三維可視化在電力線路巡檢管理系統(tǒng)中的應用研究

陳永明

【摘 ?要】傳統(tǒng)的電力巡檢中的手工記錄部分也限制了電力巡檢的能力，在發(fā)現(xiàn)電力線路問題的過程中無法快速有效的定位事故點，這就延誤了最佳的電力線路的搶修時間，而電力相關行業(yè)在近幾年內(nèi)逐步的采用三維可視化技術替換原有的電力線路動態(tài)巡檢管理模式，這對于電力巡檢管理來說是一種啟發(fā)，同時也是電力行業(yè)發(fā)展的趨勢，目前國內(nèi)的很多電力企業(yè)均采用這種方式進行了技術改革，大部分都獲得了較好的收益。

【關鍵詞】三維可視化;電力線路;巡檢管理系統(tǒng)

引言

電力相關行業(yè)在近幾年內(nèi)逐步的采用了三維可視化技術替換原有的電力線路動態(tài)巡檢管理模式，這對于電力巡檢管理來說是一種啟發(fā)，同時也是電力行業(yè)發(fā)展的趨勢。目前國內(nèi)的很多電力企業(yè)均采用這種方式進行了技術改革，大部分都獲得了較好的收益。本文深入分析了電力線路巡檢管理業(yè)務的功能方面的需求，同時結合了三維可視化識別技術、位置服務技術進行核心設計，依照電力線路巡檢管理業(yè)務的相關需求進行電力線路巡檢管理系統(tǒng)結構方面的設計，進而通過計算機技術實現(xiàn)電力線路巡檢管理系統(tǒng)的功能，三維巡檢線路管理模塊以及線路動態(tài)巡檢管理模塊，同時也認真研究了系統(tǒng)的實現(xiàn)環(huán)節(jié)里涉及到的位置服務技術、三維可視化技術、開發(fā)語言以及三層架構設計等，然后給出了系統(tǒng)各模塊設計方案及數(shù)據(jù)庫解決方案，最后將設計好的系統(tǒng)的模塊進行代碼實現(xiàn)，通過測試驗證了系統(tǒng)投入到日常巡檢中使用，同時也提供了電力線路巡檢管理工作的巡檢效率。

一、三維可視化技術

三維可視化技術是虛擬現(xiàn)實技術的分支，同時三維可視化技術是GIS系統(tǒng)重要組成部分，三維可視化技術通過三維立體透視以及計算機相關的能力將現(xiàn)實世界中的實物坐標轉變?yōu)橛嬎銠C能夠運算的坐標。而隨著計算機技術的推廣以及互聯(lián)網(wǎng)絡技術的發(fā)展三維可視化的概念越來越多的運用于日常的生活中，很多傳統(tǒng)的二維產(chǎn)品信息都進行了三維技術的改進，無論是信息的表述還是信息處理的特點三維技術都能夠較好的進行表達，對于電力線路巡檢管理中存在的一些問題，三維可視化技術能夠提出新的解決方案。三維數(shù)據(jù)獲取內(nèi)容是電力線路巡檢管理系統(tǒng)涉及到的空間地物三維的坐標以及實物的紋理信息，上述的數(shù)據(jù)能夠通過移動測繪、數(shù)字攝影等方面的手段得到。移動測繪系統(tǒng)是獲得系統(tǒng)的關鍵，其所使用的機載三維成像儀優(yōu)勢明顯，但很多時候這樣一種較為宏觀的地面獲取方式很難充分得到復雜地物的細節(jié)信息。系統(tǒng)的三維模型建立過程中采用的移動測繪系統(tǒng)組成有：用于導航定位的差分GPS接收機，確定傳感器姿態(tài)的慣性導航系統(tǒng)。移動測繪系統(tǒng)目的是獲得系統(tǒng)測得點在地理坐標系中的三維坐標。系統(tǒng)采用的數(shù)字攝影測量技術提高了系統(tǒng)三維數(shù)據(jù)的獲取效率。

