本發(fā)明涉及三維建模，尤其涉及一種基于三維模型的虛擬變電站建模系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今智能電網(wǎng)快速發(fā)展的時代，虛擬變電站建模作為電力系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，其重要性日益凸顯，傳統(tǒng)的變電站運(yùn)維管理主要依賴人工巡檢和經(jīng)驗判斷，在面對復(fù)雜的設(shè)備布局和多樣化的運(yùn)行工況時，效率低下且準(zhǔn)確性難以保證，三維建模技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸成熟，為虛擬變電站建模提供了有力的技術(shù)支撐，通過構(gòu)建虛擬變電站模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站設(shè)備的全方位展示、運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)測以及故障的模擬分析，極大地提高了變電站的運(yùn)維管理水平，然而，目前的虛擬變電站建模方法仍存在數(shù)據(jù)采集過程中由于變電站內(nèi)設(shè)備種類繁多、布局復(fù)雜，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式難以全面、準(zhǔn)確地獲取設(shè)備信息的問題，尤其是對于形狀復(fù)雜、位置分布密集的電氣設(shè)備，數(shù)據(jù)采集的難度更大。

2、中國專利公開號：cn114741768b公開了智能變電站三維建模方法，包括以下步驟：變電站測繪，制定建模采樣路線并設(shè)置有多個采樣點kr；采用ccd相機(jī)在采樣點kr處對就近一次設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行拍攝，獲得對應(yīng)的圖像prt并記錄圖像prt拍攝時的方向與建模采樣路線在采樣點kr處的夾角αrt；通過激光點云非接觸式主動掃描獲取三維點云數(shù)據(jù)；將圖像prt與三維點云數(shù)據(jù)通過f-poirtret算法融合得到彩色點云數(shù)據(jù)，將彩色點云數(shù)據(jù)通過opengl圖形算法，構(gòu)建三維空間幾何圖形并通過著色器渲染，再使用webgl圖形加速渲染器生成基于webgl的數(shù)字孿生圖形庫獲得變電站三維模型，該發(fā)明采用預(yù)設(shè)建模采樣路線、采樣點和單點多角度拍攝與非接觸式激光掃描點云通過f-poirtret算法融合能夠獲得高精度的變電站數(shù)字孿生模型。

3、但是，現(xiàn)有技術(shù)存在對激光掃描獲取點云數(shù)據(jù)過程分析不夠精準(zhǔn)導(dǎo)致獲取的點云數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確造成需要頻繁進(jìn)行多次激光掃描的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提供基于三維模型的虛擬變電站建模系統(tǒng)和方法，用以克服現(xiàn)有技術(shù)中對激光掃描獲取點云數(shù)據(jù)過程分析不夠精準(zhǔn)導(dǎo)致獲取的點云數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確造成需要頻繁進(jìn)行多次激光掃描的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供基于三維模型的虛擬變電站建模方法，包括：

3、獲取變電站的非電氣設(shè)備數(shù)據(jù)以及電氣設(shè)備數(shù)據(jù)，所述電氣設(shè)備數(shù)據(jù)包括電氣設(shè)備物理參數(shù)數(shù)據(jù)以及電氣設(shè)備工作參數(shù)數(shù)據(jù)；

4、基于電氣設(shè)備的電壓等級劃分虛擬變電站建模區(qū)域，并根據(jù)劃分完成的單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的位置分布密度以及單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)形狀復(fù)雜的電氣設(shè)備數(shù)量確定所述單個虛擬變電站建模區(qū)域的激光掃描次數(shù)；

5、基于單個虛擬變電站建模區(qū)域的激光掃描次數(shù)以及單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)的激光掃描干擾面積占比確定所述單個虛擬變電站建模區(qū)域的激光掃描間隔角度；

6、獲取單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)以不同激光掃描間隔角度采集到的點云數(shù)據(jù)，并對所述點云數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析以標(biāo)記異常區(qū)域或去除異常點云數(shù)據(jù)；

7、基于所述異常區(qū)域的點云密度數(shù)據(jù)是否缺失確定對異常區(qū)域進(jìn)行二次激光掃描時調(diào)整激光功率以及掃描分辨率，或，避開障礙物；

8、其中，所述激光掃描干擾面積為單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的高反光表面面積。

9、進(jìn)一步地，確定單個虛擬變電站建模區(qū)域的激光掃描次數(shù)包括：

10、若單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的位置分布密度大于預(yù)設(shè)分布密度范圍的最大值且單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)形狀復(fù)雜的電氣設(shè)備數(shù)量大于預(yù)設(shè)數(shù)量范圍的最大值，所述單個虛擬變電站建模區(qū)域的激光掃描次數(shù)為基礎(chǔ)激光掃描次數(shù)、第一附加掃描次數(shù)以及第二附加掃描次數(shù)之和；

