一种基于数据融合的二次设备三维建模方法与流程

本技术属于变电站设备管理，具体涉及一种基于数据融合的二次设备三维建模方法。

背景技术：

1、随着电力系统规模的不断扩大和智能电网的推进，变电站在电网安全稳定运行中发挥着核心作用。变电站中的电气设备分为一次设备和二次设备，一次设备是变电站运行的主要动力，发挥生产、分配、输送以及使用电力的功能，包括发电机、变压器、断路器、互感器、母线、电力电缆和输电线路等；二次设备用于监测、控制和保护一次设备，不直接参与电能的传输，常见的二次设备包括计量仪表、继电保护装置、控制开关和智能终端等。对这些电气设备进行三维建模，能满足现代电网对变电站的高效、智能和全生命周期管理的需求。

2、目前基于二次设备的纸质说明书和实物照片进行三维建模，或采用激光扫描设备对二次设备进行扫描，获取设备点云数据以此建模。但是这些现有技术对二次设备进行建模时仅能覆盖到屏柜层级，无法精确体现屏柜内部结构和电气接口的实际参数，且建模结果没有与二次设备的运维数据（包括设备台账、运行状态、故障信息、检修记录等）进行深度关联，导致模型与设备数据脱节，无法实现对变电站的高效、智能管理。

技术实现思路

1、本技术提出了一种基于数据融合的二次设备三维建模方法，能够解决现有技术中二次设备建模的精细度不足，未与设备运维数据进行合理融合，难以实现对变电站精确管理的问题。

2、本技术的第一方面提供了一种基于数据融合的二次设备三维建模方法，所述方法包括：

3、采集二次设备的多源基础数据，所述多源基础数据包括变电站渲染图、二次设备的设备实景图像、cad图纸、设备配置文件和设备外形尺寸和电气接口参数；

4、根据设备id编码，按照变电站的拓扑层级构建二次设备的设备台账树；

5、基于预设的多层级结构，通过所述多源基础数据对二次设备进行分层建模，得到初始三维模型；

6、根据所述设备台账树，对初始三维模型进行数据映射和融合，输出二次设备的标准化模型文件。

7、上述方案从多个数据源中采集与变电站、二次设备及周围环境有关的数据，能获知二次设备及其关键部位的高清图像，可在后续三维建模时提升建模精细度。根据变电站内各功能区域的划分和功能区域内的二次设备放置情况，按照变电站的拓扑层级构建对应的设备台账树。所述设备台账树的节点颗粒度与后续的三维模型一致，能为数据映射和融合提供绑定依据。为了提升二次设备建模精度，对二次设备进行分层建模，精确到设备的插件、端口和线缆，并使用设备外形尺寸度建模过程进行校验，以精准还原设备外形轮廓和整体结构，确保构建的模型与二次设备的实际尺寸偏差符合精度标准。最后基于设备台账树，通过设备id编码将初始三维模型和相关的多源基础数据进行关联和绑定，以实现点击模型任意部位都可快速调取对应部位的参数信息，实现数模一体化，提升三维模型的实用性。

8、在第一方面的一种可能的实现方法中，对所述多源基础数据进行预处理，包括数据筛选、图像校正和数据标准化。

9、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据设备id编码，按照变电站的拓扑层级构建二次设备的设备台账树，具体为：

10、按照变电站的拓扑层级，以变电站为第一层，各功能区域为中间层，所述功能区域内的柜设施为最后一层，构建台账树层级；其中，根据不同的电压等级，从变电站中划分出各功能区域；所述柜设施，包括屏柜和控制柜，用于放置二次设备；

11、分别构建变电站、各功能区域和所述柜设施对应的节点，根据台账树层级和设备id编码，对所述节点进行层级排序，得到所述设备台账树。

12、上述方案以变电站为开端，对变电站进行区域划分，确定各二次设备的安装位置和归属，为生成设备id编码提供合理逻辑。在构建设备台账树时，根据台账树层级对各节点进行划分，并确保节点颗粒度与后续三维模型的颗粒度一致，进而保证数据结构的一致，为后续的数据关联和映射提供基础，以此构建对应的设备台账树。

13、在第一方面的一种可能的实现方法中，分别构建变电站、各功能区域和所述柜设施对应的节点，根据台账树层级和设备id编码，对所述节点进行层级排序，得到所述设备台账树，具体为：

14、先建立变电站的节点，在变电站的节点下构建各功能区域的节点；然后在各功能区域的节点下构建对应的所述柜设施的节点；

15、根据台账树层级对所有节点进行层级排序，并根据所述柜设施内放置的二次设备，将对应的设备id编码标注到所述柜设施的节点下，以构建所述设备台账树。

16、上述方案以“变电站-功能区域-柜设施”的层级搭建对应的设备台账树。根据设备台账树，可明确各二次设备的归属情况和放置位置。并且将对应的设备id编码标注到所述柜设施的节点下，可依据生成对应的设备id编码，为后续的三维建模提供数据支撑。

