一種對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法及系統(tǒng)，該方法包括；遍歷變電站三維設(shè)備模型中的子部件模型數(shù)據(jù)；通過模型特征匹配方法對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配，從每一類子部件模型集合中獲取一個基準(zhǔn)模型；基于基準(zhǔn)模型計算所涉及該類中所有部件模型相對于基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)；根據(jù)計算出的空間變換參數(shù)對變電站設(shè)備模型進行索引和重編碼，完成變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮。本發(fā)明實施例基于基準(zhǔn)模型進行同一編碼，大大減少了變電站三維場景的數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)了變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮，從而提高了變電站三維場景的傳輸效率。
【專利說明】一種對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的發(fā)展，目前使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)等數(shù)字化手段實現(xiàn)了變電站場景的數(shù)字化，在變電站仿真培訓(xùn)環(huán)境中構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的變電站仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電站的實時監(jiān)控、信息共享和仿真培訓(xùn)等。為了實現(xiàn)高質(zhì)量的視覺體驗，變電站三維場景的數(shù)據(jù)量往往會很大，但是在進行網(wǎng)絡(luò)傳輸時，數(shù)據(jù)量過大會增加網(wǎng)絡(luò)傳輸時間，造成變電站三維場景實時瀏覽的延遲。如何減少變電站三維場景的數(shù)據(jù)量，又保證高質(zhì)量的視覺效果，是一個亟需研究和解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有變電站三維場景數(shù)據(jù)量大的問題，提出了一種對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法及系統(tǒng)，從而減少變電站三維場景數(shù)據(jù)量又不影響視覺效果的目的。
[0004]本發(fā)明提供了一種對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法，所述方法包括如下步驟:
[0005]遍歷變電站三維設(shè)備模型中的子部件模型數(shù)據(jù)；
[0006]通過模型特征匹配方法對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配，從每一類子部件模型集合中獲取一個基準(zhǔn)模型；
[0007]基于基準(zhǔn)模型計算所涉及該類中所有部件模型相對于基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)；
[0008]根據(jù)計算出的空間變換參數(shù)對變電站設(shè)備模型進行索引和重編碼，完成變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮。
[0009]所述空間變換參數(shù)包括:相應(yīng)于基準(zhǔn)模型的平移大小、相對于基準(zhǔn)模型的旋轉(zhuǎn)角度、相應(yīng)于基準(zhǔn)模型的縮放比例。
[0010]所述通過模型特征匹配方法對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配包括:
[0011]提取子部件模型包圍盒，記錄包圍盒中心位置作為子部件模型中心位置；
[0012]移動子部件模型，使中心位置位于空間坐標(biāo)原點，長、寬、高分別平行于空間坐標(biāo)系的X軸、y軸和Z軸,記錄子部件模型分別繞X軸、y軸、z軸的旋轉(zhuǎn)角度；
[0013]將子部件模型往xy平面、yz平面和XZ平面投影,將x軸、y軸、z軸與投影相交的部分100等分，計算得到投影外輪廓的坐標(biāo)位置；
[0014]根據(jù)得到的坐標(biāo)位置，判斷該模型與之前遍歷的模型在xy、yz和XZ三個平面的投影是否完全相同，并完成模型的同類與不同類的劃分；
[0015]在遍歷完所有子部件模型后，基于模型特征為所有子部件模型進行分組。
[0016]所述完成模型的同類與不同類的劃分包括:
[0017]判斷該模型與之前遍歷的模型在xy、yz和XZ三個平面的投影完全相同，判別為同一類，模型使用次數(shù)加I ;如果不完全相同，但滿足一定的比例變化，判別為同一類，模型使用次數(shù)初始化為I ;
[0018]根據(jù)得到的坐標(biāo)位置，判斷該模型與之前遍歷的模型在xy、yz和XZ三個平面的投影不相同，也不滿足一定的比例變化，則判斷該模型與之前的模型不同類。
[0019]所述從每一類子部件模型集合中獲取一個基準(zhǔn)模型具體為:
[0020]選擇每一組中使用次數(shù)最多的子部件模型作為該組的基準(zhǔn)模型。
[0021]所述基于基準(zhǔn)模型計算所涉及該類中所有部件模型相對于基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)包括:
[0022]遍歷每一組子部件模型，將每組基準(zhǔn)模型包圍盒中心點移動到空間坐標(biāo)系原點，旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)模型，使其包圍盒長、寬、高分別平行于空間坐標(biāo)系X軸、y軸、z軸；
[0023]記錄每一個子部件模型的空間位置坐標(biāo)；
