CN111177872B - 一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法：在地理信息系统中，确定目标杆塔及杆塔之间连接导线的起点连接件和终点连接件，根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，以及连接线的法向量信息；计算导线连接的出线方向；确定起、终点连线的中点；根据导线中心线构建分裂导线实体模型，进而对电力线路进行建模。本发明通过创新的计算和模拟方法，基于三维地理信息系统平台，解决了电力线路设计中分裂导线及其间隔棒模型的设计、模拟和展示问题，对工程进行优化设计，可以使模型更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及三维地理信息系统建模领域，尤其是涉及一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法和系统。
背景技术
随着国家电网智能化建设的推进，数字化三维电力线路的成果变得尤为重要，目前国内有多个软件平台都可以进行电力线路三维设计，但是设计成果质量不高。
三维地理信息系统是在传统地理信息系统技术的基础上，以真实三维场景虚拟现实，具有直观、真实、可视和高效等特点，已在数字城市等领域得到广泛应用。与此同时，随着电网规模的不断扩大，电力公司所要管理的电力设备数据等信息成倍增长，针对这些日益增长的信息进行科学有效的管理成为电网管理者亟待解决的问题。故电力模型的高效可视化和有效管理成为三维地理信息系统的一项重要功能。因变电站及输电线路一般工作距离较长，覆盖范围广阔，涉及城市、乡村和野外，电力线路错综复杂需要灵活地管理方式。
目前已有的电力线路建模技术主要分为两类：电力线路模型的手动建模和电力线路模型的自动建模。
手动建模方法首先根据实际需求用人工的方式通过建模软件建立电力线路模型以及附属模型，然后将建立好的模型叠加进三维地理信息系统实现可视化的效果，进而可以根据模型的位置叠加相关的业务信息。这类方法的流程较为简单，虽然实现了电力模型的可视化效果，但是其缺点显而易见主要体现在以下几个方面：首先，人工建模成本较大，电力线路模型具有分布广泛的特点，建模是要考虑到地形等因素，对建模人员的技术要求较高；其次，模型的重复利用能力较差，如果更换新的应用需要重新建模；再次，灵活性差，不便于管理。三维电力地理信息系统的功能主要为电力线路模型的可视化和电力线路模型的管理，电力线路模型错综复杂随着时间的改变电力线路往往存在添加、修改和删除的实际管理需求，采用这种手动建模方式则需要返回建模阶段对模型进行修改，然后重新叠加到场景中。
目前的电力线路自动建模的方法，采用悬垂度方程生成电力线路。这种方式可实现电力线路的自动建模，但是这种方式要根据具体情况生成悬垂度方程，在不同虚拟地理场景中需要建立不同的悬垂方程，灵活性差，而且线路仿真度不高，悬垂度校正比较繁琐。
发明内容
针对现有的缺陷或不足，，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，其特征在于：
步骤1：在地理信息系统中，确定目标杆塔，所述目标杆塔数量为两个或两个以上；
步骤2：确定两个杆塔之间连接导线的起点连接件和终点连接件，根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，以及连接线的法向量信息；
步骤3：根据导线连接的起点坐标、终点坐标及连接线的法向量信息，计算导线连接的出线方向；
步骤4：根据导线连接的起点坐标、终点坐标和所述导线连接的出线方向，确定起、终点连线的中点；
步骤5：根据计算连接导线的弧垂信息，对所述起、终点连线的中点进行调整，得到导线最终的垂点；
步骤6：根据导线的总重量及导线材料规格对应的弹性系数，得到导线沿起、终点方向的延伸长度及拐点位置；
步骤7：根据起点坐标、垂点坐标、终点坐标及导线连接的出线方向，构造曲线，作为连接导线的中心线。
步骤8：根据导线中心线构建分裂导线实体模型，进而对电力线路进行建模。
以及一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模系统，其特征在于：
GIS单元：用于在地理信息系统中，确定目标杆塔，所述目标杆塔数量为两个或两个以上；
确定单元：用于确定两个杆塔之间连接导线的起点连接件和终点连接件，根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，以及连接线的法向量信息；
出线确定单元：用于根据导线连接的起点坐标、终点坐标及连接线的法向量信息，计算导线连接的出线方向；
中点确定单元：用于根据导线连接的起点坐标、终点坐标和所述导线连接的出线方向，确定起、终点连线的中点；
