數字化建模在輸電線路上的應用探析

摘要：本文針對數字化建模在輸電線路上的應用展開分析，基于三維建模技術，順利實現無人機智能巡檢、攝影測量、復雜構件誤差等多方面檢測，充分運用三維可視化系統，推動智能電網建設水平得到提升。

關鍵詞：三維建模；輸電線路；數字化；無人機

DOI：10.12433/zgkjtz.20243236

從根本上來說，三維數字化建模技術具備一定工程實用性價值，以電力工程數字化模型為核心，結合輸電線路導線、路由基礎等多部分實施優化，有效滿足電力工程全壽命周期管理要求。三維數字化模型可在一定程度上表達其與實際設備之間的對應信息，以大量數據信息為支撐，順利組建參數化模型。在具體應用中，可綜合考量輸電線路類型，例如，高壓架空線路等，在明確實際情況的前提下，運用數字化建模技術解決輸電線路管理、應用方面的問題，實現高質量發展目標。

一、三維建模內容分析

針對三維建模技術而言，主要是以輸電線路特征、實際情況為基礎，對其采用數據預處理、云過濾、三維可視化等技術，基于電力工程現場情況，通過構建幾何模型對內部特定環境實施處理。在這一過程中，可采用三維max、SketchUP等技術相結合的方式，在優勢互補的情況下，提高地理信息系統整體可視化、數字化水平。在具體應用期間，可結合空間數據管理經驗，優化數據處理方式，以電力工程為載體，對空間立體信息進行處理。

在現代化背景下，我國電網設備分布情況較為廣泛，受地理條件、氣候因素等方面的影響，電力企業無法實現全面管理。以輸電線路為例，其在整體電力工程中占據較大比重，為實現對故障搶修、日常巡檢等工作的全面覆蓋，需借助虛擬現實技術，并將其引入電網管理工作中，建立真實的電網設備模型，提高整體還原度的同時，直觀、清晰、準確地展現電網設備地理環境等信息，為日常管理工作提供保障。針對電力工程而言，為保證模型構建的精確性，相關人員應綜合考量三維max、SketchUP技術內容，提高地圖可視化質量，建立運行檢修服務支撐系統，針對企業實際情況，實現對輸電線路運行、檢修工作目標。因此，相關人員結合三維建模內容，需進一步優化總體設計方案，綜合考量多方面因素，切實為電網相關業務的深入發展提供技術支撐。

二、數字化建?？傮w設計分析

為充分發揮數字化建模實際效用，解決輸電線路各項問題，需從源頭入手，優化總體設計方案。

第一，設計框架，基于GIS技術出發，可采用多學科交叉融合技術，以電力工程全生命周期、協作平臺、統計分析、方案完善等內容為主，實現全面覆蓋目標。在這期間，應針對路線選擇、施工圖設計、投標等環節加大重視，在深入研究的同時，促使輸電線路實現數字化發展。

第二，地理數據影像，基于精細化3D模型，相關人員可采用數據可視化建模的方法，以大數據庫為核心，結合工程信息，優化整體開發系統思路。以輸電線路建筑、地形等信息為基礎，在深度融合的基礎上，為設計人員提供建模信息支撐。同時，可借助計算機技術的應用，將物理模型順利轉換為數學模型，在經過一系列運算之后使其產生較為直觀的圖像信息，可結合實際情況對其輸入視覺化處理指令。

第三，構建可視化流程模型，在這一過程中，相關人員需對資料實施預處理，挖掘其內部幾何信息。采用繪制函數等方式，將幾何數據順利轉換為影像數據，在順利建立模型的情況下，加大軟件開發力度。以OOP技術為例，其可將軟件與實際社會相對性，提高模擬效果，高效解決實際問題。在這期間，通過不斷分析、處理問題，可逐步吸收相關知識、經驗，采用數據的形式，有效表現實際結構特性。可應用數據庫技術，實現對數據了解、分析、修正等多項操作，保證數據安全性[1]。

三、數字化建模在輸電線路上的具體應用分析

（一）基于三維建模實現無人機智能巡檢

1.建模技術分析

我國地大物博，輸電線路分布較為廣泛，在日常工作中不僅巡檢周期較長，同時部分區域會產生人力不可達的情況， 可運用三維建模技術對輸電線路實施還原，為無人機智能巡檢提供保障。

