí),便于數(shù)據(jù)拼接。變電站絕緣子的實(shí)景圖如圖2所示。

      步驟120:將多次掃描獲得的變電站絕緣子的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接,以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)所包含的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的歸一化。

      本實(shí)施例中,依據(jù)掃描時(shí)布設(shè)的球形標(biāo)靶,利用球形標(biāo)靶的空間三維坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)不同掃描站點(diǎn)的空間坐標(biāo)對(duì)齊,達(dá)到不同掃描站點(diǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)歸一化的目的,從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接,得到完整的絕緣子點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

      步驟130:對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理。

      本實(shí)施例中,采用“自動(dòng)消噪-手動(dòng)消噪-自動(dòng)消噪”依次更替循環(huán)的方式對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理。其中,循環(huán)的次數(shù)至少為一次。具體來(lái)說(shuō),首先,采用自動(dòng)消噪算法將大部分噪點(diǎn)(主要是空氣中細(xì)小顆粒形成的噪點(diǎn))消除;其次,在自動(dòng)消噪的基礎(chǔ)上進(jìn)行手動(dòng)消噪,手動(dòng)消噪對(duì)象包含地面、圍墻、建筑、其他設(shè)備、人物等一切無(wú)關(guān)點(diǎn)云以及未消除干凈的空氣噪點(diǎn);最后,對(duì)手動(dòng)消噪后的噪點(diǎn)進(jìn)行再次自動(dòng)消噪,通常來(lái)說(shuō)手動(dòng)消噪后會(huì)將大部分噪點(diǎn)消除,但是仍會(huì)殘留部分細(xì)小孤立噪點(diǎn),這部分噪點(diǎn)是由于初次自動(dòng)消噪殘留或者由于手動(dòng)消噪時(shí)對(duì)噪點(diǎn)簇進(jìn)行消除時(shí)殘留導(dǎo)致,通過(guò)再次自動(dòng)消噪可以極大地減少這部分噪點(diǎn),實(shí)現(xiàn)消噪效果的最優(yōu)。

      步驟140:對(duì)消噪后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行抽稀。

      本實(shí)施例中,該步驟具體包括:對(duì)于任意一區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù),計(jì)算各個(gè)點(diǎn)的法向量;尋找臨近區(qū)域內(nèi)與計(jì)算得到的法向量相似的點(diǎn)以及法向量突變的點(diǎn),其中將法向量相似的點(diǎn)作為待刪減點(diǎn),將法向量突變的點(diǎn)作為保留點(diǎn);然后根據(jù)選定的比例對(duì)法向量相似的點(diǎn)進(jìn)行刪減。其中,對(duì)于任意一區(qū)域內(nèi)點(diǎn)云中的任意一點(diǎn)pk,其法向量nk計(jì)算公式為:

      其中l(wèi)為以pk為頂點(diǎn)的三角形個(gè)數(shù),αi為第i個(gè)三角形在頂點(diǎn)pk處的相對(duì)角,vi為第i個(gè)三角形的法向量。圖3顯示了頂點(diǎn)pk和其周?chē)奈鍌€(gè)點(diǎn)a1-a5形成的五個(gè)三角形,該五個(gè)三角形分別對(duì)應(yīng)的相對(duì)角為α1-α5,相應(yīng)的法向量為v1-v5,頂點(diǎn)pk的法向量為nk。上述比例依據(jù)采集到的點(diǎn)云精度進(jìn)行合理選擇。上述判斷法向量相似以及法向量突變的方法為:計(jì)算兩個(gè)法向量間的夾角,若該夾角小于等于設(shè)定的閾值,則判斷為法向量相似;若該夾角大于設(shè)定的閾值,則判斷為法向量突變。其中,任意兩個(gè)法向量間的夾角計(jì)算方法如下:

      通過(guò)上述步驟110~步驟140,實(shí)現(xiàn)了建模對(duì)象絕緣子的點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取,提取結(jié)果如圖4所示。

