数字化建模在输电线路上的应用探析

摘要：本文针对数字化建模在输电线路上的应用展开分析，基于三维建模技术，顺利实现无人机智能巡检、摄影测量、复杂构件误差等多方面检测，充分运用三维可视化系统，推动智能电网建设水平得到提升。

关键词：三维建模；输电线路；数字化；无人机

DOI：10.12433/zgkjtz.20243236

从根本上来说，三维数字化建模技术具备一定工程实用性价值，以电力工程数字化模型为核心，结合输电线路导线、路由基础等多部分实施优化，有效满足电力工程全寿命周期管理要求。三维数字化模型可在一定程度上表达其与实际设备之间的对应信息，以大量数据信息为支撑，顺利组建参数化模型。在具体应用中，可综合考量输电线路类型，例如，高压架空线路等，在明确实际情况的前提下，运用数字化建模技术解决输电线路管理、应用方面的问题，实现高质量发展目标。

一、三维建模内容分析

针对三维建模技术而言，主要是以输电线路特征、实际情况为基础，对其采用数据预处理、云过滤、三维可视化等技术，基于电力工程现场情况，通过构建几何模型对内部特定环境实施处理。在这一过程中，可采用三维max、SketchUP等技术相结合的方式，在优势互补的情况下，提高地理信息系统整体可视化、数字化水平。在具体应用期间，可结合空间数据管理经验，优化数据处理方式，以电力工程为载体，对空间立体信息进行处理。

在现代化背景下，我国电网设备分布情况较为广泛，受地理条件、气候因素等方面的影响，电力企业无法实现全面管理。以输电线路为例，其在整体电力工程中占据较大比重，为实现对故障抢修、日常巡检等工作的全面覆盖，需借助虚拟现实技术，并将其引入电网管理工作中，建立真实的电网设备模型，提高整体还原度的同时，直观、清晰、准确地展现电网设备地理环境等信息，为日常管理工作提供保障。针对电力工程而言，为保证模型构建的精确性，相关人员应综合考量三维max、SketchUP技术内容，提高地图可视化质量，建立运行检修服务支撑系统，针对企业实际情况，实现对输电线路运行、检修工作目标。因此，相关人员结合三维建模内容，需进一步优化总体设计方案，综合考量多方面因素，切实为电网相关业务的深入发展提供技术支撑。

二、数字化建模总体设计分析

为充分发挥数字化建模实际效用，解决输电线路各项问题，需从源头入手，优化总体设计方案。

第一，设计框架，基于GIS技术出发，可采用多学科交叉融合技术，以电力工程全生命周期、协作平台、统计分析、方案完善等内容为主，实现全面覆盖目标。在这期间，应针对路线选择、施工图设计、投标等环节加大重视，在深入研究的同时，促使输电线路实现数字化发展。

第二，地理数据影像，基于精细化3D模型，相关人员可采用数据可视化建模的方法，以大数据库为核心，结合工程信息，优化整体开发系统思路。以输电线路建筑、地形等信息为基础，在深度融合的基础上，为设计人员提供建模信息支撑。同时，可借助计算机技术的应用，将物理模型顺利转换为数学模型，在经过一系列运算之后使其产生较为直观的图像信息，可结合实际情况对其输入视觉化处理指令。

第三，构建可视化流程模型，在这一过程中，相关人员需对资料实施预处理，挖掘其内部几何信息。采用绘制函数等方式，将几何数据顺利转换为影像数据，在顺利建立模型的情况下，加大软件开发力度。以OOP技术为例，其可将软件与实际社会相对性，提高模拟效果，高效解决实际问题。在这期间，通过不断分析、处理问题，可逐步吸收相关知识、经验，采用数据的形式，有效表现实际结构特性。可应用数据库技术，实现对数据了解、分析、修正等多项操作，保证数据安全性[1]。

三、数字化建模在输电线路上的具体应用分析

（一）基于三维建模实现无人机智能巡检

1.建模技术分析

我国地大物博，输电线路分布较为广泛，在日常工作中不仅巡检周期较长，同时部分区域会产生人力不可达的情况， 可运用三维建模技术对输电线路实施还原，为无人机智能巡检提供保障。

