基于BIM的变电站吊装轨迹规划优化方法及系统与流程

本发明涉及数据处理。更具体地，本发明涉及基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法及系统。

背景技术：

1、在高压变电站狭小空间内进行重型设备吊装时，通常采用基于bim模型（建筑信息模型，buildinginformationmodeling）的轨迹规划方法，通过提取带电设备的三维几何轮廓进行空间碰撞检测，得到吊装路径。

2、然而，带电高压设备周围因高电压和大湿度共同作用，会在设备外壳之外形成一个空气绝缘强度随空间距离非线性衰减的电晕放电与电弧闪络危险区域，其范围远大于设备自身尺寸。

3、如果仅依赖静态几何轮廓进行刚性避障规划，无法识别和规避此类隐性电气风险，吊装物可能在未发生接触的情况下侵入放电临界区。

4、此外，吊装物通过柔性钢丝绳悬吊，在高空受阵风和起重机吊臂制动惯性影响会产生低频侧向钟摆式偏移，偏移幅度随起升高度和风速而变化。

5、现有方法通常以设备外形生成固定的静态包络面，不能反映实际风偏导致的动态空间占用变化。同时，常规路径搜索算法采用二元碰撞判定，一旦预测路径节点与障碍区域发生重叠即直接舍弃，在设备密集的狭小空间内极易导致无可用安全节点的困境，造成轨迹规划失败。

6、因此，如何在吊装轨迹规划中同时考虑电气绝缘安全与动态占位的双重约束，将空气绝缘强度衰减特性量化为连续的安全梯度场，结合实时工况动态生成吊装物干涉包络，并依循势场梯度引导进行柔性路径修正，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、现有技术中，如何在吊装轨迹规划中同时考虑电气绝缘安全与动态占位的双重约束，将空气绝缘强度衰减特性量化为连续的安全梯度场，结合实时工况动态生成吊装物干涉包络，并依循势场梯度引导进行柔性路径修正，成为本领域亟待解决的技术问题。为解决该问题，本发明在如下的多个方面中提供方案。

2、第一方面，本发明提供基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法，采用如下的技术方案：

3、从bim模型提取带电设备几何轮廓，获取标称电压和绝对湿度，沿设备外表面法向建立三维网格化绝缘安全度场域，对每个节点基于其到设备表面的最短距离、所述电压和湿度计算绝缘影响因子，构成连续梯度势场；

4、实时采集起升高度和风速，基于单摆模型确定吊装物最大侧向偏移并转换为空间扩展系数，沿静态包络面的各三角面片法线方向向外平移由最大侧向偏移及安全裕度所确定的距离，得到动态包络；

5、负梯度排斥修正与安全迭代收敛，轨迹迭代时，检测动态包络与该绝缘安全度场域的空间重叠，若重叠超限则提取重叠区内极限绝缘影响因子节点，计算其负梯度作为排斥向量修正路径点，重复直至重叠区最大绝缘影响因子低于安全阈值，输出吊装轨迹。

6、优选地，所述从bim模型提取带电设备几何轮廓，获取标称电压和绝对湿度，包括：从bim模型数据库解析并提取目标带电设备的三维几何轮廓网格集合，所述集合包含设备外壳表面的拓扑多边形顶点与法向量数据；通过现场电气设备控制柜直连的拓扑监测数据总线接口，实时读取与目标带电设备对应的标称电压；通过分布式部署的温湿度传感网络，获取并融合计算当前环境的绝对湿度。

7、优选地，所述计算绝缘影响因子，包括计算1加湿度影响系数与绝对湿度之积的和：计算所述最短距离除以所述和，再乘以介电衰减系数后取负值作为指数，以自然常数为底进行指数运算，最后与标称电压相乘，得到绝缘影响因子。

8、优选地，所述实时采集起升高度和风速，包括：通过部署在起重机卷扬机主轴上的旋转光电编码器，实时采集缆绳有效起升高度；通过安装在起重机吊臂顶端的超声波风速测风仪阵列获取原始风速数据，并经卡尔曼滤波平滑处理，得到所述风速。

9、优选地，所述检测动态包络与该绝缘安全度场域的空间重叠，若重叠超限则提取重叠区内极限绝缘影响因子节点，包括：在轨迹迭代过程中，将所述动态包络平移到当前预测路径点位置；执行空间布尔相交运算，确定所述动态包络与所述绝缘安全度场域之间的空间重叠区域；当所述空间重叠区域内的最大绝缘影响因子超过安全阈值时，遍历所述空间重叠区域内的全部网格节点，对比各节点所对应的绝缘影响因子，提取绝缘影响因子最大的节点作为极限绝缘影响因子节点。

