[发明专利]基于激光点云数据的三维变电站半自动重建方法

摘要

本发明公开了一种基于激光点云数据的三维变电站半自动重建方法，包括：依照电力行业中电力设备的现有标准，通过采集变电站的点云数据和纹理数据，建立高真实度的变电站电力设备的三维标准模型库；再结合已有的变电站的标准模型，基于光点云数据进行地物提取与识别，自动获取电力设备在空间中的位置和姿态；将三维电力设备放入对应的点云三维场景，从而完成对点云数据的矢量化，进而完成变电站场景的三维重建。本发明实现了变电站三维重建的半自动化，可减少人工干预，从而提高生产效率、缩短生产周期；利用激光点云在精度上的优势，可提高模型产品精度，整体仿真度高。

主权项

1.基于激光点云数据的三维变电站半自动重建方法，其特征是，包括：S1分别采用激光扫描设备和光学相机采集变电站的点云数据和纹理数据；S2对点云数据进行预处理，即对点云数据依次进行去噪、去冗余、配准；S3构建电力设备的三维标准模型库，本步骤包括：3.1通过人机交互方式从预处理后的点云数据分割出各电力设备的点云数据；3.2根据电力设备的点云数据量测电力设备的几何信息，基于几何信息构建电力设备的几何模型；3.3将纹理数据映射到对应的几何模型表面，获得电力设备的三维标准模型，各电力设备的三维标准模型构成三维标准模型库；S4采用形态学方法从预处理后的点云数据中分离地面点云，采用空间聚类法对分离地面点云后的点云数据进行分割，分离空间相离的各电力设备的点云数据；S5将三维标准模型离散化为点集，记为初始模型点云集M；将步骤S4分割后的点云数据中与三维标准模型对应的点云数据记为目标点云集T；采用基于特征点的最邻近点迭代法对初始模型点云集M与目标点云集T配准，采用三维标准模型替换配准后的模型点云集；步骤S4中所述的采用形态学方法从预处理后的点云数据中分离地面点云，具体为：4.1从预处理后的点云数据中剔除低点；4.2对剔除低点后的点云数据进行网格划分，将网格中高程最低的点云点作为初始地面点，并构建初始地形；4.3利用初始地形点构建三角网，遍历未参与三角网构建的点云点，记为点云点a，对点云点a逐一执行：①查找当前点云点a所在三角形t，计算当前点云点a到三角形t所在平面的距离d，若d不小于距离阈值，结束；否则，执行步骤②；②计算点云点a和三角形t三个顶点所连的连线与三角形t所在平面的夹角，将所计算三个夹角的最小值定义为最小夹角θ；若最小夹角θ不小于角度阈值，结束；否则，将当前点云点a添加到三角网；上述距离阈值和角度阈值均为经验值；步骤S4中所述的采用空间聚类法对分离地面点云后的点云数据进行分割，具体为：4.4对地面点云分离后的点云数据构建均匀格网，统计各单元格内点云点数，记为DoPC值，将单元格内点云点数小于点云数阈值Ptmin的单元格的DoPC值设为0；4.5随机选取一未标记的非空单元格，将其添加到集合Q，并标记该非空单元格，非空单元格即DoPC值不为0的单元格；4.6对各未标记的非空单元格p逐一执行：计算当前非空单元格p中心到集合Q中各非空单元格中心的距离，取最小距离，若最小距离小于阈值T，将当前非空单元格p添加到集合Q，同时标记当前非空单元格p；否则，对下一未标记的非空单元格p执行本步骤；4.7判断是否存在未标记的非空单元格，若有，重新执行步骤4.5～4.6；否则，结束；上述点云数阈值Ptmin为经验值，阈值T设置为2倍的单元格宽度。