三维全景可视化技术在输电线路规划设计中的应用

俞容江++周迪++王国良++阮晋

摘 要：输电线路是电力系统极其重要的组成部分，输电线路的信息化管理是电力系统信息化的重要内容之一。近年来，随着电网建设的持续快速增长及输电资源的日趋紧张，电网规划，建设及运营压力的日益加大，从而凸现了传统输电线路管理系统在信息处理能力上的相对局限性。因此，先进的现代信息技术应用于电网建设实践，就成为解决这些问题的必然选择，研究三维全景可视化在输电线路中的应用具有非常重大的意义。

关键词：输电线路 三维全景可视化 规划设计

中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（b）-0019-02

随着计算机信息技术的飞速发展，地理信息系统在电力行业的应用也越来越广泛。将三维可视化技术引入输电线路管理中，为各级管理人员提供一套简单便捷的输电网已成为现代电力企业提高管理水平和工作效率的有效手段。然而，现在电力系统中最广泛的应用还是二维GIS，其在空间表现、展现效果和分析能力上有很大的局限性。

输电线路是在地理空间上的人为建筑物，其线路跨越距离长，所通过的地理环境复杂，与其他电力线路和通信线路形成交叉跨越，且会通过居民建筑物和其他特殊区域。输电线路杆塔位置与地理空间位置有着密切的关系，尤其在垂直方向的层次关系特别重要，这就使得二维地理信息系统无法满足其管理需求。近年来，计算机图形计算学与计算机硬件性能的飞速发展使得三维可视化技术日趋完善，通过这些技术，我们可以真实再现输电线路走廊全貌。地表模型以及各类设备模型能够为输电线路的规划、设计、检修和决策等提供最新的三维可视化信息，进一步提高输电线路的管理水平。

1 三维全景可视化现状

以计算机技术为基础的三维可视化技术，大多以软件的形式体现出来，目前主要分为建模软件、平台软件和应用软件3类。三维可视化的关键是建模，平台软件大多以模型为基础，实现漫游、观察、分析、决策等基本操作；而應用软件主要是为了满足三维可视化技术在某一方面的应用而开发的应用程序，如数字校园、数字小区、三维城市景观仿真等。

2 三维全景可视化技术应用输电行业优势

从信息技术的角度出发，将三维全景化展示、虚拟现实及信息集成技术相结合，构建电网三维空间可视化信息平台，并结合建模、视景仿真、信息集成、可视化交互及多态计算等关键技术进行可视化展示，创新性地提出城市电网空间三维可视化信息平台的工程化建设思路，从而进一步提高电网安全运行水平，提高输电网运行状况的可控、在控、能控能力，真正实现城市电网空间三维可视化信息平台建设。

3 三维全景可视化技术在输电行业应用

3.1 输电线路规划辅助设计应用

运用海量高精度的DEM数据、高分辨率的影像数据以及三维电力设备模型，对整个输电线路走廊在计算机上进行全景仿真模拟，从而实现对该线路走廊周围环境的真实再现。这样，设计部门可以在虚拟的三维可视化全景中实现对输电线路的规划和各种空间分析，使输电线路的走向更加合理化，从而达到优化线路，降低成本的目的。三维可视化技术同时还可以大量减少野外线上的勘察工作，减少不利影响，增强保护环境意识，直观还原三维地形地貌。

3.2 线路及杆塔可视化应用

在输电线路网中线路及杆塔数量众多，而且架构模式占据绝大部分，线路的走向与杆塔的分布跟地形地貌有着密切的关系。针对这一特点，三维可视化技术应用高程数据、影像数据、矢量数据制作三维地图，在还原真实现场地形场景的基础上，提供批量导入杆塔及排位方法，使得杆塔导入后，依据地形的高程数据自动调整杆塔高度，自动形成线路走廊，并且自动计算出杆塔的方位、弧垂。

3.3 输电线路设备管理应用

三维全景可视化技术对输电线路走廊所涉及的电网设施设备进行高精度建模仿真，并且实现三维数据的快速浏览。同时还可以融合丰富的电力设备属性信息，包括基础地理信息、设备信息、运行状态信息、自然环境信息等以及视频、照片等多媒体信息，为输电网设施设备管理减少外业工作量，从而提高管理效率，实现输电线路工程的智能化管理。

