一种基于3D扫描的监控系统模型构建方法与流程

一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法
技术领域
1.本发明属于监控系统构建领域，具体涉及一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法。


背景技术：

2.监控系统广泛应用于电力、能源、交通、生产制造等领域，主要功能是实时获取传感器、设备、控制系统的运行状态，为操作人员提供现场设备运行信息。然而，长期以来，监控系统的构建主要依靠人工设计监控软件，手工设计被监控对象的3d模型，其构建过程不仅复杂，且构建的3d模型与实际被监控对象难以保持一致。此外，由于生产工艺的调整，实际被监控对象的空间位置和结构可能经常变动，传统监控软件建模方法需要人工调整软件，导致监控软件的维护工作量大。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法，以解决现有的监控系统构建过程不仅复杂，且构建的3d模型与实际被监控对象难以保持一致，且需要人工调整软件，导致监控软件的维护工作量大的问题。
5.(二)技术方案
6.为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法，该方法包括如下步骤：
7.s101：采用3d扫描设备同时获取管网所在空间三维点云数据和图像数据；
8.s102：通过图像分析，识别图像中的管网对象；
9.s103：将三维点云数据和图像数据进行融合，计算得到管网对象在三维空间中的坐标；
10.s104：依次连接所获得的管网对象空间坐标得到管网的拓扑模型；
11.s105：利用传感器的空间坐标和测量数据建立传感器关联模型。
12.进一步地，所述s101中，管网为通过设备和物理管线连接的网络系统。
13.进一步地，所述s101中，管网为供电网络、供水管网、燃气管网或通讯网络。
14.进一步地，所述监控系统模型包括管网的拓扑模型和传感器关联模型。
15.进一步地，所述s102具体包括：通过计算机视觉目标检测算法和软件，识别图像中的管网对象。
16.进一步地，所述目标检测算法包括：yolo、rcnn和transformer。
17.进一步地，所述s102，识别图像中的管网对象包括管路、设备及管路和设备上的传感器，传感器包括流量计、温湿度计、电压表和电流表。
18.进一步地，所步骤s103具体包括：利用特征匹配技术将三维点云数据和图像数据进行融合，利用识别的对象的几何位置和基准坐标得到管网对象在三维空间中的坐标，基
准坐标任意选取，但必须唯一。
19.进一步地，所述s103中，管网对象在三维空间中的坐标，包括设备坐标、管路坐标及其传感器的空间坐标。
20.进一步地，所述s105中，利用传感器的空间坐标，获得传感器之间的空间位置关系，通过传感器与管路的关系建立传感器之间的关联模型。
21.(三)有益效果
22.本发明提出一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法，本发明公开了一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法；该方法包括以下步骤：s101：采用3d扫描设备同时获取被监测设备所在空间三维点云数据和图像数据；s102：通过图像分析，识别图像中的被监测设备对象；s103：将三维点云数据和图像数据进行融合，计算得到设备对象在三维空间中的坐标；s104：根据设备对象空间坐标自动连接设备对象模型得到被监测系统拓扑模型。s105：识别传感器对象，为其叠加空间位置信息，建立传感器空间关联模型。采用此方法可以在无需人工建模的情况下，自动建立与被监控对象一致的拓扑模型和传感器关联模型。
附图说明
23.图1为本发明某工业系统的局部示意图；
24.图2为本发明的监控系统模型；
25.图3为两个房间的温湿度测量示意图；
26.图4为本发明的方法流程图。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
28.本发明公开了一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法；该方法包括以下步骤：s101：采用3d扫描设备同时获取被监测设备所在空间三维点云数据和图像数据；s102：通过图像分析，识别图像中的被监测设备对象；s103：将三维点云数据和图像数据进行融合，计算得到设备对象在三维空间中的坐标；s104：根据设备对象空间坐标自动连接设备对象模型得到被监测系统拓扑模型。s105：识别传感器对象，为其叠加空间位置信息，建立传感器空间关联模型。采用此方法可以在无需人工建模的情况下，自动建立与被监控对象一致的拓扑模型和传感器关联模型。
