專利名稱：基于云計算的變電設備三維模型計算機生成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種變電站一、二次設備、構筑物的三維建模、處理方法，特別是一種基于云計算的變電設備三維模型計算機生成方法，所生成的三維模型用于設計、服務等方面的模型展示。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，基于設備精細化管理的要求，電網(wǎng)中變電工程中需要提供變電設備的三維模型，該三維模型的生成都是直接利用發(fā)電工程類似的三維設計及輸出模式，這種方式需要極為專業(yè)的軟件和相對應的專業(yè)計算機設備，因為三維模型的生成過程中需要處理海量的數(shù)據(jù)以及龐大的計算量，因此生成三維模型的過程專業(yè)性強、程序復雜，費時多、成本高(設備成本等)。上述的三維模型僅在具有三維模型專業(yè)生成條件的情況下新增變電站的模型展 示應用，隨著電網(wǎng)工程對三維模型的需求越來越多，無論是技術上、電網(wǎng)的各種數(shù)據(jù)服務還是用于生產(chǎn)管理都需要用到三維模型，然而，現(xiàn)有新增的變電站數(shù)量少，而已建成的變電站大多沒有即成的三維模型，如果采用上述的三維模型生成方法對已建成的變電站進行三維建模，則由于其專業(yè)性強、費時多、成本高難以為用戶所接受，因此沒有實用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于根據(jù)現(xiàn)有技術的不足之處而提供一種通用的、簡單、快速、成本低廉、實用性高的基于云計算的變電設備三維模型計算機生成方法。本發(fā)明的目的是通過以下途徑來實現(xiàn)的
基于云計算的變電設備三維模型計算機生成方法，其要點在于，包括如下步驟
提供存儲有電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則數(shù)據(jù)的存儲裝置；
提供立體激光掃描設備，該設備掃描已建成變電站設備的外部輪廓、接口部分和關鍵部件，獲得三組三維云數(shù)據(jù)，
將獲得的三維云數(shù)據(jù)與存儲裝置中的電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則進行關聯(lián)鏈接；提供數(shù)據(jù)處理裝置，該數(shù)據(jù)處理裝置中設置有各種數(shù)據(jù)處理程序，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理程序對所獲得的三組三維云數(shù)據(jù)進行如下處理
先采用離散型方差計算程序去除每組三維云數(shù)據(jù)的邊界噪音，將完全獨立的、或者超過主圖形中心平均距離I個標準方差的數(shù)據(jù)剔除；
再通過虛擬力計算程序將每組數(shù)據(jù)中的均勻分布數(shù)據(jù)剔除，保留邊緣距離數(shù)據(jù)，獲取數(shù)據(jù)中各邊緣的關鍵點、線數(shù)據(jù)；
對外部輪廓的三維云數(shù)據(jù)采用二次曲面計算程序求解模型；
對接口部分的三維云數(shù)據(jù)采用標定物計算程序求解模型；
對關鍵部件采用三角網(wǎng)絡計算程序求解模型；
提供云計算服務器，將上述求解模型輸入云計算服務器，云計算服務器通過曲面擬合計算程序對上述求解模型進行擬合，生成初步的三維模型，
云計算服務器通過數(shù)據(jù)分類計算程序和數(shù)據(jù)分層計算程序對初步三維模型數(shù)據(jù)進行平滑處理、數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)分層；
將最后獲得的三維模型存儲到存儲裝置中，并保持與電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則的關聯(lián)鏈接。這是一種采用三維重構方法進行的三維建模。云計算是一種新的計算模式，它將原本分散的資源聚集起來，主要是各種不同的計算程序，再以服務的形式提供給用戶，其能夠提供龐大的、海量的計算服務，以發(fā)揮其高可靠性、廉價性和通用性的特點。本發(fā)明是一種基于三維重構的技術方案，首先通過激光掃描法獲得原始數(shù)據(jù)，然后通過一系列的計算程序對原始數(shù)據(jù)進行處理，并在盡可能的減少數(shù)據(jù)量，最后將處理后的數(shù)據(jù)和模型送入云計算服務器進行最后的海量計算，獲得最后的三維模型。這樣，在充分 利用云計算的優(yōu)勢，解決了重構三維建模和三維數(shù)據(jù)復雜的計算，以及三維動態(tài)展示對專業(yè)化軟硬件的依賴問題，使得變電設備的三維模型的生成能夠以一種通用的、簡單的、快速的、成本低廉、實用性高的方式來實現(xiàn)，減輕了建模難度，保證變電設備能在瘦客戶端模式下運行。本發(fā)明可以進一步具體為