二、三維可視化建模

（一）空間數(shù)據(jù)設計

在明確了電力線路巡檢管理系統(tǒng)的功能后如何組織平臺數(shù)據(jù)為平臺提供服務也是非常重要的一步，針對這個需求必需對電力線路巡檢管理系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫進行設計與研究。在系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)中主要采用了甲骨文公司設計的Oracle Spatial技術，其存儲對象分為對象一關系以及關系兩種模型，對象一關系以及關系模型的區(qū)別是：前者用下列存儲對象，而后者用二維表來存儲對象。系統(tǒng)采用的OracleSpatial 的空間幾何數(shù)據(jù)存儲模型如圖所示。

（二）三維可視化建模

在傳統(tǒng)的電力線路巡檢的數(shù)據(jù)基礎之上，三維可視化模型還需要增加空間數(shù)據(jù)信息，其對應的空間數(shù)據(jù)信息具備以下幾方面的特點：三維模型的空間數(shù)據(jù)為非結構化，并且該數(shù)據(jù)具備良好存取速度;能夠存儲大規(guī)模三維數(shù)據(jù);開放性數(shù)據(jù)接口;連續(xù)、無縫的三維地理模型;強大的三維數(shù)據(jù)空間索引方式，對圖形的存儲以及圖形的查詢、定位等能力較強;支持空間SQL數(shù)據(jù)信息的查詢，為系統(tǒng)的業(yè)務運行過程中增設三維空間數(shù)據(jù)算子，滿足了電力線路巡檢管理系統(tǒng)的空間特征查詢。電力線路巡檢管理系統(tǒng)中的三維數(shù)據(jù)獲取部分主要針對的是電力線路上設備等物體的三維信息，這些信息涵蓋了實物的外形、實物的形狀、實物的長寬、實物表面的色彩等數(shù)據(jù)。

（三）線路桿塔轉角與空間坐標計算

在三維可視化的平臺上樹立線路上的桿塔模型是非常復雜的，這個過程中涉及到了坐標之間的轉化問題，本節(jié)針對線路桿塔轉角與空間坐標計算部分進行研究，屏幕坐標是一種二維坐標系。

圖中L代表了經(jīng)度、字母W代表了緯度、H代表了高度，以此來表達位置P點的坐標，電力線路涉及到的桿塔模型在進行三維建模過程中按照精確的地理位置坐標樹立起來。

（四）電力線路三維空間建模

電力線路巡檢管理系統(tǒng)的三維空間建模主要采用的是面向CIM的，由于CIM 是采用面向對象的方式構建所以其適用于電力線路巡檢管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構，在OO-3D模型的基礎上，電力線路巡檢管理系統(tǒng)采用了一種面向CIM 的三維建模方法OCIM-3D（Oriented CIM-3D），面向CIM 的三維建模方法一方面遵循了CIM模型設計的規(guī)范，它使用的是UML、XML進行表述，同時面向CIM 的三維建模方法具有OO-3D模型自己的特點，即可視化速度快、處理復雜對象等，因此面向CIM的三維建模方法非常適合對電力線路巡檢現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行三維建模。

（五）三維線路動態(tài)巡檢方法

谷歌地球提供了通過對地理空間數(shù)據(jù)的控制在地圖上進行飛行游覽，這部分的數(shù)據(jù)可控制內(nèi)容主要包括兩方面：各位置間的特定飛行時長;各位置間平穩(wěn)無停頓飛行。因此電力線路巡檢管理系統(tǒng)能夠通過在生成游覽KML文件環(huán)節(jié)里對模型中的每個時間點進行觀察，其觀察的位置以及觀察的姿態(tài)都能夠通過配置文件進行設計，進而電力線路巡檢管理系統(tǒng)實現(xiàn)讓三維模型觀察視角隨著時間而動態(tài)改變位置和姿態(tài)效果。從而便實現(xiàn)了電力線路巡檢管理系統(tǒng)的動態(tài)巡檢功能，此時谷歌地球視圖中會生成一個可控的時問軸。用戶能夠在谷歌地球上進行暫停等待等基本操作，依照KML語法規(guī)則來實現(xiàn)了三維可視化動態(tài)巡檢目的，主要是將三維空間數(shù)據(jù)加載到KML文件屬性中，生成動態(tài)巡檢KML文件，最終將其加載到谷歌地球中實現(xiàn)了電力線路巡檢管理系統(tǒng)三維輸電線路的自動巡檢。

