三維全景可視化技術在輸電線路規劃設計中的應用

俞容江++周迪++王國良++阮晉

摘 要：輸電線路是電力系統極其重要的組成部分，輸電線路的信息化管理是電力系統信息化的重要內容之一。近年來，隨著電網建設的持續快速增長及輸電資源的日趨緊張，電網規劃，建設及運營壓力的日益加大，從而凸現了傳統輸電線路管理系統在信息處理能力上的相對局限性。因此，先進的現代信息技術應用于電網建設實踐，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用具有非常重大的意義。

關鍵詞：輸電線路 三維全景可視化 規劃設計

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的飛速發展，地理信息系統在電力行業的應用也越來越廣泛。將三維可視化技術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已成為現代電力企業提高管理水平和工作效率的有效手段。然而，現在電力系統中最廣泛的應用還是二維GIS，其在空間表現、展現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，所通過的地理環境復雜，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域。輸電線路桿塔位置與地理空間位置有著密切的關系，尤其在垂直方向的層次關系特別重要，這就使得二維地理信息系統無法滿足其管理需求。近年來，計算機圖形計算學與計算機硬件性能的飛速發展使得三維可視化技術日趨完善，通過這些技術，我們可以真實再現輸電線路走廊全貌。地表模型以及各類設備模型能夠為輸電線路的規劃、設計、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 三維全景可視化現狀

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

2 三維全景可視化技術應用輸電行業優勢

從信息技術的角度出發，將三維全景化展示、虛擬現實及信息集成技術相結合，構建電網三維空間可視化信息平臺，并結合建模、視景仿真、信息集成、可視化交互及多態計算等關鍵技術進行可視化展示，創新性地提出城市電網空間三維可視化信息平臺的工程化建設思路，從而進一步提高電網安全運行水平，提高輸電網運行狀況的可控、在控、能控能力，真正實現城市電網空間三維可視化信息平臺建設。

3 三維全景可視化技術在輸電行業應用

3.1 輸電線路規劃輔助設計應用

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

3.2 線路及桿塔可視化應用

在輸電線路網中線路及桿塔數量眾多，而且架構模式占據絕大部分，線路的走向與桿塔的分布跟地形地貌有著密切的關系。針對這一特點，三維可視化技術應用高程數據、影像數據、矢量數據制作三維地圖，在還原真實現場地形場景的基礎上，提供批量導入桿塔及排位方法，使得桿塔導入后，依據地形的高程數據自動調整桿塔高度，自動形成線路走廊，并且自動計算出桿塔的方位、弧垂。

3.3 輸電線路設備管理應用

三維全景可視化技術對輸電線路走廊所涉及的電網設施設備進行高精度建模仿真，并且實現三維數據的快速瀏覽。同時還可以融合豐富的電力設備屬性信息，包括基礎地理信息、設備信息、運行狀態信息、自然環境信息等以及視頻、照片等多媒體信息，為輸電網設施設備管理減少外業工作量，從而提高管理效率，實現輸電線路工程的智能化管理。

3.4 輸電線路安全生產管理應用

利用三維全景可視化技術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，通道的地理環境復雜，通過全景可視化技術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控以及故障查看，電網監管等維護工作。因此，三維可視化技術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用

在整條線路走廊內，由于溫度、濕度等外界因素的影響，當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，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現這些隱含的安全問題。因此，采用三維全景可視化技術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實意義。

3.6 空間信息與業務數據高度融合

以往的業務數據主要體現在表格或者文字敘述上，在數據的空間性與客觀性的體現上相對欠缺。而三維全景可視化技術通過建立電網設備的空間信息和業務數據的關聯關系，實現二者的高度融合，獲得“即點即見”的效果。在宏觀的觀看場景下，可以查看電網設備的空間位置，并且可以查看其相應的業務數據。在微觀觀看場景下，通過點擊相應設備的高精度模型，便可以查看所對應的業務數據信息。真正實現“可視化”和“直觀管理”的協同工作。

4 三維全景可視化技術特點及實現難點

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

在三維可視化系統中，無論是矢量數據還是柵格數據以及其他不規則地學對象的表達都會遇到大量數據存儲與處理問題。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據非常巨大，外加其他矢量數據，以及成千的電力設備模型，導致三維場景的搭建相當復雜。所以，高精度的數據模型和管理策略，將對整個系統的運營以及可視化體驗起著至關重要的作用。

二維GIS系統一般用抽象符號表示電力設備，根本無法直觀顯示輸電線路中各設備的機構以及相互關系；所以利用三維可視化技術，真實模擬輸電設備是最基本要求，這樣使得模型本身變得很復雜。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形式。所以合理設計模式、組織方法梳理電力設備是實現輸電三維可視化技術的一個重點。

利用三維可視化技術所呈現的系統是一個集輸電設備模型、數字城市模型、矢量數據、地形數據、高程數據、設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據，提供良好的交互查詢和維護功能，是實現輸電三維可視化技術的基本要求。

5 三維全景可視化技術在輸電行業的發展趨勢

隨著三維全景可視化技術在輸電行業的應用越來越廣泛，對可視化技術提出了更高的技術要求，未來可視化技術在輸電行業的發展趨勢主要表現在以下幾個方面。

5.1 精細化空間數據的三維表達

激光雷達技術可以通過掃描快速獲取三維數據，可以提供更高精度的、多比例的空間數據。三維全景可視化技術實現最關鍵的一個環節就是三維模型的搭建，利用此項技術可以更加方便地實現輸電線路走廊地形以及電力設備的三維建模。

5.2 動態數據的三維可視化管理

巡檢是輸電作業外業中一項重要的工作，現在無人機巡檢在電力行業中得到廣泛應用?？梢酝ㄟ^無人機搭載電力巡檢設備，對地形復雜的線路進行巡檢作業。在巡檢的過程中實時地將巡檢數據傳回三維可視化平臺，這樣就實現了對線路走廊的動態管理，及時地了解線路現場的情況。

5.3 三維全景可視化技術與CAD工程設計一體化

三維全景可視化技術為輸電行業提供了可視化環境。電力行業擁有大量的二維和三維CAD數據資料，通過可視化技術可以將這些豐富的CAD數據集成到三維場景中，從而達到展示設計成果，提高工作效率。

6 結語

綜上所述，三維全景可視化技術在輸電線路建設中的應用，為輸電線路的管理、基礎設計修建、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在輸電線路設計規劃中的應用為出發點，通過對現有三維全景可視化技術的研究總結，展示三維全景可視化技術在輸電線路規劃設計中的具體應用。

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