CN102446228B

CN102446228B - 输电线路三维空间可视化展示方法及系统

Info

Publication number: CN102446228B
Application number: CN 201010298863
Authority: CN
Inventors: 吕珂; 李毅
Original assignee: SHENZHEN ADAM SOFTWARE CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN ADAM SOFTWARE CO Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: CN102446228A

Abstract

本发明涉及一种输电线路三维空间可视化展示方法，包括以下步骤：a、在输电业务数据驱动下，由线路设施结构参数模型库获取功能和结构参数，自动创建具有设计精度的线路结构模型；b、基于线路结构模型创建线路三维实体模型；c、显示所述线路实体模型数据，得到输电线路三维空间图形；其中按型号分类组织各类线路设施，包括至少一套参数模型，所述参数模型包括设施功能和结构参数。本发明还提供一种输电线路三维空间可视化展示系统，所述系统通过业务数据驱动，直接“自动生成”具有设计精度的三维模型，消除了专业级输电线路可视化系统中的人工交互式建模环节，实现了从输电业务数据到线路三维模型以及三维图形的全自动信息处理作业。

Description

输电线路三维空间可视化展示方法及系统

技术领域

本发明涉及计算机数据可视化处理领域，更具体地，本发明涉及一种业务数据直接驱动的输电线路三维空间可视化展示方法及系统。

背景技术

高压输电线路具有工作距离长、杆塔设备分部于野外环境的特点，线路还要与其它电力线路、通讯线路以及河流沟壑等形成交叉跨越，线路的巡检、监控因此一直是电网企业的工作难点，在运行管理中以三维可视化技术对输电线路走廊场景以及相关信息进行综合直观展示是十分必要的。

目前已有的输电线路三维可视化系统主要有两种类型，一种为只有简化线路设施模型的概约级可视化系统，另一种则为拥有具有设计精度线路设施模型的专业级可视化系统。概约级系统虽然具有由数据驱动构建简化三维模型的能力，但由于线路设施模型是简约化的，因而不能满足专业化的输电线路三维可视化要求；专业级系统则是针对专业级输电线路可视化技术需求发展起来的，下面对其技术构成作进一步讨论。

概括来说，专业级输电线路三维可视化技术主要包含两部分主要内容：

首先以人机交互法完成输电线路三维模型的建立，即以3Dmax之类的计算机三维造型软件为工具，通过人工交互作业完成输电线路杆塔、线路、绝缘子串等设施的三维模型构建工作；然后通过图形引擎显示建成的三维模型获得输电线路走廊景观的三维图形，在此图形上可以叠加相关业务信息，从而实现输电运营管理信息的综合可视化展现。

由此可见，三维空间建模是三维可视化技术的基础工作和核心内容，其实质是将在输电业务数据中间接描述的线路设施结构及功能信息“转化”成可直观显示的三维模型。而传统的交互式建模方式实际上就是通过人工“传译”来完成这项信息“转化”工作，其专业性自然较强且操作复杂度较高，因为不仅要求建模操作者熟练掌握3Dmax之类建模工具，还必须具备解读输电业务数据的能力。因此也就给实际的应用工作带来了若干问题。

从技术构成层面看，输电线路三维模型的构建工作实质上包含与具体业务无关的“标准化单体设施建模”和与具体业务相关的“非标准化空间关系及设施建模”两部分内容：前者是对具有标准化结构形状的单体设施建模，如杆塔、绝缘子串等结构形状不随业务数据变化的三维模型构建等，该项建模工作完成单体设施自身的结构信息数字化；后者是根据线路具体业务数据来确定杆塔、绝缘子串等标准化单体设施模型的空间位置关系，以及计算导地线线等非标准化设施的空间悬挂形态，此项建模工作需要在获取具体线路的杆塔类型、杆塔地理位置、绝缘子串型及悬挂方式、换相信息、导线弧垂等具体业务数据后才能完成作业。

因此在输电线路三维可视化技术中使用人机交互式空间建模后，会带来以下几方面的具体问题：

●其一，人机交互建模导致线路三维可视化系统在三维地理数据具备的前提下也无法做到“开箱即用”。其原因是输电线路模型结构具有业务相关性，无法于“事前”完成全部建模工作，即线路三维建模作业不能与具体业务数据切割开来。换言之，对于输电线路三维建模来说，只有部分的标准化设施模型能够独立于具体业务数据构建，而那些描述设施之间空间关系的三维建模则是非标准化的应用工作，在不涉及实际业务数据的情况下模型是无法构建的。因此，由于人机交互建模环节的存在，输电线路三维可视化系统即便完成了全部软硬件安装以及应用功能开发之后，在未完成针对具体业务数据的三维建模之前，系统仍然是无法使用的，这就是所谓的不能“开箱即用”，因而会给系统应用造成进一步的问题：

●其二，线路三维模型结构关系复杂，交互式建模的人工及时间开销较大。如前所述，以人工“传译”方式将业务数据“转化”成三维模型的工作专业性较强、复杂度也较高，因而交互建模的成本自然也会较高；另外，在人工“传译”过程中信息需经“人脑”处理，所以自线路业务数据到三维立体模型的信息传递链路是不封闭的，也就无法建立起闭环的数据校验机制，所以交互建模的数据校验也十分困难，在这方面也需要占用相当一部份的系统建设时间。因此，人工交互建模实际上是输电线路三维可视化系统建设中的一个瓶颈问题，并且还会给进一步的系统应用带来不便：

