一种海洋石油设施三维模型的建立方法

摘要

本发明涉及一种海洋石油设施三维模型的建立方法，包括以下步骤：1）采用三维激光扫描仪对海上石油平台进行扫描；2）采用逆向工程软件对点云数据进行预处理；3）采用逆向工程软件将多次采集的海上点云数据进行拼接；4）采用海上石油平台的原始设计图纸在正向建模软件中建立海上石油平台的原始三维模型；5）将海量点云数据集合导入到现有的正向建模软件中；6）将海量点云数据集合与海上石油平台的原始三维模型进行匹配对齐，对三维点云数据与原始三维模型发生差异的结构进行标记；7）对已标记的各结构，依据相应位置的点云数据，在正向建模软件中进行建模得到海上石油平台的三维数字化模型；8）存储三维数字化模型，并根据三维数字化模型建立真实三维模型。本发明可以广泛应用于中国海洋石油对在役平台设施的更新改造中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型的建立方法，特别是一种关于海洋石油设施三维模型的建立 方法。

背景技术

在海洋石油产业发展壮大的过程中，伴随着工程建设规模逐步扩大，与工程技术 相关的各项工作也越来越复杂，工程项目经营与管理的成本也随之迅速提升，最为显 著的便是工程信息的收集、处理、储存和利用成本的提升。中国海洋石油经过近30 年的发展，投资建设了资产达数千亿的海上油气田，但是目前海上油田在役平台80% 以上都历经过数次更新改造，很多改造均存在更新改造记录不足的现象，造成了许多 更新改造的工程信息资料不完整的问题。另外部分在役平台本身因年代久远，初期的 设计文档也有不同程度的缺失，因此对在役平台的模型建立与后期的更新改造均带来 很多不便。

在对工程的技术信息的采集和存储中，目前存在的主要问题是：1、当前通行的新 版数据规范及编码规则都是基于新建、在建平台的工程信息资料，但对于在役平台， 特别是年代久远的在役平台，其设计规范与新版存在一定差异，并且部分在役平台由 于参与设计方的背景不同，设计文件的编码规则本身也存在分歧和矛盾。因此，在役 平台工程信息的导入面临兼容性的问题。2、海上平台普遍存在扩建与新旧结合的现象， 因此，工程信息系统中也必然需要将新旧平台的工程信息资料综合起来进行存储和调 用，而在这个过程中必然会出现新老部分结合的问题，且该问题不仅仅是针对模型的 结合，还包括更大范围内的工程信息结合，由于新旧平台资料处理分工不同，规则不 同，尤其是三维模型的对接必将面临一系列问题。

对于资料丢失较为严重的老旧采油平台和化工厂，现有技术通常采用三维激光扫 描等实景复原方法使之真实再现，但是此方法也存在如下问题：1、由于海上石油设施 体积通常较大，利用三维激光扫描方法扫描得到的海上石油设施模型的数据量庞大， 不仅对计算机本身有严格的要求，而且通过海量点云直接对海上石油设施整体进行逆 向建模需要花费很长的时间；2、通过逆向工程建立的数字化模型本身仅仅具有曲面信 息，没有任何工程属性，所承载信息量很少且不可定制开发，这样就使得逆向三维模 型的实际应用价值大打折扣，其功能更多地停留在模型浏览和展现上，对于更深层次 的应用，比如海上平台的更新改造和维护工作则捉襟见肘。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种建模速度快、花费时间短，且能够为在 役平台工程设施提供完整数据信息的海洋石油设施三维模型的建立方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种海洋石油设施三维模型的建立 方法，包括以下步骤：1）采用三维激光扫描仪多次对海上石油平台进行整体扫描；2） 采用逆向工程软件对每次扫描得到的点云数据分别进行预处理；3）采用逆向工程软件 将多次采集的海上点云数据进行拼接，得到能够反映海上平台整体的海量点云数据集 合；4）采用海上石油平台的原始设计图纸在正向建模软件中建立海上石油平台的原始 三维模型；5）将海量点云数据集合通过相应插件导入到现有的正向建模软件中；6） 将海量点云数据集合与海上石油平台的原始三维模型进行匹配对齐，对三维点云数据 与原始三维模型发生差异的结构进行标记；7）对已标记的各结构，依据相应位置的点 云数据，在正向建模软件中进行建模得到海上石油平台的三维数字化模型；8）存储三 维数字化模型，并根据三维数字化模型建立符合海上石油平台现状的三维模型。