[0024]旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)模型，使基準(zhǔn)模型的包圍盒的長、寬、高分別平行子部件模型包圍盒的長、寬、高，得到子部件模型空間旋轉(zhuǎn)角度；
[0025]計算子部件模型包圍盒與基準(zhǔn)模型包圍盒的長、寬、高比，得到子部件模型空間縮放比例；
[0026]重復(fù)上述所有步驟，直至得到所有子部件模型相對于所對應(yīng)的基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)。
[0027]相應(yīng)的，本發(fā)明實施例還提供了一種對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
[0028]遍歷模塊，用于遍歷變電站三維設(shè)備模型中的子部件模型數(shù)據(jù)；
[0029]分組匹配模塊，用于通過模型特征匹配方法對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配；
[0030]基準(zhǔn)模型獲取模塊，用于從每一類子部件模型集合中獲取一個基準(zhǔn)模型；
[0031]變換參數(shù)獲取模塊，用于基于基準(zhǔn)模型計算所涉及該類中所有部件模型相對于基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)；
[0032]數(shù)據(jù)壓縮模塊，根據(jù)計算出的空間變換參數(shù)對變電站設(shè)備模型進行索引和重編碼，完成變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮。
[0033]所述空間變換參數(shù)包括:相應(yīng)于基準(zhǔn)模型的平移大小、相對于基準(zhǔn)模型的旋轉(zhuǎn)角度、相應(yīng)于基準(zhǔn)模型的縮放比例。
[0034]在本發(fā)明實施例針對現(xiàn)有變電站設(shè)備模型被重復(fù)使用的特點，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸之前，遍歷變電站三維設(shè)備模型中的子部件模型數(shù)據(jù)，完成對數(shù)據(jù)的壓縮，對變電站三維場景中同一類型的模型先進行匹配分組，基于基準(zhǔn)模型進行同一編碼，大大減少了變電站三維場景的數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)了變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮，從而提高了變電站三維場景的傳輸效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0036]圖1是本發(fā)明實施例中的對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法流程圖；
[0037]圖2是本發(fā)明實施例中的對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配的方法流程圖；
[0038]圖3是本發(fā)明實施例中的基于基準(zhǔn)模型對變化參數(shù)進行編碼格式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4是本發(fā)明實施例中的對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0040]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0041]本文針對變電站設(shè)備模型數(shù)據(jù)量大的問題，提出了一種變電站三維模型的無損數(shù)據(jù)壓縮方法，來減少變電站三維場景模型的數(shù)據(jù)量。變電站中的設(shè)備結(jié)構(gòu)通常較為復(fù)雜，但許多部件具有高度的形體相似性，而用于三維模型建模的商用建模軟件在生成三維模型時將相似的三維模型部件都分別導(dǎo)出了三維數(shù)據(jù)，因此造成了數(shù)據(jù)冗余。本方法通過遍歷三維設(shè)備模型中的子部件模型數(shù)據(jù)，通過模型特征匹配方法對變電站設(shè)備模型中的子部件進行精確分類匹配，從每一類子部件模型集合中提取出一個基準(zhǔn)模型；然后根據(jù)提取的基準(zhǔn)模型，計算出該類中所有部件模型相對于基準(zhǔn)模型的平移大小、旋轉(zhuǎn)角度和縮放比例等空間變換參數(shù)，最后根據(jù)計算出的空間變換參數(shù)對變電站設(shè)備模型進行索引和重編碼，實現(xiàn)變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮。
[0042]圖1示出對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法流程圖，每個變電站三維設(shè)備模型通常包括許多外形高度相似子部件，如一個隔離開關(guān)的三維模型中包括多個外觀相同但空間屬性不同的瓷瓶、絕緣端子、接地線和刀閘臂等子部件。這些子部件模型被建模軟件生成為三維模型數(shù)據(jù)文件時其模型空間頂點信息被完整的保存到設(shè)備的三維模型文件中，造成龐大的數(shù)據(jù)量冗余。這些外觀相同但空間屬性不同的子部件模型，都可以通過某一個基準(zhǔn)模型通過平移、旋轉(zhuǎn)、縮放變換而來，可以通過將這部分冗余保存的子部件模型數(shù)據(jù)通過基準(zhǔn)模型的數(shù)據(jù)映射加上平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等來表示來進行數(shù)據(jù)壓縮，具體包括如下步驟:
[0043]S101、讀取變電站三維模型文件；
[0044]S102、遍歷變電站三維設(shè)備模型中的子部件模型數(shù)據(jù)；
[0045]S103、通過模型特征匹配方法對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配；
[0046]圖2示出了對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配的方法流程圖，包括如下步驟:
