基于激光跟踪技术的变电站3d实景重绘方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了本发明涉及一种变电站3D几何实景重绘方案，特别是基于激光跟踪技术的变电站3D实景重绘方法。
【背景技术】
[0002]随着超大尺寸、极端制造技术的发展，相应的大尺寸三维物体表面轮廓测量技术是目前国内外三维传感器与测量研究的热点之一，它被广泛应用于航空航天、船舶汽车、在线检测与质量控制、机械制造、计算机辅助设计/制造、机器人视觉系统等领域。
[0003]当前主流的大尺寸三维测量设备包括大型龙门和桥式三坐标测量系统、便携式关节臂测量系统极易激光跟踪仪等。大型三坐标测量系统测量精度高，但便携性、灵活性差；便携式关节臂柔性较好，但对于大物件的测量，需要统一多台关节臂的坐标系。
[0004]变电站是电力系统的重要组成部分，是连接发电厂与用户之间的枢纽点，起到变换和分配电能的作用，变电站运行的可靠性和安全性直接影响到整个电网的安全运行，变电站随着电力系统的发展朝着大容量、超容量、远距离方向发展，结构越来越复杂。
[0005]目前，变电站在出现故障或技改时，现场人员需要依据施工图纸进行工作，这种做法存在耗时长、效率低下、易出错的缺点，而且纸质图纸难以保存，查找不方便，另外，一般建筑施工图纸并不表明关键部件的实际尺寸，给维修改造带来不便；结合绝对激光跟踪技术，可以完整、精确的实现变电站3D几何实景重绘，包括变压器、油开关、避雷器等关键部件的尺寸和相互之间的距离，可以在维修改造时快速完成设备选型，在施工过程中也可以起到辅助作用。
【发明内容】
[0006]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0007]本发明的目的是在于提供一种逻辑严谨，工程实现简单，精度可靠的基于激光跟踪技术的变电站3D实景重绘方法。
[0008]一种基于激光跟踪技术的变电站3D实景重绘方法，其特征在于:包括以下步骤:
A、选择激光跟踪仪；
B、选择便携式手持测量终端:一种手持式可移动的无线通讯接触式传感器和一种手持式非接触式的高速激光扫描仪；
C、调试设备:完成激光跟踪仪及便携式测量终端的装配、激活、校准等工作；
D、了解变电站整站布置，含设备设施；
E、确定待测对象及其几何参数，待测对象包括变电站建筑及所有设备设施；
F、选择激光跟踪仪站位点，绝对激光跟踪仪可以测量水平方向360°、竖直方向±45°范围内的物体，根据待测物体几何参数在激光跟踪仪的测量范围内选择最优站位点，并在所选站位点可以形成对待测对象的包络网络的情况下尽量减少站位点数量以减少移动测量仪器带来的误差，对各站位点编号；
G、测量:①将激光跟踪仪固定在某一选定的站位点；②使用手持式接触式传感器对变电设备、建筑等大型物体基座平面进行多点定位，确定其在三维模型中的准确位置；③使用非接触式高速激光扫描仪对待测物体的所有表面进行全方位的激光扫描，结合手持式接触式传感器对孔、洞等不易扫描的地方进行形貌识别；④按站位点编号顺序移动激光跟踪仪，记录移动的直线距离及偏移角度，重复步骤②~④直至所有站位点均测量完毕；
H、被测对象点云数据获取，保存测量结果；
1、数据处理:按站位点编号顺序处理所得的点云数据，完成各站位点所得云数据的补洞、修剪等操作；以选定的第一个站位点为基准，根据记录的其他各站位点距离基准站位点的距离及角度数据修改坐标系，得到统一坐标系下的各站位点所测数据，然后对齐得到变电站整站的点云模型；
J、生成变电站3D实体模型:将点云模型生成三角化网格进而生成变电站3D实体模型。
[0009]采用单点跟踪测量技术，使用一种手持式接触式传感器对变电设备、建筑等大型物体基座平面进行多点定位，确定其在三维模型中的准确位置；辅助线激光扫描技术快速测量隐藏点以及难以测量点；
采用线激光扫描技术，使用一种非接触式高速激光扫描仪，具有70000点/秒的数据采集能力，而且在8.5米范围内，空间长度测量误差不超过50 μ m ;
根据被测物体表面状况自行调节激光束密度，表面不需要涂层处置措施，对待测物体的所有表面进行全方位的激光扫描，结合手持式接触式传感器对孔、洞不易扫描的地方进行形貌识别。
[0010]本发明与现有技术相比具有以下优点:
结合激光跟踪仪的单点跟踪测量技术和线激光扫描技术，系统可实现最大50米测量空间内的三维测量，具有严谨的逻辑性，工程实现简单，精度可靠的特点，在现有激光跟踪仪的基础之上无需很高成本即可是实现变电站整站布置含设备设施分布三维点云数据的快速、高精度获取，完成进行三维几何重构，能够为修理技改立项远方勘察、应急抢修事前远程预判和事后实景推演、吊车等特种作业车辆现场安全管理远程实景推演提供直观而准确的现场模拟。
【具体实施方式】
[0011]为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
[0012]本发明涉及一种基于激光跟踪技术的变电站3D实景重绘方法的【具体实施方式】，包括以下步骤:
A、选择激光跟踪仪；
B、选择便携式手持测量终端:一种手持式可移动的无线通讯接触式传感器和一种手持式非接触式的高速激光扫描仪；
C、调试设备:完成激光跟踪仪及便携式测量终端的装配、激活、校准等工作； D、了解变电站整站布置，含设备设施；
E、确定待测对象及其几何参数，待测对象包括变电站建筑及所有设备设施；
