本發(fā)明屬于電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，具體涉及一種變電站gim模型的輕量化處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，電能已經(jīng)成為了人們生產(chǎn)和生活中必不可少的二次能源，給人們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了無(wú)盡的便利。因此，保障電能的穩(wěn)定可靠供應(yīng)，就成為了電力系統(tǒng)最重要的任務(wù)之一。

2、在電力行業(yè)中，gim(電網(wǎng)信息模型)作為bim(建筑信息模型)的擴(kuò)展，廣泛應(yīng)用于變電站等電網(wǎng)工程的三維設(shè)計(jì)與數(shù)字化移交。變電工程三維設(shè)計(jì)模型文件(gim模型)的格式為*.gim，采用分層管理結(jié)構(gòu)，包含幾何模型(*.mod、*.stl)、幾何模型組(*.phm)、物理模型(*.dev)、組裝模型(*.cbm)、屬性信息(*.fam)。幾何模型分為參數(shù)化的*.mod文件和非參數(shù)化的*.stl文件，其中*.mod文件通過(guò)參數(shù)化方式存儲(chǔ)，而*.stl文件則采用三角面片表示幾何形狀。幾何模型組(*.phm)通過(guò)引用一個(gè)或多個(gè)*.mod或*.stl文件描述模型，支持同級(jí)引用但不允許自引用。物理模型以*.dev文件格式存儲(chǔ)，其中*.dev文件通過(guò)引用幾何模型組(*.phm)和屬性文件(*.fam)描述模型，支持同級(jí)引用但不允許自引用。屬性文件(*.fam)由屬性名稱和屬性值組成，支持根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)充屬性。

3、組裝模型(*.cbm)通過(guò)引用物理模型本層級(jí)的屬性文件(*.fam)描述，支持同級(jí)引用但不允許自引用。項(xiàng)目根文件為project.cbm格式，其中變電工程包括地理坐標(biāo)、高程坐標(biāo)、全站組裝模型(*.cbm)文件的引用，線路工程包括全線組裝模型(*.cbm)文件的引用。所有模型文件應(yīng)按規(guī)定的目錄結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，邏輯模型采用固定文件名作為唯一標(biāo)識(shí)，其余模型文件宜采用guid作為唯一標(biāo)識(shí)，統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)的utf-8(不含bom)編碼。

4、目前，隨著電網(wǎng)工程復(fù)雜度的提升，gim模型的數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，給模型的存儲(chǔ)、傳輸和實(shí)時(shí)可視化帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。因此，變電站gim模型的輕量化處理方案，就顯得意義重大。

5、現(xiàn)有的gim模型輕量化技術(shù)主要集中在幾何簡(jiǎn)化、屬性優(yōu)化和布爾運(yùn)算優(yōu)化等方面。例如，現(xiàn)今市面上已經(jīng)存在的基于autodesk?revit平臺(tái)開(kāi)發(fā)的變電一次設(shè)備三維gim建模工具，以及輸電路線gim三維設(shè)計(jì)軟件，均采用了三角面片簡(jiǎn)化、參數(shù)化模型替換等幾何簡(jiǎn)化技術(shù)。但是，這類(lèi)方案仍存在一些局限性。首先，在幾何簡(jiǎn)化方面，現(xiàn)有方法在處理高精度模型時(shí)，往往難以在減少三角面片數(shù)量的同時(shí)保留關(guān)鍵的幾何特征，導(dǎo)致模型在簡(jiǎn)化后出現(xiàn)幾何失真，影響后續(xù)的工程應(yīng)用。其次，在屬性優(yōu)化方面，現(xiàn)有方法在處理復(fù)雜屬性文件時(shí)，難以準(zhǔn)確識(shí)別語(yǔ)義相似性，可能導(dǎo)致屬性誤刪或遺漏，影響模型的語(yǔ)義完整性。最后，在布爾運(yùn)算優(yōu)化方面，現(xiàn)有方法在處理復(fù)雜布爾運(yùn)算時(shí)，難以全面檢測(cè)無(wú)效運(yùn)算，可能導(dǎo)致模型結(jié)構(gòu)不完整或數(shù)據(jù)處理效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種可靠性高、精確性好且效率較高的變電站gim模型的輕量化處理方法。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種實(shí)現(xiàn)所述變電站gim模型的輕量化處理方法的系統(tǒng)。