●其三，交互建模的存在导致应用系统三维模型数据无法在线动态更新，大大提升了使用成本。由于在交互式建模系统中由业务数据到三维模型间信息不能自动转化，因而当发生输电线路工程改造时就必需终止应用系统的运行，在人工干预下以离线作业方式完成线路三维模型的数据更新。如此一来，也就将交互式三维建模这类非电力业务技术带进了输电线路运行管理活动之中，增加了业务工作的复杂程度，如此一来不仅增加了系统运行的成本开销，同时也会因业务技术复杂度的增大而降低系统整体的可靠性与可用性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述传统输电线路三维可视化技术中必须要求交互式建模的缺陷，提供一种能够在业务数据直接驱动下“自动生成”三维模型的方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种输电线路三维空间可视化展示方法，包括以下步骤：

a、在输电业务数据驱动下，由线路设施结构参数模型库获取功能和结构参数，自动创建线路结构模型，所述输电业务数据包括杆塔业务数据、线路业务数据以及绝缘子串业务数据,所述线路结构模型包括导地线悬挂曲线模型、杆塔三维结构模型以及绝缘子串三维结构模型，其中导地线悬挂曲线模型由三维空间中心线特征点集合构成，杆塔三维结构模型由杆塔的部件结构特征点、功能特征点集合构成，绝缘子串三维结构模型由绝缘子串的部件结构特征点、功能特征点集合构成；

b、基于线路结构模型自动创建线路三维实体模型；

c、显示所述线路实体模型数据，得到输电线路三维空间图形；

所述线路设施结构参数模型库按输电技术标准构建，其中按型号分类组织各类线路设施，包括至少一套参数模型，所述参数模型包括设施功能和结构参数。

在本发明所述的输电线路三维空间可视化展示方法中，所述线路设施结构参数模型库包括杆塔、绝缘子串、线路金具及导地跳线横断面结构参数模型。

在本发明所述的输电线路三维空间可视化展示方法中，所述步骤a包括：

a1、由杆塔业务数据驱动，自线路设施结构参数模型库中获取杆塔功能及结构参数，生成杆塔功能特征点和部件特征点数据集合，建立局部坐标系下杆塔三维结构模型模板，将其定位于实际安装位置，得到地理空间杆塔三维结构模型；

a2、由绝缘子串业务数据驱动，自线路设施结构参数模型库中获取绝缘子串功能及结构参数，生成至少包括每个绝缘子串首个钢帽连接点和末个钢脚连接点的绝缘子串悬挂特征点集合，建立局部坐标系下的绝缘子串三维结构模型模板；

a3、根据杆塔三维结构模型、杆塔业务数据及线路业务数据，构建导地线悬挂曲线模型，所述导地线悬挂曲线模型包括设计态、工况态和实测态三组模型，其中设计态模型精度符合线路工程设计要求；

a4、基于杆塔挂串点以及对应绝缘子串挂线点地理空间坐标，将绝缘子串模型模板定位到实际空间位置，得到地理空间绝缘子串三维结构模型；挂串点包括绝缘子串悬挂点，挂线点包括导线悬挂点、跳线悬挂点。

在本发明所述的输电线路三维空间可视化展示方法中，所述步骤a3包括：

a31、由杆塔三维结构模型获取杆塔上导、跳线绝缘子串悬挂点和地线悬挂点的地理空间坐标，由对应绝缘子串结构模型模板获取其悬挂长度；

a32、计算求取地理空间坐标系下直线杆塔悬垂绝缘子串挂线点及小转角直线杆塔悬垂绝缘子串挂线点，并由杆塔业务数据及线路业务数据驱动，采用悬链线方程或抛物线近似公式建立档间导地线悬挂曲线解析式，计算求取地理空间坐标系下各耐张绝缘子串之挂线点，同时计算生成各档间导地线悬挂曲线三维空间中心线特征点数据，建立导地线设计态悬挂曲线模型；

a33、根据给定工况参数建立对应的线路状态方程，基于该状态方程计算求取各绝缘子串挂线点，同时计算生成给定工况下各档间导地线悬挂曲线三维空间中心线特征点数据，建立导地线工况态悬挂曲线模型；

a34、处理现场实测线路三维形态数据，拟合生成各档间导地线实测悬挂曲线模型，并基于导线悬挂曲线端点数据求取对应的导线绝缘子串空间位置信息得到挂线点地理空间坐标；

a35、由线路业务信息驱动，自线路设施结构参数模型库中获取承力杆塔导线换位参数，计算求取地理空间坐标系下各相导线对应跳线绝缘子串挂线点，确定各段跳线悬挂曲线端点，采用经验公式计算生成各段跳线悬挂曲线三维空间中心线特征点数据，加入对应的导线设计态悬挂曲线模型中。

在本发明所述的输电线路三维空间可视化展示方法中，所述步骤b包括：基于导地线悬挂曲线模型的实测态和设计态模型实时自动生成导地线实测态和设计态三维实体模型，基于杆塔三维结构模型以及绝缘子串三维结构模型采用实时自动生成或由外部模板库调用模板生成杆塔三维实体模型及绝缘子串三维实体模型。

