袁 博,馬凌波,吳 茜
(國(guó)網(wǎng)西安供電公司高壓電纜運(yùn)檢中心,陜西 西安 710000)
傳統(tǒng)電力電纜運(yùn)維中多使用二維圖形信息進(jìn)行電纜線路及通道管理,僅能對(duì)整體通道走徑,無(wú)法反映出通道內(nèi)部多條電纜線路的實(shí)際敷設(shè)關(guān)系。本文使用三維激光掃描技術(shù),可實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜通道內(nèi)部三維場(chǎng)景快速構(gòu)建,提供三維場(chǎng)景中場(chǎng)景瀏覽、設(shè)備定位、設(shè)備屬性與資源管理、編輯與維護(hù)等功能,實(shí)現(xiàn)電纜及通道三維業(yè)務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用。
近年來(lái),西安地區(qū)電纜設(shè)備量連年增長(zhǎng)超過(guò)25%,準(zhǔn)確獲取電纜通道內(nèi)原始完整數(shù)據(jù)對(duì)電纜的運(yùn)維檢修十分重要。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式,須記錄電纜設(shè)備的名稱、型號(hào)、狀態(tài)、地理位置、現(xiàn)場(chǎng)照片等不同類型的信息,上述信息無(wú)法在使用二維圖形信息管理的方式下直觀、便捷地表達(dá),也無(wú)法反映出通道內(nèi)不同電纜之間的真實(shí)空間關(guān)系,為電纜的檢修和維護(hù)帶來(lái)不便。使用三維可視化技術(shù)可直觀展現(xiàn)出地下通道內(nèi)電纜線路的具體位置及走向,有效解決二維GIS圖中不能表達(dá)空間邏輯關(guān)系的短板。助力檢修人員快捷、精準(zhǔn)地定位,解決線路故障[1-2]。
三維激光掃描測(cè)量技術(shù),克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)單一、復(fù)雜、工作量大的局限性。通過(guò)激光測(cè)距原理,采用非接觸主動(dòng)測(cè)量方式,直接獲取高精度三維數(shù)據(jù),能夠?qū)θ我馕矬w進(jìn)行掃描,環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),可快速將現(xiàn)實(shí)世界的信息轉(zhuǎn)換成可以處理的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù),迅速自動(dòng)建立結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不規(guī)則的三維可視化模型,經(jīng)過(guò)處理,可輸出二維、三維等多種成果,實(shí)現(xiàn)與CAD、三維處理等工具軟件的對(duì)接[2]。該方法具有掃描速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、精度高、主動(dòng)性強(qiáng)、全數(shù)字特征等特點(diǎn),可極大地提高工作效率,節(jié)約時(shí)間,使用方便[3]。
建立電纜三維精益化管理平臺(tái),作為電力電纜日常運(yùn)維及檢修工作的管理工具,為現(xiàn)場(chǎng)檢修作業(yè)提供數(shù)據(jù)支撐與精準(zhǔn)指導(dǎo)。該電纜及通道三維數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能主要包括:電纜線路設(shè)備臺(tái)賬導(dǎo)入、管理、關(guān)聯(lián)與三維展示,電纜消防監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)的接入與展示,電纜動(dòng)態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)的接入與展示,電纜及通道內(nèi)監(jiān)測(cè)視頻數(shù)據(jù)的接入與展示,電纜線路三維數(shù)據(jù)的更新與維護(hù)。
三維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由外業(yè)采集系統(tǒng)、三維軟件建模和入庫(kù)軟件組成。
外業(yè)采集系統(tǒng):通過(guò)三維激光掃描儀、GPS采集設(shè)備、管線探測(cè)儀、相機(jī)等設(shè)備,采集地下電纜工井、電纜及通道、電纜管溝、埋設(shè)單元等地下電纜對(duì)象的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、具體位置及現(xiàn)場(chǎng)照片。
三維軟件建模:實(shí)現(xiàn)電纜點(diǎn)云數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理。將基于外業(yè)采集的地下電纜點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,如現(xiàn)場(chǎng)照片采集、三維建模、屬性維護(hù),生成剖面圖、屬性表、三維模型等,完成電纜外業(yè)數(shù)據(jù)的處理。
數(shù)據(jù)入庫(kù)軟件:依據(jù)電纜數(shù)據(jù)采集的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,對(duì)三維建模軟件自動(dòng)生成的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化整理,形成符合電纜數(shù)據(jù)入庫(kù)模板標(biāo)準(zhǔn)的電纜成果數(shù)據(jù)。
通道三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)集成。電纜線路及通道激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)由外業(yè)數(shù)據(jù)采集人員下井作業(yè)采集,數(shù)據(jù)采集完成后,對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、配準(zhǔn)處理,點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理完成后可導(dǎo)出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云文件。
點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件處理完成后,須導(dǎo)入三維管理平臺(tái),并將數(shù)據(jù)再次進(jìn)行抽稀處理,在保證場(chǎng)景展示視覺(jué)效果的前提下,減小點(diǎn)云文件的大小,提高場(chǎng)景的渲染效率。點(diǎn)云文件導(dǎo)入完成后,可通過(guò)點(diǎn)云管理實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)云文件的預(yù)覽。
通道三維模型數(shù)據(jù)集成。三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理完成后,建模人員根據(jù)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行通道內(nèi)設(shè)備三維模型的創(chuàng)建。模型創(chuàng)建完成后,使用三維模型管理工具可將創(chuàng)建的三維模型或場(chǎng)景導(dǎo)入到三維平臺(tái)中,根據(jù)模型位置在場(chǎng)景中生成設(shè)備模型。
