架空输电线路的三维数字化设计

架空输电线路的三维数字化设计

陈小明

河南通绘电力设计有限公司 河南漯河 462000

摘要:数字化设计是一个多专业、多阶段、多参与方的过程，与传统设计的主要区别是以数据为基础实现了工程模型及信息模型的融合统一，以协同设计为手段实现了信息资源的共享。本文通过介绍输电线路三维数字化设计背景及现状，结合国家电网有限公司三维试点工程的应用，从工程地理信息数据的获取、三维模型的建模、三维设计平台的完善、三维设计成果的后期应用等方面对三维数字化设计关键技术进行了分析，为电网企业推广三维数字化设计提供借鉴。

关键词:输电线路;三维设计;数字化设计平台;GIS计算机网络环境

1　电网企业数字化设计存在的问题

据调研情况，国内数字化建设起步较早，但大部分电网设计单位数字化发展进度非常缓慢，其主要原因如下：a.没有对数字化设计技术内涵深入理解，传统设计影响较深，认为三维数字化就是一个展示功能，思想观念还停留在二维设计阶段。b.没有对三维设计流程进行深入研究，不理解“协同”思想，没有实现全专业、全过程的设计协同，不能最大限度地进行资源利用，效率低下。c.投入不足，与数字化需求相协调的数据中心及其软硬件配套设施不齐全。d.完全依靠软件公司进行平台建设及开发，不能适应自身发展需求。e.数字化主要应用模块功能基本完善，但用户应用层操作复杂，建模效率低下，这是制约数字化应用的最大障碍。

二、三维数字化主要功能

2.1基础配置功能

根据上述的功能简介我们可以得知该平台的需要具备以下基本功能模块：二维共功能、三维功能、地形定位、地图测绘、地形编辑、坐标系统、图像生成等。其中三维功能最为重要，主要可以提供图像可视化，计算分析，特效生成、已经动态图像等功能。另外对于该系统的管理模块中则需要具备用户和用户权限、工作日志、系统管理等相关的管理功能。

2.2数据管理

数据管理主要包括勘测、线路、结构等不同专业在工程实施的过程中的设计成果资料的管理,作为基础数据的矢量数据、栅格数据、地形图和影像数据的管理,还包括对输电线路三维业务设计过程中的杆塔模型、基础模型、金具绝缘子串等通用模型库的管理。

2.3三维业务设计

通过三维业务设计可以完成前期的线路施工探测、输电线路优化、杆塔定位等相关工作。同时在完成测量工作后，可以将测量和优化结构实现可视化导出，以此来保证线路工程各个阶段资料的分析、存档等。另外还能够实现选线结果分析，杆塔选择和规划，以及相关的绝缘子等装饰的分析设计等，最后通过分析统计来生成相应的经济效益估算结果。在输电线路工程中，路径的选择工作极其重要，而对于路径设计则可以通过三维业务设计来生成相应的工程图纸和图像资料并且生成相应的分析报告。

三、平台建设的关键点

3.1工程地理信息数据获取手段

传统人工测量（GPS设备2套约50万元左右）方法不可能获取特详细地形信息资料，可采用卫片数据+人工测量模式进行，该模式外业数据采集受自然环境影响、天气情况影响较大，外业时间相对较长，内业时间较航测方法较短。通过综合经济技术对比，建议平原地形线路，采用卫片数据+人工测量方式；山地或丘陵地形线路，采用航测方法。针对通道清理量大、走廊紧张、建筑物较多（城区）等特殊地段采用倾斜摄影方式；针对植被相对茂密、重要交叉跨越等特殊地段采用激光雷达方式；植被较少区域可采用航空摄影测量（无人机搭载单镜头相机）。全站仪较为轻便，方便携带，测量速度较快，测量精度可满足施工图深度要求，是目前测量线高的主要手段，但三维还原效果较差，且跨越点变化时，需要重新测量，增加时间和人力成本。地面激光扫描仪测量精度高，超高速的扫描可减少外业时间，可以逼真还原现场场景，同一档内跨越，跨越点变化时无需重新测量，节省时间和人力。此外，用于山区塔基地形测量时，可极大的提高工作效率。但由于地面激光扫描仪尚未完全实现小型化、轻量化，且设备费用昂贵，因此实际工程实用时受到很大限制。

3.2协同工作

相对于传统的二维工作模式而言，三维数字化设计平台有着完全不同工作模式。对于三维数字化平台的设计工作而言，需要实现全面的协同设计，其设计中心以数据的联动为主，通过鞋头设计来实现勘查工作、电气设计等不同专业协同合作。

3.3建立输电线路设计数据库

数据库的内容主要有一下几方面内容组成：地理环境数据、前期工程数据、电网和电源数据、地理勘测结果参数、模型数据、线路成果预期数据和相关的工程数据。该数据库的建立可以依照相应的流程来实现不同数据的分析整合，以此来为后期的成品设计提供充足的数据支持，实现成品数字化。另外，数据库的建立可以弥补线路室外作业的不足，能够给线路设计工作提供充足的便利。

3.4完善设计功能

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。

3.5多源基础数据整合

输电线路工程空间跨度大,对地理空间信息的依赖很强，需要大量的空间基础数据。一方面集成现有GIS平台，实现数据的互连互通，利用积累的地理信息辅助线路设计。另一方面，可以充分利用公共地理信息平台数据，目前公共地理信息平台有免费的清晰卫星影像资源共享，主要有GoogleEarth、奥维地图、微软Bing地图、ArcGIS地图、天地图等。这些数据的时效性、精度等级、更新程度各方面都较以前有很大提升，平台建设可以充分利用这些资源，及时更新基础数据。

3.6利用模型库快速建模

（1）杆塔模型。通过数据库中的杆塔相关模式，来对于当前杆塔建设工作进行参数化处理，同时加入现过的参数，最后生成适合工程项目本身的杆塔模型，以此保证杆塔设计的科学合理。（2）基础模型。技术模型是建立在各种勘测数据之上的三维模型，同时基础模型的建立中要根据参数不断进行优化调整，以此满足用户的需求。（3）绝缘子导线模型。该模型建立主要涵盖了对于绝缘子导线的不同参数，和形状大小。以此进行精细化管理来实现绝缘子安装的精准化。

4结束语

随着国网公司输电线路三维数字化设计的大力推进，三维数字化设计以其精准、直观、高效的优点，能够进一步提高工程建设质量、合理缩减建设周期、节省工程造价，已经得到广大业内人员肯定，同时随着数字化技术广泛应用，借助于数字化技术手段及工程信息模型库，基于地区数据中心平台，可实现工程协调设计，提高设计质量及效益，支撑智能电网建设。

参考文献：

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[2]许冬，王树东，侯瑞国.公共地理信息平台在电力勘测中的应用[J].电力勘测计，2017(5)：221-225.

[3]魏祖宽，蒋楠，金在弘.电力信息系统中三维GIS关键技术的应用研究[J].计算机与现代化，2010(5)：83-88.