三维变电站实际场景重构技术
摘要：三维实景点云技术，综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，创建了一种具备空间坐标的精确化的多维矢量信息空间，本文对变压器三维模型重构的实例验证了基于点云数据的变电站三维实景重构具有高精度、高还原性。
关键词：三维变电站；实景重构；点云数据
1 引言
为充分发挥基于点云数据的变电站三维实景重构的高效性及精确性优点，有必要研究基于点云数据构建变电站三维实景模型的基本流程及方法，搭建基于点云数据构建变电站三维实景模型的理论体系，实现基于点云数据的变电站三维实景重构技术的标准化、规范化。
模型的三维重建需做到模型与实际物体之间的组成结构尽可能相同，在满足实际运用要求的基础上，可对无关部件做一些选择性的省略。三维模型的不同运用场合对模型的完整性要求不同。
2. 变电站三维实景重构实例验证
建模操作中首先将变压器分为冷却器、储油柜、变压器器身、套管均压环、套管引线、高压套管六个主要组成结构以及连接金具等部分。文中主要介绍了前6个具有结构性代表的部件的建模过程，因为连接金具建模方法具有类似性，本文不再赘述。
1）变压器冷却器
变压器冷却器为多个片状结构，可利用阵列功能进行模型重构。首先利用点云创建立方体特征，如图1（a）所示。然后选择阵列操作，通过设定行列值，可自动生成多个片状组合，如图1（b）。最后，构
建基本特征体连接不同冷却片，并利用两个圆柱体进行差集变换得到风扇模型，即可形成冷却器的三维模型，如图1（c）所示。
图1 冷却器的三维模型
2）变压器储油柜
变压器储油柜为圆柱体结构，可直接利用圆柱拟合功能进行创建。首先，截取储油柜点云，如图2（a）所示。然后，利用该点云数据通过“拟合圆柱”功能拟合圆柱体特征，并以实际点云为参考通过拉伸调整圆柱体长度，实现变压器储油柜的三维重构，如图2（b）
所示。
图2 储油柜的三维模型
3）变压器器身
变压器器身为不规则结构，需利用布尔运算进行建模。首先将变压器器身点云导入AutoCAD中，然后依据点云创建矩形特征，如图3（a）。通过拉伸矩形特征得到立方体，如图3（b）。以点云为参考，
构建三菱柱等基本特征体，通过布尔运算由立方体特征与之进行差、并集变换，可得到变压器器身的三维模型，如图3（c）所示。
图3 变压器器身的三维模型
4）变压器套管均压环
均压环为圆环类模型，采用圆环类模型重构方法构建。首先以点云数据为参考，绘制圆环外圆及截面圆，从而得到外圆半径r，圆心O 以及截面半径R，如图4（a）所示；然后利用圆环拟合功能以外圆圆
心O 为中心，r 为半径构建截面半径为R 的圆环，并补充连接处结构即可获得均压环三维实体模型，如图4（b）所示。
图4 均压环的三维模型
5）变压器套管引线
变压器套管引线采用软导线类模型重构方法进行创建。首先将引线点云数据导入AutoCAD中，通过调整用户坐标系，使xy平面与引线初始端面平行；然后利用切片功能切取平行于xy 轴的点云薄切
片，考虑到引线截面为规则圆面，若以多义线勾勒二维轮廓会造成较大误差，因此，此处选择以3点绘制轮廓圆的方法获得截面轮廓圆。同时，以轮廓圆圆心为起点，以点云数据为参考，利用三维多段线
绘制引线轨迹，如图5（a）所示；最后，利用扫掠功能，以截面轮廓圆为扫掠对象，三维轨迹曲线为扫掠路径进行扫掠，可以得到引线的三维模型，如图5（b）所示。
图5 高压套管引线的三维模型
6）变压器高压套管
变压器高压套管属于套管与绝缘子类模型，可利用该类模型重构方法进行模型构建。首先，通过数据处理，获得所需高压套管的点云数据，如图6（a）。以高压套管中轴线为z 轴建立用户坐标系，利用切片功能切取高压套管点云，获得经过高压套管轴线并平行于z 轴的点云切片，如图6（b）；然后，利用二维多义线勾勒高压套管二维轮廓线，并经中心对称线形成闭合曲线框图，如图6（c）所示；最后，通过旋转二维曲线框图获得高压套管三维模型，如图6（d）所示。
图6 高压套管的三维模型
3.结束语
综上所述，各结构模型进行拼接。由于在数据处理时已进行坐标同步工作，各部分点云数据具有相同的参考坐标系，因此依据点云为参考构建的三维模型具有相同坐标系。通过将不同结构模型导入同一文件即可实现模型的完美拼接，得到完整变压器三维模型，如图7（a）所示。类似可将所有区域不同设备模型进行拼接，即可得到完整的变电站三维模型，并附上真彩贴图，实现变电站的三维实景重构，图7（b）为220 kV变电站GIS区域实
景重构效果图。
图7 220 kV变电站的三维实景重构
参考文献：
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