首先，構建輸電線路部件信息。針對組成結構而言，輸電線路主要包括附屬部件、導線以及桿塔等，為實現抽象建模目標，相關人員應收集各項部件參數，結合建設標準，降低三維建模難度。可對接國家電網系統，便于精準獲取各部件屬性信息，結合信息表，優化三維抽象模型（如圖1所示）。

其次，構建三維模型與部件庫。結合塔基、導線、附屬部件等位置信息建立三維模型，通常情況下，輸電線路塔基結構具有一定的相似性，且電壓等級與實際塔基高度成正比[2]。

最后，科學調整輸電線路參數，基于功能關系，合理建立三維模型的基礎上，需進一步調整輸電線路參數，根據塔基、塔頭、附屬部件等尺寸實施分析，實現輸電線路模型的精細化建設。

2.無人機智能巡檢技術應用

相關人員可高效應用三維模型，提升無人機智能巡檢技術整體效率。從根本上來說，主要巡檢對象在于塔桿頂部金具部件，結合三維模型實際信息，合理制定無人機智能巡檢懸停點，在有效規定安全距離的同時，保證整體輸電線路的安全性。需要注意的是，需以線路電壓等級為核心，科學預估安全距離參數。同時，可優化智能巡檢路徑，以國家GIS系統為參照，根據水平、垂直等方向因素合理控制懸停點，在制定航跡路線的過程中，實現對巡檢數據的全面采集。

在應用自主巡檢技術期間，為實現輸電線路自主化升級目標，需以三維信息為基礎，通過借助無人機優勢，使其存儲相關信息，結合工作人員預先設定信息，借助GPS定位、北斗技術，降低實際巡檢誤差。根據電網巡檢規范可知，智能巡檢實際安全距離需達到10cm以上，由于航道環境具有動態變化的特點，可運用PTK動態載波實時相位差分定位技術，提升數據處理速度，保證數據采集的多樣性。另外，基于三維模型，相關人員可采用移動式機巢無人機，在順利采集裝備信息的情況下，提高設備故障檢修幾率。在具體操作過程中，結合模型實際信息，對無人機發布指令使其立即開始巡視、檢測工作，將初始結果、巡檢圖像進行回傳，人員進行綜合分析，實現指令下達以及工作處理的閉環[3]。

（二）基于三維建模實現攝影測量優化目標

1.三維建模技術分析

在數字化發展的背景下，三維模型應用逐漸廣泛，針對電力建設工程而言，其在我國城市結構中占據重要地位。為實現精細化勘測目標，可建立三維模型，積極開發可視化系統，運用無人機測量技術，降低建模成本的同時，提高影像分辨率（如圖2所示）。

在應用三維建模技術的過程中，需合理布設控制點。在攝影測量外業控制期間，優化布設方案，通過在地面設置較為明顯的標記，并處于相鄰相對重疊區域。在傳統攝影測量中，為提升測量精確性，人員需對像片控制點實施糾正，與之相比，無人機航攝技術的應用，有利于建立相對合理的控制點布設方案。通過應用GPS定位技術，采用分級控制方式，優化整體航攝比例。通常情況下，無人機航攝比例尺較小，這主要是由于數碼相機鏡頭焦距較小，實際比例能夠達到1：8000[4]。

人員需采用無人機傾斜攝影裁量技術，結合輸電線路三維模型建立要求，借助專業測繪軟件，高效計算空中三角測量情況，基于實際影像，進一步還原三維場景。在這一過程中，為實現對輸電塔桿三維數據的測量，可采用多視影像密集匹配法，結合技術特點，獲取多視影像同名點坐標，從不同角度出發，實現對多幅圖像的密集匹配。在順利獲取DSM數據的基礎上，對三維模型實施精細化修改，進而順利實現建模目標，為后續攝影測量技術的應用提供保障。

2.攝影測量技術應用

由于輸電線路類型的差異性，實際安全管控等級不同，針對部分等級較高的區域實際測量次數較為頻繁。攝影測量技術的應用可實現對大范圍區域的測量工作，在開展航空攝影活動之前，人員做好任務規劃。為切實提高空域資源利用率，需科學確定攝影行高、比例尺等信息，并按照規定流程，向航空管理部門申請。以飛行任務為核心，合理設置航向技術參數，同時，應綜合考量天氣情況，優先選擇晴朗無云的天氣實施拍攝作業，在合理設置技術參數的前提下，優化組裝航攝儀的起飛地點，待發送數據控制命令之后方可起飛。

