2025年（第三届）电力行业智能巡检技术大会：基于3DGS及AI前沿技术赋能变电站安全预警与智能巡视

赋能变电站安全预警与智能巡视北京华青超航科技有限公司3D高斯泼溅简介八叉树索引3DGS图形渲染引擎变电站设备单体化作业平台近电施工吊装方案模拟及安全监测预警系统变电站智能巡视系统应用提升33DGS简介什么是3D高斯泼溅3D高斯泼溅

(3DGaussiansplatting):下—代3D表示基础架构,数字李生体的范式跃迁基础原理:

核心思想是通过高斯球体表示三维场景,

而不是传统的网格或点云。将场景中的每个点表示为一个高斯分布

(球体或椭球)

,

包含位置、协方差

(控制椭球形状)

、颜色及透明度。渲染时,将椭球投影至二维平面并按深度混合像素,模拟光线累积效果。通过可微分渲染反向优化高斯参数,结合深度学习自动调整形状与密度,

实现高精度表面重建与逼真光照,

克服传统点云网格的刚性限制,

突破传统点云离散性与计算效率瓶颈。依赖人工干预,

耗时长成本高全自动生成,

小时级重建静态模型难以动态调整交互实时编辑与动态场景交互支持复杂曲面细节易失真厘米级精度,

自动修复瑕疵硬件要求高,

渲染速度慢低配置实时运行,

移动端可部署Al驱动下的小时级自动重建:·

基于深度学习的自动三维建模

(无需人工干预)·

从2D图像/视频直接构建逼真3D场景

(端到端自动生成)

·自适应形状优化

(智能补全遮挡缺失区域)·

实时动态更新及交互操作

(支持场景变化与交互)·

基于物理的渲染技术

(照片级重建媲美真实拍摄效果)3D高斯泼溅已成为新一代三维表示范式,

正在推动VR/AR、机器人仿真、数字李生等领域的革新。其与轻量化物理引擎、基础模型的深度结合,

将加速实现

·近实时所见即所得

的三维交互闭环。3D高斯泼溅的特点3D高斯泼溅场景细节室外场景室内场景八叉树索引3DGS图形渲染引擎2照片级重建

城市级扩展八叉树3D高斯图形渲染引擎-提升渲染效率的关键由于3D场景通常包含大量数据点,

使用传统的渲染方法可能会导致计算资源浪费和性能瓶颈。八叉树作为一种空间分区结构,

通过将三维空间递归地分割成八个子空间,

能够高效地管理和查询大量的3D数据;

同时,八叉树还能够动态调整分辨率,

针对不同视角和场景需求自适应加载数据,

进一步提升实时渲染的性能和细节表现。主要特点:·B/S架构,

实现跨平台无缝兼容

八叉树空间索引,高效处理海量数据·支持更大地理范围,可扩展至城市级规模,且可嵌入cesiumJS应用里。

优化的图块加载与淘汰机制,提升系统性能·兼容PC、平板、手机等多终端设备·内存占用降低至1.6GB*·

帧率提升至80FPS*x主流服务器

(IntelxeonE-2378G8核2.80GHZ)

pcIntelcore9-270H,核心显卡,16G)环境测得八叉树3D高斯图形渲染引擎是一种先进的实时渲染系统,

专为高效处理大规模3D场景而开发。可将3DGS表示的场景数据组织成八叉树结构,

通过递归空间细分将场景分割为多级图块

(3DTiles),每个图块封装了局部高斯参数

(如位置、协方差、颜色和不透明度),

实现高效地存储、抽取、传输和渲染。针对高斯图块数据特征,

定制压缩算法,

实现压缩效率、分开分开3变电站设备单体化作业平台定义和用途定义:变电站设备单体化是指在变电站数字化建模过程中,对整体三维场景模型进行分割和处理,

将设备整体

(如变压器、断路器、CT/PT和部件

(如表计、位置指示器)分解为独立的单体实体模型的操作。单体化可分为两级结构:

一级为设备整体,

二级为内部部件用途:·精确定位与可视化管理,如设备定位、按数据过滤、统计专题图;·

业务数据关联,如台账、测试、缺陷、检修等数据;

立体智巡航线规划,如无人机、地面机器狗、和摄像头等多维度协同模式,和设备和间隔巡检、表计巡检、红外巡检等巡检类别;·施工方案模拟和安全监测预警如设备检修和替换、带电体设置等;采集高斯原始数据高斯建模及Al模型训练Al模型实例分割流程图42基于Al实例分割的2D结果,

结合相机内外参数,计算出实例对象在多视图下的视锥投影体。实例对象投影连续射线碰撞获取全部视锥体内的高斯点云,进行聚类分析,

分割和对齐多个高斯簇。碰撞检测和聚类分多视角候选BBOX应用优选融合算法,

生成最优的三维包围体。生成

维边界框当前算法状态:

从套管、绝缘子、控制箱等对象扩展到变电站室外1类设备和4类主变部件

正在进行Al模型训练,

同事持续算法优化,

当前单体化算法准确率和召回率均为90%左右。近电施工作业吊装方案模拟及安全监测预警系统4业务需求近年来,

在改扩建施工中多次发生人员触电、机械误碰运行设备的事故,

直接原因就是缺少实时监测人员、机械与带电体安全距离的方法。目前,

通过感应电监测、红外电子围栏、激光测距仪测量等方式监测,但部署复杂、工作量大、精度低、误报频繁,仍存在一定局限性。业务需求·地面的安全管控范围可以通过安全防护栏进行划区管理,但是地面以上的纵向、横向空间安全范围没有行之有效的划区和管理方法;·设备带电或不带电状态会动态变化,特别是变电设备的是否带电变化多样,

