摘要：本文針對(duì)數(shù)字化建模在輸電線(xiàn)路上的應(yīng)用展開(kāi)分析，基于三維建模技術(shù)，順利實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)智能巡檢、攝影測(cè)量、復(fù)雜構(gòu)件誤差等多方面檢測(cè)，充分運(yùn)用三維可視化系統(tǒng)，推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)水平得到提升。

關(guān)鍵詞：三維建模；輸電線(xiàn)路；數(shù)字化；無(wú)人機(jī)

DOI：10.12433/zgkjtz.20243236

從根本上來(lái)說(shuō)，三維數(shù)字化建模技術(shù)具備一定工程實(shí)用性?xún)r(jià)值，以電力工程數(shù)字化模型為核心，結(jié)合輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)、路由基礎(chǔ)等多部分實(shí)施優(yōu)化，有效滿(mǎn)足電力工程全壽命周期管理要求。三維數(shù)字化模型可在一定程度上表達(dá)其與實(shí)際設(shè)備之間的對(duì)應(yīng)信息，以大量數(shù)據(jù)信息為支撐，順利組建參數(shù)化模型。在具體應(yīng)用中，可綜合考量輸電線(xiàn)路類(lèi)型，例如，高壓架空線(xiàn)路等，在明確實(shí)際情況的前提下，運(yùn)用數(shù)字化建模技術(shù)解決輸電線(xiàn)路管理、應(yīng)用方面的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)。

一、三維建模內(nèi)容分析

針對(duì)三維建模技術(shù)而言，主要是以輸電線(xiàn)路特征、實(shí)際情況為基礎(chǔ)，對(duì)其采用數(shù)據(jù)預(yù)處理、云過(guò)濾、三維可視化等技術(shù)，基于電力工程現(xiàn)場(chǎng)情況，通過(guò)構(gòu)建幾何模型對(duì)內(nèi)部特定環(huán)境實(shí)施處理。在這一過(guò)程中，可采用三維max、SketchUP等技術(shù)相結(jié)合的方式，在優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的情況下，提高地理信息系統(tǒng)整體可視化、數(shù)字化水平。在具體應(yīng)用期間，可結(jié)合空間數(shù)據(jù)管理經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方式，以電力工程為載體，對(duì)空間立體信息進(jìn)行處理。

在現(xiàn)代化背景下，我國(guó)電網(wǎng)設(shè)備分布情況較為廣泛，受地理?xiàng)l件、氣候因素等方面的影響，電力企業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面管理。以輸電線(xiàn)路為例，其在整體電力工程中占據(jù)較大比重，為實(shí)現(xiàn)對(duì)故障搶修、日常巡檢等工作的全面覆蓋，需借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并將其引入電網(wǎng)管理工作中，建立真實(shí)的電網(wǎng)設(shè)備模型，提高整體還原度的同時(shí)，直觀(guān)、清晰、準(zhǔn)確地展現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備地理環(huán)境等信息，為日常管理工作提供保障。針對(duì)電力工程而言，為保證模型構(gòu)建的精確性，相關(guān)人員應(yīng)綜合考量三維max、SketchUP技術(shù)內(nèi)容，提高地圖可視化質(zhì)量，建立運(yùn)行檢修服務(wù)支撐系統(tǒng)，針對(duì)企業(yè)實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線(xiàn)路運(yùn)行、檢修工作目標(biāo)。因此，相關(guān)人員結(jié)合三維建模內(nèi)容，需進(jìn)一步優(yōu)化總體設(shè)計(jì)方案，綜合考量多方面因素，切實(shí)為電網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)的深入發(fā)展提供技術(shù)支撐。

二、數(shù)字化建?？傮w設(shè)計(jì)分析

為充分發(fā)揮數(shù)字化建模實(shí)際效用，解決輸電線(xiàn)路各項(xiàng)問(wèn)題，需從源頭入手，優(yōu)化總體設(shè)計(jì)方案。

第一，設(shè)計(jì)框架，基于GIS技術(shù)出發(fā)，可采用多學(xué)科交叉融合技術(shù)，以電力工程全生命周期、協(xié)作平臺(tái)、統(tǒng)計(jì)分析、方案完善等內(nèi)容為主，實(shí)現(xiàn)全面覆蓋目標(biāo)。在這期間，應(yīng)針對(duì)路線(xiàn)選擇、施工圖設(shè)計(jì)、投標(biāo)等環(huán)節(jié)加大重視，在深入研究的同時(shí)，促使輸電線(xiàn)路實(shí)現(xiàn)數(shù)字化發(fā)展。