3、本發(fā)明提供的這種變電站gim模型的輕量化處理方法，包括如下步驟：

4、s1.獲取目標(biāo)變電站gim模型的文件；

5、s2.對(duì)步驟s1獲取的文件，基于語(yǔ)義相似性分析和屬性值有效性檢測(cè)，進(jìn)行屬性文件的優(yōu)化；

6、s3.根據(jù)步驟s2得到的文件，基于幾何特征匹配與語(yǔ)義一致性分析，進(jìn)行幾何模型的優(yōu)化；

7、s4.根據(jù)步驟s3得到的文件，基于邊折疊算法和頂點(diǎn)聚類(lèi)算法，進(jìn)行非參數(shù)化模型三角面的優(yōu)化；

8、s5.根據(jù)步驟s4得到的文件，基于obb包絡(luò)盒檢測(cè)與空間包含關(guān)系分析，進(jìn)行參數(shù)化模型中不可見(jiàn)圖元的優(yōu)化；

9、s6.根據(jù)步驟s5得到的文件，基于幾何分析與邏輯判定，進(jìn)行參數(shù)化模型中無(wú)效布爾運(yùn)算的優(yōu)化；

10、s7.完成目標(biāo)變電站gim模型的輕量化處理。

11、步驟s2所述的對(duì)步驟s1獲取的文件，基于語(yǔ)義相似性分析和屬性值有效性檢測(cè)，進(jìn)行屬性文件的優(yōu)化，具體包括如下步驟：

12、對(duì).fam文件進(jìn)行解析和預(yù)處理：針對(duì).cbm文件和.dev文件所引用的.fam文件進(jìn)行逐行解析，提取英文屬性名稱、中文屬性名稱和屬性值，并對(duì)提取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化表示；采用哈希表對(duì)屬性名稱進(jìn)行快速索引，同時(shí)采用自然語(yǔ)言處理方案對(duì)中文屬性名稱進(jìn)行分詞和語(yǔ)義解析；對(duì)提取得到的屬性值進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，以保證數(shù)據(jù)的完成性；

13、語(yǔ)義相似性的識(shí)別：對(duì)于英文屬性名稱，采用字符串匹配和編輯距離，識(shí)別相同或相似度高于設(shè)定值的英文屬性名稱；對(duì)于中文屬性名稱，采用詞向量模型計(jì)算語(yǔ)義相似度，并根據(jù)設(shè)定的語(yǔ)義相似度閾值識(shí)別相同或相似度高于設(shè)定值的中文屬性名稱；對(duì)于識(shí)別得到的相同或相似度高于設(shè)定值的英文屬性名稱和中文屬性名稱，保留.cbm文件所引用的屬性行，并刪除.dev文件所引用的屬性行；

14、對(duì).fam文件進(jìn)行優(yōu)化：對(duì)于屬性值為空或未填寫(xiě)的行，直接標(biāo)記為無(wú)效行；采用正則表達(dá)式或數(shù)據(jù)類(lèi)型檢測(cè)，對(duì)屬性值格式不符合設(shè)定要求的行進(jìn)行識(shí)別；對(duì)識(shí)別得到的屬性行和標(biāo)記為無(wú)效行的屬性行，直接從.fam文件中刪除。

15、步驟s3所述的根據(jù)步驟s2得到的文件，基于幾何特征匹配與語(yǔ)義一致性分析，進(jìn)行幾何模型的優(yōu)化，具體包括如下步驟：

16、模型文件數(shù)據(jù)的提?。簩?duì).stl模型，解析三角面片數(shù)據(jù)，計(jì)算對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)坐標(biāo)、法向量和幾何特征；對(duì).mod模型，解析圖元結(jié)構(gòu)、變換矩陣和布爾運(yùn)算關(guān)系，生成對(duì)應(yīng)的幾何表示；采用空間索引結(jié)構(gòu)對(duì)模型進(jìn)行空間劃分，以加速幾何特征的匹配過(guò)程；

