CN111915715A - 一种架空输电线路可视化运行监控方法 - Google Patents

Abstract

一种架空输电线路可视化运行监控方法，包括：实时监测步骤，对架空输电线路系统的实时状况进行监测，获取系统实时运行数据；场景构建步骤，对架空输电线路进行三维场景构建；场景对接步骤，将架空输电线路三维场景与架空输电线路实时运行数据进行对接融合；运行管理步骤，接收所述实时监测单元发送的数据，汇总并综合分析数据，进行异常数据点进行定位，提供异常状况的处理方案；显示预警步骤，对异常数据点位置在所述架空输电线路三维场景中进行显示，向用户发出预警。本发明保证了架空输电线路的监控管理质量和降低维护成本，提高了设备维护的效率。

Description

一种架空输电线路可视化运行监控方法

技术领域

本发明属于电力系统监控领域，具体涉及一种架空输电线路可视化运行监控方法。

背景技术

架空输电线路由于长期暴露在自然环境中，既要承受机械载荷和电力负荷，也要经受雷击等外界因素的影响，并且覆盖广阔、维护工作量大，架空输电线路一旦出现问题就会对国民生产造成重大影响，而输电线路的自愈和自适应要求需要电力部门时刻掌握输电线路的运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患，以及对故障的及时发现和处理，避免大面积、长时间的断电等事故发生，这种情况需要建立起输电线路监控系统，为输电线路的可靠运行和及时检修奠定坚实的基础，而我国的架空高压输电线路大多架设在远离人烟、高山峻岭之处，输电线路跨江越河，给电力工作人员的工作带来的极大的麻烦。

综上所述，现有的电力系统输变电设备运行状态监测方法比较单一，而且，多采用离线监测无法实时反映电力系统输变电设备的运行状态。

随着计算机虚拟现实技术的发展，在架空输电线路的管理与维护工作中，对架空输电线路的数字化、智能化，空间可视化以及设备管理自动化的管理系统方案和技术的研发也在不断深入，而运行监控的三维可视化方法的思路却罕有研究人员尝试。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种架空输电线路可视化运行监控方法，包括：实时监测步骤、场景构建步骤、场景对接步骤、运行管理步骤、显示预警步骤；

所述实时监测步骤，对架空输电线路系统的实时状况进行监测，获取系统实时运行数据；

所述场景构建步骤，对架空输电线路进行三维场景构建；

所述场景对接步骤，将架空输电线路三维场景与架空输电线路实时运行数据进行对接融合；

所述运行管理步骤，接收所述实时监测单元发送的数据，汇总并综合分析数据，进行异常数据点进行定位，提供异常状况的处理方案；

所述显示预警步骤，对异常数据点位置在所述架空输电线路三维场景中进行显示，向用户发出预警。

本发明的有益效果包括：

1，本发明用于架空输电线路综合监控，弥补了人工巡检、机器人巡线、直升机巡线和线路在线监测装置等线路监测技术监测范围小的不足，既提高监测质量和效率，改善监测作业的安全性，又加入实时判断、细节监测，综合了各方监测优势，从而提高架空输电线路的管理质量和降低维护成本；

2，本发明将架空输电线路三维场景与架空输电线路实时运行数据进行对接融合，充分利用定位的直观性而加入的异常数据实时显示能够根据具体场景内的设备信息随时通过计算机进行添加和编辑，直观清楚的熟悉当前架空输电线路区域的设备分布与性能状况，提高了设备维护的效率。

3，通过建立虚拟的三维线路模型，可对线路结构进行观察，检查杆塔、导线、金具之间的配合和碰撞，优化线路的设计，提高设计质量，同时为设计人员提供非常直观的体验。

4，虚拟现实技术建立了非常直观的可视化模型，与传统设计方法中设计人员头脑里的想象模型不同，三维空间模型表现能力更强，可以非常方便地实现配合关系检查，运动关系检查、碰撞检查，带电距离检查，从而可以在线路施工前发现问题，有利于制定出合理的结构方案，优化结构和布局。