提供一種三維模型檢測系統(tǒng)，包括有曲面特征分析模塊、模型關鍵數(shù)據(jù)提取模塊、幾何形態(tài)檢測單元、裝配約束條件檢測單元和三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫，
三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫中存儲有變電設備中各種外部輪廓、接口部分和關鍵部件三類模型的基本要素數(shù)據(jù)和擴展要素數(shù)據(jù)，其中，基本要素數(shù)據(jù)是指變電設備具體的電氣和空間特征數(shù)據(jù)，擴展要素數(shù)據(jù)是指設備運行狀態(tài)和維護關聯(lián)數(shù)據(jù)，
幾何形態(tài)檢測單元將三維模型數(shù)據(jù)傳送給云計算服務器，在云計算服務器中，模型關鍵數(shù)據(jù)提取模塊從存儲裝置中提取三類模型數(shù)據(jù)，通過曲面特征分析模塊對三類模型的幾何形狀進行10倍的縮放，并與云計算服務器中已有的匹配數(shù)據(jù)進行比較，尋找是否存在相似的匹配，并對各端點與中心點距離、各邊緣線長度和各面的數(shù)據(jù)匹配度計算；
幾何形態(tài)檢測單元將檢測后的三維模型數(shù)據(jù)發(fā)送給裝配約束條件檢測單元，裝配約束條件檢測單元進行裝配條件檢查，檢測裝配點的尺寸以及位置匹配度；
如果位置匹配度超過設定值，則云計算服務器根據(jù)電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則數(shù)據(jù)所對應的設備數(shù)據(jù)從三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫中檢索對應的模型數(shù)據(jù)，并加載形成新的三維模型數(shù)據(jù)；
云計算服務器提取檢測后的三維數(shù)據(jù)模型的基本要素數(shù)據(jù)和擴展要素數(shù)據(jù)，并添加到三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫中。所述的電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則數(shù)據(jù)是指根據(jù)一定的編碼規(guī)則將變電設備進行有序的編碼，并與電網(wǎng)工程相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，其能夠為所有變電設備及其部件進行編碼，并使得同一種變電設備具有同樣的編碼。這樣，在三維模型生成過程中，每個變電設備模型均具有自己的編碼，在云計算服務器中就可以根據(jù)編碼對數(shù)據(jù)進行有效的檢測、判斷和處理。三維模型在初步生成后，可以通過三維模型檢測系統(tǒng)對該三維模型進行幾何形狀和裝配約束條件上的檢測，并最后獲得更為精確的三維模型。由于三維模型的數(shù)據(jù)量極大，借助云計算服務器對其進行檢測計算，能夠使客戶終端避免海量計算，因此檢測方法簡單、成本低，并能夠獲得云計算服務器返回的精確三維模型數(shù)據(jù)。綜上所述，本發(fā)明提供了一種基于云計算的變電設備三維模型計算機生成方法，基于三維重構的技術方案，首先通過激光掃描法獲得原始數(shù)據(jù)，然后通過一系列的計算程序對原始數(shù)據(jù)進行處理，并在盡可能的減少數(shù)據(jù)量，最后將處理后的數(shù)據(jù)和模型送入云計算服務器進行最后的海量計算，獲得最后的三維模型。這樣，在充分利用云計算的優(yōu)勢，解決了重構三維建模和三維數(shù)據(jù)復雜的計算，以及三維動態(tài)展示對專業(yè)化軟硬件的依賴問題，使得變電設備的三維模型的生成能夠以一種通用的、簡單的、快速的、成本低廉、實用性高的方式來實現(xiàn)，減輕了建模難度，保證變電設備能在瘦客戶端模式下運行。