本发明还提供一种输电线路三维空间可视化展示系统，包括

参数模型库创建单元，用于基于输电技术标准，按型号分类构建线路设施结构参数模型库，所述线路设施结构参数模型库包括至少一套参数模型，所述参数模型包括功能和结构参数；

线路业务数据管理单元，用于管理输电业务数据以及现场实测线路三维形态数据，所述输电业务数据包括杆塔业务数据、线路业务数据以及绝缘子串业务数据；

线路结构模型创建单元，用于根据输电业务数据并从所述线路设施结构参数模型库获取功能和结构参数，自动创建线路结构模型，模型中导地线和绝缘子串的空间悬挂形态数据精度均符合线路工程设计要求,所述线路结构模型包括导地线悬挂曲线模型、杆塔三维结构模型以及绝缘子串三维结构模型，其中导地线悬挂曲线模型由三维空间中心线特征点集合构成，杆塔三维结构模型由杆塔的部件结构特征点、功能特征点集合构成，绝缘子串三维结构模型由绝缘子串的部件结构特征点、功能特征点集合构成；

实体模型创建单元，用于基于线路结构模型自动创建包括导地线设计态、工况态和实测态三组模型的线路三维实体模型；

图形操作单元，用于通过图形显示系统显示线路三维实体模型。

在本发明所述的输电线路三维空间可视化展示系统中，还包括：

地表模型管理单元，用于管理整合地表数字高程模型数据和数字正射影像数据，并根据需要生成不同细节的三维地表景观模型；

模型整合单元，用于整合输电线路三维实体模型和三维地表模型，形成输电线路走廊三维可视化模型，并交由图形操作单元显示。

在本发明所述的输电线路三维空间可视化展示系统中，所述线路设施结构参数模型库包括杆塔、绝缘子串、线路金具及导地跳线横断面结构参数模型。

在本发明所述的输电线路三维空间可视化展示系统中，所述线路结构模型创建单元通过以下方式创建线路结构模型：

由杆塔业务数据驱动，自线路设施结构参数模型库中获取杆塔功能及结构参数，生成杆塔功能特征点和部件特征点数据集合，建立局部坐标系下杆塔三维结构模型模板，将其定位于实际安装位置，得到地理空间杆塔三维结构模型；

由绝缘子串业务数据驱动，自线路设施结构参数模型库中获取绝缘子串功能及结构参数，生成至少包括每个绝缘子串首个钢帽连接点和末个钢脚连接点的绝缘子串悬挂特征点集合，建立局部坐标系下的绝缘子串三维结构模型模板；

根据杆塔三维结构模型、杆塔业务数据及线路业务数据，构建导地线悬挂曲线模型，所述导地线悬挂曲线模型包括设计态、工况态和实测态三组模型，其中设计态模型精度符合线路工程设计要求；

基于杆塔挂串点以及对应绝缘子串挂线点地理空间坐标，将绝缘子串模型模板定位到实际空间位置，得到地理空间绝缘子串三维结构模型；挂串点包括绝缘子串悬挂点，挂线点包括导、跳线悬挂点。

在本发明所述的输电线路三维空间可视化展示系统中，还包括用于获取雷电定位系统数据、线路温测数据、气象环境数据的外部数据接口模块以及用于在输电线路走廊三维景观中进行量测分析的空间分析模块。

本发明的输电线路三维空间可视化展示方法及系统，通过业务数据驱动，直接“自动生成”三维模型，消除了人工交互式建模环节，实现了从输电业务数据到线路三维模型以及三维图形的全自动信息处理作业。

本发明通过参数化建模技术将“标准化单体设施建模”分解为事前完成的标准化线路设施结构参数模型库的建库和运行时完成的单体模型自动生成两个作业过程，实现了基于结构参数模型的运行时单体模型自动生成方法；对与业务相关的“非标准化空间关系及设施建模”工作，本发明依据输电线路技术规范，首先以输电线路结构为约束给出基于业务数据的标准化单体模型空间位置自动计算方法，在此基础上再以具体业务数据为支撑建立导地跳线悬挂曲线模型及其力学模型，进而可以实时计算导地跳线模型的空间形态；综合应用该两部分工作内容即得到了由业务数据直接驱动的“线路三维模型自动构建机制”。

在由业务数据直接驱动的“线路三维模型自动构建机制”支持下，本发明提供的输电线路三维可视化技术方法和系统无需进行人机交互建模作业，即可在业务数据驱动下由计算机完成线路三维模型的自动生成，最终实现输电线路“三维自动成图”功能。

附图说明

图1是本发明输电线路三维空间可视化展示系统实施例的示意图。

图2是本发明输电线路三维空间可视化展示方法实施例的流程图。

图3是图2中自动化结构建模步骤的详细流程图。

图4是图2中自动化实体建模步骤的详细流程图。

具体实施方式

本发明的方法及系统主要用于为输电线路运行管理活动提供三维可视化应用支撑工具，如输电线路运行监控系统、输电业务综合信息可视化展示系统、输电线路设计方案三维展示系统等均可在本发明成果的支持下提升到一个全新的技术水平。本发明的系统可在各种计算机操作系统、图形引擎软件包（如OpenGL等）、数据库系统之上利用高级编程语言开发实现，也可基于图形处理软件（如通用图形软件包、CAD软件、GIS平台软件等）二次开发实现，可在各种通用计算机硬件平台上运行。