[0047]S201、提取子部件模型包圍盒，記錄包圍盒中心位置作為子部件模型中心位置；
[0048]S202、移動子部件模型，使其中心位置位于空間坐標(biāo)原點，長、寬、高分別平行于空間坐標(biāo)系的X軸、y軸和z軸,記錄子部件模型分別繞X軸、y軸、z軸的旋轉(zhuǎn)角度；
[0049]S203、將子部件模型往xy平面、yz平面和xz平面投影,將x軸、y軸、z軸與投影相交的部分100等分，計算得到投影外輪廓的坐標(biāo)位置；
[0050]S204、根據(jù)得到的坐標(biāo)位置，判斷該模型與之前遍歷的模型在xy、yz和xz三個平面的投影是否完全相同，并完成模型的同類與不同類的劃分；需要說明的是，這里根據(jù)S203得到的坐標(biāo)位置，判斷該模型與之前遍歷的模型在xy、yz和xz三個平面的投影是否完全相同，如果完全相同，判別為同一類，模型使用次數(shù)+1 ;如果不完全相同，但滿足一定的比例變化，判別為同一類，模型使用次數(shù)初始化為I ;否則不是同一類，重復(fù)步驟S203，與之前遍歷的其他模型比較；
[0051]S205、重復(fù)S201至S204，在遍歷完所有子部件模型后，基于模型特征為所有子部件模型進行分組。
[0052]S104、從每一類子部件模型集合中獲取一個基準(zhǔn)模型；
[0053]為了保證基準(zhǔn)模型與大多數(shù)子部件模型完全相同，我們選擇每一組中使用次數(shù)最多的子部件模型作為該組的基準(zhǔn)模型。
[0054]S105、基于基準(zhǔn)模型計算所涉及該類中所有部件模型相對于基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)；
[0055]需要說明的是，該方法包括如下方式來完成:
[0056]首先，遍歷每一組子部件模型，將每組基準(zhǔn)模型包圍盒中心點移動到空間坐標(biāo)系原點，旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)模型，使其包圍盒長、寬、高分別平行于空間坐標(biāo)系X軸、y軸、z軸；
[0057]然后，記錄每一個子部件模型的空間位置坐標(biāo)；
[0058]接著，旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)模型，使其包圍盒的長、寬、高分別平行子部件模型包圍盒的長、寬、高，得到子部件模型空間旋轉(zhuǎn)角度；
[0059]計算子部件模型包圍盒與基準(zhǔn)模型包圍盒的長、寬、高比，得到子部件模型空間縮放比例；
[0060]最終重復(fù)上述步驟，直至得到所有子部件模型相對于其基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)。
[0061]S106、根據(jù)計算出的空間變換參數(shù)對變電站設(shè)備模型進行索引和重編碼，完成變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮。
[0062]每一組子部件模型，只需記錄其基準(zhǔn)模型及每個模型的空間變換參數(shù)，這樣就可以極大的減少模型文件是數(shù)據(jù)量，其編碼格式如圖3所示。對子部件模型進行數(shù)據(jù)壓縮編碼時，模型的位置坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)角度為必要的空間變換參數(shù)，縮放比例為非必要的空間變換參數(shù)。但是，如果去掉縮放比例這一參數(shù)將會導(dǎo)致子部件模型種類大大增多，增加模型數(shù)據(jù)處理時間。
[0063]相應(yīng)的，圖4示出了本發(fā)明實施例中的對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括有:
[0064]遍歷模塊，用于遍歷變電站三維設(shè)備模型中的子部件模型數(shù)據(jù)；
[0065]分組匹配模塊，用于通過模型特征匹配方法對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配；
[0066]基準(zhǔn)模型獲取模塊，用于從每一類子部件模型集合中獲取一個基準(zhǔn)模型；
[0067]變換參數(shù)獲取模塊，用于基于基準(zhǔn)模型計算所涉及該類中所有部件模型相對于基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)；
[0068]數(shù)據(jù)壓縮模塊，根據(jù)計算出的空間變換參數(shù)對變電站設(shè)備模型進行索引和重編碼，完成變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮。
[0069]需要說明的是，該空間變換參數(shù)包括:相應(yīng)于基準(zhǔn)模型的平移大小、相對于基準(zhǔn)模型的旋轉(zhuǎn)角度、相應(yīng)于基準(zhǔn)模型的縮放比例。
[0070]綜上，在本發(fā)明實施例針對現(xiàn)有變電站設(shè)備模型被重復(fù)使用的特點，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸之前，遍歷變電站三維設(shè)備模型中的子部件模型數(shù)據(jù)，完成對數(shù)據(jù)的壓縮，對變電站三維場景中同一類型的模型先進行匹配分組，基于基準(zhǔn)模型進行同一編碼，大大減少了變電站三維場景的數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)了變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮，從而提高了變電站三維場景的傳輸效率。
[0071]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括:只讀存儲器(ROM，Read Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盤或光盤等。