5，通过虚拟现实技术解决了数据无法及时共享的问题，在设计阶段就发现在接口阶段可能存在的矛盾问题，有利于提高设计质量。

6，通过虚拟现实技术和运行维护相互结合，可以为线路运检作业提供直观、形象的指导。有助于提高运检作业水平，提高安全性、可靠性和作业效率。

7，本发明实时采集视频数据，识别出具有完整对象信息的对象形状，经追踪获得动态变化的对象形状相应的对象运动轨迹，将动态变化的对象形状和运动轨迹实时叠加在三维场景中，从而达到了在三维场景中显示真实对象的目的。相比于现有技术，不需要重新绘制需显示的对象，可以直接将采集到的对象图像进行真实显示，以提高效率和使用体验。

附图说明

图1本发明所提出的方法的基本流程图。

图2本发明的场景构建步骤基本框架图。

具体实施方式

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所示，本发明的一种架空输电线路可视化运行监控方法，包括：实时监测步骤、场景构建步骤、场景对接步骤、运行管理步骤、显示预警步骤；

所述实时监测步骤，对架空输电线路系统的实时状况进行监测，获取系统实时运行数据；

所述场景构建步骤，对架空输电线路进行三维场景构建；

所述场景对接步骤，将架空输电线路三维场景与架空输电线路实时运行数据进行对接融合；

所述运行管理步骤，接收所述实时监测单元发送的数据，汇总并综合分析数据，进行异常数据点进行定位，提供异常状况的处理方案；

所述显示预警步骤，对异常数据点位置在所述架空输电线路三维场景中进行显示，向用户发出预警。

优选地，其中，所述实时监测步骤根据预设时间间隔对架空输电线路系统的实时状况进行监测。

优选地，如附图2所示，其中，所述场景构建步骤，对架空输电线路进行三维场景构建，具体包括以下步骤：

步骤1，获取架空输电线路三维建模所需数据；

步骤2，进行数据预处理；

步骤3，进行架空输电线路虚拟场景三维建模；

步骤4，架空输电线路虚拟场景三维模型优化；

步骤5，基于虚拟现实的架空输电线路三维场景集成；

其中，所述步骤1，获取架空输电线路三维建模所需数据，具体包括：

三维空间数据：通过空间数据资源获取建模对象的空间位置、形状轮廓、尺寸大小、比例等三维空间数据，所述空间数据资源包括架空输电线路CAD平面及立体规划图、建筑设计、环境景观设计的CAD平面图及立面图、航拍影像图、遥感影像图；

地形数据：通过地形数据资源获取建模对象的等高线、DEM数据，所述地形数据资源包括地形数字测量图像；

纹理数据：通过纹理数据资源获取建模对象的纹理数据，所述纹理数据资源包括建模对象不同角度、不同立面的数码照片、以及园林景观、道路的实景照片；

属性数据：通过属性数据资源获取建模对象的属性相关的文字、图片、音频和视频文件数据，所述属性数据资源包括文字介绍、语音介绍、图片展示、视频展示等与空间位置交互相关的多媒体类型的属性数据；

