發(fā)布時(shí)間：2020-06-25 13:59

【摘要】：變電站設(shè)備識(shí)別是變電站智能化建設(shè)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。變電站智能化是為了實(shí)現(xiàn)智能電氣設(shè)備間信息共享的現(xiàn)代化變電站。變電站設(shè)備的三維識(shí)別就是通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別出未知變電站設(shè)備的類別、具體型號(hào),并呈現(xiàn)出變電站設(shè)備在環(huán)境中所處的位置和姿態(tài)情況。為了快速、高效地實(shí)現(xiàn)基于點(diǎn)云的變電站設(shè)備三維識(shí)別,本文提出了一種基于子空間特征向量K-近鄰分類的變電站設(shè)備識(shí)別方法。并且針對(duì)此識(shí)別算法中子空間大小和點(diǎn)云缺失比例對(duì)識(shí)別結(jié)果的影響進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括:(1)點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理。本文采用八叉樹(shù)編碼法對(duì)激光掃描儀獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云精簡(jiǎn)。為了提高算法的效率,同樣采用八叉樹(shù)編碼法進(jìn)行點(diǎn)云去噪。然后通過(guò)主方向貼合法對(duì)點(diǎn)云位置校準(zhǔn)。(2)點(diǎn)云特征提取。本文提出了一種新的子空間特征提取方法。把整體點(diǎn)云質(zhì)心與各子空間點(diǎn)云質(zhì)心連線相對(duì)于Z軸正方向夾角的余弦值作為特征,來(lái)反映各子空間點(diǎn)云相對(duì)于點(diǎn)云整體的分布情況。對(duì)選定的變電站設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)件提取特征,構(gòu)成模板特征庫(kù)和模板數(shù)據(jù)庫(kù)。(3)基于三維點(diǎn)云的變電站設(shè)備識(shí)別。本文采用K-近鄰分類法對(duì)點(diǎn)云設(shè)備識(shí)別分類。為了提高識(shí)別精度,用粒子群優(yōu)化各子空間的特征權(quán)重。實(shí)驗(yàn)證明,基于粒子群優(yōu)化的K-近鄰分類法,具有較高的識(shí)別效率。本文研究了不同子空間分割大小和不同程度點(diǎn)云缺失對(duì)于識(shí)別結(jié)果的影響。為了證明本文方法的有效性,將本文識(shí)別算法和改進(jìn)的ICP識(shí)別算法進(jìn)行對(duì)比。(4)識(shí)別算法封裝。將識(shí)別方法在Matlab中封裝成dll文件,并用C#調(diào)用dll文件。制作成變電站智能識(shí)別軟件,實(shí)現(xiàn)了具有標(biāo)準(zhǔn)件自動(dòng)添加、刪除的動(dòng)態(tài)模板庫(kù)和變電站設(shè)備自動(dòng)識(shí)別的功能。經(jīng)過(guò)對(duì)河南騰龍信息有限公司提供的90個(gè)待識(shí)別數(shù)據(jù)測(cè)試,本文識(shí)別算法識(shí)別準(zhǔn)確率在90%以上,并且容許低程度的點(diǎn)云缺失。實(shí)驗(yàn)證明,本文的識(shí)別算法在具有較好的識(shí)別準(zhǔn)確率的同時(shí),具有更令人滿意的識(shí)別效率。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;TM63
【圖文】：

2 總體設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)。三維激光掃描儀獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠良好的反映被掃描對(duì)象的外形特征，通過(guò)有效的點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理能提高點(diǎn)云識(shí)別的準(zhǔn)確性和效率。參考當(dāng)前的三維識(shí)別方法和較成熟的二維識(shí)別方法，基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的變電站設(shè)備識(shí)別方法具有識(shí)別技術(shù)的通用性。同時(shí)，也應(yīng)該考慮到變電站設(shè)備外形的特殊性。在針對(duì)變電站設(shè)備外形的基礎(chǔ)上進(jìn)行特征提取以及設(shè)備識(shí)別，能夠極大程度的滿足變電站設(shè)備識(shí)別的實(shí)現(xiàn)要求。通過(guò)在圖像處理方面深入的前期工作，相信在借鑒國(guó)內(nèi)外研究成果的精華上，是可以完成本項(xiàng)課題，并取得較好成果的。2.2 整體結(jié)構(gòu)本文的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容是基于三維點(diǎn)云的變電站設(shè)備識(shí)別。對(duì)于未知類型的變電站設(shè)備，識(shí)別目標(biāo)是識(shí)別出該設(shè)備的類型、具體型號(hào)以及位置、方向角度等姿態(tài)信息。識(shí)別系統(tǒng)的總模型結(jié)構(gòu)如圖 2.1。

3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理3.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)由三維掃描設(shè)備掃描獲得，常用的三維掃描設(shè)備有：激光雷達(dá)、立體攝像頭、越渡時(shí)間相機(jī)等。由于三維激光掃描技術(shù)能夠真實(shí)描述掃描對(duì)象整體結(jié)構(gòu)，并存在高精度、高密度、高效率的優(yōu)勢(shì)，一般情況下，變電站設(shè)備的點(diǎn)云數(shù)據(jù)使用三維激光掃描儀獲得。三維激光掃描儀掃描大場(chǎng)景下的多種變電站設(shè)備后形成三維點(diǎn)云場(chǎng)景圖。圖 3.1 是部分變電站設(shè)備三維點(diǎn)云場(chǎng)景圖在可視化軟件 Quick Terrain Reader 中的呈現(xiàn)。其中，點(diǎn)云上的不同顏色僅為軟件便于表現(xiàn)點(diǎn)云的不同高度特征而賦予的色彩變化。在三維點(diǎn)云編輯軟件 Geomagic Studio 等中，對(duì)三維點(diǎn)云場(chǎng)景圖粗略的分割后可以得到單個(gè)變電站設(shè)備的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2729243