垂点确定单元：用于根据计算连接导线的弧垂信息，对所述起、终点连线的中点进行调整，得到导线最终的垂点；
延伸确定单元：用于根据导线的总重量及导线材料规格对应的弹性系数，得到导线沿起、终点方向的延伸长度及拐点位置；
中心线确定单元：用于根据起点坐标、垂点坐标、终点坐标及导线连接的出线方向，构造曲线，作为连接导线的中心线。
模型生成单元：用于根据导线中心线构建分裂导线实体模型，进而对电力线路进行建模。
和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果：
本发明的有益效果在于，通过创新的计算和模拟方法，基于三维地理信息系统平台，解决了电力线路设计中分裂导线及其间隔棒模型的设计、模拟和展示问题，对工程进行优化设计，可以使模型更加精确。
附图说明
图1本发明所提出的建模方法示意图；
图2本发明所提出的建模方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
为了更好地理解本发明，下面结合附图参考实施例的描述，对本发明的方法进行进一步的说明。
为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在实施例中，不详细描述公知的方法、过程、组件，以免不必要地使实施例繁琐。
参见图1和2所示，本发明的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，
步骤1：在地理信息系统中，确定目标杆塔，所述目标杆塔数量为两个或两个以上；
步骤2：确定两个杆塔之间连接导线的起点连接件和终点连接件，根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，以及连接线的法向量信息；
步骤3：根据导线连接的起点坐标、终点坐标及连接线的法向量信息，计算导线连接的出线方向；
步骤4：根据导线连接的起点坐标、终点坐标和所述导线连接的出线方向，确定起、终点连线的中点；
步骤5：根据计算连接导线的弧垂信息，对所述起、终点连线的中点进行调整，得到导线最终的垂点；
步骤6：根据导线的总重量及导线材料规格对应的弹性系数，得到导线沿起、终点方向的延伸长度及拐点位置；
步骤7：根据起点坐标、垂点坐标、终点坐标及导线连接的出线方向，构造曲线，作为连接导线的中心线；
步骤8：根据导线中心线构建分裂导线实体模型，进而对电力线路进行建模。
优选地，其中，步骤2：根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，具体为：根据DEM地形高程数据和杆塔的经纬度坐标，进而得到导线连接的起点三维坐标和终点三维坐标。
优选地，可支持双分裂、三分裂、四分裂、六分裂、八分裂的导线。
优选地，其中，所述步骤5：计算连接导线的弧垂信息，具体为：
其中，f为弧垂值，l为导线连接的起点到终点的距离，为海拔高差角，d为导线直径。
优选地，其中，所述步骤5：计算连接导线的弧垂信息，对所述起、终点连线的中点进行调整，得到导线最终的垂点，具体为：确定起、终点连线的中点坐标为(Cx,Cy,Cz)，弧垂值为f，将中点坐标向重力方向移动弧垂值大小的距离，得到导线最终的垂点坐标为(Cx,Cy,Cz-f)。
优选地，其中，所述步骤8：根据导线中心线构建分裂导线和间隔棒的优化模型，具体包括：
步骤8-1：创建一个以所述中心线起点方向为法向的平面，在该平面上，将中心线起点作为分裂导线的起点中心位置；
步骤8-2：根据分裂间距，通过平移创建出分裂导线的起点；
步骤8-3：在分裂导线的起点位置，以中心线起点方向为法向，绘制导线直径大小的圆，以圆为轮廓、中心线为路径，拉伸出分裂导线实体模型；
步骤8-4：根据分裂导线的外形与中心线信息，确定间隔棒的间距及其在分裂导线上的位置；
步骤8-5：确定每个间隔棒所在分裂导线位置点的法向量信息，将各个位置点的法向量作为间隔棒的放置走向；
步骤8-6：根据间隔棒间距、其在分裂导线上的位置、放置走向、导线分裂间距放置间隔棒，构建间隔棒的优化模型。
还提供一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模系统：
GIS单元：用于在地理信息系统中，确定目标杆塔，所述目标杆塔数量为两个或两个以上；
确定单元：用于确定两个杆塔之间连接导线的起点连接件和终点连接件，根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，以及连接线的法向量信息；
出线确定单元：用于根据导线连接的起点坐标、终点坐标及连接线的法向量信息，计算导线连接的出线方向；
中点确定单元：用于根据导线连接的起点坐标、终点坐标和所述导线连接的出线方向，确定起、终点连线的中点；