17、幾何特征匹配和相似性評(píng)估：在第一匹配階段，計(jì)算.stl模型和.mod模型的全局幾何特征，并根據(jù)設(shè)定的閾值篩選得到可能匹配的模型對(duì)；在第二匹配階段，基于icp局部配準(zhǔn)方法，將.stl模型和.mod模型的幾何表面對(duì)齊，并計(jì)算頂點(diǎn)間的平均距離誤差；采用曲率一致性檢測(cè)方法，評(píng)估.stl模型和.mod模型在設(shè)定的關(guān)鍵幾何特征上的匹配度；若平均距離誤差和匹配度均滿足設(shè)定要求則判定.stl模型和.mod模型的模型一致，否則判定.stl模型和.mod模型的模型不一致；

18、語(yǔ)義一致性分析：解析.mod模型的圖元結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的xml文件，提取對(duì)一個(gè)的語(yǔ)義信息，并與.stl模型的元數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比；若語(yǔ)義因襲與元數(shù)據(jù)的相似性高于設(shè)定值則判定語(yǔ)義一致，否則判定語(yǔ)義不一致；

19、模型可替代性的驗(yàn)證：針對(duì)模型一致且語(yǔ)義一致的.stl模型和.mod模型，標(biāo)記.stl模型為冗余模型，在模型庫(kù)中棄用冗余模型，并更新對(duì)應(yīng)的引用關(guān)系。

20、步驟s4所述的根據(jù)步驟s3得到的文件，基于邊折疊算法和頂點(diǎn)聚類(lèi)算法，進(jìn)行非參數(shù)化模型三角面的優(yōu)化，具體包括如下步驟：

21、對(duì).stl文件進(jìn)行解析：提取.stl文件的三角面片數(shù)據(jù)；所述的三角面片數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包括頂點(diǎn)坐標(biāo)、法向量和三角面片連接關(guān)系；采用空間索引結(jié)構(gòu)對(duì)三角面片進(jìn)行空間劃分；采用曲率分布分析方法，識(shí)別模型表面的高曲率區(qū)域和低曲率區(qū)域；所述高曲率區(qū)域?yàn)榍矢哂谠O(shè)定值的區(qū)域，低曲率區(qū)域?yàn)榍实陀谠O(shè)定值的區(qū)域；

22、對(duì)低曲率區(qū)域進(jìn)行簡(jiǎn)化：遍歷模型的所有邊，基于幾何誤差度量函數(shù)，計(jì)算每條邊的折疊代價(jià)；選擇折疊代價(jià)最小的邊進(jìn)行折疊操作：將邊的兩個(gè)頂點(diǎn)合并為一個(gè)新的頂點(diǎn)，新的頂點(diǎn)的位置由幾何誤差度量函數(shù)確定；更新受影響的三角面片的連接關(guān)系；重復(fù)本步驟，直至模型的幾何誤差在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，且簡(jiǎn)化后的三角面片數(shù)量達(dá)到預(yù)定目標(biāo)或無(wú)法再繼續(xù)簡(jiǎn)化為止；完成低曲率區(qū)域的簡(jiǎn)化；

23、對(duì)高曲率區(qū)域進(jìn)行簡(jiǎn)化：采用聚類(lèi)算法，將模型空間劃分為若干個(gè)立方體單元格，每個(gè)單元格的大小由聚類(lèi)半徑確定；對(duì)每個(gè)單元格內(nèi)的頂點(diǎn)合并為一個(gè)代表頂點(diǎn)，代表頂點(diǎn)的位置由單元格內(nèi)所有頂點(diǎn)的平均值確定，或者由幾何誤差度量函數(shù)確定；合并后，重新生成三角面片，并確保模型表面的連續(xù)性和完成性；重復(fù)本步驟，直至設(shè)定的模型的關(guān)鍵幾何特征得到保留，且簡(jiǎn)化后的三角面片數(shù)量達(dá)到預(yù)定目標(biāo)或無(wú)法再繼續(xù)簡(jiǎn)化為止；完成高曲率區(qū)域的簡(jiǎn)化。

24、在每次邊折疊或頂點(diǎn)聚類(lèi)操作后，檢測(cè)受影響的三角面片的法向量變化值：若法向量變化值超過(guò)設(shè)定閾值，則調(diào)整新的頂點(diǎn)或代表頂點(diǎn)的位置，或者取消對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)化操作，以保證模型表面的光滑性和視覺(jué)質(zhì)量。

25、步驟s5所述的根據(jù)步驟s4得到的文件，基于obb包絡(luò)盒檢測(cè)與空間包含關(guān)系分析，進(jìn)行參數(shù)化模型中不可見(jiàn)圖元的優(yōu)化，具體包括如下步驟：

