關(guān)于水電站220 kV架空輸電線路的三維數(shù)字化設(shè)計

郭 峰

（湖北省電力勘測設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430040）

隨著電力勘測技術(shù)以及輸電線路設(shè)計方法的不斷發(fā)展，輸電線路的設(shè)計已經(jīng)逐步從以圖紙設(shè)計為核心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)建模為核心，實現(xiàn)了二維到三維的轉(zhuǎn)變，并且逐步實現(xiàn)了基于統(tǒng)一數(shù)字化平臺的流水線作業(yè)模式，本文選取某水電站220 kV架空輸電線路進(jìn)行三維數(shù)字化設(shè)計，并結(jié)合工程案例分析關(guān)鍵技術(shù)驗證其有效性[1，2]。

1 220 kV輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析

三維數(shù)字化技術(shù)以數(shù)字地球為主要載體，以高分辨率影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，集地理信息數(shù)據(jù)、電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)、三維空間選線、二三維同步排位以及實時校核等功能于一體，集成結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計等模塊設(shè)計成果，實現(xiàn)三維可視化狀態(tài)下的協(xié)同設(shè)計[3]?；趫D形圖像軟件強大的功能，通過GIS系統(tǒng)或者無人機航測等手段可將真實的地理環(huán)境信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信息，通過軟件生成虛擬地理環(huán)境[4]。

1.1 技術(shù)路線

三維設(shè)計平臺可將前期的勘測、后期的設(shè)計以及相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一在同一平臺內(nèi)，實現(xiàn)輸電線路的協(xié)同設(shè)計，相比傳統(tǒng)設(shè)計方法整合度更高[5-6]。技術(shù)基本步驟如圖1所示。

圖1 輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)線路示意圖

1.2 作業(yè)流程

在地理測繪方面以無人機航測為主，根據(jù)線路走向、劃分航線和相應(yīng)坐標(biāo)系完成測繪。采用無人機航測數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，在設(shè)計平臺上利用影像匹配彩色點云數(shù)據(jù)技術(shù)與三維網(wǎng)格優(yōu)化算法實現(xiàn)三維建模、紋理映射、連接點重構(gòu)紋理以及重建約束，建立輸電線路走廊的三維模型[7]。利用已有的模型庫將桿塔、金具等模型加載到三維實景模型當(dāng)中完成線路設(shè)計，并根據(jù)平臺提供的電氣檢測等模塊實現(xiàn)電路性能的模擬測試。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

三維數(shù)字化設(shè)計可將不同專業(yè)的設(shè)計人員統(tǒng)一在同一平臺上完成協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)不同專業(yè)設(shè)計成果集成[8]。

1.3.1 關(guān)鍵技術(shù)思考

（1）選線。通過遙感圖像、衛(wèi)星圖像和無人機航測圖像等構(gòu)建精細(xì)輸電線路走廊的三維立體實景地形，快速生成線路平面圖和斷面圖。

通過設(shè)計平臺上的排位聯(lián)動設(shè)計功能直接導(dǎo)入外部的設(shè)計成果，同時將地質(zhì)水文條件、各類輸電線路的限制性障礙等輸電線路影響因素融入實景模型當(dāng)中，實現(xiàn)線路的自動優(yōu)化，從而確定最優(yōu)設(shè)計方案。

（2）絕緣子串設(shè)計。利用絕緣子串設(shè)計模塊設(shè)計完整、標(biāo)準(zhǔn)的金具串三維模型，根據(jù)模型完成材料的自動統(tǒng)計，同時組合桿塔模型，并依靠檢測模塊實現(xiàn)模擬試驗，保證作業(yè)的精度與效率[9]。

（3）電氣檢測。通過在三維實景模型上加載參數(shù)，可檢測電氣間隙風(fēng)偏、對地距離校核、交叉跨越距離校核、桿塔荷載校核、搖擺角校核、懸點應(yīng)力校核、導(dǎo)線應(yīng)力垂弧等。

（4）線路通道清理。由測量人員記錄線路走廊范圍內(nèi)的擬拆遷房屋建筑，并上傳到平臺，系統(tǒng)對其進(jìn)行參數(shù)化處理，結(jié)合實景模型確定的輸電線路走向、檔距、垂弧等以及房屋拆遷規(guī)則，對線路走廊范圍內(nèi)的房屋拆遷進(jìn)行自動判斷并統(tǒng)計。

