一种对变电站三维模型实现数据压缩的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种对变电站三维模型实现数据压缩的方法及系统，该方法包括；遍历变电站三维设备模型中的子部件模型数据；通过模型特征匹配方法对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配，从每一类子部件模型集合中获取一个基准模型；基于基准模型计算所涉及该类中所有部件模型相对于基准模型的空间变换参数；根据计算出的空间变换参数对变电站设备模型进行索引和重编码，完成变电站三维场景的数据压缩。本发明实施例基于基准模型进行同一编码，大大减少了变电站三维场景的数据流，实现了变电站三维场景的数据压缩，从而提高了变电站三维场景的传输效率。
【专利说明】一种对变电站三维模型实现数据压缩的方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统仿真【技术领域】，具体涉及一种对变电站三维模型实现数据压缩的方法及系统。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的发展，目前使用虚拟现实技术等数字化手段实现了变电站场景的数字化，在变电站仿真培训环境中构建基于网络的变电站仿真系统，实现了变电站的实时监控、信息共享和仿真培训等。为了实现高质量的视觉体验，变电站三维场景的数据量往往会很大，但是在进行网络传输时，数据量过大会增加网络传输时间，造成变电站三维场景实时浏览的延迟。如何减少变电站三维场景的数据量，又保证高质量的视觉效果，是一个亟需研究和解决的问题。
【发明内容】
[0003]针对现有变电站三维场景数据量大的问题，提出了一种对变电站三维模型实现数据压缩的方法及系统，从而减少变电站三维场景数据量又不影响视觉效果的目的。
[0004]本发明提供了一种对变电站三维模型实现数据压缩的方法，所述方法包括如下步骤:
[0005]遍历变电站三维设备模型中的子部件模型数据；
[0006]通过模型特征匹配方法对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配，从每一类子部件模型集合中获取一个基准模型；
[0007]基于基准模型计算所涉及该类中所有部件模型相对于基准模型的空间变换参数；
[0008]根据计算出的空间变换参数对变电站设备模型进行索引和重编码，完成变电站三维场景的数据压缩。
[0009]所述空间变换参数包括:相应于基准模型的平移大小、相对于基准模型的旋转角度、相应于基准模型的缩放比例。
[0010]所述通过模型特征匹配方法对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配包括:
[0011]提取子部件模型包围盒，记录包围盒中心位置作为子部件模型中心位置；
[0012]移动子部件模型，使中心位置位于空间坐标原点，长、宽、高分别平行于空间坐标系的X轴、y轴和Z轴,记录子部件模型分别绕X轴、y轴、z轴的旋转角度；
[0013]将子部件模型往xy平面、yz平面和XZ平面投影,将x轴、y轴、z轴与投影相交的部分100等分，计算得到投影外轮廓的坐标位置；
[0014]根据得到的坐标位置，判断该模型与之前遍历的模型在xy、yz和XZ三个平面的投影是否完全相同，并完成模型的同类与不同类的划分；
[0015]在遍历完所有子部件模型后，基于模型特征为所有子部件模型进行分组。
[0016]所述完成模型的同类与不同类的划分包括:
[0017]判断该模型与之前遍历的模型在xy、yz和XZ三个平面的投影完全相同，判别为同一类，模型使用次数加I ;如果不完全相同，但满足一定的比例变化，判别为同一类，模型使用次数初始化为I ;
[0018]根据得到的坐标位置，判断该模型与之前遍历的模型在xy、yz和XZ三个平面的投影不相同，也不满足一定的比例变化，则判断该模型与之前的模型不同类。
[0019]所述从每一类子部件模型集合中获取一个基准模型具体为:
[0020]选择每一组中使用次数最多的子部件模型作为该组的基准模型。
[0021]所述基于基准模型计算所涉及该类中所有部件模型相对于基准模型的空间变换参数包括:
[0022]遍历每一组子部件模型，将每组基准模型包围盒中心点移动到空间坐标系原点，旋转基准模型，使其包围盒长、宽、高分别平行于空间坐标系X轴、y轴、z轴；
