基于三維設計、傾斜攝影、VR三位一體輸電線路設計的研究

國網浙江省電力公司嘉興供電公司 朱嵐康 王 法 姚 躍

隨著電網建設的難度越來越大，采用更為先進的設計模式的要求也越來越迫切。針對輸電線路初步設計過程中出現的精度差、效率低等問題，提出將三維設計、傾斜攝影、VR技術結合在同一個平臺、同一個數據庫中形成一個最優化、可落地的設計成果。本文依托嘉興地區汾湖變-伍子變220kV線路工程，詳細地闡述了三位一體設計模式在初步設計中方案選擇的指導作用。

隨著經濟社會的發展，電網建設難度越來越大，輸電線路工程設計時間緊、任務重，目前的設計手段及深度往往難以達到設計要求。隨著三維技術在輸電線路設計中的應用越來越普及，傾斜攝影等新型地理測量方式及VR技術快速發展，如何將傾斜攝影、三維設計以及成果可視化展示的VR技術相結合，創新性的構建輸電線路設計方法及流程的新模式，進一步提高輸電線路的可控、在控、能控能力，已成為各網省公司研究的重點之一。

本文依托嘉興地區汾湖變-伍子變220kV線路工程，詳細介紹了三位一體的工作模式及其在初步設計方案選擇中的指導作用。

1 三位一體研究背景及內容

在輸電線路設計中，將三維設計、傾斜攝影、VR技術結合在同一個平臺同一個數據庫中形成一個最優化、可落地、先進的設計模式，革新了傳統的設計手段。

1.1 三維設計

輸電線路三維設計是依托大量工程基礎數據的平臺，在三維地形數據與矢量地圖結合的地形上進行全方位、立體的工程設計。三維設計全過程直觀的展示線路設計方案，更好的體現了設計想法和創新亮點，以碰撞校驗和電氣距離校驗確保設計的準確性，在初設階段達到施工圖深度，為施工圖設計做儲備。

1.2 傾斜攝影

傾斜攝影融合了傳統的航空攝影和近景測量技術，通過在同一飛行平臺搭載多臺傳感器，同時從左視、右視、前視、后視與垂直五個不同的角度采集影像，構建目標區域的三維空間場景，為線路設計的三維模型提供了數據支持。

1.3 VR技術

VR技術在雙目立體視覺技術當中通過各種高逼真的模仿來對現場進行再現，在設計評審中中全方位、多角度、深層次展示設計成果，便于校核、審核、評審人員更直觀把控工程。

1.4 三位一體工作模式

將三維設計、傾斜攝影的數據、VR展示的功能集成在一個平臺、一個數據庫中形成三維選線-傾斜攝影-三維設計-VR展示反饋的模式，在初步設計階段精準設計，避免了施工圖階段重大變更，提升了設計效率。

2 三位一體設計應用

2.1 三位一體設計平臺建設

構建三位一體數字化設計平臺，以包含基礎模型和標準化方案的大型網絡數據庫為支撐，借助三維手段和信息數據智能相關聯，實現在同一個平臺同一個數據庫中傾斜攝影數據、三維設計、VR展示等多功能應用。

輸電線路三位一體設計平臺系統主要包含傾斜攝影數據導入、谷歌衛片與傾斜數據結合，并通過開發軟件接口，對接三維設計平臺，工程設計成果展示軟件平臺，將傾斜攝影、衛片、三維設計、VR展示交互在同一個數據庫中完成結合。

平臺系統邏輯如圖1所示。

圖1 平臺系統邏輯圖

2.2 三位一體設計應用模塊

三位一體設計平臺以數據庫為基礎，由數據驅動圖形，達到可視化、數字化、信息化的設計目標，根據三位一體開發平臺建設，按主要功能模塊對三位一體進行應用研究。

（1）傾斜攝影數據處理導入模塊

通過開發軟件接口，將測量單位航測生成的傾斜攝影數據文件，導入三維設計軟件直接生成地物的三維模型，三維設計軟件平臺融合加載谷歌衛片和傾斜攝影數據，通過平面坐標轉化，避免了平面轉球面坐標過程中產生誤差，實現地物精細化控制。

（2）三維設計模塊

三維設計軟件通過添加電力線路設計中的各種桿塔、金具、導地線等數據庫，并開放數據寫入功能，使得能夠在軟件平臺上進行路徑選線、桿塔建模、金具建模等應用，通過添加電力線路設計規劃數據庫，自動開展全線碰撞校核，以可視化模型完成設計。

（3）VR展示模塊

通過開發軟件接口，將三維設計成果進行建模，然后將模型轉化為面片模型，再導入虛擬裝配環境中，在虛擬裝配環境中以這個模型為基礎定義交互行為。VR展示交互模塊以信息集成方案為基數核心，利用虛擬裝配系統，并利用外設頭盔顯示器對模型進行立體顯示。

系統功能模塊如圖2所示。

圖2 系統功能模塊圖

3 實現與應用實例

本文三位一體實例依托嘉興地區汾湖變-伍子變220kV線路工程。此段工程交跨數量多，廊道緊張，傳統的設計手段難以達到設計要求，三位一體設計模式很好的解決了設計難題。

3.1 應用實例

（1）三維設計模塊的應用

在三位一體系統平臺通過接口建立地理地圖信息，設置地表信息，分析輸電線路對房屋、耕地和村鎮的影響，選出本工程線路路徑。

圖3 三維設計模塊中排塔

在導入的地圖信息上，進行桿塔建模，根據工程需要利用桿塔數據庫選擇鐵塔單線圖，在單線圖的基礎上添加角鋼鋼材，然在鐵塔上添加掛板和金具掛孔，以便連接金具。

利用已選的線路路徑，根據輸電線路規范，控制線路中心至沿線建筑物的距離、線路中心交叉跨越鐵路、高壓線、河流、公路等重要地物信息的安全距離，在三維實景立體模型中立塔排塔。如圖3所示。

（2）傾斜攝影數據處理導入模塊

對于本工程敏感點（鉆越500kV線路、跨越高速等），在三位一體系統平臺上通過傾斜攝影數據處理接口，將敏感點傾斜攝影原始數據與谷歌衛片相結合，精細化模擬工程現場地物信息，且在交互設計過程中對線路走向的敏感點進行控制，準確獲取線路中線、左右邊線、危險點、風偏點等所在位置的精確坐標數據和高程數據。如圖4、圖5所示。

圖4 傾斜測量數據導入

圖5 衛片與傾斜攝影結合顯示

（3）VR展示校驗模塊

在完成線路初步設計后，對線路的難點敏感點進行校驗，以確保線路走廊的可行性和合理性，為設計評審階段提供科學依據。通過三位一體平臺軟件接口，讀取三維設計成果輸出的多邊形面片模型，再進行裝配設計與分析，再利用提供的VR設備接收設計成果。如圖6、圖7所示。

圖6 校驗高速交跨距離

圖7 校驗鉆越500kV線路電氣距離

3.2 應用經濟性比較

本工程應用三位一體的設計模式后，設計方案與可研方案進行經濟技術比較。如表1所示。

表1 經濟指標對比表

由表1得知，應用三位一體設計模式后，優化了設計方案，節省了投資，控制了工程的造價，提高了工程的整體收益。

結論：本文通過對三維設計、傾斜攝影、VR技術三位一體設計模式展開了分析研究，搭建了輸電線路三位一體設計平臺，并在220kV線路工程上進行了應用。三位一體設計模式具有可視化、數字化、智能化等多種優勢，是傳統的設計手段不能比擬的。隨著一體化設計平臺的進一步發展與完善，必將為輸電線路設計新模式的建設作重要推動。