基于三维设计、倾斜摄影、VR三位一体输电线路设计的研究

国网浙江省电力公司嘉兴供电公司 朱岚康 王 法 姚 跃

随着电网建设的难度越来越大，采用更为先进的设计模式的要求也越来越迫切。针对输电线路初步设计过程中出现的精度差、效率低等问题，提出将三维设计、倾斜摄影、VR技术结合在同一个平台、同一个数据库中形成一个最优化、可落地的设计成果。本文依托嘉兴地区汾湖变-伍子变220kV线路工程，详细地阐述了三位一体设计模式在初步设计中方案选择的指导作用。

随着经济社会的发展，电网建设难度越来越大，输电线路工程设计时间紧、任务重，目前的设计手段及深度往往难以达到设计要求。随着三维技术在输电线路设计中的应用越来越普及，倾斜摄影等新型地理测量方式及VR技术快速发展，如何将倾斜摄影、三维设计以及成果可视化展示的VR技术相结合，创新性的构建输电线路设计方法及流程的新模式，进一步提高输电线路的可控、在控、能控能力，已成为各网省公司研究的重点之一。

本文依托嘉兴地区汾湖变-伍子变220kV线路工程，详细介绍了三位一体的工作模式及其在初步设计方案选择中的指导作用。

1 三位一体研究背景及内容

在输电线路设计中，将三维设计、倾斜摄影、VR技术结合在同一个平台同一个数据库中形成一个最优化、可落地、先进的设计模式，革新了传统的设计手段。

1.1 三维设计

输电线路三维设计是依托大量工程基础数据的平台，在三维地形数据与矢量地图结合的地形上进行全方位、立体的工程设计。三维设计全过程直观的展示线路设计方案，更好的体现了设计想法和创新亮点，以碰撞校验和电气距离校验确保设计的准确性，在初设阶段达到施工图深度，为施工图设计做储备。

1.2 倾斜摄影

倾斜摄影融合了传统的航空摄影和近景测量技术，通过在同一飞行平台搭载多台传感器，同时从左视、右视、前视、后视与垂直五个不同的角度采集影像，构建目标区域的三维空间场景，为线路设计的三维模型提供了数据支持。

1.3 VR技术

VR技术在双目立体视觉技术当中通过各种高逼真的模仿来对现场进行再现，在设计评审中中全方位、多角度、深层次展示设计成果，便于校核、审核、评审人员更直观把控工程。

1.4 三位一体工作模式

将三维设计、倾斜摄影的数据、VR展示的功能集成在一个平台、一个数据库中形成三维选线-倾斜摄影-三维设计-VR展示反馈的模式，在初步设计阶段精准设计，避免了施工图阶段重大变更，提升了设计效率。

2 三位一体设计应用

2.1 三位一体设计平台建设

构建三位一体数字化设计平台，以包含基础模型和标准化方案的大型网络数据库为支撑，借助三维手段和信息数据智能相关联，实现在同一个平台同一个数据库中倾斜摄影数据、三维设计、VR展示等多功能应用。

输电线路三位一体设计平台系统主要包含倾斜摄影数据导入、谷歌卫片与倾斜数据结合，并通过开发软件接口，对接三维设计平台，工程设计成果展示软件平台，将倾斜摄影、卫片、三维设计、VR展示交互在同一个数据库中完成结合。

平台系统逻辑如图1所示。

图1 平台系统逻辑图

2.2 三位一体设计应用模块

三位一体设计平台以数据库为基础，由数据驱动图形，达到可视化、数字化、信息化的设计目标，根据三位一体开发平台建设，按主要功能模块对三位一体进行应用研究。

（1）倾斜摄影数据处理导入模块

通过开发软件接口，将测量单位航测生成的倾斜摄影数据文件，导入三维设计软件直接生成地物的三维模型，三维设计软件平台融合加载谷歌卫片和倾斜摄影数据，通过平面坐标转化，避免了平面转球面坐标过程中产生误差，实现地物精细化控制。

（2）三维设计模块

三维设计软件通过添加电力线路设计中的各种杆塔、金具、导地线等数据库，并开放数据写入功能，使得能够在软件平台上进行路径选线、杆塔建模、金具建模等应用，通过添加电力线路设计规划数据库，自动开展全线碰撞校核，以可视化模型完成设计。

（3）VR展示模块

通过开发软件接口，将三维设计成果进行建模，然后将模型转化为面片模型，再导入虚拟装配环境中，在虚拟装配环境中以这个模型为基础定义交互行为。VR展示交互模块以信息集成方案为基数核心，利用虚拟装配系统，并利用外设头盔显示器对模型进行立体显示。

系统功能模块如图2所示。

图2 系统功能模块图

3 实现与应用实例

本文三位一体实例依托嘉兴地区汾湖变-伍子变220kV线路工程。此段工程交跨数量多，廊道紧张，传统的设计手段难以达到设计要求，三位一体设计模式很好的解决了设计难题。

3.1 应用实例

（1）三维设计模块的应用

在三位一体系统平台通过接口建立地理地图信息，设置地表信息，分析输电线路对房屋、耕地和村镇的影响，选出本工程线路路径。

图3 三维设计模块中排塔

在导入的地图信息上，进行杆塔建模，根据工程需要利用杆塔数据库选择铁塔单线图，在单线图的基础上添加角钢钢材，然在铁塔上添加挂板和金具挂孔，以便连接金具。

利用已选的线路路径，根据输电线路规范，控制线路中心至沿线建筑物的距离、线路中心交叉跨越铁路、高压线、河流、公路等重要地物信息的安全距离，在三维实景立体模型中立塔排塔。如图3所示。

（2）倾斜摄影数据处理导入模块

对于本工程敏感点（钻越500kV线路、跨越高速等），在三位一体系统平台上通过倾斜摄影数据处理接口，将敏感点倾斜摄影原始数据与谷歌卫片相结合，精细化模拟工程现场地物信息，且在交互设计过程中对线路走向的敏感点进行控制，准确获取线路中线、左右边线、危险点、风偏点等所在位置的精确坐标数据和高程数据。如图4、图5所示。

图4 倾斜测量数据导入

图5 卫片与倾斜摄影结合显示

（3）VR展示校验模块

在完成线路初步设计后，对线路的难点敏感点进行校验，以确保线路走廊的可行性和合理性，为设计评审阶段提供科学依据。通过三位一体平台软件接口，读取三维设计成果输出的多边形面片模型，再进行装配设计与分析，再利用提供的VR设备接收设计成果。如图6、图7所示。

图6 校验高速交跨距离

图7 校验钻越500kV线路电气距离

3.2 应用经济性比较

本工程应用三位一体的设计模式后，设计方案与可研方案进行经济技术比较。如表1所示。

表1 经济指标对比表

由表1得知，应用三位一体设计模式后，优化了设计方案，节省了投资，控制了工程的造价，提高了工程的整体收益。

结论：本文通过对三维设计、倾斜摄影、VR技术三位一体设计模式展开了分析研究，搭建了输电线路三位一体设计平台，并在220kV线路工程上进行了应用。三位一体设计模式具有可视化、数字化、智能化等多种优势，是传统的设计手段不能比拟的。随着一体化设计平台的进一步发展与完善，必将为输电线路设计新模式的建设作重要推动。