基于三维点云的变电站设备分类识别研究-控制理论与控制工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究所取得的成果。除文中已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，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权声明 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 有关部门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 授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、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、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一 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： 日  日期： 年 月 摘要 摘要 摘要 电力工业的迅猛发展对变电站建设提出更高要求，而变电站数字重构是其 监控和诊断的重要内容。以变电站设备的外形轮廓及姿态信息为基础，对现有 变电站建立数字重构模型，能够反应变电站设备空间位置信息的真实情况，便 于变电站的升级维护以及布局的调整，同时可根据需要为变电站的重建提供更 准确的依据。 电气设备的分类识别是变电站数字重构的关键技术，其识别数据来源于三 维激光点云。通过三维激光扫描仪获取变电站设备外形的三维点云数据，使得 利用变电站设备的外形特征对设备进行分类识别成为可能。同时，实现变电站 设备的自动分类识别对变电站大规模三维自动数字重构有着基础支撑作用。 本文研究了变电站三维设备的特征提取、分类识别以及姿态估计等问题， 主要研究的内容如下。 (1) 论述了三维激光扫描系统的工作原理以及变电站设备点云的获取以及 预处理过程。 (2) 研究了基于三维点云的变电站设备特征提取原理及方法，提取了设备的 分层投影面积特征，利用主成分分析法对变电站设备点云的法向量特征进行提 取，同时提取了设备的投影面积、投影密度、灰度、包络体积等，为设备的分 类识别奠定了良好的基础。 (3) 对支持向量机、神经网络以及距离分类算法进行了比较分析，由于提取 变电站设备三维点云的特征达数百维，应用距离分类器实现变电站设备的分类 识别较为简单，所以设计了基于距离分类算法的三维电气设备分类识别方法。 提出了粒子群算法的一种改进算法，并利用该算法对距离分类器中输入权重进 行优化，提高设备的分类识别精度。 (4) 利用体积匹配法对变电站设备的姿态进行估计，为变电站自动三维数字 重构提供设备的姿态位置信息。同时，在 MATLAB 环境中创建了一个实验仿真 平台，对变电站设备的分类识别过程进行较为直观的演示。 利用本文研究的基于三维点云的变电站设备分类识别算法，对 12 类共 222 个变电站设备进行了点云数据分析和研究，提取了设备的识别特征，并进行了 I 分类识别仿真测试。结果表明，该算法实现了对变电站设备的自动识别分类以 及姿态估计，为变电站的自动数字重构奠定了基础。与此同时,采用本文研究的 方法能够提高变电站三维数字重构的效率，进而提高相应工作效率。 关键词：变电站设备；分类识别；三维点云；特征提取；粒子群算法；姿态估 计 II Ab Abstract Abstract With the rapid development of power industry, more requirements are put forward for the substation construction, and the digital reconstruction of substation is an important part of the monitoring and diagnosis. The digital reconstruction model of substation based on the outline and the posture information of substation equipment can reflect the real situation of the substation equipment space position information, and it is convenient for maintenance and upgrading of substation and the layout adjustment, at the same time, it can provide more accurate basis for the su