11、若單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的位置分布密度處于預(yù)設(shè)分布密度范圍內(nèi)且單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)形狀復(fù)雜的電氣設(shè)備數(shù)量處于預(yù)設(shè)數(shù)量范圍內(nèi)，所述單個虛擬變電站建模區(qū)域的激光掃描次數(shù)為基礎(chǔ)激光掃描次數(shù)；

12、若單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的位置分布密度小于預(yù)設(shè)分布密度范圍的最小值且單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)形狀復(fù)雜的電氣設(shè)備數(shù)量小于預(yù)設(shè)數(shù)量范圍的最小值，所述單個虛擬變電站建模區(qū)域的激光掃描次數(shù)為基礎(chǔ)激光掃描次數(shù)與第三附加掃描次數(shù)之差的絕對值。

13、進(jìn)一步地，確定單個虛擬變電站建模區(qū)域的激光掃描間隔角度包括：

14、若單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)的激光掃描干擾面積占比小于或等于預(yù)設(shè)占比，所述單個虛擬變電站建模區(qū)域的激光掃描間隔角度為基礎(chǔ)間隔角度；

15、若單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)的激光掃描干擾面積占比大于預(yù)設(shè)占比，所述單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)激光掃描干擾區(qū)域的激光掃描間隔角度為基礎(chǔ)間隔角度的五分之四；

16、其中，所述激光掃描干擾面積占比為單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的高反光表面面積與所述單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的表面面積的比值。

17、進(jìn)一步地，對所述點云數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析以確定標(biāo)記異常區(qū)域或去除異常點云數(shù)據(jù)包括：

18、對不同掃描角度的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析；

19、將點云按照空間位置和特征相似性劃分為不同的簇；

20、檢查每個簇在不同掃描角度下的穩(wěn)定性；

21、若某一簇在多個掃描角度下都出現(xiàn)異常特征且該簇對應(yīng)的空間區(qū)域相同，則確定標(biāo)記所述空間區(qū)域為異常區(qū)域。

22、進(jìn)一步地，確定對異常區(qū)域進(jìn)行二次激光掃描時調(diào)整激光功率以及掃描分辨率或避開障礙物包括：

23、若所述異常區(qū)域的點云密度數(shù)據(jù)未缺失，確定對異常區(qū)域進(jìn)行二次激光掃描時調(diào)整激光功率以及掃描分辨率；

24、若所述異常區(qū)域的點云密度數(shù)據(jù)缺失，確定對異常區(qū)域進(jìn)行二次激光掃描時避開障礙物。

25、進(jìn)一步地，所述單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的位置分布密度為單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備占地面積與所述單個虛擬變電站建模區(qū)域的面積之比。

26、進(jìn)一步地，所述單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)形狀復(fù)雜的電氣設(shè)備數(shù)量為曲面數(shù)量大于預(yù)設(shè)曲面數(shù)量的電氣設(shè)備數(shù)量。

27、進(jìn)一步地，所述基于電氣設(shè)備的電壓等級劃分虛擬變電站建模區(qū)域包括將相同電壓等級的電氣設(shè)備劃分為相同的虛擬變電站建模區(qū)域，單個虛擬變電站建模區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的數(shù)量不超過虛擬變電站電氣設(shè)備總數(shù)量的十分之一。

28、進(jìn)一步地，所述基礎(chǔ)激光掃描次數(shù)根據(jù)若干個位置分布密度和形狀復(fù)雜設(shè)備數(shù)量處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時的激光掃描次數(shù)的平均值確定。

29、另一方面，本發(fā)明還提供基于三維模型的虛擬變電站建模系統(tǒng)，包括：

30、數(shù)據(jù)采集模塊，其用以獲取變電站的非電氣設(shè)備數(shù)據(jù)以及電氣設(shè)備數(shù)據(jù)，包括電氣設(shè)備的物理參數(shù)數(shù)據(jù)和工作參數(shù)數(shù)據(jù)，配備三維激光掃描儀，用于采集變電站內(nèi)的點云數(shù)據(jù)；

31、建模區(qū)域劃分模塊，其與所述數(shù)據(jù)采集模塊相連，用以基于電氣設(shè)備的電壓等級劃分虛擬變電站建模區(qū)域；

32、激光掃描參數(shù)調(diào)整模塊，其與所述建模區(qū)域劃分模塊相連，用以根據(jù)建模區(qū)域內(nèi)的設(shè)備分布密度和形狀復(fù)雜設(shè)備數(shù)量確定激光掃描次數(shù)，并根據(jù)激光掃描干擾面積占比調(diào)整激光掃描間隔角度；

