基于激光扫描的变电站设备三维点云数据识别技术研究

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1、学校代码10459学号或申请号201312182149密级硕士学位论文基于激光扫描的变电站设备三维点云数据识别技术研究作者姓名：窦本君导师姓名：冯冬青教授学科门类：工学专业名称：控制理论与控制工程培养院系：电气工程学院完成时间：2016年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterResearchon3DpointclouddatarecognitiontechnologyofsubstationequipmentbasedonlaserscanningByBen

2、junDouSupervisor:Prof.DongqingFengControlTheoryandControlEngineeringSchoolofElectricalEngineeringMay，2016学位论文原创性声明，独立进巧研本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下巧所取得的成果。除文中曰经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集。体，均己在文中Ｗ明确方式标明本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：髮考君曰期：為年

3、抑Ｊ曰学位论文使用授权声财。本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学、根据郑州大学有关保留使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学一位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：菱寺１，曰期：

4、办／／年月Ｊ曰摘要摘要物体表面的三维坐标信息能够通过激光扫描仪快速获取，有助于加快其三维模型的重建。随着激光扫描仪在电力行业的应用，变电站三维仿真模型的建立逐渐变成研究的焦点。目前在进行变电站三维模型重建时，主要通过人眼对采集的三维点云数据进行辨认，确定设备所属的类型，然后再找出该设备所对应的3Dmax模型用于建模。这种方法不仅浪费了大量人力资源，而且效率低下。因此研究如何快速对设备点云进行精确识别具有重要的实际意义。本文以一个500kV变电站中的设备为实验场景，通过激光扫描仪获取设备的三维坐标信息，研究了三维点云数据的精简算法，重

5、点解决了待测点云的特征提取以及识别的问题，最后介绍了Matlab算法的封装方法以及模型数据库管理软件的功能。针对上述研究目标，本文所做的具体工作如下：（1）选取了一个500kV的变电站，使用Faro激光扫描仪采集变电站内所有设备的点云数据，然后使用Geomagic软件提取出单个设备的点云数据。点云精简时利用了基于八叉树结构编码的精简算法，大大缩减了点云数目。（2）设备在三个坐标平面点集的边界点曲率可以表达它的外形信息，本文首先介绍了两种提取边界点的方法，说明了它们的优劣，然后提出了滚圆法，只提取出点集的外边界点，加快了边界点提取速度。最

6、后利用点到弦的距离累积来求取边界点曲率，将曲率作为特征保存到模型数据库中。（3）采用了一种投影轮廓特征（PCF）的提取方法，将待测点云和模型点云的特征进行比较，预选出比较接近的设备，减少配准时的模型数量，然后利用ICP算法进行点云精确配准，找到匹配误差最小的模型，即待测点云所属类型。（4）对Matlab识别算法的封装进行了介绍，封装完成后生成了dll文件，并且给出了C#调用dll文件的方法。最后对本文设计的模型数据库管理软件进行了详细介绍，包括软件的增加、删除、修改以及查询等功能。关键词：激光扫描仪；精简；识别；边界点曲率；PCF；IC

7、P算法IAbstractAbstractThe3Dcoordinateinformationoftheobjectsurfacecanbeacquiredquicklybythelaserscanner,whichcanhelptoacceleratethereconstructionofthe3Dmodel.Withtheapplicationoflaserscannerintheelectricpowerindustry,theestablishmentofthe3Dsimulationmodelofsubstationbecome

8、sthefocusofresearchgradually.Atpresentinthereconstructionof3Dmodelofsubstation,itismainlythroughhumaney