形态特征数据：通过形态特征数据资源获取建模对象的动态对象数据，所述形态特征数据资源包括实时采集的视频数据。

其中，所述步骤2，进行数据预处理，具体包括：

对三维空间数据使用地理信息软件进行数字化，分成不同的地理图层，便于场景图形的有效管理，所述地理图层包括道路、绿地、水系、水域、建筑、架空输电线路组件；

对地形数据需以数字化的方式录入地理信息软件，处理后生成DEM数字高程模型或等高线数据，便于三维地形建模；

对纹理数据使用图像处理软件进行处理，使纹理符合模型要求；

将属性数据分成文字、图片、音频和视频这四种多媒体种类，对每一种类文件中的不同后缀类型进行统一；

对形态特征数据进行二值化处理，提取对象轮廓信息，识别对象形状，得到所述形态特征数据中的动态对象。

其中，所述步骤3，进行架空输电线路虚拟场景三维建模，具体包括：

步骤3-1，以三维空间数据作为建模基础，以建模对象照片作为外观参照，勾画建模对象的外部轮廓，形成建模对象外部轮廓线模型；

步骤3-2，构造三维模型，具体包括：

步骤3-2-1，基于所述建模对象外部轮廓线模型，根据所述轮廓线依序创建三维曲面，在保证建筑物外形的情况下建立优化的三维模型；

步骤3-2-2，对架空输电线路组件进行建模；

步骤3-3，在所述三维模型表面贴图，贴上对应的纹理，真实地再现物体的质地细节；

步骤3-4，对所述三维模型注入属性。

其中，所述步骤4，架空输电线路虚拟场景三维模型优化，具体包括：

步骤4-1，虚拟三维模型优化；

步骤4-1-1，去除冗余的几何面，包括以下步骤：

步骤4-1-1-1，平面模型精简：默认初始化的平面模型，其段数属性为长度分段和宽度分段均为4；新建平面模型时，对其属性中截面段数进行设置，长、宽边上段数均设为1，将平面模型默认的4×4×2的32个三角面减少到2个面，从而去除冗余的30个三角面；

步骤4-1-1-2，圆柱体模型精简：默认初始化的圆柱体模型，其段数属性为高度分段为5、端面分段为1、边数为18；新建圆柱体模型时，对模型的属性中高度分段、截面分段、边数进行设置，高度分段设为1、端面分段设为1、边数设为12，总面数为48，从而去除冗余的168个冗余面；

步骤4-1-1-3，删除重叠面：选择模型物体，将其转换为可编辑多边形或可编辑网格，然后在多边形模式下，将物体间重叠的面进行逐一删除；

步骤4-1-1-4，删除隐藏的面：选择模型物体，将其转换为可编辑多边形或可编辑网格，然后在多边形模式下，将物体隐藏的面进行逐一删除；

步骤4-2，场景结构优化，采用单元分割和层次细节相结合的方法对场景的总体结构进行优化，包括以下步骤：

步骤4-2-1，单元分割优化，具体包括：

步骤4-2-1-1，将虚拟场景分割成多个单元网格；

步骤4-2-1-2，针对虚拟场景，确定人体左眼的第一视场角和右眼的第二视场角；

步骤4-2-1-3，获取所述第一视场角和第二视场角的并集区域；

步骤4-2-1-4，将所述并集区域之外的所述单元网格删除；

步骤4-2-1-3，对所述并集区域内的单元网格对应的场景模型进行渲染；

步骤4-2-2，层次细节优化，具体包括：

步骤4-2-2-1，设置粗略场景模型和精细场景模型；

步骤4-2-2-2，用户进行漫游时，根据观察的不同距离程度进行场景模型切换，当距离大于阈值时，调用粗略场景模型，当距离小于或等于阈值时，调用精细场景模型。

其中，所述步骤5，基于虚拟现实的架空输电线路三维场景集成，具体包括：

步骤5-1，将三维场景模型导入仿真平台；

步骤5-2，依据所述地形数据，进行场景设置，对场景设置所需效果；

步骤5-3，进行相机设置，根据需要设置不同的相机，实现多种浏览模式；所述浏览模式包括行走、飞行、静物观察、摄像机动画。

步骤5-4，依据所述形态特征数据，实现模型动画，所述模型动画具体包括三种类型：骨骼动画：用于实现人物或角色的各种动作；位移动画：用于实现刚性物体的运动轨迹；变形动画：用于实现物体的自身顶点坐标变化；

