一种输电线路三维可视化运行系统及其建立方法

技术领域：

本发明属于三维可视化领域，具体涉及基于空间数据库的输电 线路的三维全景可视化运行的系统和方法。

背景技术：

输电线路的信息多样且复杂，随着计算机技术的飞速发展，对于 输电线路可视化基础台账管理系统扩展应用研究成为电路运行管理 人员和相关科研人员关注的焦点。多年来，电力工作者基于电子计算 机设计并开发出一些输电线路信息管理系统，并成功的提高了输电线 路规划、设计、施工、运维的经济性与安全性及输电线路生产的效率。 同时，随着输电线路数据采集手段的丰富、通讯方式的不断完备，输 电线路的信息量也迅速增加。这就使得输电线路信息管理系统本身也 需要不断完善。

目前，在电力行业中，从宏观到微观的三维全图形可视化的基础 台账管理系统，还没有应用。且当前输电线路基础设备台账管理仅仅 局限于数字形式或者文字形式，且所凭依的设备管理平台也功能各 异、台帐标准也不统一，致使建立起的设备台账无法达到很好的共享， 规范性、准确性、实用性也就相去甚远。

发明内容：

本发明为了克服现有技术的不足，从最直观、最原始的设备台账 资料入手，建立一套全图形化的系统和方法，本发明将输电线路的设 备信息和设备外的通道信息都用三维的方式在GIS上记录，同时输电 线路的运行维护也就是围绕着这些数据开展，使管理人员能够直观 的、可视的、简单的查询和了解设备台账，提高管理能力、提高工作 效率，更好的确保电网设备的运行安全，提高供电可靠性。

利用ArcGIS平台结合卫星遥感地图、高程图（DEM），建立线路、 杆塔台账的三维地形地貌图，宏观了解设备所处地形地貌；利用3D 建模工具，建立杆塔、线路的3D模型，并结合在ArcGIS平台中；利 用线路、杆塔等的电子档案图纸（塔形图、金具图等等），从微观了 解设备的具体参数，具体结构，将三维GIS图、档案图纸有效的地合 起来，实现从宏观到微观全图形化的设备台账管理，使管理人员能够 直观的、可视的、简单的查询和了解设备台账，提高管理能力、提高 工作效率，更好地确保电网设备的运行安全，提高供电可靠性。

本发明提供一种三维全景可视化运行系统，所述系统通过输入和 管理线路基础台账数据，对线路的基本信息进行存储和维护，并提供 全景可视化及相关分析，所述系统包括线路台账查询和维护模块、输 电线路运维管理模块、三维全景视图显示模块以及线路统计分析模 块。

本发明还提供一种三维全景可视化运行系统的方法，包括以下步 骤：

1）整理原始的线路台账、杆塔台账详细信息、原始的杆塔设计图 纸资料；

2）在线路台账、杆塔台账资料中提取出地理坐标，利用杆塔设计图 纸通过3D建模做出杆塔模型；

3）提取的地理坐标生成几何要素的点、线、面，进行3D建模并根 据提取出的地理坐标、挂线点计算结合做出线路模型；

4）在GIS平台中输入分析参数和查询参数，可以得到相应的分析、 查询结果，并在GIS平台中显示出来。

全图形化不仅提供了更友好的用户界面和更便捷的操作方式，而 且能提高班组人员对线路通道、以及杆塔附件等的记忆和理解能力， 图形化还能直观的表现林木缺陷、杆塔缺陷等，对于班组人员发现的 缺陷，班组技术员可以通过查看全景图和图纸，结合缺陷描述，更准 确的理解缺陷信息，从而制定处理计划，提高缺陷处理准确性、提高 缺陷处理效果；方便线路专责人对专责线路的日常维护管理；方便线 路专责人随时对专责线路进行基础信息查看和数据维护。

附图说明：

图1为本发明中三维全景可视化运行装置的结构框图；

图2为本发明中三维全景可视化运行方法的流程示意图；

图3为本发明中三维全景可视化运行系统的示意图；

图4为本发明中线路通道隐患分析示意图。

具体实施方式：

以下内容结合说明书附图对本发明的具体实施方式作详细说 明：

参见图1，为本发明三维全景可视化运行系统所需装置的结构框 图，所述装置包括GIS服务器、数据库服务器、客户机、移动设备和 局域网，其中GIS服务器、数据库服务器、客户机连接至局域网，移 动设备连接至客户机。