例如刀闸的开合状态下,带电体范围就会发生变化

人员、机械臂在作业过程中的空间位置动态变化,

缺少实用的监测管控手段;·机械物理的限位和防误碰措施简单粗暴,实地作业难以应用;痛点和难点系统集成大屏显示作业过程回放重演构建变电站3D5流程图实时监测近电预警交互式组装RTK传感器实景模型施工车型施工方案模拟校验部署42多终端:

告别传统数字孪生应用对专业工作站的依赖,

普通办公PC、个人手机上均可以完美呈现。构建三维实景地图高效率:

大幅缩短三维建模周期,

小时级自动生成模型,

即采即建即用。高精度:

基于Al三维重建技术,

大幅提升三维重建效果。低成本:

无人机或手持终端采集、自动化生成,

大幅降低三维模型的建设成本,

一线运维人员即可实现持续建模和迭代。1无人机影像采集获取屋顶、构筑物等高空目标的空中视角影像数据1小时自动规划航线1人2手持式扫描仪获取地面和室内的激光数据和影像视频数据0.5小时人工手持作业1人3AI视觉三维重建建立空中和地面三维场景32小时4070单显卡全自动-

-4三维模型单体化划分带电体、管控目标1小时半自动

，人工辅助1人构建三维实景地图2025年某变电站建模实例:核算施工作业安全距离,

辅助方案编制·利用增强现实技术

(AR)将近电作业的人员、机械、车辆等在三维实景地图中进行虚拟仿真。

实现现场勘察和方案编制阶段的安全距离量测,安全活动区域可视化展示。·实现作业方案三维场景模拟,模拟人员、车辆的活动范围,并进行安全活动空间计算,

形成

u作业流程三维展示方案ss

可视化组装吊装车型,从车型信息库里关联车型参数、图片和性能表等车型组装交互式模拟吊装动作,

实时计算安全距离和碰撞风险,

出具安全可行的吊装方案交互操作与方案生可以随时查看和对比吊装模拟方案,

了解作业关键过程过程

放制作多施工步骤的动画页面,

跨部门分享施工计划,确保施工安全施工步骤模拟部署定位传感器,

精准定位人员和机械位置部署定位传感器,

精准定位人员和机械位置声光报警装置RTK定位装置实时计算最短距离分段预警实时计算最短距离分段预警应用效果变电站智能巡视系统应用提升5模型:·

几乎完全依赖人工干预,耗时长、成本高;·

激光点云数据量大、处理分析繁琐、可视化程度低;

·

站内环境发生变化时,

更新维护难,需专业人员介入;

·点云环境下,基于图像的人工智能技术较难落地应用;航线:·

巡检点位多、巡检目标人工分类及标注量大;·

航线规划完全依赖于专业人员、规划难度大;ss

需求及痛点变电站具有规模大、设备密集、巡检点位众多、空间狭小、航路复杂等特点,

目前主要采用的u激光点云+航线规划+自主巡检m

的无人机巡检业务模式难以满足用户需求,具有大量业务痛点。流程图航线质量判定优化三维空间一体化安全距离校验航线仿真飞行标准格式航线巡检结果分析标准化导入导出及下发最优路径设备台账智能巡检规划5设备单体化基于Al算法,

进行3DGS模型的设备单体化,实现站内海量设备的自动或半自动识别分类,摆脱对专业人员的依赖,海量设备轻松确定巡检对象。巡检目标点及拍照点建立导入标准化台账,

在3DGS模型上采用所见即所得方式建立巡检目标点及拍照点,摆脱对专业点云分类及航线规划人员的依赖,轻松构建巡检目标及拍照点体系。3D空间导航与航线自动生成基于空间算法库,将输入的3Dn何体转化为可导航的网格,在导航网格上实现路径规划和代理导航,

实现用户给定巡检目标条件下的航线自动生成,

完全无需手动航线规划,海量航线轻松生成。目标点、拍照点及拍照参数手动微调基于自动生成的无人机航线,采用u所见即所得

的方式,

支持用户根据实际需求对航线目标点、拍照点及拍照参数进行手动微调。航线仿真飞行及安全距离校验充分利用3DGS模型的厘米级定位精度信息,

以及100%实景模型,

实现航线的仿真飞行及安全距离校验,摆脱对专业人员的依赖,

真正实现所见即所飞、所飞即所得。航线导出及下发执行基于大疆系列无人机的自主飞行航线格式,

自主导出KMZ航线文件,并自动下发至无人机或机巢,轻松实现巡检流程的全自动化。多模态大模型应用支持私有化部署Deepseek或其他大模型,支持多模态输入,用户可通过文字或语音的方式便捷输入巡检任务及巡检目标需求,

自动匹配生成巡检计划及航线文件。可视化摄像头布点辅助模块基于照片级3D高斯场景,

实现了巡检点位台账的便捷导入,

摄像头模板编辑、点位批量复制添加,

以及摄像头视角调整等功能。系统自动计算覆盖率,

区分显示覆盖与未覆盖点位,

支持高效的线上布点和参数调试。将传统现场布点设计和摄像头预置位调试工作,

从数月耗时,

缩短为几天,显著节省时间和人力成本,并提升布点准确性。三