第二，地理數(shù)據(jù)影像，基于精細(xì)化3D模型，相關(guān)人員可采用數(shù)據(jù)可視化建模的方法，以大數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，結(jié)合工程信息，優(yōu)化整體開(kāi)發(fā)系統(tǒng)思路。以輸電線(xiàn)路建筑、地形等信息為基礎(chǔ)，在深度融合的基礎(chǔ)上，為設(shè)計(jì)人員提供建模信息支撐。同時(shí)，可借助計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，將物理模型順利轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)模型，在經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算之后使其產(chǎn)生較為直觀(guān)的圖像信息，可結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其輸入視覺(jué)化處理指令。

第三，構(gòu)建可視化流程模型，在這一過(guò)程中，相關(guān)人員需對(duì)資料實(shí)施預(yù)處理，挖掘其內(nèi)部幾何信息。采用繪制函數(shù)等方式，將幾何數(shù)據(jù)順利轉(zhuǎn)換為影像數(shù)據(jù)，在順利建立模型的情況下，加大軟件開(kāi)發(fā)力度。以O(shè)OP技術(shù)為例，其可將軟件與實(shí)際社會(huì)相對(duì)性，提高模擬效果，高效解決實(shí)際問(wèn)題。在這期間，通過(guò)不斷分析、處理問(wèn)題，可逐步吸收相關(guān)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，采用數(shù)據(jù)的形式，有效表現(xiàn)實(shí)際結(jié)構(gòu)特性?？蓱?yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)了解、分析、修正等多項(xiàng)操作，保證數(shù)據(jù)安全性[1]。

三、數(shù)字化建模在輸電線(xiàn)路上的具體應(yīng)用分析

（一）基于三維建模實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)智能巡檢

1.建模技術(shù)分析

我國(guó)地大物博，輸電線(xiàn)路分布較為廣泛，在日常工作中不僅巡檢周期較長(zhǎng)，同時(shí)部分區(qū)域會(huì)產(chǎn)生人力不可達(dá)的情況， 可運(yùn)用三維建模技術(shù)對(duì)輸電線(xiàn)路實(shí)施還原，為無(wú)人機(jī)智能巡檢提供保障。

首先，構(gòu)建輸電線(xiàn)路部件信息。針對(duì)組成結(jié)構(gòu)而言，輸電線(xiàn)路主要包括附屬部件、導(dǎo)線(xiàn)以及桿塔等，為實(shí)現(xiàn)抽象建模目標(biāo)，相關(guān)人員應(yīng)收集各項(xiàng)部件參數(shù)，結(jié)合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，降低三維建模難度。可對(duì)接國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)，便于精準(zhǔn)獲取各部件屬性信息，結(jié)合信息表，優(yōu)化三維抽象模型（如圖1所示）。

其次，構(gòu)建三維模型與部件庫(kù)。結(jié)合塔基、導(dǎo)線(xiàn)、附屬部件等位置信息建立三維模型，通常情況下，輸電線(xiàn)路塔基結(jié)構(gòu)具有一定的相似性，且電壓等級(jí)與實(shí)際塔基高度成正比[2]。

最后，科學(xué)調(diào)整輸電線(xiàn)路參數(shù)，基于功能關(guān)系，合理建立三維模型的基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步調(diào)整輸電線(xiàn)路參數(shù)，根據(jù)塔基、塔頭、附屬部件等尺寸實(shí)施分析，實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路模型的精細(xì)化建設(shè)。

2.無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)應(yīng)用

相關(guān)人員可高效應(yīng)用三維模型，提升無(wú)人機(jī)智能巡檢技術(shù)整體效率。從根本上來(lái)說(shuō)，主要巡檢對(duì)象在于塔桿頂部金具部件，結(jié)合三維模型實(shí)際信息，合理制定無(wú)人機(jī)智能巡檢懸停點(diǎn)，在有效規(guī)定安全距離的同時(shí)，保證整體輸電線(xiàn)路的安全性。需要注意的是，需以線(xiàn)路電壓等級(jí)為核心，科學(xué)預(yù)估安全距離參數(shù)。同時(shí)，可優(yōu)化智能巡檢路徑，以國(guó)家GIS系統(tǒng)為參照，根據(jù)水平、垂直等方向因素合理控制懸停點(diǎn)，在制定航跡路線(xiàn)的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢數(shù)據(jù)的全面采集。