（5）桿塔排位。實景模型的各類參數(shù)如桿位分坑數(shù)量、DEM、地質(zhì)條件數(shù)據(jù)、水文條件數(shù)據(jù)等，為桿塔設(shè)計提供快速生成基礎(chǔ)配置以及圖紙數(shù)據(jù)，設(shè)計人員根據(jù)實景模型即可驗證其可行性。

（6）GIS。結(jié)合GIS系統(tǒng)，將實景模型輸出到GIS系統(tǒng)當(dāng)中，模擬真實的工程線路走廊模型，讓設(shè)計人員可以更加直觀形象地掌握工程現(xiàn)場的地形地貌，從而提高工作效率。

1.3.2 后期設(shè)計核心技術(shù)首先，采用基于細(xì)節(jié)層次模型技術(shù)的三維渲染技術(shù)[10]，將原始多面體所建立的面片模型，根據(jù)視景遠(yuǎn)近不同，按不同的逼近程度對模型進(jìn)行簡化，減少結(jié)構(gòu)面，提高三維場景以及模型的繪制效率，為桿塔、絕緣子串等精細(xì)三維模型的高速成型奠定基礎(chǔ)。

其次，以三維模型驅(qū)動引擎為核心，解析不同格式三維模型結(jié)構(gòu)，并統(tǒng)一渲染方法，同時將各種格式的模型動態(tài)插入場景，形成標(biāo)識，以標(biāo)識為基礎(chǔ)，建立實際模型的結(jié)構(gòu)與實體參數(shù)。

最后，依據(jù)多源海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)有效解決設(shè)計所需的海量地形地質(zhì)、氣象、模型等數(shù)據(jù)的管理問題。

2 220 kV架空線路設(shè)計案例及其效果分析

2.1 工程案例

以丘陵地區(qū)某水電站的220 kV輸電線路為例，本工程具體要求參考表1。

表1 輸電線路工程設(shè)計參數(shù)一覽表

依據(jù)技術(shù)線路圖進(jìn)行航測，按照線路走向，以線路兩側(cè)各100 m劃定為線路走廊區(qū)域，并將測區(qū)劃為多邊形。航測得到的數(shù)據(jù)直接上傳至設(shè)計平臺，便于在二三維場景當(dāng)中通過直觀的環(huán)境、地物來繪制線路路徑。

設(shè)計中以GIS為基礎(chǔ)平臺進(jìn)行三維一體化選線，并根據(jù)輸電走廊的地理信息與路徑協(xié)議要求，設(shè)計出合理的路徑方案。基于路徑方案進(jìn)行預(yù)排位，加載桿塔模型、金具串模型、接地裝置模型、防震錘等，并自動賦予相關(guān)參數(shù)計算桿塔指標(biāo)，即排位、交叉跨越、房屋拆遷等。發(fā)揮設(shè)計平臺選線、排位以及校驗的優(yōu)勢，針對實景模型進(jìn)行實時調(diào)整，以使線路設(shè)計達(dá)到最優(yōu)化，并與二維出圖聯(lián)動自動生成施工圖。

2.2 效果分析

利用三維數(shù)字化設(shè)計平臺，高效快速地完成了設(shè)計建設(shè)任務(wù)。案例以數(shù)據(jù)庫為核心，以高精度影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以參數(shù)化的輸電線路模型為根據(jù)實現(xiàn)協(xié)同作業(yè)，測繪實踐與設(shè)計深度融合，有效提升設(shè)計效率。

三維數(shù)字化軟件的對設(shè)計優(yōu)化具有積極作用，同時建立地理信息模型、地物模型、三維輸電線路交叉跨越仿真場景，真實還原架空輸電線路實景模型，為優(yōu)化選線路徑以及交叉跨越地物的空間距離量算提供精確的數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)語

架空輸電線路三維數(shù)字化設(shè)計通過前期勘測構(gòu)建實景地形地貌模型，并結(jié)合設(shè)計平臺提供的線路實景參數(shù)化模型，直觀呈現(xiàn)架空線路，便于施工單位的施工管理，同時可以實現(xiàn)三維數(shù)字化移交，大大提高了設(shè)計效率。