GIS服务器提供地图、高程和空间位置分析，并将结果传输至局 域网内；数据库服务器为局域网内提供数据的存储和读取客户机与移 动设备共同运用GIS服务器的数据，这些数据和数据库服务器的数据 实现输电线路设备信息和通道信息的应用。

其中移动设备采用安卓平板电脑，操作系统为Android4.0.3及 以上，网络为保持稳定的10MB或100MB以上带宽的网络传输环境。

参见图2，是建立三维全景可视化运行的系统的主要方法，包 括以下步骤：

1）整理原始的线路台账、杆塔台账详细信息、原始的杆塔设计图 纸资料；

2）在线路台账、杆塔台账资料中提取出地理坐标，利用杆塔设计图 纸通过3D建模做出杆塔模型；

3）提取的地理坐标生成几何要素的点、线、面，进行3D建模并根 据提取出的地理坐标、挂线点计算结合做出线路模型；

4）在GIS平台中输入分析参数和查询参数，可以得到相应的分析、 查询结果，并在GIS平台中显示出来。

分析和查询参数是一些具体的数据，包括线路台账、地理坐标、 杆塔信息等。

在客户机可实现显示步骤4）的内容，在移动设备端能实现查 询统计，其中生成几何要素是在服务器上完成，由GIS服务器获取数 据库服务器中的台帐数据，生成点线面几何要素（比如通过台帐数据 中的经、纬度、高程字段即可生成一个点的几何要素）；而3D模型是 依据设计图纸并通过三维建模完成的；几何要素和3D模型都存储在 GIS服务器的特定文件系统中。

客户机和移动设备端上面输入查询、分析参数后，将请求发送至 GIS服务器，GIS服务器将这些查询、分析参数重构成内部专用的空 间查询语句格式，在（GIS服务器上的）特定文件系统中查找，找到 符合条件的结果集后，将这些几何要素转换成客户端和移动端能够识 别的通用格式(xml,kml,shapefile等等)返回给客户端和移动端。客 户端和移动端接受到这些通用格式后，依据不同格式调用不同系统平 台的渲染接口进行屏幕绘制（比如WINDOWS客户端一般为OPENGL图 形接口，安卓ANDROID客户端一般为OPENGLES图形接口），最终展 现在用户眼前的就是符合查询结果的鲜活形象的图形。

其中步骤1）-3）的线路模型的构建方法是基于实际参数的基础 上能自动生成符合实际情况的三维电力线路模型，其中实际参数包括 DEM地形高程数据、杆塔的经纬度、厂家提供的耐张段电力线的线材 参数、电力线巡检记录获得该杆塔所在耐张段的气象条件，具体包括 以下步骤：

a）计算杆塔的海拔高度：根据DEM地形高程数据和杆塔的经纬度坐 标得到该杆塔的海拔高度;

b）计算杆塔的转角：

根据前后两个杆塔计算中间杆塔的转角θ：若已知A、B、C三级杆 塔的位置，以A为起始，则杆塔B的转角计算过程如下：

●AB与X轴正向逆时针夹角∠AB记为杆塔A至杆塔B的矢量方向 由此可根据ABC与X轴的位置得到∠AB及∠BC；

●∠Ty表示塔身正方向，其方向等于∠AB与∠BC的角平分线方向， 其参考值为：∠Ty=(∠AB+∠BC)2；

●∠Tx表示塔身正左方，其方向等于：∠Tx=∠Ty±90，当Ty与的夹角大于90°时，∠Tx=∠Ty-90；反之，∠Tx=∠Ty+90； 根据上一个步骤计算所得角度为以X轴正方向开始逆时针的转角， 利用以下公式：θ=180-∠Tx转换为塔身的转角θ。