如图1所示，是本发明输电线路三维空间可视化展示系统实施例的示意图。在本实施例中，可视化展示系统包括参数模型库创建单元11、线路业务数据管理单元12、线路结构模型创建单元13、实体模型创建单元14以及图形操作单元17。其中参数模型库创建单元11用于基于输电技术标准按型号分类构建线路设施结构参数模型库，所述线路设施结构参数模型库包括至少一套参数模型，所述参数模型包括功能和结构参数；线路业务数据管理单元12用于管理输电业务数据以及现场实测线路三维形态数据；线路结构模型创建单元13用于根据输电业务数据并从所述线路设施结构参数模型库获取功能和结构参数，创建线路结构模型；实体模型创建单元14用于基于线路结构模型创建线路三维实体模型；图形操作单元17用于通过图形显示系统显示线路三维实体模型。

此外，为了实现输电线路模型与现场的结合，在上述可视化展示系统中还可包括地表模型管理单元15及模型整合单元15，其中地表模型管理单元15用于管理整合地表数字高程模型数据和数字正射影像数据，并根据需要生成不同细节的三维地表景观模型；模型整合单元16用于整合输电线路三维实体模型和三维地表模型，形成输电线路走廊三维可视化模型，并交由图形操作单元显示。

在上述可视化展示系统中，线路业务数据管理单元12所管理的输电业务数据包括杆塔业务数据、线路业务数据以及绝缘子串业务数据。参数模型库创建单元11所创建的线路设施结构参数模型库包括杆塔、绝缘子串、线路金具及导地跳线横断面结构参数模型。线路结构模型创建单元13所创建的线路结构模型包括导地线悬挂曲线模型、杆塔三维结构模型以及绝缘子串三维结构模型，其中导地线悬挂曲线模型由三维空间中心线特征点集合构成，杆塔三维结构模型由杆塔的部件结构特征点、功能特征点集合构成，绝缘子串三维结构模型由绝缘子串的部件结构特征点、功能特征点集合构成。

具体地，上述线路业务数据管理单元12可包括三部分内容：(1)输电线路生产业务信息数据库：管理杆塔业务数据、线路业务数据、绝缘子业务数据；(2)线路设施结构参数数据库：管理杆塔、绝缘子串、线路金具及导地跳线横断面等标准化结构参数信息；(3)线路现场实测信息数据库：管理野外输电线路实测导地线三维形态数据（如导地线激光点云数据等）。

线路结构模型创建单元13由业务数据直接驱动运行，按线路完成三维结构模型构建作业，模型中导地线和绝缘子串的空间悬挂形态数据精度均符合线路工程设计要求。具体内容包括：根据业务数据和结构参数信息逐基构建杆塔三维结构模型；逐跨构建档间导地线悬挂曲线模型；逐基逐串构建绝缘子串结构模型；逐条线路处理完成后获得全部线路三维结构模型。对于拥有线激光点云数据等导地线实测空间形态数据时，本单元能够同时生成导地线的设计状态、工况状态和实测状态三组三维模型，可用于三种状态的对比分析。

实体模型创建单元14基于线路结构模型实时生成线路实体模型。可根据细节参数控制生成之实体模型的细节精度，以满足显示控制机制中层次细节LOD(Level of Detail)组织策略的要求：显示对象位于近景视区时生成的三维实体模型具有最多的结构细节信息，位于中景视区时生成中等程度的细节信息，位于远景视区时生成的模型无细节信息；

地表模型管理单元16整合地表数字高程模型（DEM）数据和数字正射影像（DOM）数据生成三维地表景观模型，并以层次细节LOD架构组织管理三维地表景观信息，可根据显示参数动态控制不同细节DEM和DOM数据，使系统在保证显示效果的同时加快三维图形的操作速度。

模型整合单元16根据三维视景控制参数确定三维模型空间的显示范围，调用地表数据管理单元生成显示范围内的三维地表数据，调用线路三维实体数据生成单元生成具有不同细节信息的杆塔、绝缘子串和导地跳线三维实体数据。

图形操作单元17在当前三维视窗内对上述数据进行可视化显示，得到输电线路走廊三维景观图形，进一步可对三维景观图形施行交互操作，包括漫游、缩放、旋转及模拟飞行等。

此外，上述系统中还可包括外部数据接口模块和三维空间分析模块。通过外部数据接口模块，可获取如雷电定位系统数据、线路温测数据、气象环境数据等外部应用系统数据，并将外部数据直接叠加在地表模型、线路模型上，在线路走廊三维景观中以图形化方式显示出来。三维空间分析模块则用于在输电线路走廊三维景观中进行三维空间量测分析，如地表与输电线路弧垂间距离分析、线路设计形态与现场实测数据的比对分析。

如图2所示，是本发明输电线路三维空间可视化展示方法实施例的流程图。在本实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤S21：实施本发明所述方法的前提条件是要具备输电线路所在地域的地表形态数据和输电线路设施结构参数模型库，地表形态数据包括地表数字高程模型（DEM）数据和数字正射影像（DOM）数据，可向专业部门购买，输电线路设施结构参数模型库则需要遵循相关输电技术标准和规范来构建，其任务是按标准型号分类完成对杆塔、绝缘子串、线路金具以及导地跳线横断面等线路设施对象技术参数的结构化描述。该库按标准型号分类构建线路设施结构参数模型，其中线路设施结构参数模型库包括至少一套参数模型，该套模型包含输电线路所涉及的各型号杆塔、绝缘子串结构参数模型，以及导地跳线横断面结构的技术参数信息，该参数模型库可以离线方式完成建库和数据维护。