圖I所示為本發(fā)明所述的基于云計算的變電設備三 維模型計算機生成方法的流程框架示意圖。圖2所示為本發(fā)明所述三維模型檢測系統(tǒng)檢測方法的流程框架示意圖。下面結合實施例對本發(fā)明做進一步描述。
具體實施例最佳實施例
三維模型建立分為兩種情況。第一種對變電設備外部輪廓、接口部分、關鍵部件通過專業(yè)三維設計軟件進行三維設計建模，再輸入模型的基本要素和擴展要素。第二種如圖I所示的三維模型重構方法，具體如下
基于云計算的變電設備三維模型計算機生成方法，包括如下步驟
提供存儲有電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則數(shù)據(jù)的存儲裝置；
提供立體激光掃描設備，該設備掃描已建成變電站設備的外部輪廓、接口部分和關鍵部件，獲得三組三維云數(shù)據(jù)，
將獲得的三維云數(shù)據(jù)與存儲裝置中的電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則進行關聯(lián)鏈接；提供數(shù)據(jù)處理裝置，該數(shù)據(jù)處理裝置中設置有各種數(shù)據(jù)處理程序，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理程序對所獲得的三組三維云數(shù)據(jù)進行如下處理
先采用離散型方差計算程序提供的離散型方差算法去除每組三維云數(shù)據(jù)的邊界噪音，將完全獨立的、或者超過主圖形中心平均距離I個標準方差的數(shù)據(jù)剔除；
再通過虛擬力計算程序提供的虛擬力算法將每組數(shù)據(jù)中的均勻分布數(shù)據(jù)剔除，保留邊緣距離數(shù)據(jù)，獲取數(shù)據(jù)中各邊緣的關鍵點、線數(shù)據(jù)；
對外部輪廓的三維云數(shù)據(jù)采用二次曲面計算程序提供的二次曲面法求解模型；
對接口部分的三維云數(shù)據(jù)采用標定物計算程序提供的標定物法求解模型；
對關鍵部件采用三角網(wǎng)絡計算程序提供的三角網(wǎng)絡法求解模型；
提供云計算服務器，將上述求解模型輸入云計算服務器，云計算服務器通過曲面擬合計算程序對上述求解模型進行擬合，生成初步的三維模型，
云計算服務器通過數(shù)據(jù)分類計算程序和數(shù)據(jù)分層計算程序對初步三維模型數(shù)據(jù)進行平滑處理、數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)分層；
將初步獲得的三維模型存儲到存儲裝置中，并保持與電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則的關聯(lián)鏈接。進一步的，如圖2所示，提供一種三維模型檢測系統(tǒng)，包括有曲面特征分析模塊、模型關鍵數(shù)據(jù)提取模塊、幾何形態(tài)檢測單元、裝配約束條件檢測單元和三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫，
三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫中存儲有變電設備中各種外部輪廓、接口部分和關鍵部件三類模型的基本要素數(shù)據(jù)和擴展要素數(shù)據(jù)，其中，基本要素數(shù)據(jù)是指變電設備具體的電氣和空間特征數(shù)據(jù)，使三維設備模型實例化為某變電站具體三維設備個體，擴展要素數(shù)據(jù)是指設備運行狀態(tài)和維護關聯(lián)數(shù)據(jù)，使變電設備三維對象具有與現(xiàn)實設備對等的實時信息；
幾何形態(tài)檢測單元將三維模型數(shù)據(jù)傳送給云計算服務器，在云計算服務器中，模型關鍵數(shù)據(jù)提取模塊從存儲裝置中提取三類模型數(shù)據(jù)，通過曲面特征分析模塊對三類模型的幾何形狀進行10倍的縮放，并與云計算服務器中已有的匹配數(shù)據(jù)進行比較，尋找是否存在相似的匹配，并對各端點與中心點距離、各邊緣線長度和各面的數(shù)據(jù)匹配度計算；
幾何形態(tài)檢測單元將檢測后的三維模型數(shù)據(jù)發(fā)送給裝配約束條件檢測單元，裝配約束 條件檢測單元進行裝配條件檢查，檢測裝配點的尺寸以及位置匹配度；