通道內(nèi)三維模型建模范圍為電纜工井、井蓋、爬梯、電纜及通道、電纜排管、線路電纜、電纜支架、電纜接頭、監(jiān)控?cái)z像頭、通道內(nèi)照明設(shè)備等,如圖1~2所示。
圖1 點(diǎn)云電纜穿線建模
圖2 點(diǎn)云三維模型疊加成果
完成模型建立后,可根據(jù)提前準(zhǔn)備好的設(shè)備臺(tái)賬信息進(jìn)行三維模型關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)模型與實(shí)際設(shè)備、設(shè)備信息的一一對(duì)應(yīng)。設(shè)備與臺(tái)賬關(guān)聯(lián)主要有電力電纜設(shè)備臺(tái)賬、消防監(jiān)測(cè)設(shè)備臺(tái)賬、視頻監(jiān)控設(shè)備臺(tái)賬、動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)設(shè)備臺(tái)賬4大部分。
電力電纜設(shè)備臺(tái)賬。電纜設(shè)備主要關(guān)聯(lián)的信息如下:電纜段名稱、電纜段編碼、電纜型號(hào)、起點(diǎn)位置、終點(diǎn)位置、電纜段長(zhǎng)度、供電側(cè)變電站、受電側(cè)變電站等。
消防監(jiān)測(cè)設(shè)備臺(tái)賬。消防監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供的接口進(jìn)行數(shù)據(jù)接入,其關(guān)聯(lián)設(shè)備信息主要為:環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),包含溫度、濕度、氧氣含量、二氧化碳含量、硫化氫含量、甲烷含量等;煙霧報(bào)警器狀態(tài);水位報(bào)警器狀態(tài);火焰報(bào)警器狀態(tài);智能警示器狀態(tài)。
視頻監(jiān)控設(shè)備臺(tái)賬。消防視頻設(shè)備主要關(guān)聯(lián)的信息:設(shè)備名稱、設(shè)備類型、通信IP、通信用戶名、通信密碼、通信端口、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備位置。
動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)設(shè)備臺(tái)賬。動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)設(shè)備主要關(guān)聯(lián)的信息包括:編號(hào)、傳感部件名稱、傳感部件編碼、傳感器類型、所屬電纜溝、所屬電纜;三維場(chǎng)景內(nèi)可展示電纜接地環(huán)流信息、接地環(huán)流設(shè)備數(shù)據(jù)及接地環(huán)流設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。
電纜線路及通道三維管理系統(tǒng)在電纜運(yùn)維檢修業(yè)務(wù)中可用于以下幾個(gè)場(chǎng)景:電纜線路的全景瀏覽及查看,電纜線路模型與點(diǎn)云的融合展示,電纜設(shè)備臺(tái)賬查看管理,線路電纜接頭管理,電纜及通道消防監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查看,電纜及通道視頻監(jiān)控查看,電纜線路的巡視線路管理等。
電纜線路的全景瀏覽與查看。該功能可在三維場(chǎng)景中整體查看電纜通道內(nèi)部所有電纜線路的分布和其他設(shè)備設(shè)施情況,也可選中單條電纜線路,具體瀏覽電纜線路的位置與走向。
電纜線路模型與點(diǎn)云的融合展示。能夠在三維場(chǎng)景中對(duì)采集到的通道激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,點(diǎn)云能夠在三維場(chǎng)景中加載展示,利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景三維模型數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)。
電纜設(shè)備臺(tái)賬查看。在三維場(chǎng)景中展示設(shè)備關(guān)聯(lián)的臺(tái)賬信息,通過(guò)選擇三維場(chǎng)景中的不同設(shè)備,展示所選中設(shè)備的臺(tái)賬信息,如設(shè)備名稱、電壓等級(jí)、所屬電站、設(shè)備類型等,如圖3所示。
圖3 電纜線路臺(tái)賬信息查詢
線路電纜接頭管理。提供三維場(chǎng)景中電纜對(duì)電纜接頭管理的功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜接頭臺(tái)賬的查看、接地環(huán)流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的展示,如出現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)異常,可輔助運(yùn)維檢修人員快速定位具體設(shè)備位置。
電纜及通道消防監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展示。進(jìn)入電纜及通道內(nèi)部后,通過(guò)選擇消防監(jiān)測(cè)點(diǎn),可在三維場(chǎng)景中展示該消防監(jiān)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)(溫度、濕度、氧氣含量、二氧化碳含量、一氧化碳含量、硫化氫含量、甲烷含量等)及煙霧報(bào)警、水位報(bào)警、火焰報(bào)警、開關(guān)狀態(tài)警示信息等。
電纜及通道視頻監(jiān)控查看。在三維場(chǎng)景中接入統(tǒng)一視頻管理平臺(tái)的視頻數(shù)據(jù),支持實(shí)時(shí)查看三維場(chǎng)景中監(jiān)控?cái)z像設(shè)備的信息。
電纜線路巡視管理。在三維場(chǎng)景中規(guī)劃電纜線路的巡視路線,實(shí)現(xiàn)按照巡視線路在場(chǎng)景中的虛擬巡視。
電纜線路及通道三維資源管理系統(tǒng)采用三維激光掃描技術(shù)快速獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù),準(zhǔn)確建立電纜及通道三維模型,并在模型基礎(chǔ)上與設(shè)備信息、傳感器數(shù)據(jù)一一綁定結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電纜及通道的全景模擬和數(shù)據(jù)臺(tái)賬收集、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展示。該管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集快捷準(zhǔn)確,數(shù)據(jù)處理科學(xué)高效,成果展示形象具體,可精準(zhǔn)指導(dǎo)運(yùn)維人員更安全、高效地開展工作。