该路设施结构参数模型库中具体参数模型包括功能信息和结构信息两部分内容：

对于杆塔结构参数模型来说，按杆塔型号组织功能信息和结构信息，前者描述杆塔在线路中与基础、绝缘子串等其他设施的配合位置及关系信息，具体有杆塔安装点（塔腿脚点）坐标、线路悬挂方位名称、导跳线绝缘子串悬挂点（挂串点）名称及坐标、地线悬挂点名称及坐标，各种换位方案的挂串点列（以同相进、出导线绝缘子串悬挂点为首尾的悬挂点序列）；后者描述杆塔自身部件空间位置参数信息，具体有杆塔杆件、板件名称及特征点坐标，杆件特征点为直线端点，板件特征点为多边形角点；结构参数模型的坐标在杆塔局部坐标系中定义。杆塔局部右手坐标系为（OXYZ），其原O位于杆塔底座安装平面中心点，以垂直于底座安装平面向塔身顶端延伸的方向为Z坐标轴正方向，以杆塔正面图之横担向右延伸方向为X轴正方向；

对于绝缘子串结构参数模型来说，由于绝缘子串在线路中与杆塔、导线的配合位置信息取决于具体的绝缘子类型、片数以及组装形式和悬挂形式，因而绝缘子串型功能信息以模板框架形式给出。模板框架描述各种组装形式的串型：悬垂单串、双串、V形串，耐张单串、双串、三串等，在绝缘子串局部坐标系中给出各种组装形式下每串绝缘子首个钢帽的连接点坐标（基于该坐标和绝缘子型号可计算不同串长绝缘子串的悬挂长度和每串的末个钢脚坐标，生成绝缘子串悬挂特征点数据）；结构信息描述线路金具尺寸和绝缘子形状信息，具体有各类型线夹结构尺寸和绝缘子形状特征点坐标；线夹简化为悬挂轴线方向、导线方向、跳线方向三方向的杆件结构，给出三个方向的杆件端点坐标；绝缘子形状特征点为回转母线点列，坐标在绝缘子参数坐标系中定义：绝缘子参数坐标系为直角平面右手坐标系(oxy)，其原点o在绝缘子钢脚端定位点上，y轴为回转体对称轴，从o点指向钢帽端的方向为y正方向。绝缘子串局部坐标系为（oxyz），其原点和z轴位置因串型不同而有区别，例如：单串原点o位于绝缘子串悬挂点上，z轴选在绝缘子串轴线上，自绝缘子串挂线点至悬挂点为z轴正向；双串原点o位于悬挂点上，z轴选在两绝缘子串轴线所在平面中与两轴线等距的平行线上，自挂线点至悬挂点为z轴正向；V型串原点o位于两悬挂点所在直线上，且与两悬挂点等距，z轴选在原点o与挂线点的连线上，自挂线点至原点为z轴正向；对各型绝缘子串x轴均平行于挂线夹销钉轴线方向。

导地跳线横断面结构参数则包括横截面直径、导跳分裂数目、分裂线径等数据内容。

步骤S22：根据输电业务数据并从所述线路设施结构参数模型库获取功能和结构参数，自动创建线路结构模型。其中输电业务数据包括杆塔业务数据、线路业务数据以及绝缘子串业务数据，相应地，线路结构模型包括导地线悬挂曲线模型、杆塔三维结构模型以及绝缘子串三维结构模型，其中导地线悬挂曲线模型由三维空间中心线特征点集合构成，杆塔三维结构模型由杆塔的部件结构特征点、功能特征点集合构成，绝缘子串三维结构模型由绝缘子串的部件结构特征点、功能特征点集合构成。

步骤S23：基于线路结构模型创建线路三维实体模型。在创建线路三维实体模型时，基于导地线悬挂曲线模型的实测态和设计态模型实时自动生成导地线实测态和设计态三维实体模型，基于杆塔三维结构模型以及绝缘子串三维结构模型采用实时自动生成或由外部模板库调用模板生成杆塔三维实体模型及绝缘子串三维实体模型。

步骤S24：显示所述线路实体模型数据，得到输电线路三维空间图形。

如图3所示，是图2中步骤S22的一个具体实现的流程图，其具体包括以下步骤：

步骤S221：建立杆塔结构模型。该步骤中，首先建立杆塔局部坐标系：以杆塔安装点坐标为原点设立杆塔局部右手坐标系（OXYZ），Z轴取铅锤线离开地面方向为正方向，Y轴取杆塔安装方向为正方向。求取由杆塔局部坐标系至地理空间坐标系的坐标变换矩阵M1；然后生成杆塔三维结构模型：根据杆塔型号自线路设施结构参数模型库中提取结构信息生成局部坐标系下杆塔部件的三维特征点数据，提取绝缘子串悬挂点（挂串点）、地线悬挂点以及换位方案等功能信息，建立杆塔三维结构模型模板，基于变换矩阵M1将局部做标变换至地理空间坐标系下，生成杆塔三维结构模型。

