CN112687012A - 一种基于三维可视化管控平台的孤岛信息融合方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于三维可视化管控平台的孤岛信息融合方法，其特征在于包括以下步骤：整个变电站的所有设备进行三维BIM建模，再以三维BIM建模为载体，分别接入4A系统的台账数据、线监测数据、视频监控数据、巡检机器人的红外影像数据、实时预览数据与三维BIM建模进行关联，将BIM模型与真实视频流信息进行视频信息融合后输出展示，进而描绘出变电站空间立体的形态，解决了变电站项目在设计、施工和运营过程中的信息互通和共享，能够将各类视频信息进行融合，形成逼真直观的三维模型，并能以高度仿真的形式进行呈现。
Description
技术领域
本发明涉及一种视频信息的融合方法，尤其涉及一种基于三维可视化管控平台的孤岛信息融合方法，属于信息处理技术领域。
背景技术
长期以来，在电力工程项目的建设过程中，有许多规模小、专业化的参与者，但设计、施工和运营过程基本相互隔绝，缺少一种共同的交互平台，信息无法整合和共享，造成信息流失、信息传递失误，导致信息的无序流动，阻碍工程建设。同时，我国电力系统的变电站规模越来越大，导致信息的无序流动，阻碍工程建设。同时，我国电力系统的变电站规模越来越大，结构越来越复杂，设备更加先进，传统的变电站施工管理及运维管理模式正面临巨大的挑战。
国外建筑设计领域已广泛应用建筑信息技术（BIM），核心是一个由计算机三维模型所形成的数据库，以还原真实空间的三维复杂形态，引入虚拟现实技术，实现在虚拟建筑中的漫游，展示建筑成长的过程。这些数据库信息在建筑全过程中动态变化调整，并可以及时准确的调用系统数据库中包含的相关数据，加快决策进度、提高决策质量，使设计、施工、运维等进行信息的共享和管理，从而提高项目质量，降低项目成本。
一直缺乏一种能够将电力工程中，特别是将变电站涉及的建筑、设备、管道、水电等所有物理存在形式及相关各类信息进行数字化，并将各类视频信息进行融合，形成逼真直观的三维模型，以高度仿真的形式进行呈现的技术手段。
发明内容
本发明的目的是针对现有的变电站项目在设计、施工和运营过程基本相互隔绝，信息无法整合和共享，无法形成逼真直观的三维模型，不能以高度仿真的形式进行呈现的缺陷和不足的问题，提供一种科学高效，算法合理，解决了变电站项目在设计、施工和运营过程中的信息互通和共享，能够将各类视频信息进行融合，形成逼真直观的三维模型，并能以高度仿真的形式进行呈现的一种基于三维可视化管控平台的孤岛信息融合方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种基于三维可视化管控平台的孤岛信息融合方法，其特征在于包括以下步骤：
a、首先对整个变电站的所有设备进行三维BIM建模，其中包括一次设备、二次设备、直流场、换流区的分布情况；
b、再以三维BIM建模为载体，接入变电站的台账数据进行关联；
c、其次接入在线监测数据并与三维BIM建模进行关联，在线监测数据通过数据接口的方式获取，并在三维的可视化场景中直观的显示相关的数据；
d、随后接入视频监控数据并与三维BIM建模进行关联，在三维画面场景中对应设置有多个摄像头模型，每个摄像头模型与现实场景中的摄像头实体进行数据关联，点击任意一个摄像头模型，就能够实时显示这个摄像头对应的监控视频画面；
e、然后接入巡检机器人的红外影像数据、实时预览数据，巡检机器人所采集的数据也会接入并显示在三维可视化管控平台上，能够直接看到接入的红外画面和数据；
f、最后将各类孤岛信息的数据统一通过三维模型载体进行融合，并对点云数据以及BIM模型数据进行经纬度调整并通过投影矩阵的变换进行融合，通过三维可视化管控平台将融合后的信息进行展示显现。
进一步的，所述f步骤中实现孤岛信息的融合方法具体方法如下：先对变电站内部设备进行BIM建模，形成BIM模型数据，其次通过WebGL技术加载点云数据并转化为WGS-84坐标，构建以观察者的眼睛为中心的视点坐标系，通过视图矩阵变换的方式将WGS-84坐标变换为初步视点坐标，随后通过WebGL技术加载BIM模型数据，通过视图矩阵变换的方式将WGS-84坐标变换为最终视点坐标，最后对点云数据以及BIM模型数据进行经纬度调整并通过投影矩阵的变换进行融合。