F、选择激光跟踪仪站位点，绝对激光跟踪仪可以测量水平方向360°、竖直方向±45°范围内的物体，根据待测物体几何参数在激光跟踪仪的测量范围内选择最优站位点，并在所选站位点可以形成对待测对象的包络网络的情况下尽量减少站位点数量以减少移动测量仪器带来的误差，对各站位点编号；
G、测量:①将激光跟踪仪固定在某一选定的站位点；②使用手持式接触式传感器对变电设备、建筑等大型物体基座平面进行多点定位，确定其在三维模型中的准确位置；③使用非接触式高速激光扫描仪对待测物体的所有表面进行全方位的激光扫描，结合手持式接触式传感器对孔、洞等不易扫描的地方进行形貌识别；④按站位点编号顺序移动激光跟踪仪，记录移动的直线距离及偏移角度，重复步骤②-④直至所有站位点均测量完毕；
H、被测对象点云数据获取，保存测量结果
1、数据处理:按站位点编号顺序处理所得的点云数据，完成各站位点所得云数据的补洞、修剪等操作；以选定的第一个站位点为基准，根据记录的其他各站位点距离基准站位点的距离及角度数据修改坐标系，得到统一坐标系下的各站位点所测数据，然后对齐得到变电站整站的点云模型；
J、生成变电站3D实体模型:将点云模型生成三角化网格进而生成变电站3D实体模型。
[0013]本发明结合激光跟踪仪的单点跟踪测量技术和线激光扫描技术，系统可实现最大50米测量空间内的三维测量，具有严谨的逻辑性，工程实现简单，精度可靠的特点，在现有激光跟踪仪的基础之上无需很高成本即可是实现变电站整站布置含设备设施分布三维点云数据的快速、高精度获取，完成进行三维几何重构，能够为修理技改立项远方勘察、应急抢修事前远程预判和事后实景推演、吊车等特种作业车辆现场安全管理远程实景推演提供直观而准确的现场模拟。
[0014]最后应说明的是:虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。
[0015]而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。
[0016]本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。
[0017]因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
【主权项】
1.一种基于激光跟踪技术的变电站3D实景重绘方法，其特征在于:包括以下步骤: A、选择激光跟踪仪； B、选择便携式手持测量终端:一种手持式可移动的无线通讯接触式传感器和一种手持式非接触式的高速激光扫描仪； C、调试设备:完成激光跟踪仪及便携式测量终端的装配、激活、校准； D、了解变电站整站布置，含设备设施； E、确定待测对象及其几何参数，待测对象包括变电站建筑及所有设备设施； F、选择激光跟踪仪站位点，所选站位点形成对待测对象的包络网络； G、测量:利用手持式接触式传感器和非接触式高速激光扫描仪对待测物体进行定位、平面度测量，以及全方位的激光扫描； H、获取被测对象点云数据，保存测量结果； 1、数据处理:在计算机上对各测量对象的点云数据进行补洞、修剪，然后对齐得到变电站整站的点云模型； J、生成变电站3D实体模型:将点云模型生成三角化网格进而生成变电站3D实体模型。2.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪技术的变电站3D实景重绘方法，其特征在于:采用单点跟踪测量技术，使用一种手持式接触式传感器对变电设备、建筑等大型物体基座平面进行多点定位，确定其在三维模型中的准确位置，辅助线激光扫描技术快速测量隐藏点以及难以测量点。3.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪技术的变电站3D实景重绘方法，其特征在于:采用线激光扫描技术，使用一种非接触式高速激光扫描仪，具有70000点/秒的数据采集能力，而且在8.5米范围内，空间长度测量误差不超过50 μ m04.根据权利要求1所述的一种基于激光跟踪技术的变电站3D实景重绘方法，其特征在于:根据被测物体表面状况自行调节激光束密度，表面不需要涂层处置措施，对待测物体的所有表面进行全方位的激光扫描，结合手持式接触式传感器对孔、洞不易扫描的地方进行形貌识别。
【专利摘要】本发明公开了一种基于激光跟踪技术的变电站3D实景重绘方法，包括变压器、油开关、避雷器等关键部件的尺寸和相互之间的距离，包括以下步骤：选择激光跟踪仪；选择便携式手持测量终端；调试设备；了解变电站整站布置；确定待测对象及其几何参数；选择激光跟踪仪站位点；测量；被测对象点云数据获取；数据处理；生成变电站3D实体模型。本发明结合激光跟踪仪的单点跟踪测量技术和线激光扫描技术，可实现最大50米测量空间内的三维测量，具有逻辑性严谨、工程实现简单、精度可靠的优点。
【IPC分类】G01B11/00
【公开号】CN105241378
【申请号】CN201510601659
【发明人】朱富云, 茅雷, 陆志辉, 林林, 沈新宇, 王栋, 毛艳芳, 吴国庆, 刘洋, 张旭东, 肖龙雪
【申请人】国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司南通供电公司, 南通大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月21日