步骤S222：建立绝缘子串和导线悬挂曲线模型。该步骤中，首先建立绝缘子串局部坐标系：以杆塔挂串点地理空间坐标为原点设立绝缘子串局部右手坐标系（oxyz）（挂串点为双挂点时，坐标系原点选在两挂点连线的中点上），z轴取铅锤线离开地面方向为正方向，x轴取在横担平行线上，当面向下基杆塔时向右方向为x轴正方向。求取由绝缘子串局部坐标系至地理空间坐标系的变换矩阵M₂；其次生成绝缘子串结构模型模板：由绝缘子串组装及悬挂形式、绝缘子型号及片数、绝缘子串挂线方式、线夹型号等业务数据驱动，自线路设施结构参数模型库中提取模板框架信息，生成至少包括每个绝缘子串首个钢帽连接点和末个钢脚连接点的绝缘子串悬挂特征点数据、线夹结构尺寸，并计算悬挂轴线长度λ，在局部坐标系下生成绝缘子串结构模型模板；然后生成导线悬挂曲线模型，确立绝缘子串悬挂姿态。

在生成导线悬挂曲线模型时，可生成设计态的导线悬挂曲线模型，当拥有现场实测导线空间形态数据时，则同时可生成现场实测态的导线悬挂曲线模型：

①、生成设计态导线悬挂曲线模型：须根据线路业务参数计算确立导线空间悬挂姿态，对于悬垂和耐张绝缘子串分别采用不同计算方法，下面是具体步骤

i、直线杆塔悬垂绝缘子串：

该类绝缘子串的空间悬挂姿态为自然悬垂串。可以变换矩阵M₂直接将局部坐标系下绝缘子串结构数据变换至地理空间坐标系，则：

绝缘子串地理空间挂线点P_λ=M₂×p_λ；

使用M₂可对绝缘子串结构模型模板进行坐标变换，得到地理坐标系下直线杆塔悬垂绝缘子串三维结构模型；

ii、小转角直线杆塔悬垂绝缘子串：

该类绝缘子串的空间悬挂姿态为带偏转角的悬垂串。

首先基于小转角直线杆塔两侧相邻杆塔位置、导线类型、导线弧垂等信息，以张力经验公式计算与两侧相邻杆塔定位点间连线垂直的平面内的绝缘子串偏转角度γ，该角为绝缘子串实际悬挂轴线与其悬垂轴线的夹角；过杆塔定位点向两侧相邻杆塔定位点间连线作垂足矢量，该矢量即为γ角的偏转正方向，进而可建立自然悬垂绝缘子串的偏转矩阵Mγ，此时将局部坐标系下绝缘子串换成地理空间坐标系下实际悬挂姿态的级联变换矩阵为：

M₃=M₂×Mγ；则：

绝缘子串地理空间挂线点P_λ=M₃×p_λ；

使用M₃可对绝缘子串结构模型模板进行坐标变换，得到地理坐标系下小转角直线杆塔悬垂绝缘子串三维结构模型；

iii、计算导线中心线特征点列

悬垂绝缘子串空间悬挂形态确定后，可计算导线中心线特征点列。应用悬链线方程的抛物线近似公式计算生成导线中心线特征点列：

第一步确立档间导线两端点，若为耐张绝缘子串则选杆塔挂串点为悬挂曲线端点，若为悬垂绝缘子串则选绝缘子串挂线点为悬挂曲线端点；第二步根据导线两端点坐标及给定导线最大弧垂，计算两端点间导线下垂最低点地理空间坐标，基于三点坐标建立地理空间坐标系下的抛物线方程，据该方程计算生成档间导线中心线特征点列，得到导线悬挂曲线模型，然后可以计算耐张绝缘子串空间悬挂姿态；

iv、承力杆塔耐张绝缘子串：

该类绝缘子串的空间悬挂姿态特征是，其悬挂轴线与导线悬挂曲线中心线或重合或平行。

在导线悬挂曲线模型中心线特征点列两端求取与杆塔挂串点间连线长度等于λ的点，该两点即为档间导线两端耐张绝缘子串挂线点P_λ；计算P_λ点和挂串点间连线与过挂串点之垂线的夹角θ，该角即绝缘子串绕局部坐标系x轴从悬垂位置转到耐张位置的偏转角，求取z轴上一点绕x轴旋转θ度的偏转矩阵Mθ，则将局部坐标系下绝缘子串换成地理空间坐标系下实际悬挂姿态的级联变换矩阵为：M₄=M₂×Mθ；则：

绝缘子串地理空间挂线点P_λ=M₄×p_λ；

使用M₄可对绝缘子串结构模型模板进行坐标变换，得到地理坐标系下承力杆塔耐张绝缘子串三维结构模型。

②、生成工况态导线悬挂曲线模型：须根据给定工况参数建立对应的线路状态方程，在上述设计态模型生成步骤中基于状态方程计算导线的变形和各绝缘子串承受工况载荷，进而计算求取给定工况状态下挂线点空间位置，计算生成给定工况下各档间导地线悬挂曲线三维空间中心线特征点数据，建立导地线工况态悬挂曲线模型。

③、生成现场实测态导线悬挂曲线模型：可根据现场实测导线空间形态数据确立导线及绝缘子串空间悬挂姿态。

首先基于实测数据拟合生成导线中心线特征点列，获得档间实测态导线悬挂曲线模型。

而后在实测态导线悬挂曲线模型的中心线特征点列里，求取与杆塔挂串点距离为λ的点，该点即为绝缘子串的实际挂线点P_λ，P_λ至挂串点之间的直线给出了绝缘子串悬挂轴线的空间悬挂姿态位置；求该线与绝缘子串局部坐标系x、y轴的夹角α、β，再求取z轴上一点绕x、y轴旋转α、β度的偏转矩阵Mα、Mβ；进一步可求得将局部坐标系下绝缘子串结构数据变换成地理空间坐标系下实际悬挂姿态的级联变换矩阵：M_sc=M₂×Mα×Mβ；