垂点确定单元：用于根据计算连接导线的弧垂信息，对所述起、终点连线的中点进行调整，得到导线最终的垂点；
延伸确定单元：用于根据导线的总重量及导线材料规格对应的弹性系数，得到导线沿起、终点方向的延伸长度及拐点位置；
中心线确定单元：用于根据起点坐标、垂点坐标、终点坐标及导线连接的出线方向，构造曲线，作为连接导线的中心线。
模型生成单元：用于根据导线中心线构建分裂导线实体模型，进而对电力线路进行建模。
优选地，其中，所述确定单元：用于根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，具体为：根据DEM地形高程数据和杆塔的经纬度坐标，进而得到导线连接的起点三维坐标和终点三维坐标。
优选地，可支持双分裂、三分裂、四分裂、六分裂、八分裂的导线。
优选地，其中，所述垂点确定单元：用于计算连接导线的弧垂信息，具体为：
其中，f为弧垂值，l为导线连接的起点到终点的距离，为高差角，d为导线直径。
优选地，其中，所述垂点确定单元：用于计算连接导线的弧垂信息，对所述起、终点连线的中点进行调整，得到导线最终的垂点，具体为：确定起、终点连线的中点坐标为(Cx,Cy,Cz)，弧垂值为f，将中点坐标向重力方向移动弧垂值大小的距离，得到导线最终的垂点坐标为(Cx,Cy,Cz-f)。
优选地，其中，所述模型生成单元：用于根据导线中心线构建分裂导线和间隔棒的优化模型，具体包括：
中心确定单元：创建一个以所述中心线起点方向为法向的平面，在该平面上，将中心线起点作为分裂导线的起点中心位置；
起点确定单元：根据分裂间距，通过平移创建出分裂导线的起点；
实体创建单元：在分裂导线的起点位置，以中心线起点方向为法向，绘制导线直径大小的圆，以圆为轮廓、中心线为路径，拉伸出分裂导线实体模型；
位置确定单元：根据分裂导线的外形与中心线信息，确定间隔棒的间距及其在分裂导线上的位置；
走向确定单元：确定每个间隔棒所在分裂导线位置点的法向量信息，将各个位置点的法向量作为间隔棒的放置走向；
间隔棒构建单元：根据间隔棒间距、其在分裂导线上的位置、放置走向、导线分裂间距放置间隔棒，构建间隔棒的优化模型。
本发明的有益效果在于，通过创新的计算和模拟方法，基于三维地理信息系统平台，解决了电力线路设计中分裂导线及其间隔棒模型的设计、模拟和展示问题，对工程进行优化设计，可以使模型更加精确。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (12)
1.一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，其特征在于：
步骤1：在地理信息系统中，确定目标杆塔，所述目标杆塔数量为两个或两个以上；
步骤2：确定两个杆塔之间连接导线的起点连接件和终点连接件，根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，以及连接线的法向量信息；
步骤3：根据导线连接的起点坐标、终点坐标及连接线的法向量信息，计算导线连接的出线方向；
步骤4：根据导线连接的起点坐标、终点坐标和所述导线连接的出线方向，确定起、终点连线的中点；
步骤5：根据计算连接导线的弧垂信息，对所述起、终点连线的中点进行调整，得到导线最终的垂点；
步骤6：根据导线的总重量及导线材料规格对应的弹性系数，得到导线沿起、终点方向的延伸长度及拐点位置；
步骤7：根据起点坐标、垂点坐标、终点坐标及导线连接的出线方向，构造曲线，作为连接导线的中心线；
步骤8：根据导线中心线构建分裂导线实体模型，进而对电力线路进行建模。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，其中，所述步骤2：根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，具体为：根据DEM地形高程数据和杆塔的经纬度坐标，进而得到导线连接的起点三维坐标和终点三维坐标。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，可支持双分裂、三分裂、四分裂、六分裂、八分裂的导线。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，其中，所述步骤5：计算连接导线的弧垂信息，具体为：
其中，f为弧垂值，l为导线连接的起点到终点的距离，为海拔高差角，d为导线直径。
5.根据权利要求1所述的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，其中，所述步骤5：计算连接导线的弧垂信息，对所述起、终点连线的中点进行调整，得到导线最终的垂点，具体为：确定起、终点连线的中点坐标为(Cx,Cy,Cz)，弧垂值为f，将中点坐标向重力方向移动弧垂值大小的距离，得到导线最终的垂点坐标为(Cx,Cy,Cz-f)。