进一步的，所述孤岛信息的融合方法中视图矩阵变换的具体算法如下：
其中，
，
，经过视图矩阵的变换就可以得出视点坐标。
进一步的，所述孤岛信息的融合方法中投影矩阵的变换公式为：
其中，变换前的坐标为A(
,
,
)，变换后的坐标为B（
，
，
）。
本发明的有益效果是：
1．本发明对整个变电站的所有设备进行三维BIM建模，再以三维BIM建模为载体，分别接入4A系统的台账数据、线监测数据、视频监控数据、巡检机器人的红外影像数据、实时预览数据与三维BIM建模进行关联。
2、本发明将BIM模型与真实视频流信息进行视频信息融合后输出展示，进而描绘出变电站空间立体的形态，解决了变电站项目在设计、施工和运营过程中的信息互通和共享，能够将各类视频信息进行融合，形成逼真直观的三维模型，并能以高度仿真的形式进行呈现。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
本发明的一种基于三维可视化管控平台的孤岛信息融合方法，包括以下步骤：
a、首先对整个变电站的所有设备进行三维BIM建模，其中包括一次设备、二次设备、直流场、换流区的分布情况；
b、再以三维BIM建模为载体，接入变电站的台账数据进行关联；
c、其次接入在线监测数据并与三维BIM建模进行关联，在线监测数据通过数据接口的方式获取，并在三维的可视化场景中直观的显示相关的数据；
d、随后接入视频监控数据并与三维BIM建模进行关联，在三维画面场景中对应设置有多个摄像头模型，每个摄像头模型与现实场景中的摄像头实体进行数据关联，点击任意一个摄像头模型，就能够实时显示这个摄像头对应的监控视频画面；
e、然后接入巡检机器人的红外影像数据、实时预览数据，巡检机器人所采集的数据也会接入并显示在三维可视化管控平台上，能够直接看到接入的红外画面和数据；
f、最后将各类孤岛信息的数据统一通过三维模型载体进行融合，并对点云数据以及BIM模型数据进行经纬度调整并通过投影矩阵的变换进行融合，通过三维可视化管控平台将融合后的信息进行展示显现。
所述f步骤中实现孤岛信息的融合方法具体方法如下：先对变电站内部设备进行BIM建模，形成BIM模型数据，其次通过WebGL技术加载点云数据并转化为WGS-84坐标，构建以观察者的眼睛为中心的视点坐标系，通过视图矩阵变换的方式将WGS-84坐标变换为初步视点坐标，随后通过WebGL技术加载BIM模型数据，通过视图矩阵变换的方式将WGS-84坐标变换为最终视点坐标，最后对点云数据以及BIM模型数据进行经纬度调整并通过投影矩阵的变换进行融合。
所述孤岛信息的融合方法中视图矩阵变换的具体算法如下：
其中，
，
，经过视图矩阵的变换就可以得出视点坐标。
所述孤岛信息的融合方法中投影矩阵的变换公式为：
其中，变换前的坐标为A(
,
,
)，变换后的坐标为B（
，
，
）。
本发明首先需要获取点云数据，点云数据的获取有多种方式，例如三维激光扫描仪、高清摄像头或其它传感器设备获取点云数据。地面三维激光扫描获得的原始数据由离散矢量距离点构成，它是一个点的集合，称之为“点云”。建筑物的表面模型即由这些点集构成。在利用三维激光扫描仪对建筑物进行数据采集之前，需依据实地的地形、建筑物的大小与复杂程度等因素，设计合理的扫描路线，确定标靶数与标靶位置，确定合理的扫描范围、采样密度以及扫描距离。三维激光扫描仪最终获取的数据包括被扫描建筑物的点云数据与外置相机获取的影像信息。
在测区布设GPS参考点，并且加密图根测量点，并在各控制点上架设三维激光扫描仪或传感器设备，连接各种数据线和电源线，使三维激光扫描仪内置屏幕开机扫描。三维激光扫描仪工作过程中首先进行垂直方向的线扫描，然后按照设定的水平角分辨率水平转动，再进行垂直方向线扫描。这样的工作过程虽然很有规律的，但是得到的点云其实仍然比较散乱，建模之前对点云进行平滑是必要的。另外对于相当一部分建模对象，原始点云数据的密度过大，无谓增加了数据量，数据简化也是必要的。例如：扫描密度为：20cm/70m，扫描点云数据中存在植被等地物及噪声信息，为了提取三维立体模型，需要对此信息进行处理。