26、圖元解析和數(shù)據(jù)提?。簩?duì).mod文件中的所有圖元進(jìn)行解析，提取對(duì)應(yīng)的幾何數(shù)據(jù)和變換矩陣；基于變換矩陣，將圖元從局部坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系；基于圖元的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用主成分分析法確定obb包絡(luò)盒的方向軸，并計(jì)算得到obb包絡(luò)盒；采用空間索引結(jié)構(gòu)對(duì)圖元空間進(jìn)行劃分；

27、不可見(jiàn)圖元的識(shí)別：對(duì)于每對(duì)圖元，檢測(cè)對(duì)應(yīng)的obb包絡(luò)盒是否相交：若相交，則采用射線相交測(cè)試和頂點(diǎn)包容性檢測(cè)方法，確定圖元的包含關(guān)系；若不相交，則檢測(cè)圖元之間的空間距離：若空間距離大于設(shè)定的閾值，則判定兩個(gè)圖元之間不存在空間包含關(guān)系，不進(jìn)行不可見(jiàn)圖元的標(biāo)記；若空間距離小于或等于設(shè)定的閾值，則繼續(xù)進(jìn)行剩余步驟；將被判定為完全包含在其他圖元內(nèi)部的圖元標(biāo)記為不可見(jiàn)圖元，標(biāo)記不可見(jiàn)圖元為待刪除對(duì)象，并記錄不可見(jiàn)圖元在.mod文件中對(duì)應(yīng)的entity標(biāo)識(shí)；

28、刪除不可見(jiàn)圖元，同時(shí)更新.mod文件中的entity部分；解析xml文件的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，定位并刪除與被刪除的不可見(jiàn)圖元對(duì)應(yīng)的entity節(jié)點(diǎn)，同時(shí)調(diào)整被刪除的不可見(jiàn)圖元的父節(jié)點(diǎn)和兄弟節(jié)點(diǎn)的引用關(guān)系，確保xml文件的語(yǔ)法和語(yǔ)義完整性。

29、步驟s6所述的根據(jù)步驟s5得到的文件，基于幾何分析與邏輯判定，進(jìn)行參數(shù)化模型中無(wú)效布爾運(yùn)算的優(yōu)化，具體包括如下步驟：

30、無(wú)效布爾運(yùn)算的識(shí)別：對(duì)于布爾交集運(yùn)算，采用空間索引結(jié)構(gòu)檢測(cè)圖元之間的包圍盒是否相交，并通過(guò)幾何檢測(cè)方法計(jì)算實(shí)際交集區(qū)域：若交集區(qū)域?yàn)榭談t判定布爾交集運(yùn)算無(wú)效；對(duì)于布爾剪切運(yùn)算，通過(guò)幾何包含性測(cè)試判斷剪切圖元是否全部位于目標(biāo)圖元的外部：若剪切圖元全部位于目標(biāo)圖元外部，則判定布爾剪切運(yùn)算無(wú)效；對(duì)于布爾并集運(yùn)算，通過(guò)幾何包含性測(cè)試判斷并集圖元是否全部包含在目標(biāo)圖元內(nèi)部：若并集圖元全部包含在目標(biāo)圖元內(nèi)部，則判定布爾并集運(yùn)算無(wú)效；

31、所述的通過(guò)幾何檢測(cè)方法計(jì)算實(shí)際交集區(qū)域，具體包括如下步驟：

32、將參與布爾交集運(yùn)算的兩個(gè)圖元的幾何空間劃分為均勻的網(wǎng)格單元；

33、分別檢測(cè)每個(gè)網(wǎng)格單元是否同時(shí)被兩個(gè)圖元占據(jù)：對(duì)于同時(shí)被兩個(gè)圖元占據(jù)的網(wǎng)格單元，計(jì)算該網(wǎng)格單元與兩個(gè)圖元的交集部分，并將所有交集部分合并得到最終的實(shí)際交集區(qū)域；