则对于局部坐标系下绝缘子串挂线点p_λ=（0，0，-λ）来说，

其地理空间挂线点P_λ=M_sc×_pλ;

使用M_sc可对绝缘子串结构模型模板进行坐标变换，得到地理坐标系下与实测态导线悬挂曲线模型对应的悬垂及耐张绝缘子串三维结构模型；

步骤S223：建立地线悬挂曲线模型。首先生成设计态地线悬挂曲线模型：应用悬链线方程的抛物线近似公式计算生成由中心线特征点列构成地线悬挂曲线模型：地线端点选在两基相邻杆塔对应地线悬挂点上，根据端点坐标及给定地线弧垂计算两点间导线下垂最低点地理空间坐标，基于三点坐标建立地理空间坐标系中的抛物线方程，据该方程计算生成档间地线中心线特征点列得到设计态地线悬挂曲线模型；然后生成实测态地线悬挂曲线模型：基于实测数据拟合生成实测态地线中心线特征点列，获得档间实测态地线悬挂曲线模型。

步骤S224：建立跳线串和跳线悬挂曲线模型。首先确立跳线绝缘子串空间悬挂姿态：跳线绝缘子串（跳线串）有悬垂串和耐张串两种类型，根据跳线绝缘子串类型计算其地理空间悬挂姿态。

i、悬垂型跳线串：

对于悬垂串可以前述变换矩阵M₂直接将局部坐标系下绝缘子串结构数据变换至地理空间坐标系，则：

悬垂跳线串地理空间挂线点P_λ=M₂×p_λ；

使用M₂可对绝缘子串结构模型模板进行坐标变换，得到地理坐标系下悬垂跳线串三维结构模型；

ii、耐张型跳线串：

耐张型跳线串是成对方式使用的跳线串，耐张跳线串在张力的作用下呈现空间直线姿态。因此首先在两个耐张跳线串的挂串点之间建立直线方程，该直线可简化为垂直和水平两种姿态处理：

√若直线为垂直线时：

直连线两端分别取两个与端点距离为λ的点，即得到两个挂线点P_λ1和P_λ2，此时P_λ1为上端跳线串挂线点，对应的由绝缘子串局部坐标系至地理空间坐标系的变换矩阵为M₂,即：

上端跳线串地理空间挂线点P_λ1=M₂×p_λ；

P_λ2为下端跳线串挂线点，对应的变换矩阵为M₂×Mπ，其中Mπ为将悬垂绝缘子串绕局部坐标系x轴旋转π角度的偏转矩阵，则：

下端跳线串地理空间挂线点P_λ2=M₂×Mπ×p_λ；

使用M₂和M₂×Mπ可对绝缘子串结构模型模板进行坐标变换，得到地理坐标系下垂直耐张跳线串上下端串的三维结构模型；

若直线为水平线时：

则按经验公式计算两跳线串挂线点自水平位置的偏移量，获得两个挂线点P_λ1和P_λ2，此时P_λ1为左端（面向下基杆塔方向）跳线串挂线点，P_λ2为右端跳线串挂线点。分别计算P_λ1、P_λ2和对应挂串点间连线与过挂串点之垂线的夹角η1、η2，两角即绝缘子串绕局部坐标系x轴从悬垂位置转到耐张位置的偏转角，求取z轴上一点绕x轴旋转η1、η2度的偏转矩阵Mη1、Mη2，则将局部坐标系下绝缘子串换成地理空间坐标系下跳线串实际悬挂姿态的级联变换矩阵为：

M₅₁=M₂×Mη1和M₅₂=M₂×Mη2；则有：

跳线串地理空间挂线点P_λ12=M₅₁×p_λ和P_λ2=M₅₂×p_λ；

使用M₅₁和M₅₂可对绝缘子串结构模型模板进行坐标变换，得到地理坐标系下水平耐张跳线串左右端串的三维结构模型；

然后根据经验参数确定跳线弧垂，并以经验公式方程计算生成杆塔上各段跳线悬挂曲线三维空间中心线特征点列，加入对应的导线设计态悬挂曲线模型中。

步骤S225：计算线夹定位矢量。在绝缘子串挂线点处生成线夹定位矢量，加入绝缘子串结构模型中，用于后续绝缘子串三维实体建模作业。具体包括：绝缘子串悬挂轴线方向（由挂线点指向挂串点）、导线方向、跳线方向。悬垂线夹有两个导线方向矢量无跳线方向矢量；跳线线夹有两个跳线方向矢量无导线方向矢量；悬垂地线夹有两个地线方向矢量，耐张地线夹只有一个地线方向矢量。

线路三维实体建模包括杆塔、绝缘子串以及导地跳线实体建模三部分内容，可以在需要实体模型时自线路设施结构参数模型库中获取细节结构信息，而后基于前述杆塔、绝缘子串及导地跳线悬挂曲线模型生成对应实体模型数据，实体模型数据的精细程度由细节参数控制。如图4所示，是图2中步骤S23的一个具体实现的流程图，其具体包括以下步骤：

