CN111540046A - 一种基于虚拟现实的输电通道仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于虚拟现实的输电通道仿真方法，所述方法包括以下步骤：配准和融合卫星遥感影像数据与二维、三维地理信息场景数据，基于卫星遥感影像数据和数字高程模型建立三维地形场景，在所述三维地形场景中进行矢量标注，基于所述三维地形场景虚拟仿真生成三维模型，所述三维模型包括输电通道、一、二次设备及监测设备。

Description

一种基于虚拟现实的输电通道仿真方法

技术领域

本发明属于输电线路检测技术领域，特别是一种基于虚拟现实的输电通道仿真方法。

背景技术

目前在电力系统线路状态检测与运维中广泛应用的主要是基于二维坐标的 GIS系统。系统采用层的形式区分显示各种类型的地物元素，其简单的几何图形加标注的表现形式并不能真正地反映线路、杆塔等电力设备设施周围的地形地貌，不能为巡视、操作及检修人员提供一个真实的功能环境信息。

我国智能电网已经进入全面建设时期，各项工作顺利推进，随着IT技术及其它辅助技术的快速发展，电力行业管理系统不能一直停留在枯燥的数据、图表等二维信息的分析上，亟需为使用者提供直观的可视化管理平台。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于虚拟现实的输电通道仿真方法，其利用仿真现实的虚拟环境，以空间直观形态表述输电线路场景，除了在二维空间上对输电线路及附属设施的分布进行精确表达外，还在三维空间上进行精确的描述，为业务决策者提供最直观的视觉支持。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于虚拟现实的输电通道仿真方法包括以下步骤：

第一步骤中，配准和融合卫星遥感影像数据与二维、三维地理信息场景数据，

第二步骤中，基于卫星遥感影像数据和数字高程模型建立三维地形场景，在所述三维地形场景中进行矢量标注，

第三步骤中，基于所述三维地形场景虚拟仿真生成三维模型，所述三维模型包括输电通道、一、二次设备及监测设备。

所述的方法中，第一步骤，卫星遥感影像数据与二维、三维地理信息场景数据配准和融合以形成空间位置与属性的关联。

所述的方法中，第一步骤，卫星遥感影像数据为高分辨率卫星遥感影像。

所述的方法中，第二步骤，所述三维地形场景中进行矢量标注生成矢量电子地图以网络显示。

所述的方法中，第二步骤，边缘羽化处理所述卫星遥感影像数据以避免数字高程模型在边缘处的地形裂缝，图片压缩和场景封装形成可浏览的三维地形场景。

所述的方法中，第二步骤，采用Unity 3D开发引擎建立三维地形场景，其中，对矢量标注级数据符号、色彩、显示级别的参数配置，在已集成了矢量标注数据的三维地理场景中导入电力仿真模型后进行网络发布生成html格式的三维工程文件。

所述的方法中，第三步骤，在3ds max三维建模中构建输电通道、一、二次设备及监测设备的三维模型，按照实际尺寸、相似纹理虚拟仿真所述输电通道、一、二次设备及监测设备。

所述的方法中，第三步骤，所述三维模型为1:1的建模以建立与现实环境完全一致的虚拟线路走廊的地形地貌，所述一、二次设备包括杆塔、导线、绝缘子和金具，监测设备包括微气象站、通讯箱和导线温度监测装置。

所述的方法中，在虚拟仿真的所述三维模型中，展示监测数据、剖面分析指定的输电线路走廊上任意一段地理位置、空间测距和/或地表距离测算指定地理位置，基于输电线路运行过程中产生的故障信息，在虚拟的仿真环境中进行直观故障定位。

所述的方法中，所述三维模型接入外部数据且在虚拟场景中分层展现，所述外部数据包括雷电定位系统数据、污区数据和气象数据。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明仿真了一套基于真实的地理坐标环境的、能实现对电力设施，设备，电力网络的远程可视化管理的信息系统，通过建立电力地理信息系统，可以借助二维可视化、三维虚拟现实技术等对电力部门关心的输变电工程、电力线路走向、各种设备等的空间分布进行准确定位，并最终实现对输变电工程及相关重点电力设备的远程管理，对电力设备相关信息进行查询并对相关电力设备进行快速检索及定位，对重点地段的电力线及附近的居民点、建筑物进行快速的三维模拟生成，为电力选线、选址等提供一个直观、可视化的工作平台，提高电力行业管理的工作效率。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的基于虚拟现实的输电通道仿真方法的步骤示意图；

图2是根据本发明一个实施例的实施基于虚拟现实的输电通道仿真方法的流程示意图；

图3是根据本发明一个实施例的二维、三维GIS在管控系统中的系统级融合应用，其从左至右以及向下，示意了：二维GIS系统、三维GIS系统、架空线故障研判可视化结果；

图4是根据本发明一个实施例的输电线路的空间位置和属性关联，其示意了：1000kV安塘线与嘉湖重要输电通道相距80km，与设备概况、运行工况、运维检修、通道管理；

图5是根据本发明一个实施例的基于虚拟现实的输电线路直观展示，其示意了线路通道和三维线路展示；

图6是根据本发明一个实施例的基于虚拟现实的输电线路故障定位，其示意了三维分析功能展示。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，图1是根据本发明一个实施例的基于虚拟现实的输电通道仿真方法的步骤示意图，如图1所示，一种基于虚拟现实的输电通道仿真方法包括以下步骤：