首先，构建输电线路部件信息。针对组成结构而言，输电线路主要包括附属部件、导线以及杆塔等，为实现抽象建模目标，相关人员应收集各项部件参数，结合建设标准，降低三维建模难度。可对接国家电网系统，便于精准获取各部件属性信息，结合信息表，优化三维抽象模型（如图1所示）。

其次，构建三维模型与部件库。结合塔基、导线、附属部件等位置信息建立三维模型，通常情况下，输电线路塔基结构具有一定的相似性，且电压等级与实际塔基高度成正比[2]。

最后，科学调整输电线路参数，基于功能关系，合理建立三维模型的基础上，需进一步调整输电线路参数，根据塔基、塔头、附属部件等尺寸实施分析，实现输电线路模型的精细化建设。

2.无人机智能巡检技术应用

相关人员可高效应用三维模型，提升无人机智能巡检技术整体效率。从根本上来说，主要巡检对象在于塔杆顶部金具部件，结合三维模型实际信息，合理制定无人机智能巡检悬停点，在有效规定安全距离的同时，保证整体输电线路的安全性。需要注意的是，需以线路电压等级为核心，科学预估安全距离参数。同时，可优化智能巡检路径，以国家GIS系统为参照，根据水平、垂直等方向因素合理控制悬停点，在制定航迹路线的过程中，实现对巡检数据的全面采集。

在应用自主巡检技术期间，为实现输电线路自主化升级目标，需以三维信息为基础，通过借助无人机优势，使其存储相关信息，结合工作人员预先设定信息，借助GPS定位、北斗技术，降低实际巡检误差。根据电网巡检规范可知，智能巡检实际安全距离需达到10cm以上，由于航道环境具有动态变化的特点，可运用PTK动态载波实时相位差分定位技术，提升数据处理速度，保证数据采集的多样性。另外，基于三维模型，相关人员可采用移动式机巢无人机，在顺利采集装备信息的情况下，提高设备故障检修几率。在具体操作过程中，结合模型实际信息，对无人机发布指令使其立即开始巡视、检测工作，将初始结果、巡检图像进行回传，人员进行综合分析，实现指令下达以及工作处理的闭环[3]。

（二）基于三维建模实现摄影测量优化目标

1.三维建模技术分析

在数字化发展的背景下，三维模型应用逐渐广泛，针对电力建设工程而言，其在我国城市结构中占据重要地位。为实现精细化勘测目标，可建立三维模型，积极开发可视化系统，运用无人机测量技术，降低建模成本的同时，提高影像分辨率（如图2所示）。

在应用三维建模技术的过程中，需合理布设控制点。在摄影测量外业控制期间，优化布设方案，通过在地面设置较为明显的标记，并处于相邻相对重叠区域。在传统摄影测量中，为提升测量精确性，人员需对像片控制点实施纠正，与之相比，无人机航摄技术的应用，有利于建立相对合理的控制点布设方案。通过应用GPS定位技术，采用分级控制方式，优化整体航摄比例。通常情况下，无人机航摄比例尺较小，这主要是由于数码相机镜头焦距较小，实际比例能够达到1：8000[4]。

人员需采用无人机倾斜摄影裁量技术，结合输电线路三维模型建立要求，借助专业测绘软件，高效计算空中三角测量情况，基于实际影像，进一步还原三维场景。在这一过程中，为实现对输电塔杆三维数据的测量，可采用多视影像密集匹配法，结合技术特点，获取多视影像同名点坐标，从不同角度出发，实现对多幅图像的密集匹配。在顺利获取DSM数据的基础上，对三维模型实施精细化修改，进而顺利实现建模目标，为后续摄影测量技术的应用提供保障。

2.摄影测量技术应用

由于输电线路类型的差异性，实际安全管控等级不同，针对部分等级较高的区域实际测量次数较为频繁。摄影测量技术的应用可实现对大范围区域的测量工作，在开展航空摄影活动之前，人员做好任务规划。为切实提高空域资源利用率，需科学确定摄影行高、比例尺等信息，并按照规定流程，向航空管理部门申请。以飞行任务为核心，合理设置航向技术参数，同时，应综合考量天气情况，优先选择晴朗无云的天气实施拍摄作业，在合理设置技术参数的前提下，优化组装航摄仪的起飞地点，待发送数据控制命令之后方可起飞。