[0023]记录每一个子部件模型的空间位置坐标；
[0024]旋转基准模型，使基准模型的包围盒的长、宽、高分别平行子部件模型包围盒的长、宽、高，得到子部件模型空间旋转角度；
[0025]计算子部件模型包围盒与基准模型包围盒的长、宽、高比，得到子部件模型空间缩放比例；
[0026]重复上述所有步骤，直至得到所有子部件模型相对于所对应的基准模型的空间变换参数。
[0027]相应的，本发明实施例还提供了一种对变电站三维模型实现数据压缩的系统，所述系统包括:
[0028]遍历模块，用于遍历变电站三维设备模型中的子部件模型数据；
[0029]分组匹配模块，用于通过模型特征匹配方法对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配；
[0030]基准模型获取模块，用于从每一类子部件模型集合中获取一个基准模型；
[0031]变换参数获取模块，用于基于基准模型计算所涉及该类中所有部件模型相对于基准模型的空间变换参数；
[0032]数据压缩模块，根据计算出的空间变换参数对变电站设备模型进行索引和重编码，完成变电站三维场景的数据压缩。
[0033]所述空间变换参数包括:相应于基准模型的平移大小、相对于基准模型的旋转角度、相应于基准模型的缩放比例。
[0034]在本发明实施例针对现有变电站设备模型被重复使用的特点，在实现数据传输之前，遍历变电站三维设备模型中的子部件模型数据，完成对数据的压缩，对变电站三维场景中同一类型的模型先进行匹配分组，基于基准模型进行同一编码，大大减少了变电站三维场景的数据流，实现了变电站三维场景的数据压缩，从而提高了变电站三维场景的传输效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0036]图1是本发明实施例中的对变电站三维模型实现数据压缩的方法流程图；
[0037]图2是本发明实施例中的对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配的方法流程图；
[0038]图3是本发明实施例中的基于基准模型对变化参数进行编码格式的结构示意图；
[0039]图4是本发明实施例中的对变电站三维模型实现数据压缩的系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]本文针对变电站设备模型数据量大的问题，提出了一种变电站三维模型的无损数据压缩方法，来减少变电站三维场景模型的数据量。变电站中的设备结构通常较为复杂，但许多部件具有高度的形体相似性，而用于三维模型建模的商用建模软件在生成三维模型时将相似的三维模型部件都分别导出了三维数据，因此造成了数据冗余。本方法通过遍历三维设备模型中的子部件模型数据，通过模型特征匹配方法对变电站设备模型中的子部件进行精确分类匹配，从每一类子部件模型集合中提取出一个基准模型；然后根据提取的基准模型，计算出该类中所有部件模型相对于基准模型的平移大小、旋转角度和缩放比例等空间变换参数，最后根据计算出的空间变换参数对变电站设备模型进行索引和重编码，实现变电站三维场景的数据压缩。
[0042]图1示出对变电站三维模型实现数据压缩的方法流程图，每个变电站三维设备模型通常包括许多外形高度相似子部件，如一个隔离开关的三维模型中包括多个外观相同但空间属性不同的瓷瓶、绝缘端子、接地线和刀闸臂等子部件。这些子部件模型被建模软件生成为三维模型数据文件时其模型空间顶点信息被完整的保存到设备的三维模型文件中，造成庞大的数据量冗余。这些外观相同但空间属性不同的子部件模型，都可以通过某一个基准模型通过平移、旋转、缩放变换而来，可以通过将这部分冗余保存的子部件模型数据通过基准模型的数据映射加上平移、旋转和缩放等来表示来进行数据压缩，具体包括如下步骤:
[0043]S101、读取变电站三维模型文件；
[0044]S102、遍历变电站三维设备模型中的子部件模型数据；
[0045]S103、通过模型特征匹配方法对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配；
[0046]图2示出了对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配的方法流程图，包括如下步骤:
[0047]S201、提取子部件模型包围盒，记录包围盒中心位置作为子部件模型中心位置；
[0048]S202、移动子部件模型，使其中心位置位于空间坐标原点，长、宽、高分别平行于空间坐标系的X轴、y轴和z轴,记录子部件模型分别绕X轴、y轴、z轴的旋转角度；
[0049]S203、将子部件模型往xy平面、yz平面和xz平面投影,将x轴、y轴、z轴与投影相交的部分100等分，计算得到投影外轮廓的坐标位置；
[0050]S204、根据得到的坐标位置，判断该模型与之前遍历的模型在xy、yz和xz三个平面的投影是否完全相同，并完成模型的同类与不同类的划分；需要说明的是，这里根据S203得到的坐标位置，判断该模型与之前遍历的模型在xy、yz和xz三个平面的投影是否完全相同，如果完全相同，判别为同一类，模型使用次数+1 ;如果不完全相同，但满足一定的比例变化，判别为同一类，模型使用次数初始化为I ;否则不是同一类，重复步骤S203，与之前遍历的其他模型比较；
[0051]S205、重复S201至S204，在遍历完所有子部件模型后，基于模型特征为所有子部件模型进行分组。
[0052]S104、从每一类子部件模型集合中获取一个基准模型；
[0053]为了保证基准模型与大多数子部件模型完全相同，我们选择每一组中使用次数最多的子部件模型作为该组的基准模型。
[0054]S105、基于基准模型计算所涉及该类中所有部件模型相对于基准模型的空间变换参数；
[0055]需要说明的是，该方法包括如下方式来完成:
[0056]首先，遍历每一组子部件模型，将每组基准模型包围盒中心点移动到空间坐标系原点，旋转基准模型，使其包围盒长、宽、高分别平行于空间坐标系X轴、y轴、z轴；
[0057]然后，记录每一个子部件模型的空间位置坐标；
[0058]接着，旋转基准模型，使其包围盒的长、宽、高分别平行子部件模型包围盒的长、宽、高，得到子部件模型空间旋转角度；
[0059]计算子部件模型包围盒与基准模型包围盒的长、宽、高比，得到子部件模型空间缩放比例；
[0060]最终重复上述步骤，直至得到所有子部件模型相对于其基准模型的空间变换参数。
[0061]S106、根据计算出的空间变换参数对变电站设备模型进行索引和重编码，完成变电站三维场景的数据压缩。
[0062]每一组子部件模型，只需记录其基准模型及每个模型的空间变换参数，这样就可以极大的减少模型文件是数据量，其编码格式如图3所示。对子部件模型进行数据压缩编码时，模型的位置坐标、旋转角度为必要的空间变换参数，缩放比例为非必要的空间变换参数。但是，如果去掉缩放比例这一参数将会导致子部件模型种类大大增多，增加模型数据处理时间。
[0063]相应的，图4示出了本发明实施例中的对变电站三维模型实现数据压缩的系统结构示意图，该系统包括有:
[0064]遍历模块，用于遍历变电站三维设备模型中的子部件模型数据；
[0065]分组匹配模块，用于通过模型特征匹配方法对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配；
[0066]基准模型获取模块，用于从每一类子部件模型集合中获取一个基准模型；
[0067]变换参数获取模块，用于基于基准模型计算所涉及该类中所有部件模型相对于基准模型的空间变换参数；
[0068]数据压缩模块，根据计算出的空间变换参数对变电站设备模型进行索引和重编码，完成变电站三维场景的数据压缩。
[0069]需要说明的是，该空间变换参数包括:相应于基准模型的平移大小、相对于基准模型的旋转角度、相应于基准模型的缩放比例。
[0070]综上，在本发明实施例针对现有变电站设备模型被重复使用的特点，在实现数据传输之前，遍历变电站三维设备模型中的子部件模型数据，完成对数据的压缩，对变电站三维场景中同一类型的模型先进行匹配分组，基于基准模型进行同一编码，大大减少了变电站三维场景的数据流，实现了变电站三维场景的数据压缩，从而提高了变电站三维场景的传输效率。
[0071]本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括:只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
