三維全景可視化技術(shù)在輸電線路規(guī)劃設(shè)計(jì)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(yùn)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(jìn)的現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)實(shí)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(jì)

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

隨著計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形計(jì)算學(xué)與計(jì)算機(jī)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(shí)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?yàn)檩旊娋€路的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、檢修和決策等提供最新的三維可視化信息，進(jìn)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(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)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(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(jìn)一步提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平，提高輸電網(wǎng)運(yùn)行狀況的可控、在控、能控能力，真正實(shí)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(jì)應(yīng)用

運(yùn)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(gè)輸電線路走廊在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行全景仿真模擬，從而實(shí)現(xiàn)對該線路走廊周圍環(huán)境的真實(shí)再現(xiàn)。這樣，設(shè)計(jì)部門可以在虛擬的三維可視化全景中實(shí)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(dá)到優(yōu)化線路，降低成本的目的。三維可視化技術(shù)同時(shí)還可以大量減少野外線上的勘察工作，減少不利影響，增強(qiáng)保護(hù)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(diǎn)，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(shí)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(jì)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(jìn)行高精度建模仿真，并且實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的快速瀏覽。同時(shí)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(yùn)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(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)控以及故障查看，電網(wǎng)監(jiān)管等維護(hù)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(shí)情況，從而使得輸電線路運(yùn)維工作人員更加準(zhǔn)確地了解整條輸電線路的情況，進(jìn)而實(shí)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(yùn)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(jìn)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(gè)輸電線路運(yùn)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(jìn)行分析，首先計(jì)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(shí)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(yùn)維具有現(xiàn)實(shí)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?jǐn)⑹錾?，在?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(shí)現(xiàn)二者的高度融合，獲得“即點(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)及實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)

相對于二維GIS技術(shù)，三維可視化技術(shù)在實(shí)現(xiàn)過程中有著較為明顯的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(dá)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營以及可視化體驗(yàn)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(jī)構(gòu)以及相互關(guān)系；所以利用三維可視化技術(shù)，真實(shí)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(gè)鐵塔都有不同的表現(xiàn)形式。所以合理設(shè)計(jì)模式、組織方法梳理電力設(shè)備是實(shí)現(xiàn)輸電三維可視化技術(shù)的一個(gè)重點(diǎn)。

利用三維可視化技術(shù)所呈現(xiàn)的系統(tǒng)是一個(gè)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(hù)功能，是實(shí)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(gè)方面。

5.1 精細(xì)化空間數(shù)據(jù)的三維表達(dá)

激光雷達(dá)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(shí)現(xiàn)最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)就是三維模型的搭建，利用此項(xiàng)技術(shù)可以更加方便地實(shí)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(xiàng)重要的工作，現(xiàn)在無人機(jī)巡檢在電力行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用?？梢酝ㄟ^無人機(jī)搭載電力巡檢設(shè)備，對地形復(fù)雜的線路進(jìn)行巡檢作業(yè)。在巡檢的過程中實(shí)時(shí)地將巡檢數(shù)據(jù)傳回三維可視化平臺，這樣就實(shí)現(xiàn)了對線路走廊的動態(tài)管理，及時(shí)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(jì)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(dá)到展示設(shè)計(jì)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(jì)修建、擴(kuò)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(jì)規(guī)劃中的應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，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(jì)中的具體應(yīng)用。

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