通过有效获取输电线路相关数据，实现测量目标。在无人机飞行结束后，人员需对仪器功能实施检查，可运用机载POS系统实现对无人机位置数据的综合分析。受天气情况等多方面因素影响，在飞行期间，实际航线极容易产生偏移，增加漏拍几率的同时，降低测绘产品实际精度。应用无人机倾斜测量系统对于实际地理信息测量结果精度具有一定影响，对此，在应用摄影测量技术期间，需结合三维模型信息，对原始影像、线路采集数据实施分类、统计，为后续工作奠定基础。

（三）基于三维建模实现复杂构件误差检测

三维数字化建模设计作为电力行业数字化转型的趋势，其具备一定前瞻性优势，在应用期间可从源头入手，实现对复杂构件误差的检测，提高整体设计效率的同时，降低设计成本。三维建模技术主要是对杆塔结构、线路参数等方面实施分析，对线路全面视觉展示，以塔杆结构为例，受输电线路所处位置、气象条件等因素的影响，塔杆结构受力情况不同，为保证其整体稳定性，可运用三维建模技术，为后期维护工作提供支持。

人员可以对重要部件点云数据实施处理，将其与三维模型共同输入到软件中，借助相关技术优势，确保点云数据与标准模型实现全面对齐，在顺利生成误差检验报告的背景下，便于具体问题具体分析。针对报告内容而言，包含被测点的实际误差值，从多个视角进行分析，对超过容差范围的部分实施分析，多角度、全方位地实施观测，以图形的方式直观展现误差值，掌握实际分布情况，制定针对性的解决方案，顺利实现检测目标，降低输电线路的误差几率[5]。

四、三维建模数字化设计的展望

近年来，伴随三维数字化技术的不断深入，其应用范围逐渐扩大。为实现自动化、可视化、系统化目标，相关人员需积极开发实际市场潜力，促使解决方案更加高效性、经济性，以此为未来相关领域设计提供一定发展前景。针对未来趋势，以设计软件为例，需更加注重智能化、个性化，从内部出发，有效提高适应能力。在全面整合设计经验的基础上，提升学习能力，实现对设计细节的自动识别与完善。为强化视觉体验，需保证实际效果可视化水平持续深入，采用多人协同设计的模式，使其可实时交流各项信息，进而为设计方案质量提供保障。

在实施三维数字化设计期间，应不断拓宽应用范围，以制造业、工业设计、基础设施以及艺术设计等多个领域为核心，以先进技术、软件为载体，优化产品性能，提升设计效率。同时，针对电力行业发展前景而言，应注重对数字化设计技术的深入研发，通过应用数字化设计方案，良好适应数字化时代发展规律，进而实现高质量、现代化发展目标，为社会提供优质的电力服务。

五、结论

综上所述，在现代化背景下，数字化设计对于电力行业实现转型目标具有重要意义，相关人员可运用三维建模技术，针对输电线路情况实施优化。基于实体模型，在保证其具备相关结构属性的基础上，综合分析结构参数，优化各个部件设计方案，降低故障几率。同时，在生成三维精细化实体模型的基础上，可借助模型优势，实现问题的直观展示，并对其全生命周期进行管理，提高系统运行效率，为相关业务奠定基础，推动电力行业实现可持续发展。

参考文献：

[1]周鑫，胡轶龙，张潇，等.基于稀疏重建和激光实境复制的电力工程建模方法[J].电子设计工程，2024，32（04）：191-195.

[2]姚磊，潘金虎，段赛飞，等.架空输电线路通用型闭式卡具的研制与应用[J].农村电气化，2024，（02）：65-69.

[3]丁道军，张广宏，张博.高压交流输电线路电场建模与实时监测系统研究[J].电工电气，2023，（11）：33-40+49.

[4]班革革，张雷，沙鑫，等.基于输电线路三维信息的无人机智能巡检技术[J].电气技术与经济，2023，（08）：60-62+71.

[5]陈曦，黄志都，杨飞虎，等.高压电网输电线路塔焊接点覆冰承载能力分析研究[J].焊接技术，2023，52（09）：20-24.

（作者单位：中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司）