6.根据权利要求1所述的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，其中，所述步骤8：根据导线中心线构建分裂导线和间隔棒的优化模型，具体包括：
步骤8-1：创建一个以所述中心线起点方向为法向的平面，在该平面上，将中心线起点作为分裂导线的起点中心位置；
步骤8-2：根据分裂间距，通过平移创建出分裂导线的起点；
步骤8-3：在分裂导线的起点位置，以中心线起点方向为法向，绘制导线直径大小的圆，以圆为轮廓、中心线为路径，拉伸出分裂导线实体模型；
步骤8-4：根据分裂导线的外形与中心线信息，确定间隔棒的间距及其在分裂导线上的位置；
步骤8-5：确定每个间隔棒所在分裂导线位置点的法向量信息，将各个位置点的法向量作为间隔棒的放置走向；
步骤8-6：根据间隔棒间距、其在分裂导线上的位置、放置走向、导线分裂间距放置间隔棒，构建间隔棒的优化模型。
7.一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模系统，其特征在于：
GIS单元：用于在地理信息系统中，确定目标杆塔，所述目标杆塔数量为两个或两个以上；
确定单元：用于确定两个杆塔之间连接导线的起点连接件和终点连接件，根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，以及连接线的法向量信息；
出线确定单元：用于根据导线连接的起点坐标、终点坐标及连接线的法向量信息，计算导线连接的出线方向；
中点确定单元：用于根据导线连接的起点坐标、终点坐标和所述导线连接的出线方向，确定起、终点连线的中点；
垂点确定单元：用于根据计算连接导线的弧垂信息，对所述起、终点连线的中点进行调整，得到导线最终的垂点；
延伸确定单元：用于根据导线的总重量及导线材料规格对应的弹性系数，得到导线沿起、终点方向的延伸长度及拐点位置；
中心线确定单元：用于根据起点坐标、垂点坐标、终点坐标及导线连接的出线方向，构造曲线，作为连接导线的中心线；
模型生成单元：用于根据导线中心线构建分裂导线实体模型，进而对电力线路进行建模。
8.根据权利要求7所述的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，其中，所述确定单元：用于根据DEM数据，确定导线连接的起点坐标和终点坐标，具体为：根据DEM地形高程数据和杆塔的经纬度坐标，进而得到导线连接的起点三维坐标和终点三维坐标。
9.根据权利要求7所述的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模系统，可支持双分裂、三分裂、四分裂、六分裂、八分裂的导线。
10.根据权利要求7所述的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模系统，其中，所述垂点确定单元：用于计算连接导线的弧垂信息，具体为：
其中，f为弧垂值，l为导线连接的起点到终点的距离，为高差角，d为导线直径。
11.根据权利要求7所述的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，其中，所述垂点确定单元：用于计算连接导线的弧垂信息，对所述起、终点连线的中点进行调整，得到导线最终的垂点，具体为：确定起、终点连线的中点坐标为(Cx,Cy,Cz)，弧垂值为f，将中点坐标向重力方向移动弧垂值大小的距离，得到导线最终的垂点坐标为(Cx,Cy,Cz-f)。
12.根据权利要求7所述的一种基于三维地理信息系统的电力线路的建模方法，其中，所述模型生成单元：用于根据导线中心线构建分裂导线和间隔棒的优化模型，具体包括：
中心确定单元：创建一个以所述中心线起点方向为法向的平面，在该平面上，将中心线起点作为分裂导线的起点中心位置；
起点确定单元：根据分裂间距，通过平移创建出分裂导线的起点；
实体创建单元：在分裂导线的起点位置，以中心线起点方向为法向，绘制导线直径大小的圆，以圆为轮廓、中心线为路径，拉伸出分裂导线实体模型；
位置确定单元：根据分裂导线的外形与中心线信息，确定间隔棒的间距及其在分裂导线上的位置；
走向确定单元：确定每个间隔棒所在分裂导线位置点的法向量信息，将各个位置点的法向量作为间隔棒的放置走向；
间隔棒构建单元：根据间隔棒间距、其在分裂导线上的位置、放置走向、导线分裂间距放置间隔棒，构建间隔棒的优化模型。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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