在應(yīng)用自主巡檢技術(shù)期間，為實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路自主化升級(jí)目標(biāo)，需以三維信息為基礎(chǔ)，通過(guò)借助無(wú)人機(jī)優(yōu)勢(shì)，使其存儲(chǔ)相關(guān)信息，結(jié)合工作人員預(yù)先設(shè)定信息，借助GPS定位、北斗技術(shù)，降低實(shí)際巡檢誤差。根據(jù)電網(wǎng)巡檢規(guī)范可知，智能巡檢實(shí)際安全距離需達(dá)到10cm以上，由于航道環(huán)境具有動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，可運(yùn)用PTK動(dòng)態(tài)載波實(shí)時(shí)相位差分定位技術(shù)，提升數(shù)據(jù)處理速度，保證數(shù)據(jù)采集的多樣性。另外，基于三維模型，相關(guān)人員可采用移動(dòng)式機(jī)巢無(wú)人機(jī)，在順利采集裝備信息的情況下，提高設(shè)備故障檢修幾率。在具體操作過(guò)程中，結(jié)合模型實(shí)際信息，對(duì)無(wú)人機(jī)發(fā)布指令使其立即開(kāi)始巡視、檢測(cè)工作，將初始結(jié)果、巡檢圖像進(jìn)行回傳，人員進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)指令下達(dá)以及工作處理的閉環(huán)[3]。

（二）基于三維建模實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量?jī)?yōu)化目標(biāo)

1.三維建模技術(shù)分析

在數(shù)字化發(fā)展的背景下，三維模型應(yīng)用逐漸廣泛，針對(duì)電力建設(shè)工程而言，其在我國(guó)城市結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位。為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化勘測(cè)目標(biāo)，可建立三維模型，積極開(kāi)發(fā)可視化系統(tǒng)，運(yùn)用無(wú)人機(jī)測(cè)量技術(shù)，降低建模成本的同時(shí)，提高影像分辨率（如圖2所示）。

在應(yīng)用三維建模技術(shù)的過(guò)程中，需合理布設(shè)控制點(diǎn)。在攝影測(cè)量外業(yè)控制期間，優(yōu)化布設(shè)方案，通過(guò)在地面設(shè)置較為明顯的標(biāo)記，并處于相鄰相對(duì)重疊區(qū)域。在傳統(tǒng)攝影測(cè)量中，為提升測(cè)量精確性，人員需對(duì)像片控制點(diǎn)實(shí)施糾正，與之相比，無(wú)人機(jī)航攝技術(shù)的應(yīng)用，有利于建立相對(duì)合理的控制點(diǎn)布設(shè)方案。通過(guò)應(yīng)用GPS定位技術(shù)，采用分級(jí)控制方式，優(yōu)化整體航攝比例。通常情況下，無(wú)人機(jī)航攝比例尺較小，這主要是由于數(shù)碼相機(jī)鏡頭焦距較小，實(shí)際比例能夠達(dá)到1：8000[4]。

人員需采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影裁量技術(shù)，結(jié)合輸電線(xiàn)路三維模型建立要求，借助專(zhuān)業(yè)測(cè)繪軟件，高效計(jì)算空中三角測(cè)量情況，基于實(shí)際影像，進(jìn)一步還原三維場(chǎng)景。在這一過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電塔桿三維數(shù)據(jù)的測(cè)量，可采用多視影像密集匹配法，結(jié)合技術(shù)特點(diǎn)，獲取多視影像同名點(diǎn)坐標(biāo)，從不同角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多幅圖像的密集匹配。在順利獲取DSM數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)三維模型實(shí)施精細(xì)化修改，進(jìn)而順利實(shí)現(xiàn)建模目標(biāo)，為后續(xù)攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用提供保障。

2.攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用

由于輸電線(xiàn)路類(lèi)型的差異性，實(shí)際安全管控等級(jí)不同，針對(duì)部分等級(jí)較高的區(qū)域?qū)嶋H測(cè)量次數(shù)較為頻繁。攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍區(qū)域的測(cè)量工作，在開(kāi)展航空攝影活動(dòng)之前，人員做好任務(wù)規(guī)劃。為切實(shí)提高空域資源利用率，需科學(xué)確定攝影行高、比例尺等信息，并按照規(guī)定流程，向航空管理部門(mén)申請(qǐng)。以飛行任務(wù)為核心，合理設(shè)置航向技術(shù)參數(shù)，同時(shí)，應(yīng)綜合考量天氣情況，優(yōu)先選擇晴朗無(wú)云的天氣實(shí)施拍攝作業(yè)，在合理設(shè)置技術(shù)參數(shù)的前提下，優(yōu)化組裝航攝儀的起飛地點(diǎn)，待發(fā)送數(shù)據(jù)控制命令之后方可起飛。

通過(guò)有效獲取輸電線(xiàn)路相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量目標(biāo)。在無(wú)人機(jī)飛行結(jié)束后，人員需對(duì)儀器功能實(shí)施檢查，可運(yùn)用機(jī)載POS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)位置數(shù)據(jù)的綜合分析。受天氣情況等多方面因素影響，在飛行期間，實(shí)際航線(xiàn)極容易產(chǎn)生偏移，增加漏拍幾率的同時(shí)，降低測(cè)繪產(chǎn)品實(shí)際精度。應(yīng)用無(wú)人機(jī)傾斜測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于實(shí)際地理信息測(cè)量結(jié)果精度具有一定影響，對(duì)此，在應(yīng)用攝影測(cè)量技術(shù)期間，需結(jié)合三維模型信息，對(duì)原始影像、線(xiàn)路采集數(shù)據(jù)實(shí)施分類(lèi)、統(tǒng)計(jì)，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。

