架空输电线路基建三维可视化系统设计

架空输电线路基建三维可视化系统设计

管仁锋   李岩松

中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司  830000

摘要：电力领域作为现代社会不可或缺的基础设施之一，其规划、设计、运营与维护显得尤为重要。随着科技的迅猛发展，三维可视化技术在电力领域崭露头角，为提高效率、优化运营提供了强有力的支持。通过三维可视化，电力系统的复杂结构得以以直观、生动的方式呈现，为工程师和运维人员提供了更深入的理解与决策支持。本文介绍了在电力领域具体应用中的一项研究项目，即输电线路走廊的三维数据可视化。通过激光点云和地形数据，实现了输电线路的多尺度、多视角、逼真的可视化。对于输电塔模型的可视化，采用了分层展示的 LOD 方法，实现了对铁塔模型的高效处理和高视觉效果的兼顾。此外，对无人机飞行过程进行实时三维可视化，为无人机巡检提供了真实仿真的环境，帮助巡检人员准确判断输电线路的状态。总体而言，三维可视化技术在电力领域的应用为电力系统的规划、设计、运营和维护提供了新的视角和方法，为提高电力网络的安全性、可靠性和效率做出了积极的贡献。

关键词：输电线路；走廊；三维可视化技术；设计

1三维可视化技术概述及其电力领域应用现状

三维可视化技术在电力领域的应用正日益成为提高效率、优化运营的重要工具。通过三维可视化，电力系统的复杂结构和运行状态可以以直观的方式呈现，为工程师和运维人员提供了更深入的理解和有效的决策支持。

在电力系统规划和设计阶段，三维可视化技术允许工程师创建高度真实的电力网络模型，以便更好地评估设备布局、线路连接和潜在的故障点。这有助于优化电网的设计，提高系统的可靠性和稳定性。在运营和维护方面，三维可视化技术可用于实时监控电力设备的状态、温度和负载情况，帮助运营人员及时发现潜在问题并采取措施，以确保电力系统的正常运行。

此外，三维可视化技术还为培训和应急响应提供了强大的工具。通过虚拟现实技术，操作人员可以在仿真环境中进行培训，提高其应对紧急情况的能力。在电力设备的维护和修复过程中，三维可视化技术也能够帮助技术人员更迅速准确地定位问题，提高维护效率。

总体而言，三维可视化技术在电力领域的应用为电力系统的规划、设计、运营和维护提供了全新的视角，为提高电力网络的安全性、可靠性和效率做出了积极的贡献。

2三维可视化技术主要功能

2.1 基础配置功能

三维可视化技术的基础配置功能是其实现高效可视化的关键。包括但不限于：

图形渲染： 实现真实感和交互性的图形渲染引擎，能够呈现电力系统、建筑结构等复杂场景的逼真图像。

用户界面： 提供直观友好的用户界面，方便用户进行场景导航、数据查询和操作控制。

模型建立： 支持电力设备、建筑元素等模型的建立和编辑，确保场景的准确呈现。

2.2 数据管理

三维可视化技术的数据管理功能对于整合和处理大量复杂数据至关重要：

数据导入导出： 能够无缝导入电力系统数据、工程模型等多源数据，并支持数据导出以便后续分析和共享。

实时数据更新： 提供实时数据更新机制，确保用户获取到电力系统等实时运行状态的信息。

关联数据分析： 能够将不同数据源的信息关联，帮助用户全面理解电力系统中各个组件之间的关系。

3输电线路走廊三维数据可视化

无人机获取的图像和激光数据量大，给其3D建模和可视化提出了新的挑战。在此基础上，本项目拟采用分区四叉树与 LOD分层结构相结合的方式，对输电线进行实时动态调用，并对输电线进行交互操作，并在此基础上进行三维可视化。在此基础上，根据巡线工作的实际需要，研制了线路廊道的三维可视化软件系统。