3.4 输电线路安全生产管理应用

利用三维全景可视化技术可以快速而且直观地了解输电线路的走向情况。输电线路的线路通道距离长，通道的地理环境复杂，通过全景可视化技术展示的平台可以打破线路巡检人员的视角局限，可以完成多条输电线路的实时监控以及故障查看，电网监管等维护工作。因此，三维可视化技术可以清楚地反映外界的三维真实情况，从而使得输电线路运维工作人员更加准确地了解整条输电线路的情况，进而实现对输电线路的三维可视化管理。

3.5 输电线路的安全运维应用

在整条线路走廊内，由于温度、湿度等外界因素的影响，当然也不排除一些外力对杆塔进行的破坏造成位置偏移等问题。很显然，以上因素对输电线路留下了极大的安全隐患。因此在整个输电线路运维的过程中，需要利用三维全景可视化技术，对这些因素进行分析，首先计算输电线路所处地形地貌对整条线路的影响，从而使在线路实施的人员发现这些隐含的安全问题。因此，采用三维全景可视化技术对线路的地形地貌变化检测对于提高输电线路的安全运维具有现实意义。

3.6 空间信息与业务数据高度融合

以往的业务数据主要体现在表格或者文字叙述上，在数据的空间性与客观性的体现上相对欠缺。而三维全景可视化技术通过建立电网设备的空间信息和业务数据的关联关系，实现二者的高度融合，获得“即点即见”的效果。在宏观的观看场景下，可以查看电网设备的空间位置，并且可以查看其相应的业务数据。在微观观看场景下，通过点击相应设备的高精度模型，便可以查看所对应的业务数据信息。真正实现“可视化”和“直观管理”的协同工作。

4 三维全景可视化技术特点及实现难点

相对于二维GIS技术，三维可视化技术在实现过程中有着较为明显的特点和实现难点，其主要表现在以下几个方面。

在三维可视化系统中，无论是矢量数据还是栅格数据以及其他不规则地学对象的表达都会遇到大量数据存储与处理问题。在输电线路中，一条完整的输电线路可能要绵延上百公里，使得这条线路的模型数据非常巨大，外加其他矢量数据，以及成千的电力设备模型，导致三维场景的搭建相当复杂。所以，高精度的数据模型和管理策略，将对整个系统的运营以及可视化体验起着至关重要的作用。

二维GIS系统一般用抽象符号表示电力设备，根本无法直观显示输电线路中各设备的机构以及相互关系；所以利用三维可视化技术，真实模拟输电设备是最基本要求，这样使得模型本身变得很复杂。以杆塔为例，杆塔具有自身高度、塔头形状、绝缘子类型等特性，每个铁塔都有不同的表现形式。所以合理设计模式、组织方法梳理电力设备是实现输电三维可视化技术的一个重点。

利用三维可视化技术所呈现的系统是一个集输电设备模型、数字城市模型、矢量数据、地形数据、高程数据、设备信息属相管理于一体的综合展示管理平台。所以合理地组织这几种数据，提供良好的交互查询和维护功能，是实现输电三维可视化技术的基本要求。

5 三维全景可视化技术在输电行业的发展趋势

随着三维全景可视化技术在输电行业的应用越来越广泛，对可视化技术提出了更高的技术要求，未来可视化技术在输电行业的发展趋势主要表现在以下几个方面。

5.1 精细化空间数据的三维表达

激光雷达技术可以通过扫描快速获取三维数据，可以提供更高精度的、多比例的空间数据。三维全景可视化技术实现最关键的一个环节就是三维模型的搭建，利用此项技术可以更加方便地实现输电线路走廊地形以及电力设备的三维建模。

5.2 动态数据的三维可视化管理

巡检是输电作业外业中一项重要的工作，现在无人机巡检在電力行业中得到广泛应用。可以通过无人机搭载电力巡检设备，对地形复杂的线路进行巡检作业。在巡检的过程中实时地将巡检数据传回三维可视化平台，这样就实现了对线路走廊的动态管理，及时地了解线路现场的情况。

5.3 三维全景可视化技术与CAD工程设计一体化

三维全景可视化技术为输电行业提供了可视化环境。电力行业拥有大量的二维和三维CAD数据资料，通过可视化技术可以将这些丰富的CAD数据集成到三维场景中，从而达到展示设计成果，提高工作效率。

6 结语

综上所述，三维全景可视化技术在输电线路建设中的应用，为输电线路的管理、基础设计修建、扩建与决策提供有力的信息支持。该文以三维全景可视化技术在输电线路设计规划中的应用为出发点，通过对现有三维全景可视化技术的研究总结，展示三维全景可视化技术在输电线路规划设计中的具体应用。

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