29.本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法。采用此方法可以大幅降低人工构建监控系统模型的工作量和难度，且能保证所建立的建立系统模型(拓扑模型和传感器关联模型)与实际对象一致。
30.为了解决上述技术问题，本发明公开的一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法，包括以下步骤：
31.s101：采用3d扫描设备同时获取管网所在空间三维点云数据和图像数据；
32.s102：通过计算机视觉目标检测算法和软件，识别图像中的管网对象；目标检测算法包括但不限于yolo、rcnn、transformer等。
33.s103：利用特征匹配技术将三维点云数据和图像数据进行融合，利用识别的对象的几何位置和基准坐标得到管网对象在三维空间中的坐标，基准坐标可以任意选取，但必须唯一；
34.s104：依次连接所获得的管网对象得到管网的拓扑模型。
35.s105：利用传感器的空间坐标和测量数据建立传感器关联模型。连接同一管路的传感器或同一区域内的传感器测量数据具有强相关性，利用进出同一封闭区域的物质能量平衡或统计建模方法可以建立传感器的关联模型。
36.另外，根据本发明上述实施例的一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法还可以具有如下附加的技术特征：
37.在一些示例中，所述s101中，管网是指供电网络、供水管网、燃气管网、通讯网络等通过设备和物理管线连接的网络系统。
38.在一些示例中，所述监控系统模型是指管网的拓扑模型和传感器关联模型。
39.在一些示例中，所述s102，识别图像中的管网对象包括管路、设备及管路和设备上的传感器，包括但不限于流量计、温湿度计、电压表、电流表。
40.在一些示例中，所述s103，计算得到管网对象在三维空间中的坐标，包括设备坐标、管路坐标及其传感器的空间坐标。
41.在一些示例中，所述s104，管网对象包括设备、管路和传感器。
42.在一些示例中，所述s105，利用传感器的空间坐标，进一步获得传感器之间的空间位置关系，进一步通过传感器与管路的关系建立传感器之间的关联模型。
43.实施例1：
44.如图1所示的某工业系统的局部示意图，经过3d扫描获取点云和图像后，经过对象识和特征匹配，可以得到图2所示的监控系统模型，该模型可以表征原工业系统的拓扑结构和传感器的关联关系。
45.图3是两个房间的温湿度测量示意图，经过3d扫描后，可以知道a1、a2、a3、a4同属于房间a，b1、b2属于房间b，那么可以根据a1、a2、a3、a4之间的相对位置及其测量数据建立他们之间的关联模型，也可以根据b1、b2的位置和测量数据建立其关联模型。
46.实施例2：
47.本发明公开了一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法及装置，包括以下步骤：
48.s101：采用3d扫描设备同时获取管网所在空间三维点云数据和图像数据；
49.s102：通过图像分析，识别图像中的管网对象；
50.s103：将三维点云数据和图像数据进行融合，计算得到管网对象在三维空间中的坐标；
51.s104：依次连接所获得的管网对象空间坐标得到管网拓扑模型。
52.s105：利用传感器的空间坐标和测量数据建立传感器关联模型。
53.进一步地，所述s101中，管网是指供电网络、供水管网、燃气管网、通讯网络等通过设备和物理管线连接的网络系统。
54.进一步地，所述监控系统模型是指管网的拓扑模型和传感器关联模型。
55.进一步地，所述s102中，识别图像中的管网对象包括管路、设备及管路和设备上的传感器，包括但不限于流量计、温湿度计、电压表、电流表。
56.进一步地，所述s103中，计算得到管网对象在三维空间中的坐标，包括设备坐标、管路坐标及其传感器的空间坐标。
57.进一步地，所述s104中，管网对象包括设备、管路和传感器。
58.进一步地，所述s105中，利用传感器的空间坐标，进一步获得传感器之间的空间位置关系，从而建立传感器关联模型，进一步通过传感器与管路的关系建立传感器之间的关联模型。
59.本发明公开了一种基于3d扫描的监控系统模型构建方法；该方法包括以下步骤：s101：采用3d扫描设备同时获取被监测设备所在空间三维点云数据和图像数据；s102：通过图像分析，识别图像中的被监测设备对象；s103：将三维点云数据和图像数据进行融合，计算得到设备对象在三维空间中的坐标；s104：根据设备对象空间坐标自动连接设备对象模型得到被监测系统拓扑模型。s105：识别传感器对象，为其叠加空间位置信息，建立传感器空间关联模型。采用此方法可以在无需人工建模的情况下，自动建立与被监控对象一致的拓扑模型和传感器关联模型。
60.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。