三維全景可視化技術(shù)在輸電線路規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用

俞容江++周迪++王國良++阮晉

摘 要：輸電線路是電力系統(tǒng)極其重要的組成部分，輸電線路的信息化管理是電力系統(tǒng)信息化的重要內(nèi)容之一。近年來，隨著電網(wǎng)建設(shè)的持續(xù)快速增長及輸電資源的日趨緊張，電網(wǎng)規(guī)劃，建設(shè)及運營壓力的日益加大，從而凸現(xiàn)了傳統(tǒng)輸電線路管理系統(tǒng)在信息處理能力上的相對局限性。因此，先進的現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)實踐，就成為解決這些問題的必然選擇，研究三維全景可視化在輸電線路中的應(yīng)用具有非常重大的意義。

關(guān)鍵詞：輸電線路 三維全景可視化 規(guī)劃設(shè)計

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（b）-0019-02

隨著計算機信息技術(shù)的飛速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)在電力行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。將三維可視化技術(shù)引入輸電線路管理中，為各級管理人員提供一套簡單便捷的輸電網(wǎng)已成為現(xiàn)代電力企業(yè)提高管理水平和工作效率的有效手段。然而，現(xiàn)在電力系統(tǒng)中最廣泛的應(yīng)用還是二維GIS，其在空間表現(xiàn)、展現(xiàn)效果和分析能力上有很大的局限性。

輸電線路是在地理空間上的人為建筑物，其線路跨越距離長，所通過的地理環(huán)境復(fù)雜，與其他電力線路和通信線路形成交叉跨越，且會通過居民建筑物和其他特殊區(qū)域。輸電線路桿塔位置與地理空間位置有著密切的關(guān)系，尤其在垂直方向的層次關(guān)系特別重要，這就使得二維地理信息系統(tǒng)無法滿足其管理需求。近年來，計算機圖形計算學(xué)與計算機硬件性能的飛速發(fā)展使得三維可視化技術(shù)日趨完善，通過這些技術(shù)，我們可以真實再現(xiàn)輸電線路走廊全貌。地表模型以及各類設(shè)備模型能夠為輸電線路的規(guī)劃、設(shè)計、檢修和決策等提供最新的三維可視化信息，進一步提高輸電線路的管理水平。

1 三維全景可視化現(xiàn)狀

以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的三維可視化技術(shù)，大多以軟件的形式體現(xiàn)出來，目前主要分為建模軟件、平臺軟件和應(yīng)用軟件3類。三維可視化的關(guān)鍵是建模，平臺軟件大多以模型為基礎(chǔ)，實現(xiàn)漫游、觀察、分析、決策等基本操作；而應(yīng)用軟件主要是為了滿足三維可視化技術(shù)在某一方面的應(yīng)用而開發(fā)的應(yīng)用程序，如數(shù)字校園、數(shù)字小區(qū)、三維城市景觀仿真等。

2 三維全景可視化技術(shù)應(yīng)用輸電行業(yè)優(yōu)勢

從信息技術(shù)的角度出發(fā)，將三維全景化展示、虛擬現(xiàn)實及信息集成技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建電網(wǎng)三維空間可視化信息平臺，并結(jié)合建模、視景仿真、信息集成、可視化交互及多態(tài)計算等關(guān)鍵技術(shù)進行可視化展示，創(chuàng)新性地提出城市電網(wǎng)空間三維可視化信息平臺的工程化建設(shè)思路，從而進一步提高電網(wǎng)安全運行水平，提高輸電網(wǎng)運行狀況的可控、在控、能控能力，真正實現(xiàn)城市電網(wǎng)空間三維可視化信息平臺建設(shè)。

