基于三维建模的高压柜模块化布局智能设计系统的制作方法

本发明属于三维模型数据处理领域，具体涉及基于三维建模的高压柜模块化布局智能设计系统。

背景技术：

1、在高压柜模块化布局设计领域，现有的常规技术方案依赖通用的三维几何引擎进行模块摆放。在判定不同电压等级带电体之间的安全距离时，现有方案依据电压等级在三维模型外部单独建立虚拟包围盒，执行全局距离遍历计算。具体实现过程为，当接收到新模块的布局指令时，系统遍历已布局的所有模块的虚拟包围盒，逐一计算新模块虚拟包围盒与各个已布局模块虚拟包围盒之间的空间最短距离，再将计算出的空间最短距离与标准规定的电气间隙数值、爬电距离数值进行比对，依据比对结果判定布局是否干涉。

2、基于上述现有技术的具体实现方式，当高压柜内部布局密度增大、带电模块数量增多时，系统需要为新布局的模块遍历计算与所有已有模块之间的空间最短距离。这种全局距离遍历计算涉及三维空间中大量几何坐标点之间的相互比对运算，导致三维建模系统在执行布局干涉判定时产生数据处理延迟，无法在模块布局调整过程中提供实时的干涉反馈。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于三维建模的高压柜模块化布局智能设计系统，可以有效解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、基于三维建模的高压柜模块化布局智能设计系统，所述系统包括：三维模型数据解析组件，用于获取高压柜三维模型中各模块的几何边界数据与电压等级属性；

4、安全膨胀向量计算组件，用于依据所述电压等级属性对应的电气间隙与爬电距离标准，计算各带电体模块边界在三维空间中的安全膨胀向量；

5、空间索引构建组件，用于以所述安全膨胀向量作为节点划分依据，在三维空间坐标系中构建动态膨胀八叉树索引结构；

6、布局干涉检测组件，用于在接收到模块布局指令时，将待布局模块的目标坐标输入所述动态膨胀八叉树，通过查询所述目标坐标所在的八叉树节点及其相邻节点是否被已布局模块的安全膨胀区域占据，输出空间干涉判定结果；

7、布局调整组件，用于在存在干涉时，依据模块在三维布局中的优先级矩阵，计算所述待布局模块沿x轴、y轴、z轴的平移补偿向量，更新所述待布局模块在三维模型数据中的坐标参数并触发所述动态膨胀八叉树索引结构的节点状态重置。

8、优选的，所述三维模型数据解析组件具体用于：解析所述高压柜三维模型对应的文件数据，提取各模块的多边形网格顶点坐标；

9、将所述多边形网格顶点坐标沿x轴、y轴、z轴方向进行极值筛选，生成各模块的轴对齐包围盒作为所述几何边界数据；

10、读取所述高压柜三维模型中各模块的自定义属性字段，提取与电气连接相关的额定电压数值作为所述电压等级属性，并将所述轴对齐包围盒与所述额定电压数值进行绑定存储。

11、优选的，所述安全膨胀向量计算组件具体用于：调取预设的电压等级与物理距离映射表，查找所述额定电压数值对应的基础电气间隙数值与基础爬电距离数值；

12、获取所述高压柜内部填充的绝缘介质类型，依据所述绝缘介质类型对应的介电强度系数，对所述基础电气间隙数值与所述基础爬电距离数值进行乘法运算，生成修正后的目标间隙数值与目标爬电距离数值；

13、以所述轴对齐包围盒的6个面法向量为方向，将所述目标间隙数值与所述目标爬电距离数值中的最大值设定为对应方向的膨胀距离，组合生成所述安全膨胀向量。

14、优选的，所述空间索引构建组件具体用于：将所述高压柜三维模型的最大外接空间设定为所述动态膨胀八叉树的根节点空间；

15、针对当前待插入的已布局模块，计算所述已布局模块对应的安全膨胀向量的最大延伸距离，将所述最大延伸距离设定为当前层级的节点边长阈值；

16、判断所述根节点空间的边长是否大于所述节点边长阈值，若大于则将所述根节点空间等分为八个子空间节点，递归执行上述判断与等分操作直至子空间节点的边长小于或等于所述节点边长阈值；

