三维管道点云分割与识别技术研究

发布时间：2021-06-09 05:57

　　近年来,随着三维建模技术的发展,三维模型已逐渐替代二维图纸成为流程工厂改扩建或重建的主要参考资料。激光扫描技术是流程工厂三维模型重建的主要途径之一。本文通过激光扫描技术获取流程工厂三维点云模型,利用相关点云处理技术实现三维模型重建。三维模型与传统的二维图纸的区别在于三维模型可从不同位置和角度观察管道布局;快速查询各管道、仪器、设备的数量、尺寸和分布等;容易发现改扩建或重建过程中可能出现的问题,有效提高工程质量和效率。流程工厂三维模型重建的关键在于点云数据的处理,尤其是对管道点云的分割和识别。然而,现有的点云分割和管道识别技术大多都是针对通用点云模型提出,而针对流程工厂点云分割和识别的研究较为匮乏;已有的管道点云识别方法普遍都对噪声数据较为敏感导致检测准确度不高,并且难以评价检测结果的准确度。针对上述问题,本文围绕流程工厂点云的分割和管道识别关键技术展开研究,主要工作和创新成果包括:（1）综述三维点云分割技术、流程工厂点云分割技术以及管道识别技术的研究现状。对几类典型的分割和识别算法加以分析和评价,分类介绍了各算法的应用特点、应用环境以及存在的问题。（2）提出了一种基于归一化随机游走（N... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

流程工厂内部结构

1.绪论硕士学位论文2计图纸来指导生产和施工。二维设计图纸主要构成包括大量的点、直线段、圆弧和管件，通过多角度视图、剖视图或断面图来反映管道间的连接、管道与设备间的连接、管道的内外结构等，如图1.2所示。图1.2工程CAD图纸但由于工厂管道数量繁多、结构复杂并且很多管道存在相互遮挡的情况，根据二维设计图纸会存在20%左右的误差[2]，导致采购建设过程中增加了不必要的成本；不同专业的碰撞导致出现不少严重问题进而影响工厂质量，许多现场问题导致工程建造成本上升。而且，许多流程工厂建造时间久远，使用过程中可能会进行一些简单的改造和运营维护，使流程工厂的实际模型与原始设计图纸不完全一致，甚至还有图纸丢失的情况，为工厂的改扩建或重建带来了更多的困难。此外，由于流程工厂的系统、设备复杂，需花大量资源来维护。在运维过程中同样也存在许多问题，运行生产数据的采集和维修检查需要大量人员参与并且效率很低，设备性能的分析和预测更是无法实现。某些特殊性质的工厂比如电厂或核电厂，工作人员在检修时存在一定的危险，在未知故障类型或位置的情况下如果没有做好应对措施，很容易造成安全事故。因此，准确直观的工厂现状资料和对工厂内部各个组成部分详细信息的了解程度是影响工厂改扩建和重建的设计质量的关键，同时也是改善工厂运维情况的一个途径。1.1.2基于激光扫描技术的三维重建完整正确的三维模型是流程工厂改扩建或重建设计的主要参考对象，其中也包括各对象类型及大小尺寸。传统的二维图纸无法保证工程的准确及高效，三维数字化技术为工厂改扩建或重建的实现提供了全新的技术支持。现阶段流程工厂三维重建的方法包括手工建模和三维激光扫描建模法：（1）手工建

硕士学位论文三维管道点云分割与识别技术研究3模是指通过手工的方式在建模软件里绘制三维模型；（2）激光扫描建模法是通过激光扫描仪扫描实体工厂实现全自动测绘，如图1.3、1.4所示。激光扫描仪扫描的结果以点的形式记录，包括点的坐标和反射强度等信息，目标对象的采样点集合称为“点云”，如图1.5所示。图1.3TrimbleTX8三维激光扫描仪图1.4手持式三维激光扫描仪图1.5工厂点云模型三维激光扫描技术作为三维数字化技术的其中一种，相比于传统的测绘技术，无论是从精度还是效率上都具有较为突出的优势。三维激光扫描建模法可以建立与实际工厂


本文编号：3220079