三維變電站實際場景重構技術
摘要：三維實景點云技術，綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術，創建了一種具備空間坐標的精確化的多維矢量信息空間，本文對變壓器三維模型重構的實例驗證了基于點云數據的變電站三維實景重構具有高精度、高還原性。
關鍵詞：三維變電站；實景重構；點云數據
1 引言
為充分發揮基于點云數據的變電站三維實景重構的高效性及精確性優點，有必要研究基于點云數據構建變電站三維實景模型的基本流程及方法，搭建基于點云數據構建變電站三維實景模型的理論體系，實現基于點云數據的變電站三維實景重構技術的標準化、規范化。
模型的三維重建需做到模型與實際物體之間的組成結構盡可能相同，在滿足實際運用要求的基礎上，可對無關部件做一些選擇性的省略。三維模型的不同運用場合對模型的完整性要求不同。
2. 變電站三維實景重構實例驗證
建模操作中首先將變壓器分為冷卻器、儲油柜、變壓器器身、套管均壓環、套管引線、高壓套管六個主要組成結構以及連接金具等部分。文中主要介紹了前6個具有結構性代表的部件的建模過程，因為連接金具建模方法具有類似性，本文不再贅述。
1）變壓器冷卻器
變壓器冷卻器為多個片狀結構，可利用陣列功能進行模型重構。首先利用點云創建立方體特征，如圖1（a）所示。然后選擇陣列操作，通過設定行列值，可自動生成多個片狀組合，如圖1（b）。最后，構
建基本特征體連接不同冷卻片，并利用兩個圓柱體進行差集變換得到風扇模型，即可形成冷卻器的三維模型，如圖1（c）所示。
圖1 冷卻器的三維模型
2）變壓器儲油柜
變壓器儲油柜為圓柱體結構，可直接利用圓柱擬合功能進行創建。首先，截取儲油柜點云，如圖2（a）所示。然后，利用該點云數據通過“擬合圓柱”功能擬合圓柱體特征，并以實際點云為參考通過拉伸調整圓柱體長度，實現變壓器儲油柜的三維重構，如圖2（b）
所示。
圖2 儲油柜的三維模型
3）變壓器器身
變壓器器身為不規則結構，需利用布爾運算進行建模。首先將變壓器器身點云導入AutoCAD中，然后依據點云創建矩形特征，如圖3（a）。通過拉伸矩形特征得到立方體，如圖3（b）。以點云為參考，
構建三菱柱等基本特征體，通過布爾運算由立方體特征與之進行差、并集變換，可得到變壓器器身的三維模型，如圖3（c）所示。
圖3 變壓器器身的三維模型
4）變壓器套管均壓環
均壓環為圓環類模型，采用圓環類模型重構方法構建。首先以點云數據為參考，繪制圓環外圓及截面圓，從而得到外圓半徑r，圓心O 以及截面半徑R，如圖4（a）所示；然后利用圓環擬合功能以外圓圓
心O 為中心，r 為半徑構建截面半徑為R 的圓環，并補充連接處結構即可獲得均壓環三維實體模型，如圖4（b）所示。
圖4 均壓環的三維模型
5）變壓器套管引線
變壓器套管引線采用軟導線類模型重構方法進行創建。首先將引線點云數據導入AutoCAD中，通過調整用戶坐標系，使xy平面與引線初始端面平行；然后利用切片功能切取平行于xy 軸的點云薄切
片，考慮到引線截面為規則圓面，若以多義線勾勒二維輪廓會造成較大誤差，因此，此處選擇以3點繪制輪廓圓的方法獲得截面輪廓圓。同時，以輪廓圓圓心為起點，以點云數據為參考，利用三維多段線
繪制引線軌跡，如圖5（a）所示；最后，利用掃掠功能，以截面輪廓圓為掃掠對象，三維軌跡曲線為掃掠路徑進行掃掠，可以得到引線的三維模型，如圖5（b）所示。
圖5 高壓套管引線的三維模型
6）變壓器高壓套管
變壓器高壓套管屬于套管與絕緣子類模型，可利用該類模型重構方法進行模型構建。首先，通過數據處理，獲得所需高壓套管的點云數據，如圖6（a）。以高壓套管中軸線為z 軸建立用戶坐標系，利用切片功能切取高壓套管點云，獲得經過高壓套管軸線并平行于z 軸的點云切片，如圖6（b）；然后，利用二維多義線勾勒高壓套管二維輪廓線，并經中心對稱線形成閉合曲線框圖，如圖6（c）所示；最后，通過旋轉二維曲線框圖獲得高壓套管三維模型，如圖6（d）所示。
圖6 高壓套管的三維模型
3.結束語
綜上所述，各結構模型進行拼接。由于在數據處理時已進行坐標同步工作，各部分點云數據具有相同的參考坐標系，因此依據點云為參考構建的三維模型具有相同坐標系。通過將不同結構模型導入同一文件即可實現模型的完美拼接，得到完整變壓器三維模型，如圖7（a）所示。類似可將所有區域不同設備模型進行拼接，即可得到完整的變電站三維模型，并附上真彩貼圖，實現變電站的三維實景重構，圖7（b）為220 kV變電站GIS區域實
景重構效果圖。
圖7 220 kV變電站的三維實景重構
參考文獻：
［1］欒悉道，應龍，謝毓湘，等. 三維建模技術研究進展［J］.計算機科學，2008，35（2）：208-210，229.
［2］方景輝，徐偉明，朱曉峰，等. 基于物聯網與三維可視化技術的變電站智能輔助控制系統的研究與應用［J］. 電氣自動化，2012，34（3）：67-70.