所述三维激光扫描仪采用徕卡HDS6000扫描仪。

所述正向建模软件采用PDMS软件。

所述逆向工程软件采用徕卡点云软件。

所述步骤5）将海量点云数据集合通过相应插件导入到现有的正向建模软件中是 通过PDMS软件的LMI接口安装徕卡CloudWorx插件，通过所述徕卡CloudWorx插件， 利用徕卡的Cyclone软件将海量点云数据集合导入到PDMS软件中。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于首先采用激光扫 描仪对建造中或已经建造完成的海上石油设施进行扫描，然后根据原有的海上石油的 设计图纸对原始海上石油设施进行建模，并且通过将点云数据和原始海上石油设施三 维模型进行比对，对发生差异的部分通过点云数据进行建模，得到完整反映海上石油 设施现状的三维实体模型，因此本发明不仅能够对现有的海上石油设施的三维模型进 行快速恢复，得到现有海上石油设施的准确的三维实体模型，而且为后续的海上石油 设施维修和改造提供了完整的电子数据。2、本发明由于只针对发生变化的海上石油设 施的部分结构依据点云进行三维建模，因此不需要对大量的点云数据进行建模，对计 算机的要求降低，可以在普通计算机上完成建模，使得本发明的方法实用性较高。3、 本发明通过原始海上石油设施图纸对通过点云数据建立的海上石油设施的部分结构添 加相关的工程属性，不仅使得海上平台的具有直观的视觉效果，而且可以对海上石油 设施的后续的更新改造和维护工作提供完整的设计依据。4、本发明通过在原有海上石 油设施的三维模型基础上，通过点云校核的方式提高了数据的准确度，使得到三维模 型更符合海上石油设施的现状。本发明可以广泛应用于中国海洋石油对在役平台设施 的更新改造中。

附图说明

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明实施例扫描的海量点云数据局部示意图；

图3是本发明实施例点云逆向建模示意图；

图4是本发明通过正、逆向建模建立的模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～4所示，本发明以某一海上石油在役平台为实施例，详细说明本发明的海 洋石油设施三维模型的建立方法，包括以下步骤：

1、采用现有的三维激光扫描仪对海上石油平台进行整体扫描，由于海上石油平台 体积比较庞大，因此需要多次扫描才能得到完整反映海上石油平台的点云数据（如图 2所示）。

2、采用现有的逆向工程软件对每次扫描得到的点云数据分别进行预处理，例如锐 化，提高点云清晰度。

3、采用现有的逆向工程软件将多次采集的海上点云数据进行拼接，得到能够反映 海上平台整体的海量点云数据集合。

4、查找现有海上石油平台的原始设计图纸，并在正向建模软件中建立海上石油平 台的原始三维模型。

5、将海量点云数据集合通过相应插件导入到现有的正向建模软件中。

6、将海量点云数据集合与海上石油平台的原始三维模型进行匹配对齐，对三维点 云数据与原始三维模型发生差异的结构进行标记。

7、对已标记的各结构，依据相应位置的点云数据，在正向建模软件中进行建模进 而得到海上石油平台的三维数字化模型（如图3所示）。

8、存储三维数字化模型，并根据三维数字化模型建立真正的符合海上石油平台现 状的三维模型（如图4所示）。

上述实施例中，本发明的三维激光扫描仪可以采用徕卡HDS6000扫描仪，HDS6000 扫描仪可以实现水平360度，垂直310度，25米范围内误差精度为2毫米，50米范围 内误差精度为4毫米，最大单向扫描距离为70米，双向为140米，也可以通过使用全 站仪改变扫描位置（即增加站点数量），获得数倍于70米大范围场景扫描。

上述各实施例中，本发明的正向建模软件可以采用PDMS（Plant Des ign  Management System）软件，通过PDMS软件的LMI（Laser Model Interface）接口安 装徕卡CloudWorx插件，通过徕卡CloudWorx插件，同时利用Cyclone软件可以将海 量点云数据集合导入到PDMS软件中。其中，LMI接口是PDMS软件面向激光扫描开发 的接口，CloudWorx和Cyclone为徕卡点云处理软件。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法的实施步骤等都是可以有所变化的， 凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护 范围之外。