第一步骤S1中，配准和融合卫星遥感影像数据与二维、三维地理信息场景数据，

第二步骤S2中，基于卫星遥感影像数据和数字高程模型建立三维地形场景，在所述三维地形场景中进行矢量标注，

第三步骤S3中，基于所述三维地形场景虚拟仿真生成三维模型，所述三维模型包括输电通道、一、二次设备及监测设备。

需要说明的是，这种配准和融合，是指将平面的二维影像“蒙”在具有起伏的地形数据上，共包括空间对位和叠合；这种矢量标注，是指利用矢量符号、矢量文字对地理要素进行标识和描述，因而可以与地图融合，可以随地图的缩放而变化。

所述的方法优选实施方式中，第一步骤S1，卫星遥感影像数据与二维、三维地理信息场景数据配准和融合以形成空间位置与属性的关联。需要说明的是，这种关联是指将影像、数字高程(DEM)、数字地图(DLG)等数据进行对应的一种公知技术。而本发明提出的创新则是在本领域中，关于输电通道仿真方法，开创性的利用这种技术把实测数据与物理模型进行关联从而成为一种动态模型的新思路，包括动态数据与地理数据的关联关系。

所述的方法优选实施方式中，第一步骤S1，卫星遥感影像数据为高分辨率卫星遥感影像。

所述的方法优选实施方式中，第二步骤S2，所述三维地形场景中进行矢量标注生成矢量电子地图以网络显示。

所述的方法优选实施方式中，第二步骤S2，边缘羽化处理所述卫星遥感影像数据以避免数字高程模型在边缘处的地形裂缝，图片压缩和场景封装形成可浏览的三维地形场景。

所述的方法优选实施方式中，第二步骤S2，采用Unity 3D开发引擎建立三维地形场景，其中，对矢量标注级数据符号、色彩、显示级别的参数配置，在已集成了矢量标注数据的三维地理场景中导入电力仿真模型后进行网络发布生成 html格式的三维工程文件。

所述的方法优选实施方式中，第三步骤S3，在3ds max三维建模中构建输电通道、一、二次设备及监测设备的三维模型，按照实际尺寸、相似纹理虚拟仿真所述输电通道、一、二次设备及监测设备。

所述的方法优选实施方式中，第三步骤S3，所述三维模型为1:1的建模以建立与现实环境完全一致的虚拟线路走廊的地形地貌，所述一、二次设备包括杆塔、导线、绝缘子和金具，监测设备包括微气象站、通讯箱和导线温度监测装置。

所述的方法优选实施方式中，在虚拟仿真的所述三维模型中，展示监测数据、剖面分析指定的输电线路走廊上任意一段地理位置、空间测距和/或地表距离测算指定地理位置，基于输电线路运行过程中产生的故障信息，在虚拟的仿真环境中进行直观故障定位。需要说明的是，本发明所说的“剖面分析”是指基于线路设计中的公知构筑物表达形式这一思路提出的一种新的动态分析方法，即，在本领域的输电通道仿真方法中：利用软件技术和三维模型产生动态剖面，并根据动态剖面进行导线对地距离、导线弧垂等参数安全性判断的一种新手段。

所述的方法优选实施方式中，所述三维模型接入外部数据且在虚拟场景中分层展现，所述外部数据包括雷电定位系统数据、污区数据和气象数据。

为了进一步理解本发明，参见图2，在一个实施例中，基于虚拟现实的输电通道仿真方法包括下面五步：

地理信息数据与电力专题数据的整合与处理

根据项目范围区采购高分辨率卫星遥感影像数据，与二维、三维地理信息场景数据进行配准和融合。根据相关的技术规定和要求，收集整理项目区电力专题数据，完成专题数据的空间化以及空间位置与属性的关联。

电子地图配置与发布

根据网络电子地图显示的需要，结合国家相关标准和互联网电子地图特点，完成矢量电子地图配置工作，将电力专题数据配置成专门的电子地图进行发布供业务系统进行业务分析。

建设三维地形场景

在Unity 3D开发引擎中，利用高分辨率卫星遥感影像和数字高程模型建立可浏览的三维地形场景文件。通过对数据的边缘羽化处理，使影像接边处色彩与纹理过渡更加自然，避免数字高程模型在边缘处的地形裂缝，使地形过渡平滑。最终利用先进的图片压缩和场景封装技术，形成可自由浏览的三维地形场景文件。

虚拟仿真模型建设

在3ds max三维建模软件中构建常用电线杆及电力附属设施高压电杆上的监控检测设备等模型，以虚拟仿真手段，按照实际尺寸、相似纹理还原高压电杆及其监控检测设备形态。在仿真模型建设过程中，应在不影响电线杆视觉形态的前提下尽量简化模型，减少模型面数，以提高系统调用和显示性能。