17、在第一方面的一种可能的实现方法中，基于预设的多层级结构，通过所述多源基础数据对二次设备进行分层建模，得到初始三维模型，具体为：

18、所述多层级结构从第一层到最后一层依次为变电站、功能区域、柜设施、二次设备、插件、端口和线缆；

19、以设备外形尺寸为约束条件，通过所述多源基础数据依次对所述多层级结构的各层进行建模，对建模结果进行校准，将校准后的结果与预设的标准模型进行对比和细节调整，得到初始三维模型。

20、上述方案不同于直接对二次设备进行三维建模，而是采用多层级策略分别对变电站、功能区域、柜设施、二次设备、插件、端口和线缆进行三维建模，以设备外形尺寸为约束条件，精准还原设备外形轮廓、整体结构，明确设备的安装基准、外形尺寸、关键部位位置，确保三维模型与物理设备的尺寸偏差符合精度标准。最后通过细节调整精准建模的关键部位，还原细节的外形、尺寸、位置，确保细节与实物完全一致，提升建模精度。

21、在第一方面的一种可能的实现方法中，以设备外形尺寸为约束条件，通过所述多源基础数据依次对所述多层级结构的各层进行建模，具体为：

22、通过预设的接口参数化配置模块加载所述多源基础数据，根据加载后的所述多源基础数据，对变电站、功能区域、柜设施、二次设备、插件、端口和线缆分别进行三维建模；

23、其中，根据变电站渲染图对变电站内的建筑和电气设备进行三维建模；根据各功能区域的平面布置图和全景视频，对各功能区域内的建筑和电气设备进行三维建模；根据柜设施的现场图像和组屏图纸，通过定义柜设施的几何参数对柜设施进行三维建模；从加载后的所述多源基础数据中提取出插件的外观特征和端口的外观特征，根据插件的外观特征对插件进行三维建模，根据端口的外观特征对端口进行三维建模；从加载后的所述多源基础数据中提取出线缆的起止坐标、线缆类型及编号和各二次设备之间的线缆连接关系，对线缆进行三维建模。

24、在第一方面的一种可能的实现方法中，对二次设备进行三维建模的过程为：

25、从加载后的所述多源基础数据中提取二次设备的外观特征和安装参数，根据所述外观特征和安装参数对二次设备进行三维建模，得到二次设备模型；

26、根据二次设备在柜设施中的实际位置，将二次设备模型嵌入构建好的柜设施模型中。

27、上述方案对二次设备进行建模时，还根据二次设备的安装参数进行精细化建模，并通过坐标匹配将二次设备模型嵌入构建好的柜设施模型中。

28、在第一方面的一种可能的实现方法中，对初始三维模型进行轻量化处理和精细化处理，具体为：

29、保留初始三维模型中二次设备的关键几何特征、拓扑关系和关键电气参数，对初始三维模型进行几何简化、数据压缩和冗余信息剔除；

30、根据所述设备实景图像和电气接口参数，对初始三维模型的关键部位进行细节优化；

31、其中，关键几何特征和关键电气参数均是根据实际建模需求设置的；所述关键部位包括电气接口、按钮、标识、接线端子和铭牌。

32、上述方案通过轻量化处理，保留模型的关键特征，简化、去除不必要的数据以降低模型数据量、简化模型复杂度，以实现模型快速加载。通过精细化处理，对模型细节进行优化，还原细节的外形、尺寸、位置，确保细节与实物完全一致，实现模型与物理实体在几何形态、拓扑关系、关键信息上高度匹配。

33、在第一方面的一种可能的实现方法中，根据所述设备台账树，对初始三维模型进行数据映射和融合，输出二次设备的标准化模型文件，具体为：

34、根据设备id编码，将初始三维模型和所述设备台账树进行关联，得到关联关系；

35、根据关联关系，将设备配置文件映射到初始三维模型中；

36、分别将插件信息、端口信息和线缆信息与初始三维模型中插件模型、端口模型和线缆模型进行数据融合；

37、结合数据映射结果和数据融合结果，得到所述标准化模型文件。

38、上述方案将相关的数据映射到模型中，并绑定到对应的设备节点中，实现模型与数据的关联，点击模型任意部位，可快速调取对应部位的参数信息、台账记录、运行数据，实现数模一体化，提升模型实用性。通过数据融合，实现插件与端口的三维可视化。

39、在第一方面的一种可能的实现方法中，结合数据映射结果和数据融合结果，得到所述标准化模型文件，具体为：

40、结合数据映射结果和数据融合结果，得到校验合格后的二次设备模型；

41、以预设的统一标准格式导出校验合格后的二次设备模型，得到所述标准化模型文件；

42、构建一个模型库，根据所述标准化模型文件，将不同的二次设备模型在所述模型库中进行分类存储。

43、上述方案通过构建模型库，为实现模型的重复复用提供基础。当模型部分部件更新后，能通过更新后的模型库对现有三维模型进行快速变更，确保模型的时效性。