场站资源利用与孪生建模重构方法、存储介质及电子设备与流程

本发明涉及电力系统信息技术应用领域，具体为场站资源利用与孪生建模重构方法、存储介质及电子设备。

背景技术：

1、随着电网设备规模逐年增长，设备复杂程度和技术水平要求急剧提高，导致设备管理需求与技术人员数量、能力不匹配的情况成为主要矛盾。针对这一问题，需要结合业务系统挖掘与整合现有各类数字资源，融合人工智能等技术，研究全流程孪生建模与应用方案，推动电网智能化升级。但目前电网场站数字化底座兼容性、扩展性、完备性不够，电网状态监测与作业管控中人工点检覆盖面小、检测周期长时效性差、自动化程度低、现场智能化水平不足，难以支撑全域、全生命周期的电力设备状态监测分析和电力作业监测分析。

2、传统的电网三维模型只能展现固定信息，而点云模型只能为机器视觉使用。本专利针对单一模型源构建电网数字孪生体的不足，研究基于电网三维模型、扫描实景模型等多种介质的电网环境综合重构方法，研究点云与电网三维模型的姿态配准方法，实现在电网设备点云中准确融合典型设备的电网三维模型。在综合重构的基础上，实现对电网数字孪生模型和传感数据多层次、多尺度的模型融合，提高全景孪生监测分析系统的适配性。

3、针对电网场景发生变化时传统模型难以动态更新问题，研究基于地点识别重定位的实景扫描模型局部更新方法，支持分阶段更新建图，通过现场传感信息源数据与电网三维模型配准对齐，实现图像等多种实时感知数据向数字孪生体的投影，对数字孪生体进行同步更新和动态生长，提高场站全景孪生监测分析的适应性、扩展性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种场站资源利用与孪生建模重构方法、存储介质及电子设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种场站资源利用与孪生建模重构方法，方法包括：步骤s11：通过结合电网三维模型和点云数据的匹配、分割和姿态调整，实现电网三维模型与电网三维点云模型的匹配；步骤s12：通过电网设备状态监测业务逻辑规则以及设备类型的构建，将状态数据与电网三维模型进行匹配和融合，以实现在电网三维模型中关联状态数据监测点；步骤s13：通过距离图像、图像转换矩阵描述符和点云匹配技术，实现在数字孪生体中对电网设备的局部点云进行更新和匹配。

3、进一步的，电网三维模型数据融合基于电网三维业务特征库实现多模数据融合，所述电网三维业务特征库对应的数据分析模型通过如下方式创建：

4、s2-1：调整电网三维模型通用组件的姿态，采用深度学习方法训练电网三维模型以获取通用组件形状描述符、匹配点云特征点和最小限额；

5、s2-2：对获取到的通用组件形状描述符按照边缘密集采集及面中间随机采样方式将电网三维模型数据离散为电网三维点云模型组合，组合的最小单元为通用组件形状描述符。

6、进一步的，基于电网三维模型拓扑位置以及三维点云范围初步确定三维点云模型位置信息，基于电网三维模型形状结合点云余量分割三维点云，确定电网三维模型对应的三维点云模型，基于分割后的三维点云模型，采用主成分分析法确定离散化电网三维点云模型主轴方向；采用最小距离匹配法将离散化电网三维点云模型与电网三维模型匹配，具体匹配方法为：

7、s3-1：将提取的点云和电网三维模型中的特征点进行匹配，寻找点云和电网三维模型之间最相近的对应点集，建立点云和电网三维模型之间的对应关系；

8、s3-2：通过旋转和平移点云的位置来调整离散化的电网三维点云模型的姿态，以减小点云与电网三维模型之间的匹配误差，使点云与电网三维模型更好地对齐，从而最小化匹配误差；

9、s3-3：重复第二个步骤直至配准误差小于最小限额，实现配准误差修正；所述最小限额通过匹配点云特征点和三维点云模型来调整离散点云角度，以达到最小化误差的目标；最后记录电网三维点云模型和电网三维模型的关联信息。

10、进一步的，基于所述电网三维点云模型和电网三维模型关联信息将位置信息标注到电网三维模型中；根据比例关系将电网三维模型对应的三维点云坐标映射到场景中的真实位置，并进行标注，所述比例关系通过测量实际场景中已知距离的点与电网三维模型中相应点之间的距离比例得出。

11、进一步的，通过电网设备状态监测业务逻辑规则以及设备类型的构建，三维状态模型库定义了以下概念：状态数据在电网三维模型热点位置、状态数据关联规则、三维展示角度和三维展示时间序列；为了实现电网三维模型数据和状态数据的匹配融合，在分析已有状态数据类型的基础上，从电网三维模型中提取电力设备类型；接着，结合设备类型、三维状态模型库和已有状态数据类型，在电网三维模型中关联状态数据监测点。

12、进一步的，对电网设备的局部点云进行更新和匹配的工作过程如下：

13、s6-1：基于距离图像分离深度不连续的点云结构，首先构建距离图像转换矩阵，其次基于机器学习方法采用历史电网典型设备点云进行训练，得到典型电网设备匹配图像转换矩阵描述符，再次基于图像转换矩阵描述符、对应设备和预先设置的距离，对距离图像进行转换操作，获取距离匹配描述符，最后通过距离匹配描述符和图像对应设备位置来分割深度不连续的点云结构；

14、s6-2：将被分割点云产生的片段投影到图像上，通过计算投影边界，确定点云在图像中的位置和形状，通过比较多个图像之间的投影边界差异，提取图像中与点云对应的变化部分；

15、s6-3：基于图像转换矩阵描述符，将投影对应的图像中与点云对应的变化部分转换为点云；

16、s6-4：将分割出的点云部分与图像部分输入转换的描点云，经过点云匹配后，进行几何一致性检验，所述几何一致性检验通过求解最小化一致和中心点之间距离的最小二乘问题，计算得到全局自由度的姿态，将变化的点云替换原有的点云；

17、s6-5：在原始数字孪生体点云地图上，完成点云待更新区域中的历史点云选择性剔除和新输入点云的选择性添加，从而实现数字孪生体中的点云局部更新。

18、进一步的，一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令被处理执行时，可实现任一项场站资源利用与孪生建模重构方法。

19、进一步的，一种电子设备，场站资源利用与孪生建模重构电子设备包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机指令，存储器和处理器之间互相通信连接，处理器运行计算机指令时，可实现任一项场站资源利用与孪生建模重构方法。

20、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明创新地提出一种场站模型资源综合利用与孪生建模重构方法、装置及电子设备，包括电网复杂动态作业环境模型融合、电网环境多源综合数据融合、场站全景数字孪生模型动态更新。电网复杂动态作业环境模型融合实现地理信息、电网三维模型数据、三维点云数据、传统图纸模型融合。电网环境多源综合数据融合实现不同位置、不同角度，不同时间序列的传感器数据与数字孪生模型之间进行融合配准。场站全景数字孪生模型动态更新实现布局点云数据匹配更新。该方法实现在电网设备点云中准确融合典型设备的电网三维模型，实现对电网数字孪生模型和传感数据多层次、多尺度的模型融合，提高全景孪生监测分析系统的适配性，支持分阶段更新建图，通过现场传感信息源数据与电网三维模型配准对齐，实现图像等多种实时感知数据向数字孪生体的投影，对数字孪生体进行同步更新和动态生长，提高场站全景孪生监测分析的适应性、扩展性。