10、优选地，所述计算其负梯度作为排斥向量修正路径点，包括：计算所述绝缘影响因子在所述极限绝缘影响因子节点处的空间梯度向量；取所述空间梯度向量的相反方向并进行长度归一化，得到单位排斥方向向量，将所述单位排斥方向向量乘以预设的梯度步长调节系数，得到排斥向量；将当前路径点坐标加上预设的轨迹牵引方向向量，再加上所述排斥向量，获得修正后的路径点坐标。

11、优选地，所述重复直至重叠区最大绝缘影响因子低于安全阈值，包括：在每次得到修正后的路径点后，将修正后的路径点作为新的待检验空间节点，重新计算所述动态包络与所述绝缘安全度场域的新重叠区内的最大绝缘影响因子；当所述最大绝缘影响因子小于或等于所述安全阈值时，终止迭代并输出当前路径点作为吊装轨迹节点；否则，继续提取新重叠区内的极限绝缘影响因子节点并进行排斥向量修正。

12、优选地，所述安全阈值包括：将所述标称电压乘以可靠系数，再乘以以自然常数为底的指数项，所述指数项的指数为负的介电衰减系数与所述预设最小安全距离之积除以1加湿度影响系数与绝对湿度之积的和；若无法获取所述预设最小安全距离，则采用所述标称电压乘以经验系数作为所述安全阈值。

13、优选地，所述动态包络由三角面片网格构成。

14、第二方面，本发明提供基于bim的变电站吊装轨迹规划优化系统，采用如下的技术方案：基于bim的变电站吊装轨迹规划优化系统包括：处理器和存储器，存储器存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现上述基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法。

15、本发明实施例至少具有如下有益效果：

16、（1）通过提取设备几何轮廓并融合标称电压与现场绝对湿度，沿法向构建基于指数衰减的绝缘影响因子场，形成连续的电气安全梯度势场，相当于将不可见的电晕放电及电弧闪络风险转化为可量化的空间约束，使得轨迹规划能够精确避开电气绝缘薄弱区间，降低隐性放电风险。

17、（2）基于动态干涉包络生成，基于实时采集的缆绳起升高度与风速，利用受迫单摆模型量化吊装物的最大侧向摆幅，并通过包络裕度补偿常数将其转化为动态空间扩展系数，对设备静态包络面实施同向形态学膨胀，生成的动态干涉包络能够真实涵盖实际吊装过程中因阵风及惯性力导致的偏移空间，从而显著降低因理论模型与现实脱节引发的碰撞或放电风险。

18、（3）基于梯度排斥迭代修正，避开了常规二元检测在狭窄环境中的路径搜索停滞问题，利用重叠区内绝缘影响因子的负梯度作为柔性排斥力，对越界节点实施迭代修正，使规划算法能够在电气危险势场引导下，自适应地将搜索方向推挤至安全区域，最终于牵引与排斥平衡中稳定收敛出符合双重约束的可行轨迹，大幅增强了极端拥挤空间下路径规划的成功率和鲁棒性。

1.基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法，其特征在于，所述从bim模型提取带电设备几何轮廓，获取标称电压和绝对湿度，包括：

3.根据权利要求1所述的基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法，其特征在于，所述计算绝缘影响因子，包括：

4.根据权利要求1所述的基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法，其特征在于，所述实时采集起升高度和风速，包括：

5.根据权利要求1所述的基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法，其特征在于，所述检测动态包络与该绝缘安全度场域的空间重叠，若重叠超限则提取重叠区内极限绝缘影响因子节点，包括：

6.根据权利要求1所述的基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法，其特征在于，所述计算其负梯度作为排斥向量修正路径点，包括：

7.根据权利要求1所述的基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法，其特征在于，所述重复直至重叠区最大绝缘影响因子低于安全阈值，包括：

8.根据权利要求5所述的基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法，其特征在于，所述安全阈值包括：

9.根据权利要求1所述的基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法，其特征在于，所述动态包络由三角面片网格构成。

10.基于bim的变电站吊装轨迹规划优化系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至9任一项所述的基于bim的变电站吊装轨迹规划优化方法。