【摘 要】
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核能以其清洁低碳、高能量密度的优势,已成为中国现代能源体系的主要组成部分。而用于核能发电的核设施长期处于强放射性以及腐蚀性的环境中,随时间推移将产生变形损伤,导致核泄漏事故的发生,因此为保证核电安全需对其定期检测,将变形损伤的核设施进行退役。然而核电站内部设备安装情况复杂,大部分区域有放射性毒性,导致传统的人工检测方案遇到了新挑战。虚拟仿真技术可安全高效地完成核设施检测,但仿真过程需有核设施的高精
【基金项目】
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与中国核动力院合作的科研项目《激光三维扫描重构原理样机集成开发》
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核能以其清洁低碳、高能量密度的优势,已成为中国现代能源体系的主要组成部分。而用于核能发电的核设施长期处于强放射性以及腐蚀性的环境中,随时间推移将产生变形损伤,导致核泄漏事故的发生,因此为保证核电安全需对其定期检测,将变形损伤的核设施进行退役。然而核电站内部设备安装情况复杂,大部分区域有放射性毒性,导致传统的人工检测方案遇到了新挑战。虚拟仿真技术可安全高效地完成核设施检测,但仿真过程需有核设施的高精度三维模型。因此本文基于激光扫描技术研发一套核设施高精度三维重构系统,主要研究内容如下:1、核设施扫描点云的获取及预处理。内容包括:激光扫描移动平台开发、点云平滑去噪及精简、多视角核设施点云的配准、点云法向量计算及一致化。其中,对于多视角下的点云配准,使用传统的ICP算法直接配准,存在效率低、对初始姿态敏感等缺点,本文使用Super4pcs算法改良初始重叠率后,基于并行ICP算法实现高效且鲁棒的精配准。2、核设施结构形面分割及参数提取。首先对组成核设施结构的特征形面进行参数建模,改进传统的Hough投票方法,优化复杂度,提出一种结合Mean Shift聚类算法的高效形面分割算法;基于LM算法,根据分割的形面点云拟合最优形面参数。实验验证表明:本文方法形面识别的准确度以及参数提取的精度均优于经典的RANSAC算法,参数提取精度可达0.2mm以内,满足核设施高精度重构的要求。3、核设施三维实体重构。提出基于混合B-Rep/CSG的核设施实体重构技术。首先根据提取的形面特征参数,基于B-Rep法完成形面基元的实体构造;根据核设施形面组合的拓扑结构,基于CSG树完成形面实体基元的组合重构,并导出通用的STEP及STL格式的三维模型,最终基于OpenCASCADE开源库实现上述过程。4、综合应用上述的点云处理及三维重构研究结果,集成开发核设施高精度重构软件系统。结合自主设计的核设施标件,对该系统进行了功能试验,数据证明该重构系统可导出高精度的核设施三维模型,为虚拟仿真技术在核设施退役过程的实现提供了可靠的分析数据。
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