步骤5-5，集成多媒体信息，所述多媒体信息包括文字、图片、音频、视频。

步骤5-6，设计界面布局；

步骤5-7，连接数据库，通过数据库接口，与数据库进行连接，从数据库中存取模型、动画、贴图以及各种数据查询信息，以实现场景数据的后台动态更新；

步骤5-8，设置时间轴，通过添加时间轴的关键帧和脚本，设置不同对象动画的时间组合；

步骤5-10，控制三维场景漫游和设备内部流程动画视频浏览，实现可交互的功能展示，输出基于虚拟现实的架空输电线路三维场景。

其中，步骤5-4，依据所述形态特征数据，实现模型动画，具体包括：

步骤5-4-1，从视频数据中识别动态对象；

步骤5-4-2，根据所述动态对象的实时数据，获得对应的对象运动轨迹，具体包括：

步骤5-4-2-1，获得动态变化的对象形状的相对空间位置信息：从视频数据的中获得对象形状变化的角度信息；根据所述对象形状变化的角度信息获得对象的距离信息；根据所述对象形状变化的角度信息和所述对象的距离信息获得物体的相对空间位置信息；

步骤5-4-2-2，根据动态变化的对象形状上确定出的定位点，获得所述动态变化的对象形状上的定位点的变化信息；

步骤5-4-2-3，根据所述相对空间位置信息和所述定位点的变化信息，获得相应的对象运动轨迹；

步骤5-4-4，将所述动态对象的对象形状和所述对应的对象运动轨迹处理成三维图像实时叠加投影在3D场景中。

优选地，其中，所述架空输电线路组件包括导地线、绝缘子、金具、杆塔、基地装置中的一种或多种。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1，本发明用于架空输电线路综合监控，弥补了人工巡检、机器人巡线、直升机巡线和线路在线监测装置等线路监测技术监测范围小的不足，既提高监测质量和效率，改善监测作业的安全性，又加入实时判断、细节监测，综合了各方监测优势，从而提高架空输电线路的管理质量和降低维护成本；

2，本发明将架空输电线路三维场景与架空输电线路实时运行数据进行对接融合，充分利用定位的直观性而加入的异常数据实时显示能够根据具体场景内的设备信息随时通过计算机进行添加和编辑，直观清楚的熟悉当前架空输电线路区域的设备分布与性能状况，提高了设备维护的效率。

3，通过建立虚拟的三维线路模型，可对线路结构进行观察，检查杆塔、导线、金具之间的配合和碰撞，优化线路的设计，提高设计质量，同时为设计人员提供非常直观的体验。

4，虚拟现实技术建立了非常直观的可视化模型，与传统设计方法中设计人员头脑里的想象模型不同，三维空间模型表现能力更强，可以非常方便地实现配合关系检查，运动关系检查、碰撞检查，带电距离检查，从而可以在线路施工前发现问题，有利于制定出合理的结构方案，优化结构和布局。

5，通过虚拟现实技术解决了数据无法及时共享的问题，在设计阶段就发现在接口阶段可能存在的矛盾问题，有利于提高设计质量。

6，通过虚拟现实技术和运行维护相互结合，可以为线路运检作业提供直观、形象的指导。有助于提高运检作业水平，提高安全性、可靠性和作业效率。

7，本发明实时采集视频数据，识别出具有完整对象信息的对象形状，经追踪获得动态变化的对象形状相应的对象运动轨迹，将动态变化的对象形状和运动轨迹实时叠加在三维场景中，从而达到了在三维场景中显示真实对象的目的。相比于现有技术，不需要重新绘制需显示的对象，可以直接将采集到的对象图像进行真实显示，以提高效率和使用体验。

这里只说明了本发明的优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。

Claims (4)