33、點云數(shù)據(jù)處理模塊，其與所述激光掃描參數(shù)調(diào)整模塊相連，用以對采集到的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，標(biāo)記異常區(qū)域或去除異常點云數(shù)據(jù)，并根據(jù)異常區(qū)域的點云密度數(shù)據(jù)是否缺失調(diào)整二次激光掃描的激光功率和掃描分辨率，或避開障礙物。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明將相同電壓等級的電氣設(shè)備劃分為相同的虛擬變電站建模區(qū)域，且限制單個區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備數(shù)量不超過總數(shù)量的十分之一，這種劃分方式可以避免不同電壓等級設(shè)備相互干擾，減少建模復(fù)雜度，依據(jù)設(shè)備位置分布密度和形狀復(fù)雜設(shè)備數(shù)量來確定掃描次數(shù)，能夠根據(jù)不同區(qū)域的實際情況靈活調(diào)整掃描策略，當(dāng)設(shè)備分布密集且形狀復(fù)雜設(shè)備多，增加掃描次數(shù)可以確保獲取全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，避免因遮擋、復(fù)雜結(jié)構(gòu)等因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)遺漏，相反，設(shè)備分布稀疏且復(fù)雜設(shè)備少時，減少掃描次數(shù)，提高掃描效率，節(jié)省時間和成本，例如在設(shè)備密集的高壓開關(guān)柜區(qū)域，增加掃描次數(shù)可清晰獲取設(shè)備細(xì)節(jié)；在設(shè)備稀疏的獨立桿塔區(qū)域，減少掃描次數(shù)也能滿足建模需求，通過上述方法提高了對激光掃描獲取點云數(shù)據(jù)過程分析過程的精準(zhǔn)性進(jìn)而獲取準(zhǔn)確的點云數(shù)據(jù)。

35、進(jìn)一步地，本發(fā)明根據(jù)激光掃描干擾面積占比來動態(tài)調(diào)整掃描間隔角度，當(dāng)干擾面積占比小，采用基礎(chǔ)間隔角度，保證掃描效率的同時能滿足建?；拘枨?；干擾占比大時，縮小掃描間隔角度，能更有效地避開干擾區(qū)域，獲取準(zhǔn)確的點云數(shù)據(jù)，提高建模精度，例如在干擾較少的區(qū)域，按基礎(chǔ)間隔角度掃描可快速完成數(shù)據(jù)采集；在干擾多的區(qū)域，減小掃描間隔角度，能減少干擾對數(shù)據(jù)的影響，確保模型的準(zhǔn)確性，針對激光掃描干擾區(qū)域采用特殊的掃描間隔角度設(shè)置，有助于減少高反光表面等干擾因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)偏差和缺失，通過更密集的掃描覆蓋，降低因干擾造成的掃描盲區(qū)和數(shù)據(jù)異常，使采集到的點云數(shù)據(jù)更加完整、準(zhǔn)確，為后續(xù)的點云數(shù)據(jù)處理和虛擬變電站模型構(gòu)建提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過上述方法提高了對激光掃描獲取點云數(shù)據(jù)過程分析過程的精準(zhǔn)性進(jìn)而獲取準(zhǔn)確的點云數(shù)據(jù)。

36、進(jìn)一步地，本發(fā)明通過聚類分析識別并處理異常點云數(shù)據(jù)，能有效剔除噪聲點和異常數(shù)據(jù)，極大提升了點云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，去除異常點云后，后續(xù)建模所依據(jù)的數(shù)據(jù)更加真實可靠，能精確反映變電站設(shè)備的實際情況，避免因異常數(shù)據(jù)導(dǎo)致模型偏差，針對在多個掃描角度下都出現(xiàn)異常特征且空間區(qū)域相同的簇標(biāo)記為異常區(qū)域，這種方式能夠精準(zhǔn)定位變電站中存在潛在問題或特殊情況的區(qū)域，如標(biāo)記出開關(guān)柜角落的異常區(qū)域后，可對該區(qū)域進(jìn)行更細(xì)致的檢測和分析，通過上述方法提高了對激光掃描獲取點云數(shù)據(jù)過程分析過程的精準(zhǔn)性進(jìn)而獲取準(zhǔn)確的點云數(shù)據(jù)。

37、進(jìn)一步地，本發(fā)明根據(jù)異常區(qū)域點云密度數(shù)據(jù)是否缺失來決定采取調(diào)整激光功率和掃描分辨率，還是避開障礙物的策略，能夠精準(zhǔn)地解決不同類型的掃描問題，當(dāng)點云密度數(shù)據(jù)未缺失，表明掃描路徑上可能只是受到信號干擾等因素影響，此時調(diào)整激光功率和分辨率，可以增強(qiáng)信號強(qiáng)度、提高數(shù)據(jù)采集精度，從而獲取更準(zhǔn)確的點云數(shù)據(jù)，而當(dāng)點云密度數(shù)據(jù)缺失，很可能是存在障礙物阻擋了激光傳播，避開障礙物能有效解決數(shù)據(jù)無法獲取的問題，確保二次掃描的有效性。