數(shù)字化建模在輸電線路上的應(yīng)用探析

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

關(guān)鍵詞：三維建模；輸電線路；數(shù)字化；無人機

DOI：10.12433/zgkjtz.20243236

從根本上來說，三維數(shù)字化建模技術(shù)具備一定工程實用性價值，以電力工程數(shù)字化模型為核心，結(jié)合輸電線路導線、路由基礎(chǔ)等多部分實施優(yōu)化，有效滿足電力工程全壽命周期管理要求。三維數(shù)字化模型可在一定程度上表達其與實際設(shè)備之間的對應(yīng)信息，以大量數(shù)據(jù)信息為支撐，順利組建參數(shù)化模型。在具體應(yīng)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(shù)字化建模技術(shù)解決輸電線路管理、應(yīng)用方面的問題，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展目標。

一、三維建模內(nèi)容分析

針對三維建模技術(shù)而言，主要是以輸電線路特征、實際情況為基礎(chǔ)，對其采用數(shù)據(jù)預(yù)處理、云過濾、三維可視化等技術(shù)，基于電力工程現(xiàn)場情況，通過構(gòu)建幾何模型對內(nèi)部特定環(huán)境實施處理。在這一過程中，可采用三維max、SketchUP等技術(shù)相結(jié)合的方式，在優(yōu)勢互補的情況下，提高地理信息系統(tǒng)整體可視化、數(shù)字化水平。在具體應(yīng)用期間，可結(jié)合空間數(shù)據(jù)管理經(jīng)驗，優(yōu)化數(shù)據(jù)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(xiàn)代化背景下，我國電網(wǎng)設(shè)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(yè)無法實現(xiàn)全面管理。以輸電線路為例，其在整體電力工程中占據(jù)較大比重，為實現(xiàn)對故障搶修、日常巡檢等工作的全面覆蓋，需借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，并將其引入電網(wǎng)管理工作中，建立真實的電網(wǎng)設(shè)備模型，提高整體還原度的同時，直觀、清晰、準確地展現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備地理環(huán)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(gòu)建的精確性，相關(guān)人員應(yīng)綜合考量三維max、SketchUP技術(shù)內(nèi)容，提高地圖可視化質(zhì)量，建立運行檢修服務(wù)支撐系統(tǒng)，針對企業(yè)實際情況，實現(xiàn)對輸電線路運行、檢修工作目標。因此，相關(guān)人員結(jié)合三維建模內(nèi)容，需進一步優(yōu)化總體設(shè)計方案，綜合考量多方面因素，切實為電網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)的深入發(fā)展提供技術(shù)支撐。

二、數(shù)字化建?？傮w設(shè)計分析

為充分發(fā)揮數(shù)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(yōu)化總體設(shè)計方案。

第一，設(shè)計框架，基于GIS技術(shù)出發(fā)，可采用多學科交叉融合技術(shù)，以電力工程全生命周期、協(xié)作平臺、統(tǒng)計分析、方案完善等內(nèi)容為主，實現(xiàn)全面覆蓋目標。在這期間，應(yīng)針對路線選擇、施工圖設(shè)計、投標等環(huán)節(jié)加大重視，在深入研究的同時，促使輸電線路實現(xiàn)數(shù)字化發(fā)展。

第二，地理數(shù)據(jù)影像，基于精細化3D模型，相關(guān)人員可采用數(shù)據(jù)可視化建模的方法，以大數(shù)據(jù)庫為核心，結(jié)合工程信息，優(yōu)化整體開發(fā)系統(tǒng)思路。以輸電線路建筑、地形等信息為基礎(chǔ)，在深度融合的基礎(chǔ)上，為設(shè)計人員提供建模信息支撐。同時，可借助計算機技術(shù)的應(yīng)用，將物理模型順利轉(zhuǎn)換為數(shù)學模型，在經(jīng)過一系列運算之后使其產(chǎn)生較為直觀的圖像信息，可結(jié)合實際情況對其輸入視覺化處理指令。