如果位置匹配度超過設定值，則云計算服務器根據(jù)電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則數(shù)據(jù)所對應的設備數(shù)據(jù)從三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫中檢索對應的模型數(shù)據(jù)，并加載形成新的三維模型數(shù)據(jù)；
云計算服務器提取檢測后的三維數(shù)據(jù)模型的基本要素數(shù)據(jù)和擴展要素數(shù)據(jù)，并添加到三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫中，供檢索使用。本實施例提供一種上述變電設備三維模型的應用，即變電設備三維模型的圖像發(fā)布和展示方法，具體的三維模型圖像發(fā)布和展示過程如下
三維圖像發(fā)布主要過程包括三維圖像渲染、圖像加密保護和時序三維影像發(fā)布。其中，三維圖像渲染的輸入控制量由最終用戶根據(jù)需要展現(xiàn)的漫游路徑、視角及自然光線進行配置，信息分別會發(fā)送給云服務器的三維旋轉角度、用戶視線范圍、設備光源角度模塊，云服務器根據(jù)控制量的組合進行三維圖像渲染。三維渲染后的圖像要經(jīng)過三維圖像加密后再進行發(fā)布，本發(fā)明專利的三維加密流程有兩種一種情況，在需要體現(xiàn)設計單位版權時的活動，三維動態(tài)展示客戶端向云服務器發(fā)出水印控制信號請求，經(jīng)過云服務器進行空域秩序擴頻水印加密計算，即在正下方給定的區(qū)域中，利用像素分析，在妹一幀圖像空域疊加水印圖像。另一種情況，最終用戶對變電設備查看、虛擬操作等生產(chǎn)活動時，無需顯示水印，這時由三維動態(tài)展示客戶端發(fā)出水印控制信號，經(jīng)過云服務器進行三維信息流離散余弦轉變魯棒水印加密計算，隱性保留版權、版本信息，確保設計圖紙的正確性。是三維加密圖像以圖像流的方式傳送，最終客戶機上用IE瀏覽器進行接收和展示，從而達到最終用戶對變電站設備進行三維瀏覽、漫游、定位、虛擬操作的效果。三維影像發(fā)布過程首先，三維加密圖像以圖像流的方式傳送給最終用戶，用戶使用瘦客戶端模式，通過IE瀏覽器實現(xiàn)虛擬化和自服務功能進行三維圖像發(fā)布?？蛻舳巳S動態(tài)展示采用自然用戶界面方式，使三維操作更加個性化和人性化，將最終用戶的注意力放在相對高級、更貼近變電業(yè)務的工作中，提升用戶體驗預防和三維展示效果。這是利用云計算為變電三維展示提供有償服務的全新模式。三維云計算處理不僅可以按使用者需求量提供服務，同時，這種服務是彈性的、可度量的。本發(fā)明采用的云計算有償服務模式首先，變電設備生產(chǎn)廠家、第三方三維設計單位、電網(wǎng)企業(yè)用戶向云計算服務商申請注冊。然后，生產(chǎn)廠家或設計單位將變電設備三維模型基礎數(shù)據(jù)提供給云服務器，檢查合格后云計算提供者按三維建模計算量收取一定的存檔費用，最后，在每次三維動態(tài)展示時根據(jù)調用模型類型、數(shù)量、瀏覽方式、實時性不同要求，動態(tài)計算資源使用費，定期由云計算提供者返還一定比例的費用給三維模型提供者。
本發(fā)明未述部分與現(xiàn)有技術相同。
權利要求
1.基于云計算的變電設備三維模型計算機生成方法，其特征在于，包括如下步驟 提供存儲有電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則數(shù)據(jù)的存儲裝置； 提供立體激光掃描設備，該設備掃描已建成變電站設備的外部輪廓、接口部分和關鍵部件，獲得三組三維云數(shù)據(jù)， 將獲得的三維云數(shù)據(jù)與存儲裝置中的電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則進行關聯(lián)鏈接；提供數(shù)據(jù)處理裝置，該數(shù)據(jù)處理裝置中設置有各種數(shù)據(jù)處理程序，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理程序對所獲得的三組三維云數(shù)據(jù)進行如下處理 先采用離散型方差計算程序去除每組三維云數(shù)據(jù)的邊界噪音，將完全獨立的、或者超過主圖形中心平均距離I個標準方差的數(shù)據(jù)剔除； 再通過虛擬力計算程序將每組數(shù)據(jù)中的均勻分布數(shù)據(jù)剔除，保留邊緣距離數(shù)據(jù)，獲取數(shù)據(jù)中各邊緣的關鍵點、線數(shù)據(jù)； 