c）建立杆塔挂点相对于塔基原点的偏移量：根据原始数据建立挂点 相对于塔基原点的偏移量，原始数据由设计图纸提供。

d）计算挂点的实际三维坐标：

设每个杆塔的三维地理坐标为C1、根据设计图纸建立电力杆塔模 型的坐标系为C2，则变换后挂点的三维地理坐标的坐标系为C，则C =C1+C2，具体地：

设x、y、z为杆塔的塔基原点的三维地理坐标，x’、y’、z’为 杆塔的每个挂点的三维地理坐标，offset_x，offset_y，offset_z 为挂点相对于塔基原点的偏移量，θ为杆塔转角，则：

x'=x+offset_x*b*cosθ+offset_y*b*sinθ

y'=y+x*a*sinθ-offset_y*a*cosθ

z'=z+offset_z

其中a表示1米在地球赤道圆周上的度数，b表示1米在地球相应 纬度的度数。

e）计算样点处弧垂fx并通过悬链线方程拟合悬挂曲线：在获得相邻 两个挂线点A、B的三维地理坐标后，在连线AB上等间距取样点，分 别计算样点处弧垂fx，从而得到每个样点对应电线上点的高程值， 进而得到电线上此点的坐标，通过这些坐标最终得到电线上各样点， 连接后近似为曲线，这样形成线路模型。

本发明中的三维全景可视化运行系统，参见图3所示的三维全景 可视化运行系统的示意图，在系统中可以通过输入和管理线路基础台 账数据，对线路的基本信息包括杆塔的基础数据、杆塔模型及附属设 备信息、线路工程信息及相关图纸管理、线路导线底线型号、耐张段 及气象区段的技术参数及其分布情况进行存储和维护，并可导出到 GIS三维全景可视化分析系统中，提供全景可视化系统进行相关分析。 所述系统包括以下模块：

1）线路台账查询和维护模块：可以查询包括线路杆塔基本信息、 线路档信息、气象区段信息、耐张段信息和特殊区段信息等线路台账 信息，并通过输入和管理线路基础台账数据，对线路的基本信息包括 杆塔的基础数据、杆塔模型及附属设备信息、线路工程信息及相关图 纸管理、线路导线底线型号、耐张段及气象区段的技术参数及其分布 情况进行存储和维护。

2）输电线路运维管理模块：所述模块用于建立输电线路的线路巡检 管理和缺陷流程管理，班组人员可以灵活方便的编辑、修改相应的实 验记录。包括运行计划、巡检任务管理、巡检数据汇总上报、历史任 务的查询、巡检执行情况统计查询、缺陷的报告、分类参考、处理、 统计查询和统计计算。

3)三维全景视图显示模块：通过三维视图，可以让真实的三维地图、 三维杆塔模型真实地呈现在人们面前，并进行实际操作，比如说查看 杆塔线路信息，对自然灾害受灾的统计分析，对隐患点的统计分析（参 见图4）等，并能快速准确的发现隐患点。

4)线路统计分析模块：线路统计分析模块可以查询到每一条线路的 具体信息，如杆塔基础台账、杆塔三维模型、杆塔金具及附件信息、 线路档基本参数、交叉跨越点、安全隐患点等基础台账内容，用于对 输电线路运维中的各种信息进行统计，包括线路参数、重要设备如绝 缘子、防雷防鸟装置的安装分布情况、缺陷发现情况、缺陷原因分析、 消缺率计算等，并加以分析，在需要时可以将统计结果导出为excel 表格，方便了工作人员对线路及设备台账的综合管理。具体包括：线 路信息统计、杆塔信息统计、线路缺陷统计分析、设备统计分析、线 路参数统计分析、绝缘子统计分析、避雷器统计分析以及线路杆塔明 细表核心信息报表导出。

本发明的系统为输电线路管理工作的设备台账管理带来了极大 的方便，使线路、杆塔达到真实再现的目的。利用三维虚拟技术，为 输电系统的设备台账管理、日常生产和应急指挥提供辅助决策，为实 现安全输电的可控、在控与能控提供手段。输电线路三维可视化运 行管理系统将信息领域的先进技术与输电专业的先进管理理念相融 合，运用ArcGIS Server、Google SketchUp、Visual Studio等新 技术提高线路通道设备台账管理的水平，为保障输电线路的安全可靠 供电提供了有力的支撑。同时，输电线路三维可视化运行管理系统作 为一个大规模的综合性三维图形支持系统，其是一个开放的系统，其 建设是一个不断扩展、完善的。