第三，構(gòu)建可視化流程模型，在這一過程中，相關(guān)人員需對資料實施預(yù)處理，挖掘其內(nèi)部幾何信息。采用繪制函數(shù)等方式，將幾何數(shù)據(jù)順利轉(zhuǎn)換為影像數(shù)據(jù)，在順利建立模型的情況下，加大軟件開發(fā)力度。以O(shè)OP技術(shù)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(guān)知識、經(jīng)驗，采用數(shù)據(jù)的形式，有效表現(xiàn)實際結(jié)構(gòu)特性?？蓱?yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)了解、分析、修正等多項操作，保證數(shù)據(jù)安全性[1]。

三、數(shù)字化建模在輸電線路上的具體應(yīng)用分析

（一）基于三維建模實現(xiàn)無人機智能巡檢

1.建模技術(shù)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(qū)域會產(chǎn)生人力不可達的情況， 可運用三維建模技術(shù)對輸電線路實施還原，為無人機智能巡檢提供保障。

首先，構(gòu)建輸電線路部件信息。針對組成結(jié)構(gòu)而言，輸電線路主要包括附屬部件、導線以及桿塔等，為實現(xiàn)抽象建模目標，相關(guān)人員應(yīng)收集各項部件參數(shù)，結(jié)合建設(shè)標準，降低三維建模難度。可對接國家電網(wǎng)系統(tǒng)，便于精準獲取各部件屬性信息，結(jié)合信息表，優(yōu)化三維抽象模型（如圖1所示）。

其次，構(gòu)建三維模型與部件庫。結(jié)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(jié)構(gòu)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(diào)整輸電線路參數(shù)，基于功能關(guān)系，合理建立三維模型的基礎(chǔ)上，需進一步調(diào)整輸電線路參數(shù)，根據(jù)塔基、塔頭、附屬部件等尺寸實施分析，實現(xiàn)輸電線路模型的精細化建設(shè)。

2.無人機智能巡檢技術(shù)應(yīng)用

相關(guān)人員可高效應(yīng)用三維模型，提升無人機智能巡檢技術(shù)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(jié)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(guī)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(yù)估安全距離參數(shù)。同時，可優(yōu)化智能巡檢路徑，以國家GIS系統(tǒng)為參照，根據(jù)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(xiàn)對巡檢數(shù)據(jù)的全面采集。

在應(yīng)用自主巡檢技術(shù)期間，為實現(xiàn)輸電線路自主化升級目標，需以三維信息為基礎(chǔ)，通過借助無人機優(yōu)勢，使其存儲相關(guān)信息，結(jié)合工作人員預(yù)先設(shè)定信息，借助GPS定位、北斗技術(shù)，降低實際巡檢誤差。根據(jù)電網(wǎng)巡檢規(guī)范可知，智能巡檢實際安全距離需達到10cm以上，由于航道環(huán)境具有動態(tài)變化的特點，可運用PTK動態(tài)載波實時相位差分定位技術(shù)，提升數(shù)據(jù)處理速度，保證數(shù)據(jù)采集的多樣性。另外，基于三維模型，相關(guān)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(shè)備故障檢修幾率。在具體操作過程中，結(jié)合模型實際信息，對無人機發(fā)布指令使其立即開始巡視、檢測工作，將初始結(jié)果、巡檢圖像進行回傳，人員進行綜合分析，實現(xiàn)指令下達以及工作處理的閉環(huán)[3]。

（二）基于三維建模實現(xiàn)攝影測量優(yōu)化目標

1.三維建模技術(shù)分析

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

在應(yīng)用三維建模技術(shù)的過程中，需合理布設(shè)控制點。在攝影測量外業(yè)控制期間，優(yōu)化布設(shè)方案，通過在地面設(shè)置較為明顯的標記，并處于相鄰相對重疊區(qū)域。在傳統(tǒng)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(shù)的應(yīng)用，有利于建立相對合理的控制點布設(shè)方案。通過應(yīng)用GPS定位技術(shù)，采用分級控制方式，優(yōu)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(shù)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(shù)，結(jié)合輸電線路三維模型建立要求，借助專業(yè)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(xiàn)對輸電塔桿三維數(shù)據(jù)的測量，可采用多視影像密集匹配法，結(jié)合技術(shù)特點，獲取多視影像同名點坐標，從不同角度出發(fā)，實現(xiàn)對多幅圖像的密集匹配。在順利獲取DSM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對三維模型實施精細化修改，進而順利實現(xiàn)建模目標，為后續(xù)攝影測量技術(shù)的應(yīng)用提供保障。