[0072]以上对本发明实施例所提供的对变电站三维模型实现数据压缩的方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种对变电站三维模型实现数据压缩的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 遍历变电站三维设备模型中的子部件模型数据； 通过模型特征匹配方法对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配，从每一类子部件模型集合中获取一个基准模型； 基于基准模型计算所涉及该类中所有部件模型相对于基准模型的空间变换参数； 根据计算出的空间变换参数对变电站设备模型进行索引和重编码，完成变电站三维场景的数据压缩。
2.如权利要求1所述的对变电站三维模型实现数据压缩的方法，其特征在于，所述空间变换参数包括:相应于基准模型的平移大小、相对于基准模型的旋转角度、相应于基准模型的缩放比例。
3.如权利要求1所述的对变电站三维模型实现数据压缩的方法，其特征在于，所述通过模型特征匹配方法对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配包括: 提取子部件模型包围盒，记录包围盒中心位置作为子部件模型中心位置； 移动子部件模型，使中心位置位于空间坐标原点，长、宽、高分别平行于空间坐标系的X轴、y轴和z轴,记录子部件模型分别绕X轴、y轴、z轴的旋转角度； 将子部件模型往xy平面、yz平面和Xz平面投影，将X轴、y轴、z轴与投影相交的部分100等分，计算得到投影外轮廓的坐标位置； 根据得到的坐标位置，判断该模型与之前遍历的模型在Xy、yz和XZ三个平面的投影是否完全相同，并完成模型的同类与不同类的划分； 在遍历完所有子部件模型后，基于模型特征为所有子部件模型进行分组。
4.如权利要求3所述的对变电站三维模型实现数据压缩的方法，其特征在于，所述完成模型的同类与不同类的划分包括: 判断该模型与之前遍历的模型在xy、yz和XZ三个平面的投影完全相同，判别为同一类，模型使用次数加I ;如果不完全相同，但满足一定的比例变化，判别为同一类，模型使用次数初始化为I ; 根据得到的坐标位置，判断该模型与之前遍历的模型在xy、yz和xz三个平面的投影不相同，也不满足一定的比例变化，则判断该模型与之前的模型不同类。
5.如权利要求4所述的对变电站三维模型实现数据压缩的方法，其特征在于，所述从每一类子部件模型集合中获取一个基准模型具体为: 选择每一组中使用次数最多的子部件模型作为该组的基准模型。
6.如权利要求5所述的对变电站三维模型实现数据压缩的方法，其特征在于，所述基于基准模型计算所涉及该类中所有部件模型相对于基准模型的空间变换参数包括: 遍历每一组子部件模型，将每组基准模型包围盒中心点移动到空间坐标系原点，旋转基准模型，使其包围盒长、宽、高分别平行于空间坐标系X轴、y轴、z轴； 记录每一个子部件模型的空间位置坐标； 旋转基准模型，使基准模型的包围盒的长、宽、高分别平行子部件模型包围盒的长、宽、高，得到子部件模型空间旋转角度； 计算子部件模型包围盒与基准模型包围盒的长、宽、高比，得到子部件模型空间缩放比例； 重复上述所有步骤，直至得到所有子部件模型相对于所对应的基准模型的空间变换参数。
7.一种对变电站三维模型实现数据压缩的系统，其特征在于，所述系统包括: 遍历模块，用于遍历变电站三维设备模型中的子部件模型数据； 分组匹配模块，用于通过模型特征匹配方法对变电站设备模型中的子部件进行分组匹配； 基准模型获取模块，用于从每一类子部件模型集合中获取一个基准模型； 变换参数获取模块，用于基于基准模型计算所涉及该类中所有部件模型相对于基准模型的空间变换参数； 数据压缩模块，根据计算出的空间变换参数对变电站设备模型进行索引和重编码，完成变电站三维场景的数据压缩。
8.如权利要求7所述的对变电站三维模型实现数据压缩的系统，其特征在于，所述空间变换参数包括:相应于基准模型的平移大小、相对于基准模型的旋转角度、相应于基准模型的缩放比例。
【文档编号】G06T17/00GK104167017SQ201410342590
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】柏吉宽, 陈永波, 段新辉, 李军锋, 熊山 申请人:广东电网公司教育培训评价中心, 北京科东电力控制系统有限责任公司