步骤S231：杆塔实体建模。自线路设施结构参数模型库中获取杆件及板件横断面尺寸，基于杆塔三维结构模型中部件特征点坐标，自动生成杆塔三维实体模型数据。

步骤S232：绝缘子串实体建模。根据绝缘子型号、线夹型号等业务数据，自线路设施结构参数模型库中获取绝缘子形状特征点参数信息和线夹结构尺寸，在绝缘子串结构模型中增加绝缘子回转母线数据，然后自动生成包括线夹在内的绝缘子串三维实体模型数据。

步骤S233：导地跳线实体建模。根据导地跳线型号由结构参数模型库中获取导地跳线横断面尺寸和形状信息，根据导地跳线悬挂曲线模型中心线特征点坐标，自动生成导地跳线三维实体模型数据。

上述输电线路三维空间可视化展示方法及系统以“线路三维模型自动构建机制”取代了人机交互建模作业，彻底解决了传统技术的固有缺陷：

⑴、在三维地理数据具备的前提下本发明中的输电线路三维可视化系统可以做到“开箱即用”，即连接现有业务数据库后就可自动完成线路三维模型构建显示线路三维图形；复杂的线路三维模型构建工作由计算机系统自行完成，完全消除了交互式建模的人工及时间方面的成本开销；

⑵、由于在具体业务数据与线路三维模型之间建立起了封闭的信息转化、传递链路，因此也使系统成为对实际业务数据进行直观检查、校验的可视化工具，为提升输电线路业务数据质量管理水平提供了方便有效的支撑手段。线路数据发生变化时，系统天然具备在线自动更新三维模型数据的能力，完全消除了数据升级造成的系统运行成本；

⑶、由于能够实时生成线路设施三维模型，因而系统具备实时计算舞动、风偏以及热胀冷缩弧垂变化等各种不同工况下线路模型动态变化的能力，可对各种工况条件下线路模型的动态变化结果进行实时综合展示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种输电线路三维空间可视化展示方法，其特征在于，包括以下步骤：

b、基于线路结构模型自动创建线路三维实体模型；

所述线路设施结构参数模型库按输电技术标准构建，并按型号分类组织各类线路设施，包括至少一套参数模型，所述参数模型包括设施功能和结构参数。

2.根据权利要求1所述的输电线路三维空间可视化展示方法，其特征在于，所述线路设施结构参数模型库包括杆塔、绝缘子串、线路金具及导地跳线横断面结构参数模型。

3.根据权利要求2所述的输电线路三维空间可视化展示方法，其特征在于，所述步骤a包括：

a3、根据杆塔三维结构模型、杆塔业务数据及线路业务数据，构建导地线悬挂曲线模型，所述导地线悬挂曲线模型包括设计态、工况态和实测态三组模型；

4.根据权利要求3所述的输电线路三维空间可视化展示方法，其特征在于，所述步骤a3包括：

a34、处理现场实测线路三维形态数据，拟合生成各档间导地线实测态悬挂曲线模型，并基于导线悬挂曲线端点数据求取对应的导线绝缘子串空间位置信息得到挂线点地理空间坐标；

5.根据权利要求2所述的输电线路三维空间可视化展示方法，其特征在于，所述步骤b包括：基于导地线悬挂曲线模型的实测态和设计态模型实时自动生成导地线实测态和设计态三维实体模型，基于杆塔三维结构模型以及绝缘子串三维结构模型采用实时自动生成或由外部模板库调用模板生成杆塔三维实体模型及绝缘子串三维实体模型。

6.一种输电线路三维空间可视化展示系统，其特征在于，包括

线路结构模型创建单元，用于根据输电业务数据并从所述线路设施结构参数模型库获取功能和结构参数，自动创建线路结构模型,所述线路结构模型包括导地线悬挂曲线模型、杆塔三维结构模型以及绝缘子串三维结构模型，其中导地线悬挂曲线模型由三维空间中心线特征点集合构成，杆塔三维结构模型由杆塔的部件结构特征点、功能特征点集合构成，绝缘子串三维结构模型由绝缘子串的部件结构特征点、功能特征点集合构成；

7.根据权利要求6所述的输电线路三维空间可视化展示系统，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求6所述的输电线路三维空间可视化展示系统，其特征在于，所述线路设施结构参数模型库包括杆塔、绝缘子串、线路金具及导地跳线横断面结构参数模型。

9.根据权利要求8所述的输电线路三维空间可视化展示系统，其特征在于，所述线路结构模型创建单元通过以下方式创建线路结构模型：

由绝缘子串业务数据驱动，自线路设施结构参数模型库中获取绝缘子串功能及结构参数，生成至少包括每个绝缘子串首个钢帽和末个钢脚的连接点坐标的绝缘子串悬挂特征点集合，建立局部坐标系下的绝缘子串三维结构模型模板；

根据杆塔三维结构模型、杆塔业务数据及线路业务数据，构建导地线悬挂曲线模型，所述导地线悬挂曲线模型可包括设计态、工况态和实测态三组模型；

基于杆塔挂串点以及对应绝缘子串挂线点地理空间坐标，将绝缘子串模型模板定位到实际空间位置，得到地理空间绝缘子串三维结构模型；所述挂串点包括绝缘子串悬挂点，挂线点包括导跳线悬挂点、跳线悬挂点。

10.根据权利要求6所述的输电线路三维空间可视化展示系统，其特征在于，还包括用于获取雷电定位系统数据、线路温测数据、气象环境数据的外部数据接口模块以及用于在输电线路走廊三维景观中进行量测分析的空间分析模块。