3 三維全景可視化技術(shù)在輸電行業(yè)應(yīng)用

3.1 輸電線路規(guī)劃輔助設(shè)計應(yīng)用

運用海量高精度的DEM數(shù)據(jù)、高分辨率的影像數(shù)據(jù)以及三維電力設(shè)備模型，對整個輸電線路走廊在計算機上進行全景仿真模擬，從而實現(xiàn)對該線路走廊周圍環(huán)境的真實再現(xiàn)。這樣，設(shè)計部門可以在虛擬的三維可視化全景中實現(xiàn)對輸電線路的規(guī)劃和各種空間分析，使輸電線路的走向更加合理化，從而達到優(yōu)化線路，降低成本的目的。三維可視化技術(shù)同時還可以大量減少野外線上的勘察工作，減少不利影響，增強保護環(huán)境意識，直觀還原三維地形地貌。

3.2 線路及桿塔可視化應(yīng)用

在輸電線路網(wǎng)中線路及桿塔數(shù)量眾多，而且架構(gòu)模式占據(jù)絕大部分，線路的走向與桿塔的分布跟地形地貌有著密切的關(guān)系。針對這一特點，三維可視化技術(shù)應(yīng)用高程數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)制作三維地圖，在還原真實現(xiàn)場地形場景的基礎(chǔ)上，提供批量導(dǎo)入桿塔及排位方法，使得桿塔導(dǎo)入后，依據(jù)地形的高程數(shù)據(jù)自動調(diào)整桿塔高度，自動形成線路走廊，并且自動計算出桿塔的方位、弧垂。

3.3 輸電線路設(shè)備管理應(yīng)用

三維全景可視化技術(shù)對輸電線路走廊所涉及的電網(wǎng)設(shè)施設(shè)備進行高精度建模仿真，并且實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的快速瀏覽。同時還可以融合豐富的電力設(shè)備屬性信息，包括基礎(chǔ)地理信息、設(shè)備信息、運行狀態(tài)信息、自然環(huán)境信息等以及視頻、照片等多媒體信息，為輸電網(wǎng)設(shè)施設(shè)備管理減少外業(yè)工作量，從而提高管理效率，實現(xiàn)輸電線路工程的智能化管理。

3.4 輸電線路安全生產(chǎn)管理應(yīng)用

利用三維全景可視化技術(shù)可以快速而且直觀地了解輸電線路的走向情況。輸電線路的線路通道距離長，通道的地理環(huán)境復(fù)雜，通過全景可視化技術(shù)展示的平臺可以打破線路巡檢人員的視角局限，可以完成多條輸電線路的實時監(jiān)控以及故障查看，電網(wǎng)監(jiān)管等維護工作。因此，三維可視化技術(shù)可以清楚地反映外界的三維真實情況，從而使得輸電線路運維工作人員更加準確地了解整條輸電線路的情況，進而實現(xiàn)對輸電線路的三維可視化管理。

3.5 輸電線路的安全運維應(yīng)用

在整條線路走廊內(nèi)，由于溫度、濕度等外界因素的影響，當(dāng)然也不排除一些外力對桿塔進行的破壞造成位置偏移等問題。很顯然，以上因素對輸電線路留下了極大的安全隱患。因此在整個輸電線路運維的過程中，需要利用三維全景可視化技術(shù)，對這些因素進行分析，首先計算輸電線路所處地形地貌對整條線路的影響，從而使在線路實施的人員發(fā)現(xiàn)這些隱含的安全問題。因此，采用三維全景可視化技術(shù)對線路的地形地貌變化檢測對于提高輸電線路的安全運維具有現(xiàn)實意義。

3.6 空間信息與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)高度融合

以往的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)在表格或者文字敘述上，在數(shù)據(jù)的空間性與客觀性的體現(xiàn)上相對欠缺。而三維全景可視化技術(shù)通過建立電網(wǎng)設(shè)備的空間信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實現(xiàn)二者的高度融合，獲得“即點即見”的效果。在宏觀的觀看場景下，可以查看電網(wǎng)設(shè)備的空間位置，并且可以查看其相應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在微觀觀看場景下，通過點擊相應(yīng)設(shè)備的高精度模型，便可以查看所對應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息。真正實現(xiàn)“可視化”和“直觀管理”的協(xié)同工作。

4 三維全景可視化技術(shù)特點及實現(xiàn)難點

相對于二維GIS技術(shù)，三維可視化技術(shù)在實現(xiàn)過程中有著較為明顯的特點和實現(xiàn)難點，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

