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架空输电线路电气三维设计应用研究

2020/7/22    来源:中国电业    作者:何麟      
关键字:输电线路  三维设计  
本文介绍了应用铁路电力架空线路路径规范要求后,分析了三维设计在架空输电线路建设中的应用。应用三维设计,还可以对施工过程进行三维仿真,提高施工效率。

一、架空输电线路三维建模方法

    1.1 二维图纸的三维建模法

    通过在图纸上展现三维模型是输电线路工程建设的常用方法,以CAD、3Dmax作为设计平台,采用三维建模软件将二维图纸信息转化为三维场景和框架。对于输电线路来说,由于其中包含了大量的可复用单元。如金具、塔型、电力线等等。其主要的作业流程如下:

    (1)收集资料:包括线路图、金具图、路径图等等;

    (2)搭建元件库:结合所收集的材料信息,对信息内容展开三维参数化模型配置与建设,构建元件库;

    (3)铁塔拼接:调用铁塔拼接程序,软件会自动将拼接模块拼接完成。采用AutoCAD、3Dmax专业绘图软件等,按照一定比例将立方体、圆环、圆柱等构成架空输电线路三维模型;

    (4)线路建模:结合相关参数和线路坐标,采用铁塔拼接成果、金具串拼成果,搭建全线路模型;

    (5)输出:结合最终的线路建模结果,输出XML格式的文件以及原始数据模型,输出到GIS应用系统中。

    1.2 激光雷达三维模型法

    通过利用激光雷达扫描可以直接呈现出铁塔概况,可以实现情景再现。在市场上主流的激光雷达技术包括机载、地面、手持三种形式,每种形式都有自身的特性。激光雷达建模技术在实际应用中不需要直接接触被测物体、扫描效率高、定位精准、电位均匀、获取信息真实,为电塔三维模型建设提供了新的思路。该项技术的建模流程为:

    (1)获取数据:采用雷达扫描仪器获取被测物体的数据点以及影像信息;

    (2)数据处理:将所获得的数据点进行拼接处理,如降噪、重新拼接或采样等;

    (3)三维建模:采用pointcloud等软件对模型信息进行拟合成,包括点、线、面、方管、圆管等,从而生成模型图;

    (4)纹理映射:把纹理映射到模型上,构建具有纹理的模型。

    1.3 航测三维建模

    1、线路走廊三维建模航测建模主要是采用了摄影技术在走廊通道构建非单体的三维模型。该项技术的应用更加倾向于几何处理、多视角匹配、赋予纹理等,从而获取最终的模型信息。在实际应用中是不断获得二维图,不需要采用激光、POS定位等技术,也不需要人工即可完成模型处理。工作流程如下:

    (1)获取数据:采用固定翼、无人机等打在双拼相机,按照航向70-80%、旁向30-40%的重叠度获得倾斜影像数据。为了能够提高航拍精度,要在地面布置相应的像控点,呈矩形排布。如果受到了地形限制,也可以采用非规则的网点形式,在凹凸位置设置像控点;

    (2)数据检查:要保障影像信息的分辨率达标、反差适中、色彩鲜明、颜色饱和;

    (3)空中三角测量:应用光束法并结合像控点进行区域网整体平差,以单张相片组成一束光线作为平差单元,以中心投影作为平差基础方程,这样即可在指定空间将光束进行操作,如旋转、平移等,让模型光束更好的交会,把整体区域融入到控制坐标系当中,完成各个单元的空间位置关系;

    (4)影像密集匹配:采用影响匹配计算方法,将影像中的同名点进行匹配处理,在影像当中抽取多特征点构成一个整体,这样可以呈现走廊通道的细节信息;

    (5)文理映射:通过以上四点方法构建成TIN(不规则三角网),之后再组建成白模,将影像中的特征点集体提取映射到白模上,从而形成更加真实的三维场景图。

    2、线路本体三维图由于架空输电线路本体都是镂空结构,如果采用倾斜拍摄法可能会造成杆塔扭曲问题发生。因此可以采用精细化三维建模方法,人工交互的提取杆塔导线信息,最终完成该建模。具体流程如下:

    (1)数据处理:采用航拍的形式将影片与杆塔相关联,为后续处理作出准备;

    (2)连接点刺点:进行多照片拍摄,并保证每个照片当中都具有同名点,对杆塔关键点进行刺点。为了保障刺点足够精准,需要一个连接点上同时用4张照片,这些关键连接点都可以作为后续杆塔的轮廓模型数据;

    (3)三维建模:采用自动建模软件构成三维图形,再对模型框架进行简单勾勒即可。

二、三维设计在架空输电线路建设中的应用

    2.1 数字化选线

    在三维场景中,依托电网各种数据及相关交叉跨越信息,借助数字高程模型和文档对象模型数据来模拟真实的地形地貌情况,通过测量完成三维数据建模后,在数字三维影像地形图中进行路径选线作业。这样做,相比传统方式选线有较大优势,沿线地形地貌、地表附着物等信息一目了然,尤其是现场的重要交叉跨越位置,如高速铁路、高速公路、重要输电通道等,为设计人员提供了必要的数据支撑,进而得到最优的选线路径。

    2.2 功能完善的三维设计软件支撑

    现行电力设计院三维软件开发尚未完善,目前主要依靠市场三维设计软件,经调研,国内商业三维设计软件存在软件运行不流畅、智能化不足、软件兼容程度低、测量数据输入复杂等问题。为充分发挥三维数字化设计优势,应从以下方面实施完善。

    a.设计平台一体化。数字化设计平台可以将不同专业的设计软件及应用系统进行集成,通过集成实现信息共享,通过集成实现计算、绘图一体化,通过集成实现“所见即所得”,保证设计质量。在商业平台的基础上,必须通过自身的二次开发,不断完善软件功能,全面解决软件运行不流畅、兼容程度低等问题,不断改进管理机制才能满足未来工程数字设计需求及全寿命周期管理的需求。

    b.全专业设计协同。深化全属性的三维模型(模型形体、设计属性、后台数据库)的协同设计,并实现全过程的在线式三维校审。

    c.大数据与智能化。具备海量数据处理和数据挖掘能力。将人工智能引入数字化设计平台,使其具有专家的经验和知识,具有学习、推理、联想和判断的能力,从而达到设计智能化的目的。

    2.3 金具组装及校验

    在金具三维组装系统中,可以实现金具的模块化组装、三维可视化组装,为后期施工图阶段金具出图奠定基础。根据组装图册或部件连接关系,完成输电线路金具串的组装设计工作,输出组装图、材料表、三维实体串模型等文件。系统会校核各部件的连接配合情况,尤其是金具第一连接挂点与铁塔预留挂线孔的匹配,避免实际施工安装过程中出现问题。

三、结语

    基于三维全景可视化输电线路路径选择平台能够将部分路径优化工作提前到规划科研阶段进行,能够使路径走向更加合理,缩短线路路径,降低投资。高分辨率影像图对房屋判读能力良好,配合GPS在外业现场作业,对房屋的避让能够达到比较好的效果。项目的实施能够减少房屋拆迁量,减少后续勘测设计返工现象,减少了工程建设对人民生活造成的不利影响,林地砍伐减少,保护环境,加快设计进度,能够比传统作业提前工期。系统实施能够大大减少设计、施工阶段的困难,加快工程进度,为线路顺利投产运营打下了基础。

责任编辑:程玥
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