本项目研究内容包括：海量云数据可视化，地形可视化，铁塔/输电线路模型可视化（线路通道3D显示，线路故障检测显示），以及无人机飞行过程的3D可视化。

其系统结构如图1所示。

图1线路走廊三维可视化系统总体结构

3.1数据可视化方法

基于激光点海量云资料的传输通道可视化研究，提出了一种基于激光点云的传输通道可视化方法。该方法利用激光点云数据，实现了对目标环境的快速建模，同时也实现了对铁塔、输电线路等地形的自动提取。在激光点云数据处理中，激光点云数据的高效、准确、高效的调度是其首先要解决的问题。由 DEM和 DEM组成的三维地形环境数据，是对实际场景进行栅格化的三维表示。

当前，点云数据与地形数据的有效处理与实时可视化仍是一个亟待解决的难题。本项目提出了一种基于点云和地形数据的可视化方法，该方法需要在计算机上或者网络上对其进行平滑可视化，其中一个关键问题就是如何突破计算机内存的限制。为此，本项目拟通过构建分层细节模型（LOD)，采用区域四叉树、四叉树等方法，动态调整视场内的点云数据，从而实现点云数据和地貌信息的实时可视化。

区域四叉树是最重要、最重要也是最常用的一种表示方法。该方法利用区域四叉树的特点，实现了无重叠、无重叠、无重叠的特点，并利用特殊的编码方法，迅速找到其所处的队列，并根据其密集度决定其分辨率。基于此，本项目提出了一种基于区域四叉树的点云空间索引，以解决点云和地形数据的动态加载问题。

本项目拟采用 LOD方法对激光点云和地形数据进行多层次化简、再抽样，实现激光点云、地形等多个层面上的多视角、多层次、多尺度、多尺度的立体可视化；同时，为了降低存储空间中3D数据的存储量，采用目前视角的视景体分割场景，降低3D数据的读取成本。在此基础上，通过对视角和视向的分析，求出了目标物体与地表平均水平线相交的平面面积，从而获得了场景可视面积，并给出了最优的地形分辨率。

在此基础上，结合情景计算结果，对多尺度空间数据进行详细分层建模。在实时交互过程中，利用存储映射文件及多线程技术，对点云数据和地形信息进行快速读出，从而提高了系统的实时性。最后，利用 OpenGL技术，将最后读出的3D图形绘制到存储器中，实现了虚拟电路环境的3D可视化。

3.2铁塔/输电线和无人机飞行过程实时三维可视化方法

本项目拟采用 LOD方法对铁塔模型进行分层展示，实现多尺度、多层次、多层次地展示铁塔模型，实现高效处理和高视觉效果的兼顾。

本项目以“先构建 LOD铁塔模型并按规范实时动态调用并将其显示至指定铁塔坐标”的方法，将输电线路模型引入抽取的输电线路模型中，实现对输电线路的三维可视化。

在已知的输电线廊道环境数据基础上，对无人机的飞行位姿进行真3D模拟，并对其飞行过程中所处的输电线走廊进行环境模拟。为实现无人机飞行环境的仿真，需要对地形数据、铁塔/输电线路等进行可视化，利用地形实时3D可视化技术，建立虚拟线路通道环境。在这种情况下，通过飞行控制系统采集的轨迹信息，可以实现无人机巡视时的虚拟飞行，重现输电线路的真实情景，为巡检人员准确、快速地判断输电线路的状态。

4结束语

在三维可视化技术的催化下，电力领域焕发出新的活力与潜力。通过深度融合虚拟与现实，我们不仅能够更清晰地窥探电力系统的内部运行，更能够在三维空间中对其进行全方位、多角度的观察与管理。这项技术的引入，不仅提高了电力系统规划与设计的精准性，也使得电力运营与维护变得更加智能高效。总体而言，三维可视化技术在电力领域的崭新探索为电力行业带来了新的发展契机，为未来的智能电力系统描绘了更加丰富的蓝图。在不断追求科技创新的道路上，我们期待这一技术能够为电力行业的现代化与智能化发展注入更多的活力与动力。

参考文献

[1]唐跃中.数字化电网若干关键技术研究[D].浙江大学，2018.12.