[0072]以上對本發(fā)明實施例所提供的對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法及系統(tǒng)進行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 遍歷變電站三維設(shè)備模型中的子部件模型數(shù)據(jù)； 通過模型特征匹配方法對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配，從每一類子部件模型集合中獲取一個基準(zhǔn)模型； 基于基準(zhǔn)模型計算所涉及該類中所有部件模型相對于基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)； 根據(jù)計算出的空間變換參數(shù)對變電站設(shè)備模型進行索引和重編碼，完成變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮。
2.如權(quán)利要求1所述的對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法，其特征在于，所述空間變換參數(shù)包括:相應(yīng)于基準(zhǔn)模型的平移大小、相對于基準(zhǔn)模型的旋轉(zhuǎn)角度、相應(yīng)于基準(zhǔn)模型的縮放比例。
3.如權(quán)利要求1所述的對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法，其特征在于，所述通過模型特征匹配方法對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配包括: 提取子部件模型包圍盒，記錄包圍盒中心位置作為子部件模型中心位置； 移動子部件模型，使中心位置位于空間坐標(biāo)原點，長、寬、高分別平行于空間坐標(biāo)系的X軸、y軸和z軸,記錄子部件模型分別繞X軸、y軸、z軸的旋轉(zhuǎn)角度； 將子部件模型往xy平面、yz平面和Xz平面投影，將X軸、y軸、z軸與投影相交的部分100等分，計算得到投影外輪廓的坐標(biāo)位置； 根據(jù)得到的坐標(biāo)位置，判斷該模型與之前遍歷的模型在Xy、yz和XZ三個平面的投影是否完全相同，并完成模型的同類與不同類的劃分； 在遍歷完所有子部件模型后，基于模型特征為所有子部件模型進行分組。
4.如權(quán)利要求3所述的對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法，其特征在于，所述完成模型的同類與不同類的劃分包括: 判斷該模型與之前遍歷的模型在xy、yz和XZ三個平面的投影完全相同，判別為同一類，模型使用次數(shù)加I ;如果不完全相同，但滿足一定的比例變化，判別為同一類，模型使用次數(shù)初始化為I ; 根據(jù)得到的坐標(biāo)位置，判斷該模型與之前遍歷的模型在xy、yz和xz三個平面的投影不相同，也不滿足一定的比例變化，則判斷該模型與之前的模型不同類。
5.如權(quán)利要求4所述的對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法，其特征在于，所述從每一類子部件模型集合中獲取一個基準(zhǔn)模型具體為: 選擇每一組中使用次數(shù)最多的子部件模型作為該組的基準(zhǔn)模型。
6.如權(quán)利要求5所述的對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的方法，其特征在于，所述基于基準(zhǔn)模型計算所涉及該類中所有部件模型相對于基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)包括: 遍歷每一組子部件模型，將每組基準(zhǔn)模型包圍盒中心點移動到空間坐標(biāo)系原點，旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)模型，使其包圍盒長、寬、高分別平行于空間坐標(biāo)系X軸、y軸、z軸； 記錄每一個子部件模型的空間位置坐標(biāo)； 旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)模型，使基準(zhǔn)模型的包圍盒的長、寬、高分別平行子部件模型包圍盒的長、寬、高，得到子部件模型空間旋轉(zhuǎn)角度； 計算子部件模型包圍盒與基準(zhǔn)模型包圍盒的長、寬、高比，得到子部件模型空間縮放比例； 重復(fù)上述所有步驟，直至得到所有子部件模型相對于所對應(yīng)的基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)。
7.一種對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括: 遍歷模塊，用于遍歷變電站三維設(shè)備模型中的子部件模型數(shù)據(jù)； 分組匹配模塊，用于通過模型特征匹配方法對變電站設(shè)備模型中的子部件進行分組匹配； 基準(zhǔn)模型獲取模塊，用于從每一類子部件模型集合中獲取一個基準(zhǔn)模型； 變換參數(shù)獲取模塊，用于基于基準(zhǔn)模型計算所涉及該類中所有部件模型相對于基準(zhǔn)模型的空間變換參數(shù)； 數(shù)據(jù)壓縮模塊，根據(jù)計算出的空間變換參數(shù)對變電站設(shè)備模型進行索引和重編碼，完成變電站三維場景的數(shù)據(jù)壓縮。
8.如權(quán)利要求7所述的對變電站三維模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的系統(tǒng)，其特征在于，所述空間變換參數(shù)包括:相應(yīng)于基準(zhǔn)模型的平移大小、相對于基準(zhǔn)模型的旋轉(zhuǎn)角度、相應(yīng)于基準(zhǔn)模型的縮放比例。
【文檔編號】G06T17/00GK104167017SQ201410342590
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】柏吉寬, 陳永波, 段新輝, 李軍鋒, 熊山 申請人:廣東電網(wǎng)公司教育培訓(xùn)評價中心, 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司