對外部輪廓的三維云數(shù)據(jù)采用二次曲面計算程序求解模型； 對接口部分的三維云數(shù)據(jù)采用標定物計算程序求解模型； 對關鍵部件采用三角網(wǎng)絡計算程序求解模型； 提供云計算服務器，將上述求解模型輸入云計算服務器，云計算服務器通過曲面擬合計算程序對上述求解模型進行擬合，生成初步的三維模型， 云計算服務器通過數(shù)據(jù)分類計算程序和數(shù)據(jù)分層計算程序對初步三維模型數(shù)據(jù)進行平滑處理、數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)分層； 將最后獲得的三維模型存儲到存儲裝置中，并保持與電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則的關聯(lián)鏈接。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于云計算的變電設備三維模型計算機生成方法，其特征在于，提供一種三維模型檢測系統(tǒng)，包括有曲面特征分析模塊、模型關鍵數(shù)據(jù)提取模塊、幾何形態(tài)檢測單元、裝配約束條件檢測單元和三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫， 三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫中存儲有變電設備中各種外部輪廓、接口部分和關鍵部件三類模型的基本要素數(shù)據(jù)和擴展要素數(shù)據(jù)，其中，基本要素數(shù)據(jù)是指變電設備具體的電氣和空間特征數(shù)據(jù)，擴展要素數(shù)據(jù)是指設備運行狀態(tài)和維護關聯(lián)數(shù)據(jù)， 幾何形態(tài)檢測單元將三維模型數(shù)據(jù)傳送給云計算服務器，在云計算服務器中，模型關鍵數(shù)據(jù)提取模塊從存儲裝置中提取三類模型數(shù)據(jù)，通過曲面特征分析模塊對三類模型的幾何形狀進行10倍的縮放，并與云計算服務器中已有的匹配數(shù)據(jù)進行比較，尋找是否存在相似的匹配，并對各端點與中心點距離、各邊緣線長度和各面的數(shù)據(jù)匹配度計算； 幾何形態(tài)檢測單元將檢測后的三維模型數(shù)據(jù)發(fā)送給裝配約束條件檢測單元，裝配約束條件檢測單元進行裝配條件檢查，檢測裝配點的尺寸以及位置匹配度； 如果位置匹配度超過設定值，則云計算服務器根據(jù)電網(wǎng)工程標識系統(tǒng)編碼規(guī)則數(shù)據(jù)所對應的設備數(shù)據(jù)從三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫中檢索對應的模型數(shù)據(jù)，并加載形成新的三維模型數(shù)據(jù)； 云計算服務器提取檢測后的三維數(shù)據(jù)模型的基本要素數(shù)據(jù)和擴展要素數(shù)據(jù)，并添加到三維數(shù)據(jù)檢索數(shù)據(jù)庫中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變電站一、二次設備、構筑物的三維建模、處理方法，特別是一種基于云計算的變電設備三維模型計算機生成方法，基于三維重構的技術方案，首先通過激光掃描法獲得原始數(shù)據(jù)，然后通過一系列的計算程序對原始數(shù)據(jù)進行處理，并在盡可能的減少數(shù)據(jù)量，最后將處理后的數(shù)據(jù)和模型送入云計算服務器進行最后的海量計算，獲得最后的三維模型。這樣，在充分利用云計算的優(yōu)勢，解決了重構三維建模和三維數(shù)據(jù)復雜的計算，以及三維動態(tài)展示對專業(yè)化軟硬件的依賴問題，使得變電設備的三維模型的生成能夠以一種通用的、簡單的、快速的、成本低廉、實用性高的方式來實現(xiàn)，減輕了建模難度，保證變電設備能在瘦客戶端模式下運行。
文檔編號G06T17/00GK102930600SQ201210461209
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權日2012年11月16日
發(fā)明者鄭瑞忠, 陳明, 周健, 林傳偉, 林瑜 申請人:福建省電力勘測設計院, 福建英特萊信息技術咨詢有限公司