在三維可視化系統(tǒng)中，無論是矢量數(shù)據(jù)還是柵格數(shù)據(jù)以及其他不規(guī)則地學(xué)對象的表達都會遇到大量數(shù)據(jù)存儲與處理問題。在輸電線路中，一條完整的輸電線路可能要綿延上百公里，使得這條線路的模型數(shù)據(jù)非常巨大，外加其他矢量數(shù)據(jù)，以及成千的電力設(shè)備模型，導(dǎo)致三維場景的搭建相當(dāng)復(fù)雜。所以，高精度的數(shù)據(jù)模型和管理策略，將對整個系統(tǒng)的運營以及可視化體驗起著至關(guān)重要的作用。

二維GIS系統(tǒng)一般用抽象符號表示電力設(shè)備，根本無法直觀顯示輸電線路中各設(shè)備的機構(gòu)以及相互關(guān)系；所以利用三維可視化技術(shù)，真實模擬輸電設(shè)備是最基本要求，這樣使得模型本身變得很復(fù)雜。以桿塔為例，桿塔具有自身高度、塔頭形狀、絕緣子類型等特性，每個鐵塔都有不同的表現(xiàn)形式。所以合理設(shè)計模式、組織方法梳理電力設(shè)備是實現(xiàn)輸電三維可視化技術(shù)的一個重點。

利用三維可視化技術(shù)所呈現(xiàn)的系統(tǒng)是一個集輸電設(shè)備模型、數(shù)字城市模型、矢量數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、設(shè)備信息屬相管理于一體的綜合展示管理平臺。所以合理地組織這幾種數(shù)據(jù)，提供良好的交互查詢和維護功能，是實現(xiàn)輸電三維可視化技術(shù)的基本要求。

5 三維全景可視化技術(shù)在輸電行業(yè)的發(fā)展趨勢

隨著三維全景可視化技術(shù)在輸電行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，對可視化技術(shù)提出了更高的技術(shù)要求，未來可視化技術(shù)在輸電行業(yè)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

5.1 精細化空間數(shù)據(jù)的三維表達

激光雷達技術(shù)可以通過掃描快速獲取三維數(shù)據(jù)，可以提供更高精度的、多比例的空間數(shù)據(jù)。三維全景可視化技術(shù)實現(xiàn)最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)就是三維模型的搭建，利用此項技術(shù)可以更加方便地實現(xiàn)輸電線路走廊地形以及電力設(shè)備的三維建模。

5.2 動態(tài)數(shù)據(jù)的三維可視化管理

巡檢是輸電作業(yè)外業(yè)中一項重要的工作，現(xiàn)在無人機巡檢在電力行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。可以通過無人機搭載電力巡檢設(shè)備，對地形復(fù)雜的線路進行巡檢作業(yè)。在巡檢的過程中實時地將巡檢數(shù)據(jù)傳回三維可視化平臺，這樣就實現(xiàn)了對線路走廊的動態(tài)管理，及時地了解線路現(xiàn)場的情況。

5.3 三維全景可視化技術(shù)與CAD工程設(shè)計一體化

三維全景可視化技術(shù)為輸電行業(yè)提供了可視化環(huán)境。電力行業(yè)擁有大量的二維和三維CAD數(shù)據(jù)資料，通過可視化技術(shù)可以將這些豐富的CAD數(shù)據(jù)集成到三維場景中，從而達到展示設(shè)計成果，提高工作效率。

6 結(jié)語

綜上所述，三維全景可視化技術(shù)在輸電線路建設(shè)中的應(yīng)用，為輸電線路的管理、基礎(chǔ)設(shè)計修建、擴建與決策提供有力的信息支持。該文以三維全景可視化技術(shù)在輸電線路設(shè)計規(guī)劃中的應(yīng)用為出發(fā)點，通過對現(xiàn)有三維全景可視化技術(shù)的研究總結(jié)，展示三維全景可視化技術(shù)在輸電線路規(guī)劃設(shè)計中的具體應(yīng)用。

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