34、所述的通過(guò)幾何包含性測(cè)試判斷并集圖元是否全部包含在目標(biāo)圖元內(nèi)部，具體包括如下步驟：

35、對(duì)于布爾剪切運(yùn)算和布爾并集運(yùn)算，選擇一個(gè)參考點(diǎn)，從參考點(diǎn)向不同方向投射若干條射線，檢測(cè)射線與圖元的交點(diǎn)情況：對(duì)于布爾剪切運(yùn)算，若所有投射的射線與剪切圖元的交點(diǎn)均位于目標(biāo)圖元的外部，則判定剪切圖元全部位于目標(biāo)圖元的外部；對(duì)于布爾并集運(yùn)算，若所有投射的射線與并集圖元的交點(diǎn)均位于目標(biāo)圖元的內(nèi)部，則判定并集圖元全部包含在目標(biāo)圖元內(nèi)部；

36、針對(duì)無(wú)效的布爾運(yùn)算，解析.mod文件的xml結(jié)構(gòu)，確定與無(wú)效布爾運(yùn)算相關(guān)的entity節(jié)點(diǎn)并刪除，同時(shí)調(diào)整對(duì)應(yīng)的父節(jié)點(diǎn)和兄弟節(jié)點(diǎn)的引用關(guān)系，以保證xml文件的語(yǔ)法和語(yǔ)義完整性；針對(duì)無(wú)效布爾交集運(yùn)算，確定參與無(wú)效布爾交集運(yùn)算的圖元未被其他布爾運(yùn)算引用，并刪除參與運(yùn)算的圖元；對(duì)于無(wú)效布爾剪切運(yùn)算，確定剪切圖元未被其他布爾運(yùn)算引用，并刪除剪切圖元，同時(shí)保留目標(biāo)圖元；對(duì)于無(wú)效布爾并集運(yùn)算，確定并集圖元未被其他布爾運(yùn)算引用，并刪除并集圖元，同時(shí)保留目標(biāo)圖元。

37、本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)所述變電站gim模型的輕量化處理方法的系統(tǒng)，包括模型獲取模塊、文件優(yōu)化模塊、模型優(yōu)化模塊、三角面優(yōu)化模塊、圖元優(yōu)化模塊、運(yùn)算優(yōu)化模塊和輕量化處理模塊；模型獲取模塊、文件優(yōu)化模塊、模型優(yōu)化模塊、三角面優(yōu)化模塊、圖元優(yōu)化模塊、運(yùn)算優(yōu)化模塊和輕量化處理模塊依次串接；模型獲取模塊用于獲取目標(biāo)變電站gim模型的文件，并將數(shù)據(jù)信息上傳文件優(yōu)化模塊；文件優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，對(duì)獲取的文件，基于語(yǔ)義相似性分析和屬性值有效性檢測(cè)，進(jìn)行屬性文件的優(yōu)化，并將數(shù)據(jù)信息上傳模型優(yōu)化模塊；模型優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)得到的文件，基于幾何特征匹配與語(yǔ)義一致性分析，進(jìn)行幾何模型的優(yōu)化，并將數(shù)據(jù)信息上傳三角面優(yōu)化模塊；三角面優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)得到的文件，基于邊折疊算法和頂點(diǎn)聚類(lèi)算法，進(jìn)行非參數(shù)化模型三角面的優(yōu)化，并將數(shù)據(jù)信息上傳圖元優(yōu)化模塊；圖元優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)得到的文件，基于obb包絡(luò)盒檢測(cè)與空間包含關(guān)系分析，進(jìn)行參數(shù)化模型中不可見(jiàn)圖元的優(yōu)化，并將數(shù)據(jù)信息上傳運(yùn)算優(yōu)化模塊；運(yùn)算優(yōu)化模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)得到的文件，基于幾何分析與邏輯判定，進(jìn)行參數(shù)化模型中無(wú)效布爾運(yùn)算的優(yōu)化，并將數(shù)據(jù)信息上傳輕量化處理模塊；輕量化處理模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，完成目標(biāo)變電站gim模型的輕量化處理。

38、本發(fā)明提供的這種變電站gim模型的輕量化處理方法及系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)屬性文件的優(yōu)化、幾何模型的優(yōu)化、非參數(shù)化模型三角面的優(yōu)化、參數(shù)化模型中不可見(jiàn)圖元的優(yōu)化和無(wú)效布爾運(yùn)算的優(yōu)化，不僅實(shí)現(xiàn)了變電站gim模型的輕量化處理，而且可靠性更高，精確性更好，效率也更高。