      步驟150:根據(jù)抽稀后的點(diǎn)云數(shù)據(jù),提取絕緣子中心線,并以絕緣子中心線為z軸建立空間直角坐標(biāo)系。

      本實(shí)施例中,該步驟具體包括:

      (150a)測(cè)量絕緣子相鄰兩個(gè)傘裙間的間距l(xiāng)。

      (150b)尋找絕緣子最下端的傘裙,在其下方l/2距離處選取一點(diǎn)作為斷面初始點(diǎn)p。

      (150c)以斷面初始點(diǎn)p所在的水平面為初始平面,提取該平面內(nèi)的絕緣子圓柱橫斷面s1。

      (150d)以圓柱橫斷面s1為起點(diǎn),以相鄰兩傘裙間距l(xiāng)為間距,以豎直方向?yàn)槠揭品较颍謩e提取絕緣子點(diǎn)云數(shù)據(jù)中所有的圓柱橫斷面s2、s3...sn,如圖5所示。

      (150e)分別在每一個(gè)絕緣子圓柱橫斷面點(diǎn)云上選取三點(diǎn),依據(jù)該三點(diǎn)創(chuàng)建特征圓,以得到一系列的橫斷面特征圓,如圖6所示。

      (150f)提取每一個(gè)橫斷面特征圓的圓心oi(xi,yi,zi),并依此計(jì)算絕緣子的理論圓心

      本實(shí)施例中,該步驟中的絕緣子的理論圓心的計(jì)算方法是:

      其中,出于建模需求考慮,人為選定圓心位于絕緣子最下方,規(guī)定取值為最低點(diǎn)z1,即圓柱橫斷面s1的特征圓的圓心的z軸坐標(biāo)。

      (150g)經(jīng)過(guò)on(xn,yn,zn)的直線即為絕緣子的中心線,如圖7中箭頭所示,并以該中心線為z軸建立空間直角坐標(biāo)系,該直角坐標(biāo)系包括兩兩垂直的x軸、y軸以及z軸。

      步驟160:以xoz平面為對(duì)稱(chēng)面,提取平行于xoz平面的絕緣子點(diǎn)云數(shù)據(jù),生成絕緣子xoz面的點(diǎn)云切片,如圖8所示。

      本實(shí)施例中,上述xoz平面指x軸、z軸及直角坐標(biāo)系原點(diǎn)o形成的平面。上述絕緣子xoz面的點(diǎn)云切片的厚度根據(jù)絕緣子尺寸決定,以可反映絕緣子外圍輪廓、厚度盡量小為原則。

      步驟170:基于絕緣子的點(diǎn)云切片,用二維多義線勾勒絕緣子的二維輪廓線,并經(jīng)絕緣子中心線形成閉合曲線,如圖9所示。

      步驟180:以二維輪廓線上的點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)對(duì)象,以絕緣子中心線為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn),得到絕緣子模型。

      本實(shí)施例中,該步驟具體包括:

      以二維輪廓線上的點(diǎn)位旋轉(zhuǎn)對(duì)象,以絕緣子中心線為旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn),對(duì)于輪廓線上任意一點(diǎn)(xi,yi,zi),旋轉(zhuǎn)后對(duì)應(yīng)的曲線方程為x2+y2+(z-zi)2=xi2+yi2,從而得到絕緣子三維輪廓線模型,如圖10所示。

      將三維輪廓線模型轉(zhuǎn)換為三維實(shí)體模型,即得到絕緣子三維實(shí)體模型,如圖11所示。

      利用上述方法構(gòu)建絕緣子三維實(shí)體模型具有建模效率高、模型精度高等優(yōu)點(diǎn),而且可以參考實(shí)際物體的規(guī)格尺寸對(duì)所建模型進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,具有可更改等優(yōu)勢(shì),是一項(xiàng)值得推廣應(yīng)用的絕緣子類(lèi)模型高效率建模方法。

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