应用于变电站管理系统的三维全景视图软件设计与实现

发布时间：2017-10-29 00:25

  本文关键词：应用于变电站管理系统的三维全景视图软件设计与实现

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【摘要】：变电站电压高、危险性大,且经常需要调试及更换设备,所以安全管理的措施十分严格。目前,变电站的安全管理通常采用专人值守的方式进行,定期进行巡视排查。近年来为了提高管理的可靠性和效率,各类针对变电站安全监控的应用方案已陆续投入实际使用。根据目的不同,主要分为对现场的图像监控(以架设摄像机为主)以及对设备运行参数的监控。在实际工作中,监控人员需要重点关注的信息不仅包含现场设备的直观空间位置,还期望能够直接获得对应位置设备的各项运行参数及安全指标等。本次研究的出发点在于设计一个方案,使得变电站管理领域对这两类信息的需求能够充分地结合并加以解决。针对上述变电站管理中现有的问题和思路,本文研究了虚拟现实中被广泛应用的全景视图技术的现状及在监控领域的可行性,并最终提出了应用于变电站管理系统的三维全景视图软件作为解决方案。全景视图(Panorama)是虚拟现实技术的一个重要分支,是基于图像渲染(IBR)技术的典型应用。全景视图能够在计算机上高度还原一个固定视点下的全视角实景,使用户产生身临其境的真实感。全景视图体积小,灵活度高,还原性强,具备了互联网应用的诸多特性与优势,适合在线架设及使用。目前主流的全景视图分为圆柱形、方形和球形三种,本文所设计的软件采用球形全景视图。本软件分为三大模块：图像采集拼接模块、三维重建贴图模块和热点数据库模块。其中,图像采集主要采用相机或全景云台等拍照硬件来完成,并用仿射变换将拼接好的平面图片变形为适用于球面贴图的全景图。平台方面,本文所设计的三维全景视图软件采用Adobe Flash制作,使用Flash内部的ActionScript3.0脚本语言,其三维场景部分使用了Away 3D引擎编写,全景贴图的分辨率可达到8192×2048像素。为了实现变电站设备所在位置与对应运行数据的结合,软件需要添加针对变电站设备属性定制的热点。热点是用于附着在场景某一特定位置,提供场景重要位置额外图文信息的互动单元。本文所设计的三维全景视图软件将热点拆分为三维定位单元和二维追踪单元两部分,利用三维坐标与屏幕坐标之间的映射关系来实现二维的可互动元件在三维场景外部的追踪。同时,利用球面法矢量和定位单元的矢量之间的角度运算来消除窗口外部不需要显示的热点。在本软件中,性能参数信息通过XML格式存储在外部,热点会在加载时通过ActionScript的XML接口将相应的属性读入并赋给热点的二维追踪单元,当鼠标悬停在热点时,调出参数窗口并显示对应数据。XML除了记录热点的性能参数之外还保存了该热点定位单元的坐标,每一对二维和三维单元享有相同的序号,在调用时一一对应绑定。本文所设计的三维全景视图软件在目前的网络环境下具有很好的兼容性,可以直接在浏览器中进行使用。本软件开发过程主要针对变电站的管理,但经过适当的修改后其应用范围可以进一步拓展。变电站通常为户外环境,故使用球体建模,如果需要针对室内环境监控,则采用立方体建模更为便利。除此之外,亦可通过更改热点格式、热点内容自定义化、增设外部数据接口等性能拓展手段,使之可以用于其他各类监控、展示、导航领域。
【关键词】：变电站管理 虚拟现实 全景视图
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM63;TP391.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 虚拟现实技术的概念与应用16-17
• 1.2 变电站目前的管理方案17-20
• 1.3 本文的研究内容及特色20-22
• 第二章 全景视图技术概况22-34
• 2.1 全景视图简介22-23
• 2.2 全景视图的实现方法23-30
• 2.2.1 圆柱形全景视图23-26
• 2.2.2 立方体全景视图26
• 2.2.3 球形全景视图26-30
• 2.3 全景视图现状及监控的可行性30-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 三维场景重建方案34-48
• 3.1 Adobe Flash及Away3D引擎简介34-36
• 3.1.1 Adobe Flash简介34-35
• 3.1.2 Away3D引擎简介35-36
• 3.2 图像的采集与拼接36-40
• 3.2.1 选景与拍摄前的工作37-38
• 3.2.2 拍摄方法38-39
• 3.2.3 拍摄注意事项39-40
• 3.4 三维重建方案及实现方法40-46
• 3.4.1 三维重建方案40-41
• 3.4.2 三维重建实现方法41-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 热点的功能与设计48-60
• 4.1 热点的概念与功能48
• 4.2 热点追踪原理与实现48-55
• 4.2.1 定位单元和追踪单元的设计49-50
• 4.2.2 三维坐标的确定50-51
• 4.2.3 热点的生成与追踪51-55
• 4.3 热点数据库的交互与维护55-59
• 4.3.1 XML简介55-56
• 4.3.2 热点的XML结构56-57
• 4.3.3 XML的数据交互57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 软件的实现、结构及测试60-72
• 5.1 软件的组成与流程60-62
• 5.2 测试详情62-70
• 5.2.1 图像与建模测试62-66
• 5.2.2 热点编辑功能测试66-68
• 5.2.3 运行能力测试68-70
• 5.3 实验中的问题及总结70-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 总结72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 作者简介80

【参考文献】

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1 杨艳伟;基于SIFT特征点的图像拼接技术研究[D];西安电子科技大学;2009年

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本文编号：1110622