1.一种架空输电线路可视化运行监控方法，其特征在于，包括：实时监测步骤、场景构建步骤、场景对接步骤、运行管理步骤、显示预警步骤；

所述实时监测步骤，对架空输电线路系统的实时状况进行监测，获取系统实时运行数据；

所述场景构建步骤，对架空输电线路进行三维场景构建；

所述场景对接步骤，将架空输电线路三维场景与架空输电线路实时运行数据进行对接融合；

所述运行管理步骤，接收所述实时监测单元发送的数据，汇总并综合分析数据，进行异常数据点进行定位，提供异常状况的处理方案；

所述显示预警步骤，对异常数据点位置在所述架空输电线路三维场景中进行显示，向用户发出预警。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述实时监测步骤根据预设时间间隔对架空输电线路系统的实时状况进行监测。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述场景构建步骤，对架空输电线路进行三维场景构建，具体包括以下步骤：

步骤1，获取架空输电线路三维建模所需数据；

步骤2，进行数据预处理；

步骤3，进行架空输电线路虚拟场景三维建模；

步骤4，架空输电线路虚拟场景三维模型优化；

步骤5，基于虚拟现实的架空输电线路三维场景集成；

其中，所述步骤1，获取架空输电线路三维建模所需数据，具体包括：

三维空间数据：通过空间数据资源获取建模对象的空间位置、形状轮廓、尺寸大小、比例等三维空间数据，所述空间数据资源包括架空输电线路CAD平面及立体规划图、建筑设计、环境景观设计的CAD平面图及立面图、航拍影像图、遥感影像图；

地形数据：通过地形数据资源获取建模对象的等高线、DEM数据，所述地形数据资源包括地形数字测量图像；

纹理数据：通过纹理数据资源获取建模对象的纹理数据，所述纹理数据资源包括建模对象不同角度、不同立面的数码照片、以及园林景观、道路的实景照片；

属性数据：通过属性数据资源获取建模对象的属性相关的文字、图片、音频和视频文件数据，所述属性数据资源包括文字介绍、语音介绍、图片展示、视频展示等与空间位置交互相关的多媒体类型的属性数据；

形态特征数据：通过形态特征数据资源获取建模对象的动态对象数据，所述形态特征数据资源包括实时采集的视频数据。

其中，所述步骤2，进行数据预处理，具体包括：

对三维空间数据使用地理信息软件进行数字化，分成不同的地理图层，便于场景图形的有效管理，所述地理图层包括道路、绿地、水系、水域、建筑、架空输电线路组件；

对地形数据需以数字化的方式录入地理信息软件，处理后生成DEM数字高程模型或等高线数据，便于三维地形建模；

对纹理数据使用图像处理软件进行处理，使纹理符合模型要求；

将属性数据分成文字、图片、音频和视频这四种多媒体种类，对每一种类文件中的不同后缀类型进行统一；

对形态特征数据进行二值化处理，提取对象轮廓信息，识别对象形状，得到所述形态特征数据中的动态对象。

其中，所述步骤3，进行架空输电线路虚拟场景三维建模，具体包括：

步骤3-1，以三维空间数据作为建模基础，以建模对象照片作为外观参照，勾画建模对象的外部轮廓，形成建模对象外部轮廓线模型；

步骤3-2，构造三维模型，具体包括：

步骤3-2-1，基于所述建模对象外部轮廓线模型，根据所述轮廓线依序创建三维曲面，在保证建筑物外形的情况下建立优化的三维模型；

步骤3-2-2，对架空输电线路组件进行建模；

步骤3-3，在所述三维模型表面贴图，贴上对应的纹理，真实地再现物体的质地细节；

步骤3-4，对所述三维模型注入属性。

其中，所述步骤4，架空输电线路虚拟场景三维模型优化，具体包括：

步骤4-1，虚拟三维模型优化；

步骤4-1-1，去除冗余的几何面，包括以下步骤：

步骤4-1-1-1，平面模型精简：默认初始化的平面模型，其段数属性为长度分段和宽度分段均为4；新建平面模型时，对其属性中截面段数进行设置，长、宽边上段数均设为1，将平面模型默认的4×4×2的32个三角面减少到2个面，从而去除冗余的30个三角面；