通过WebGL技术加载点云数据并转化为WGS-84坐标，构建以观察者的眼睛为中心的视点坐标系，通过视图矩阵变换的方式将WGS-84坐标变换为初步视点坐标。随后通过WebGL技术加载BIM模型数据，通过视图矩阵变换的方式将WGS-84坐标变换为最终视点坐标。通过两次视图矩阵变换，有效的将点云数据以及BIM模型数据融入到了视点坐标系中，并形成了准确的最终视点坐标。对点云数据以及BIM模型数据进行经纬度调整并通过投影矩阵的变换进行融合，将换流站的全貌三维图像通过Web技术加载在屏幕上显示出来，在三维窗口中将实时视频画面按照实际内容进行展现。
在视图矩阵变换中定义视觉原点坐标为（x，y，z），视图矩阵变换的具体算法如下：
其中，
，
，经过视图矩阵的变换就可以得出视点坐标。
另外，投影矩阵的变换公式为：
其中，变换前的坐标为A(
,
,
)，变换后的坐标为B（
，
，
）。在三维环境中，对于对象位置的变化，是通过控制对象模型的矩阵变化而实现的。如平移、缩放、旋转等。此过程中，采取的是齐次坐标系的方式表示物体在世界坐标系中的位置，用n+1维向量表示n维向量，比如用( x，y，z，h )作为可变参数，( x/h，y/h，z/h )则就表示三维空间中的坐标。
本发明将各类孤岛信息的数据统一通过三维模型载体进行融合，并对点云数据以及BIM模型数据进行经纬度调整并通过投影矩阵的变换进行融合，通过三维可视化管控平台将融合后的信息进行展示显现。
以上内容是结合具体实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认为本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，本发明还会有各种简单替换、改进和变化，所做出的各种简单替换、改进和变化，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于三维可视化管控平台的孤岛信息融合方法，其特征在于包括以下步骤：
a、首先对整个变电站的所有设备进行三维BIM建模，其中包括一次设备、二次设备、直流场、换流区的分布情况；
b、再以三维BIM建模为载体，接入变电站的台账数据进行关联；
c、其次接入在线监测数据并与三维BIM建模进行关联，在线监测数据通过数据接口的方式获取，并在三维的可视化场景中直观的显示相关的数据；
d、随后接入视频监控数据并与三维BIM建模进行关联，在三维画面场景中对应设置有多个摄像头模型，每个摄像头模型与现实场景中的摄像头实体进行数据关联，点击任意一个摄像头模型，就能够实时显示这个摄像头对应的监控视频画面；
e、然后接入巡检机器人的红外影像数据、实时预览数据，巡检机器人所采集的数据也会接入并显示在三维可视化管控平台上，能够直接看到接入的红外画面和数据；
f、最后将各类孤岛信息的数据统一通过三维模型载体进行融合，并对点云数据以及BIM模型数据进行经纬度调整并通过投影矩阵的变换进行融合，通过三维可视化管控平台将融合后的信息进行展示显现。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维可视化管控平台的孤岛信息融合方法，其特征在于：所述f步骤中实现孤岛信息的融合方法具体方法如下：先对变电站内部设备进行BIM建模，形成BIM模型数据，其次通过WebGL技术加载点云数据并转化为WGS-84坐标，构建以观察者的眼睛为中心的视点坐标系，通过视图矩阵变换的方式将WGS-84坐标变换为初步视点坐标，随后通过WebGL技术加载BIM模型数据，通过视图矩阵变换的方式将WGS-84坐标变换为最终视点坐标，最后对点云数据以及BIM模型数据进行经纬度调整并通过投影矩阵的变换进行融合。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维可视化管控平台的孤岛信息融合方法，其特征在于：所述孤岛信息的融合方法中视图矩阵变换的具体算法如下：
其中，
，
，经过视图矩阵的变换就可以得出视点坐标。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维可视化管控平台的孤岛信息融合方法，其特征在于：所述孤岛信息的融合方法中投影矩阵的变换公式为：
其中，变换前的坐标为A(
,
,
)，变换后的坐标为B（
，
，
）。
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