电力三维地理信息集成与发布

在Unity 3D开发环境下，集成三维地形场景文件和矢量标注级数据，通过对矢量标注级数据符号、色彩、显示级别等参数的配置，达到良好的三维地理信息显示效果。接着在已集成了矢量标注数据的三维地理场景中，导入电力仿真模型，按实际情况进行集成。最后对集成后的场景进行网络发布，生成html格式的三维工程文件，为用户快速调用奠定基础，实现三维地理信息数据的一体化无缝浏览。

本发明的基于虚拟现实的输电通道仿真方法中，基于实际环境变化需实时影响虚拟场景中线路空间形态的变化。如：当环境温度升高，或线路负荷加大时，导线弧垂应根据模型计算结果，出现新的变化。接入实时的输电线路状态监测数据，并在虚拟场景中进行仿真实况的展现，让实时数据即时反映线路的实际运行状态。接入其它业务系统数据，如雷电定位系统数据，污区数据，降雨降雪等气象数据，并在虚拟场景中分层展现。实现与用户交互功能，如用户手动设置环境风速风向后，可在三维环境中仿真导线舞动情况。

本发明的基于虚拟现实的输电通道仿真方法实现输电一、二次设备本体及各类监测设备的三维仿真，本发明对整条试点输电线路本体及相关设备进行1:1 的建模，达到与现实一致的虚拟环境。仿真的环境内容包括：建立与现实环境完全一致的虚拟线路走廊的地形地貌；建立输电线路上各类一、二次本体设备模型，主要包括杆塔、导线、绝缘子，各类金具等；建立各类监测设备模型，如微气象站、通讯箱、导线温度监测装置等。

本发明的基于虚拟现实的输电通道仿真方法中，通过虚拟环境展示和分析线路检测数据，本发明可以多角度的展现状态监测数据，线路走廊地理信息，包括：在虚拟仿真环境中，展示各类状态监测数据；对指定输电线路走廊上任意一段地理位置进行剖面分析；指定地理位置上任意位置的空间测距，地表距离测算等；根据输电线路运行过程中产生的故障信息，在虚拟的仿真环境中进行直观故障定位，为工区线路巡检，生产部门故障排除提供参考。

本发明的基于虚拟现实的输电通道仿真方法在仿真现实的虚拟环境中，实现线路温度、弧垂、覆冰、线路走廊微气象等多参数的三维可视化分析管理。

本发明可实现在输电线路周边环境发生变化，如外界环境温度、导线电流发生变化、出现覆冰等极端气象条件时，分析导线在纵向、横向发生的形态变化，线路与地形之间的高差变化等，并可以分析这种变化对周边环境造成的影响。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种基于虚拟现实的输电通道仿真方法，所述方法包括以下步骤：

第一步骤(S1)中，配准和融合卫星遥感影像数据与二维、三维地理信息场景数据，

第二步骤(S2)中，基于卫星遥感影像数据和数字高程模型建立三维地形场景，在所述三维地形场景中进行矢量标注，

第三步骤(S3)中，基于所述三维地形场景虚拟仿真生成三维模型，所述三维模型包括输电通道、一、二次设备及监测设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，第一步骤(S1)，卫星遥感影像数据与二维、三维地理信息场景数据配准和融合以形成空间位置与属性的关联。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，第一步骤(S1)，卫星遥感影像数据为高分辨率卫星遥感影像。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤(S2)，所述三维地形场景中进行矢量标注生成矢量电子地图以网络显示。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤(S2)，边缘羽化处理所述卫星遥感影像数据以避免数字高程模型在边缘处的地形裂缝，图片压缩和场景封装形成可浏览的三维地形场景。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤(S2)，采用Unity 3D开发引擎建立三维地形场景，其中，对矢量标注级数据符号、色彩、显示级别的参数配置，在已集成了矢量标注数据的三维地理场景中导入电力仿真模型后进行网络发布生成html格式的三维工程文件。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，第三步骤(S3)，在3ds max三维建模中构建输电通道、一、二次设备及监测设备的三维模型，按照实际尺寸、相似纹理虚拟仿真所述输电通道、一、二次设备及监测设备。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，第三步骤(S3)，所述三维模型为1:1的建模以建立与现实环境完全一致的虚拟线路走廊的地形地貌，所述一、二次设备包括杆塔、导线、绝缘子和金具，监测设备包括微气象站、通讯箱和导线温度监测装置。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在虚拟仿真的所述三维模型中，展示监测数据、剖面分析指定的输电线路走廊上任意一段地理位置、空间测距和/或地表距离测算指定地理位置，基于输电线路运行过程中产生的故障信息，在虚拟的仿真环境中进行直观故障定位。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三维模型接入外部数据且在虚拟场景中分层展现，所述外部数据包括雷电定位系统数据、污区数据和气象数据。

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