三、三維可視化融合在線路巡檢管理系統(tǒng)中的應用

（一）位置服務定位實現(xiàn)

電力線路巡檢管理系統(tǒng)中涉及到了移動端的定位行為，只有通過定位才能夠精準的確定線路缺陷發(fā)生的位置，在電力線路巡檢管理系統(tǒng)的移動端界面點擊“定位”進入相應的地圖界面，此時運行設計好的功能進入系統(tǒng)的界面后，在地圖上自動顯示了系統(tǒng)的巡檢人員所在位置，并用定位的氣球進行用戶位置的標記，設計好的類在運行時就獲取用戶所在位置，并調用位置服務定位類在該位置作氣球標志。

（二）移動端實現(xiàn)

除了三維可視化巡檢的PC端之外還需要對一線的巡檢人員配置移動端巡檢設備，這樣無論在PC端還是在一線現(xiàn)場都能夠及時發(fā)現(xiàn)線路上存在的問題，電力線路巡檢管理系統(tǒng)的移動端是基于安卓技術基于Android的手機辦公系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)中還需要對系統(tǒng)的類包進行設計，根據(jù)電力線路巡檢管理系統(tǒng)的功能來看主要分為了巡檢模塊以及助理模塊兩部分，這兩部分模塊分別對應了xunjianwork和assistant，對于電力線路巡檢管理系統(tǒng)的移動端其底層數(shù)據(jù)封裝到上述的類包中。

（三）服務端實現(xiàn)

在服務器傳輸時，首先需要判斷插件是否安裝，然后創(chuàng)建Socket并連接服務器，之后分析數(shù)據(jù)包獲取數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給服務端。巡檢員登錄到電力線路巡檢管理系統(tǒng)的移動巡檢信號接收部分進行缺陷數(shù)據(jù)采集功能的使用，對現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的缺陷問題進行數(shù)據(jù)的錄入管理。巡檢員登錄到電力線路巡檢管理系統(tǒng)的移動巡檢信號接收部分進行路徑數(shù)據(jù)采集操作，當巡檢工維修結束之后，需要網(wǎng)點對其工作進行確認。

四：結論

本文深入分析了電力線路巡檢管理業(yè)務的功能方面的需求，同時結合了三維可視化識別技術進行核心設計，依照電力線路巡檢管理業(yè)務的相關需求進行電力線路巡檢管理系統(tǒng)結構方面的設計，進而通過計算機技術實現(xiàn)電力線路巡檢管理系統(tǒng)的功能，通過測試驗證了電力線路巡檢管理系統(tǒng)投入到日常巡檢中使用，同時也提供了電力線路巡檢管理工作的巡檢效率。傳統(tǒng)的城市的電力企業(yè)以及線路巡檢管理工作效率較低且存在很多巡檢監(jiān)管上的問題，這些問題會影響到城市的電力企業(yè)線路巡檢的管理效率，本文結合的三維可視化識別技術等技術對城市的電力企業(yè)的線路巡檢管理工作進行改革，進而為城市電網(wǎng)的智能化發(fā)展提供解決方案，同時通過系統(tǒng)的實現(xiàn)能夠對電力企業(yè)線路巡檢管理的進度進行掌握，提高了電力企業(yè)線路巡檢管理的效率，為城市電網(wǎng)智能化管理提供便利。

參考文獻：

[1]孫俊杰.智能巡檢管理系統(tǒng)在電力線路巡檢中的應用[J].安徽電氣工程職業(yè)技術學院學報，2011，16（3）：93-99.

[2]朱佳佳，黃斌，姚明等.基于GIS的電力線路巡檢系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電氣應用，2015，34（10）：141-144.

[3]崔麗娜.智能巡檢管理系統(tǒng)在電力線路巡檢中的應用探究[J].數(shù)字技術與應用，2016，1（1）：100-102.

（作者單位：廣東電網(wǎng)有限責任公司東莞供電局）