通過有效獲取輸電線路相關數據，實現測量目標。在無人機飛行結束后，人員需對儀器功能實施檢查，可運用機載POS系統實現對無人機位置數據的綜合分析。受天氣情況等多方面因素影響，在飛行期間，實際航線極容易產生偏移，增加漏拍幾率的同時，降低測繪產品實際精度。應用無人機傾斜測量系統對于實際地理信息測量結果精度具有一定影響，對此，在應用攝影測量技術期間，需結合三維模型信息，對原始影像、線路采集數據實施分類、統計，為后續工作奠定基礎。

（三）基于三維建模實現復雜構件誤差檢測

三維數字化建模設計作為電力行業數字化轉型的趨勢，其具備一定前瞻性優勢，在應用期間可從源頭入手，實現對復雜構件誤差的檢測，提高整體設計效率的同時，降低設計成本。三維建模技術主要是對桿塔結構、線路參數等方面實施分析，對線路全面視覺展示，以塔桿結構為例，受輸電線路所處位置、氣象條件等因素的影響，塔桿結構受力情況不同，為保證其整體穩定性，可運用三維建模技術，為后期維護工作提供支持。

人員可以對重要部件點云數據實施處理，將其與三維模型共同輸入到軟件中，借助相關技術優勢，確保點云數據與標準模型實現全面對齊，在順利生成誤差檢驗報告的背景下，便于具體問題具體分析。針對報告內容而言，包含被測點的實際誤差值，從多個視角進行分析，對超過容差范圍的部分實施分析，多角度、全方位地實施觀測，以圖形的方式直觀展現誤差值，掌握實際分布情況，制定針對性的解決方案，順利實現檢測目標，降低輸電線路的誤差幾率[5]。

四、三維建模數字化設計的展望

近年來，伴隨三維數字化技術的不斷深入，其應用范圍逐漸擴大。為實現自動化、可視化、系統化目標，相關人員需積極開發實際市場潛力，促使解決方案更加高效性、經濟性，以此為未來相關領域設計提供一定發展前景。針對未來趨勢，以設計軟件為例，需更加注重智能化、個性化，從內部出發，有效提高適應能力。在全面整合設計經驗的基礎上，提升學習能力，實現對設計細節的自動識別與完善。為強化視覺體驗，需保證實際效果可視化水平持續深入，采用多人協同設計的模式，使其可實時交流各項信息，進而為設計方案質量提供保障。

在實施三維數字化設計期間，應不斷拓寬應用范圍，以制造業、工業設計、基礎設施以及藝術設計等多個領域為核心，以先進技術、軟件為載體，優化產品性能，提升設計效率。同時，針對電力行業發展前景而言，應注重對數字化設計技術的深入研發，通過應用數字化設計方案，良好適應數字化時代發展規律，進而實現高質量、現代化發展目標，為社會提供優質的電力服務。

五、結論

綜上所述，在現代化背景下，數字化設計對于電力行業實現轉型目標具有重要意義，相關人員可運用三維建模技術，針對輸電線路情況實施優化?；趯嶓w模型，在保證其具備相關結構屬性的基礎上，綜合分析結構參數，優化各個部件設計方案，降低故障幾率。同時，在生成三維精細化實體模型的基礎上，可借助模型優勢，實現問題的直觀展示，并對其全生命周期進行管理，提高系統運行效率，為相關業務奠定基礎，推動電力行業實現可持續發展。

參考文獻：

[1]周鑫，胡軼龍，張瀟，等.基于稀疏重建和激光實境復制的電力工程建模方法[J].電子設計工程，2024，32（04）：191-195.

[2]姚磊，潘金虎，段賽飛，等.架空輸電線路通用型閉式卡具的研制與應用[J].農村電氣化，2024，（02）：65-69.

[3]丁道軍，張廣宏，張博.高壓交流輸電線路電場建模與實時監測系統研究[J].電工電氣，2023，（11）：33-40+49.

[4]班革革，張雷，沙鑫，等.基于輸電線路三維信息的無人機智能巡檢技術[J].電氣技術與經濟，2023，（08）：60-62+71.

[5]陳曦，黃志都，楊飛虎，等.高壓電網輸電線路塔焊接點覆冰承載能力分析研究[J].焊接技術，2023，52（09）：20-24.

（作者單位：中國能源建設集團陜西省電力設計院有限公司）