步骤4-1-1-2，圆柱体模型精简：默认初始化的圆柱体模型，其段数属性为高度分段为5、端面分段为1、边数为18；新建圆柱体模型时，对模型的属性中高度分段、截面分段、边数进行设置，高度分段设为1、端面分段设为1、边数设为12，总面数为48，从而去除冗余的168个冗余面；

步骤4-1-1-3，删除重叠面：选择模型物体，将其转换为可编辑多边形或可编辑网格，然后在多边形模式下，将物体间重叠的面进行逐一删除；

步骤4-1-1-4，删除隐藏的面：选择模型物体，将其转换为可编辑多边形或可编辑网格，然后在多边形模式下，将物体隐藏的面进行逐一删除；

步骤4-2，场景结构优化，采用单元分割和层次细节相结合的方法对场景的总体结构进行优化，包括以下步骤：

步骤4-2-1，单元分割优化，具体包括：

步骤4-2-1-1，将虚拟场景分割成多个单元网格；

步骤4-2-1-2，针对虚拟场景，确定人体左眼的第一视场角和右眼的第二视场角；

步骤4-2-1-3，获取所述第一视场角和第二视场角的并集区域；

步骤4-2-1-4，将所述并集区域之外的所述单元网格删除；

步骤4-2-1-3，对所述并集区域内的单元网格对应的场景模型进行渲染；

步骤4-2-2，层次细节优化，具体包括：

步骤4-2-2-1，设置粗略场景模型和精细场景模型；

步骤4-2-2-2，用户进行漫游时，根据观察的不同距离程度进行场景模型切换，当距离大于阈值时，调用粗略场景模型，当距离小于或等于阈值时，调用精细场景模型。

其中，所述步骤5，基于虚拟现实的架空输电线路三维场景集成，具体包括：

步骤5-1，将三维场景模型导入仿真平台；

步骤5-2，依据所述地形数据，进行场景设置，对场景设置所需效果；

步骤5-3，进行相机设置，根据需要设置不同的相机，实现多种浏览模式；所述浏览模式包括行走、飞行、静物观察、摄像机动画。

步骤5-4，依据所述形态特征数据，实现模型动画，所述模型动画具体包括三种类型：骨骼动画：用于实现人物或角色的各种动作；位移动画：用于实现刚性物体的运动轨迹；变形动画：用于实现物体的自身顶点坐标变化；

步骤5-5，集成多媒体信息，所述多媒体信息包括文字、图片、音频、视频。

步骤5-6，设计界面布局；

步骤5-7，连接数据库，通过数据库接口，与数据库进行连接，从数据库中存取模型、动画、贴图以及各种数据查询信息，以实现场景数据的后台动态更新；

步骤5-8，设置时间轴，通过添加时间轴的关键帧和脚本，设置不同对象动画的时间组合；

步骤5-10，控制三维场景漫游和设备内部流程动画视频浏览，实现可交互的功能展示，输出基于虚拟现实的架空输电线路三维场景。

其中，步骤5-4，依据所述形态特征数据，实现模型动画，具体包括：

步骤5-4-1，从视频数据中识别动态对象；

步骤5-4-2，根据所述动态对象的实时数据，获得对应的对象运动轨迹，具体包括：

步骤5-4-2-1，获得动态变化的对象形状的相对空间位置信息：从视频数据的中获得对象形状变化的角度信息；根据所述对象形状变化的角度信息获得对象的距离信息；根据所述对象形状变化的角度信息和所述对象的距离信息获得物体的相对空间位置信息；

步骤5-4-2-2，根据动态变化的对象形状上确定出的定位点，获得所述动态变化的对象形状上的定位点的变化信息；

步骤5-4-2-3，根据所述相对空间位置信息和所述定位点的变化信息，获得相应的对象运动轨迹；

步骤5-4-4，将所述动态对象的对象形状和所述对应的对象运动轨迹处理成三维图像实时叠加投影在3D场景中。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述架空输电线路组件包括导地线、绝缘子、金具、杆塔、基地装置中的一种或多种。

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