2.攝影測量技術(shù)應(yīng)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(qū)域?qū)嶋H測量次數(shù)較為頻繁。攝影測量技術(shù)的應(yīng)用可實現(xiàn)對大范圍區(qū)域的測量工作，在開展航空攝影活動之前，人員做好任務(wù)規(guī)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(guī)定流程，向航空管理部門申請。以飛行任務(wù)為核心，合理設(shè)置航向技術(shù)參數(shù)，同時，應(yīng)綜合考量天氣情況，優(yōu)先選擇晴朗無云的天氣實施拍攝作業(yè)，在合理設(shè)置技術(shù)參數(shù)的前提下，優(yōu)化組裝航攝儀的起飛地點，待發(fā)送數(shù)據(jù)控制命令之后方可起飛。

通過有效獲取輸電線路相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)測量目標。在無人機飛行結(jié)束后，人員需對儀器功能實施檢查，可運用機載POS系統(tǒng)實現(xiàn)對無人機位置數(shù)據(jù)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(chǎn)生偏移，增加漏拍幾率的同時，降低測繪產(chǎn)品實際精度。應(yīng)用無人機傾斜測量系統(tǒng)對于實際地理信息測量結(jié)果精度具有一定影響，對此，在應(yīng)用攝影測量技術(shù)期間，需結(jié)合三維模型信息，對原始影像、線路采集數(shù)據(jù)實施分類、統(tǒng)計，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。

（三）基于三維建模實現(xiàn)復雜構(gòu)件誤差檢測

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

人員可以對重要部件點云數(shù)據(jù)實施處理，將其與三維模型共同輸入到軟件中，借助相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢，確保點云數(shù)據(jù)與標準模型實現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)檢測目標，降低輸電線路的誤差幾率[5]。

四、三維建模數(shù)字化設(shè)計的展望

近年來，伴隨三維數(shù)字化技術(shù)的不斷深入，其應(yīng)用范圍逐漸擴大。為實現(xiàn)自動化、可視化、系統(tǒng)化目標，相關(guān)人員需積極開發(fā)實際市場潛力，促使解決方案更加高效性、經(jīng)濟性，以此為未來相關(guān)領(lǐng)域設(shè)計提供一定發(fā)展前景。針對未來趨勢，以設(shè)計軟件為例，需更加注重智能化、個性化，從內(nèi)部出發(fā)，有效提高適應(yīng)能力。在全面整合設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提升學習能力，實現(xiàn)對設(shè)計細節(jié)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(xù)深入，采用多人協(xié)同設(shè)計的模式，使其可實時交流各項信息，進而為設(shè)計方案質(zhì)量提供保障。

在實施三維數(shù)字化設(shè)計期間，應(yīng)不斷拓寬應(yīng)用范圍，以制造業(yè)、工業(yè)設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)施以及藝術(shù)設(shè)計等多個領(lǐng)域為核心，以先進技術(shù)、軟件為載體，優(yōu)化產(chǎn)品性能，提升設(shè)計效率。同時，針對電力行業(yè)發(fā)展前景而言，應(yīng)注重對數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的深入研發(fā)，通過應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計方案，良好適應(yīng)數(shù)字化時代發(fā)展規(guī)律，進而實現(xiàn)高質(zhì)量、現(xiàn)代化發(fā)展目標，為社會提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。

五、結(jié)論

綜上所述，在現(xiàn)代化背景下，數(shù)字化設(shè)計對于電力行業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型目標具有重要意義，相關(guān)人員可運用三維建模技術(shù)，針對輸電線路情況實施優(yōu)化?；趯嶓w模型，在保證其具備相關(guān)結(jié)構(gòu)屬性的基礎(chǔ)上，綜合分析結(jié)構(gòu)參數(shù)，優(yōu)化各個部件設(shè)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(chǔ)上，可借助模型優(yōu)勢，實現(xiàn)問題的直觀展示，并對其全生命周期進行管理，提高系統(tǒng)運行效率，為相關(guān)業(yè)務(wù)奠定基礎(chǔ)，推動電力行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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（作者單位：中國能源建設(shè)集團陜西省電力設(shè)計院有限公司）