17、将包含所述已布局模块的安全膨胀区域的子空间节点标记为占据状态。

18、优选的，所述布局干涉检测组件具体用于：在接收到所述待布局模块的布局指令后，提取所述待布局模块的几何中心点坐标作为所述目标坐标；

19、计算所述待布局模块的三维尺寸，依据所述待布局模块的电压等级属性计算对应的安全膨胀向量，生成所述待布局模块的测试膨胀空间；

20、在所述动态膨胀八叉树中定位所述目标坐标所处的叶子节点，提取所述叶子节点以及与所述叶子节点存在公共面的相邻叶子节点的状态标记；

21、将所述测试膨胀空间与状态标记为占据状态的叶子节点进行三维几何相交运算，在存在三维几何重叠时输出表征存在干涉的空间干涉判定结果。

22、优选的，所述布局调整组件具体用于：获取所述高压柜三维模型中所有模块的预配置优先级序列，依据所述预配置优先级序列构建包含模块标识与权重数值的所述优先级矩阵；

23、在输出所述空间干涉判定结果后，比较所述待布局模块与产生干涉的已布局模块在所述优先级矩阵中的权重数值；

24、在所述待布局模块的权重数值低于所述已布局模块的权重数值时，计算所述测试膨胀空间与所述已布局模块的安全膨胀区域在x轴、y轴、z轴方向的相交深度数值；

25、以所述相交深度数值加上预设的安全冗余偏移量作为所述平移补偿向量，将所述目标坐标加上所述平移补偿向量生成更新后的坐标参数。

26、优选的，所述安全膨胀向量计算组件还用于：获取所述高压柜所在环境的环境温度数据与环境湿度数据；

27、依据预设的温度离散系数表与湿度离散系数表，分别查询所述环境温度数据对应的第一修正因子与所述环境湿度数据对应的第二修正因子；

28、将所述第一修正因子与所述第二修正因子相加生成综合环境系数；

29、将所述综合环境系数与所述介电强度系数相乘生成最终介电系数，采用所述最终介电系数对所述基础电气间隙数值与所述基础爬电距离数值进行乘法运算，更新所述目标间隙数值与所述目标爬电距离数值。

30、优选的，所述空间索引构建组件还用于：在递归等分操作过程中，判断当前子空间节点内是否仅包含单一已布局模块的安全膨胀区域；

31、若当前子空间节点内仅包含单一已布局模块的安全膨胀区域，则停止对当前子空间节点的等分操作，并将当前子空间节点记录为完全占据状态；

32、若当前子空间节点内包含部分安全膨胀区域且存在未占据的空白区域，则将当前子空间节点记录为半占据状态；

33、若当前子空间节点内不包含任何安全膨胀区域，则将当前子空间节点记录为空闲状态，并将记录有完全占据状态、半占据状态、空闲状态的节点集合存入所述动态膨胀八叉树。

34、优选的，所述布局调整组件还用于：在计算出x轴、y轴、z轴三个方向的相交深度数值均大于零的情况下，分别计算x轴方向平移补偿向量对应的第一布线长度增加量、y轴方向平移补偿向量对应的第二布线长度增加量、z轴方向平移补偿向量对应的第三布线长度增加量；

35、将所述第一布线长度增加量、所述第二布线长度增加量、所述第三布线长度增加量输入预设的代价评估函数，输出代价数值最小的目标平移补偿向量；

36、采用所述目标平移补偿向量替换所述平移补偿向量，对所述目标坐标进行更新。

37、优选的，所述布局干涉检测组件还用于：在所述高压柜三维模型中识别出类型为运动部件的已布局模块；

38、提取所述运动部件的初始位置坐标与终止位置坐标，将所述初始位置坐标与所述终止位置坐标之间的连线进行离散化处理生成一系列轨迹插值点；

39、针对每一个轨迹插值点，计算所述运动部件对应的安全膨胀向量，生成对应插值点的轨迹膨胀空间；

40、将所述待布局模块的测试膨胀空间分别与每一个轨迹插值点的轨迹膨胀空间进行三维几何相交运算，在任意一个轨迹插值点存在三维几何重叠时输出表征存在干涉的空间干涉判定结果。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

42、1.通过获取各模块的几何边界数据与电压等级属性计算安全膨胀向量，并以安全膨胀向量作为节点划分依据构建动态膨胀八叉树，将电气安全距离约束直接转化为空间索引节点的占据判定。在接收到模块布局指令时，将待布局模块的目标坐标输入动态膨胀八叉树，查询目标坐标所在叶子节点及相邻叶子节点的状态标记，结合测试膨胀空间进行三维几何相交运算输出空间干涉判定结果，排除了对三维模型全局节点的遍历计算，降低了布局干涉检测过程的算力消耗，缩短了响应时间。在存在干涉时，依据包含权重数值的优先级矩阵比较待布局模块与已布局模块的优先级，计算相交深度与安全冗余偏移量生成平移补偿向量并更新坐标参数，排除了带电体间电气间隙不足的隐患。

43、2.通过获取环境温度数据与环境湿度数据查询对应的第一修正因子与第二修正因子生成综合环境系数，采用综合环境系数与介电强度系数相乘更新基础电气间隙数值与基础爬电距离数值，使安全膨胀向量的生成贴合高压柜实际运行环境。在构建动态膨胀八叉树时，依据子空间节点内安全膨胀区域的包含情况将节点状态划分为完全占据状态、半占据状态与空闲状态，优化了空间索引节点的存储与查询逻辑。针对运动部件提取初始位置坐标与终止位置坐标之间的轨迹插值点生成轨迹膨胀空间，将测试膨胀空间与轨迹膨胀空间进行相交运算，排除了布局模块与运动部件在运动轨迹上的空间干涉。通过计算各坐标轴方向平移补偿向量对应的布线长度增加量并输入代价评估函数，选取代价数值最小的目标平移补偿向量更新坐标，降低了模块位置调整带来的线束布线长度增加量。