（三）基于三維建模實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件誤差檢測(cè)

三維數(shù)字化建模設(shè)計(jì)作為電力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)，其具備一定前瞻性?xún)?yōu)勢(shì)，在應(yīng)用期間可從源頭入手，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜構(gòu)件誤差的檢測(cè)，提高整體設(shè)計(jì)效率的同時(shí)，降低設(shè)計(jì)成本。三維建模技術(shù)主要是對(duì)桿塔結(jié)構(gòu)、線(xiàn)路參數(shù)等方面實(shí)施分析，對(duì)線(xiàn)路全面視覺(jué)展示，以塔桿結(jié)構(gòu)為例，受輸電線(xiàn)路所處位置、氣象條件等因素的影響，塔桿結(jié)構(gòu)受力情況不同，為保證其整體穩(wěn)定性，可運(yùn)用三維建模技術(shù)，為后期維護(hù)工作提供支持。

人員可以對(duì)重要部件點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)施處理，將其與三維模型共同輸入到軟件中，借助相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，確保點(diǎn)云數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)模型實(shí)現(xiàn)全面對(duì)齊，在順利生成誤差檢驗(yàn)報(bào)告的背景下，便于具體問(wèn)題具體分析。針對(duì)報(bào)告內(nèi)容而言，包含被測(cè)點(diǎn)的實(shí)際誤差值，從多個(gè)視角進(jìn)行分析，對(duì)超過(guò)容差范圍的部分實(shí)施分析，多角度、全方位地實(shí)施觀(guān)測(cè)，以圖形的方式直觀(guān)展現(xiàn)誤差值，掌握實(shí)際分布情況，制定針對(duì)性的解決方案，順利實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目標(biāo)，降低輸電線(xiàn)路的誤差幾率[5]。

四、三維建模數(shù)字化設(shè)計(jì)的展望

近年來(lái)，伴隨三維數(shù)字化技術(shù)的不斷深入，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、可視化、系統(tǒng)化目標(biāo)，相關(guān)人員需積極開(kāi)發(fā)實(shí)際市場(chǎng)潛力，促使解決方案更加高效性、經(jīng)濟(jì)性，以此為未來(lái)相關(guān)領(lǐng)域設(shè)計(jì)提供一定發(fā)展前景。針對(duì)未來(lái)趨勢(shì)，以設(shè)計(jì)軟件為例，需更加注重智能化、個(gè)性化，從內(nèi)部出發(fā)，有效提高適應(yīng)能力。在全面整合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提升學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的自動(dòng)識(shí)別與完善。為強(qiáng)化視覺(jué)體驗(yàn)，需保證實(shí)際效果可視化水平持續(xù)深入，采用多人協(xié)同設(shè)計(jì)的模式，使其可實(shí)時(shí)交流各項(xiàng)信息，進(jìn)而為設(shè)計(jì)方案質(zhì)量提供保障。

在實(shí)施三維數(shù)字化設(shè)計(jì)期間，應(yīng)不斷拓寬應(yīng)用范圍，以制造業(yè)、工業(yè)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)施以及藝術(shù)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域?yàn)楹诵?，以先進(jìn)技術(shù)、軟件為載體，優(yōu)化產(chǎn)品性能，提升設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，針對(duì)電力行業(yè)發(fā)展前景而言，應(yīng)注重對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的深入研發(fā)，通過(guò)應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)方案，良好適應(yīng)數(shù)字化時(shí)代發(fā)展規(guī)律，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、現(xiàn)代化發(fā)展目標(biāo)，為社會(huì)提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。

五、結(jié)論

綜上所述，在現(xiàn)代化背景下，數(shù)字化設(shè)計(jì)對(duì)于電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型目標(biāo)具有重要意義，相關(guān)人員可運(yùn)用三維建模技術(shù)，針對(duì)輸電線(xiàn)路情況實(shí)施優(yōu)化?；趯?shí)體模型，在保證其具備相關(guān)結(jié)構(gòu)屬性的基礎(chǔ)上，綜合分析結(jié)構(gòu)參數(shù)，優(yōu)化各個(gè)部件設(shè)計(jì)方案，降低故障幾率。同時(shí)，在生成三維精細(xì)化實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，可借助模型優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的直觀(guān)展示，并對(duì)其全生命周期進(jìn)行管理，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，為相關(guān)業(yè)務(wù)奠定基礎(chǔ)，推動(dòng)電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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（作者單位：中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)陜西省電力設(shè)計(jì)院有限公司）