CN114509777A - 一种基于Cesium平台的输电工程实体验收方法 - Google Patents

一种基于Cesium平台的输电工程实体验收方法 Download PDF

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CN114509777A CN202210138942.0A CN202210138942A CN114509777A CN 114509777 A CN114509777 A CN 114509777A CN 202210138942 A CN202210138942 A CN 202210138942A CN 114509777 A CN114509777 A CN 114509777A
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Abstract

本发明提供了一种基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，属于输变电工程建设领域。本发明以改进输电工程实体验收手段为目标，在Cesium地理信息平台中导入输电工程GIM电网信息模型，作为设计标准数据；采用三维激光扫描仪在输电工程施工现场扫描获取激光点云数据，以档距为单位处理后建立输电工程激光点云模型；再遍历输电工程GIM模型全线，找到与每个激光点云模型相匹配的GIM模型；在点云数据中人工选点测量各项待验收参数，并与标准值比较得建设误差。本发明具有自动化程度高、无需工作人员现场测量和验收项目种类多的优点，一定程度上减少了验收人员的工作量，有效提高了输电工程验收工作的质量和效率。

Description

一种基于Cesium平台的输电工程实体验收方法
技术领域
本发明属于输变电工程建设领域，具体涉及一种基于Cesium平台的输电工程实体验收方法。
背景技术
随着我国输电线路建设规模的逐年增大，必然面临着大量的输电工程竣工验收工作。而在当前的验收工作中，仍存在不少缺陷，如铁塔上部、导地线和附件金具等关键项目的验收均需采用登高作业或望远镜的方式完成，该方法不仅存在安全风险，而且数据真实性存疑；再者工作形式以2D图纸为主，但二维图纸不利于工作人员展开空间想象，有研究人员统计，60％的施工错误来自工作人员对施工图纸的误解。因此，亟待引入新方法和新技术，来改善输电工程实体验收的现状。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于Cesium平台的输电工程实体验收方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，包括以下步骤：
以待检测的输电工程中各电力设备的位置为依据，将各电力设备的GIM电网信息模型导入Cesium平台，生成输电工程GIM模型；
以档距为单位获取待检测的输电工程中各电力设备的激光点云数据，利用待检测的输电工程中各电力设备的激光点云数据生成激光点云模型；
以每档距中两座杆塔的高度和水平距离之差为判断依据，遍历输电工程GIM模型中的各个档距，实现激光点云模型与输电工程GIM模型的匹配；
将匹配后的激光点云模型导入Cesium平台，获得待检测的输电工程的待验收参数测量值，结合输电工程验收规范，判断待验收输电工程的建设质量。
优选的，所述生成输电工程GIM模型的步骤为：
逐级遍历GIM模型中的入口文件、CBM文件、FAM文件、DEV文件和PHM文件，获取各电力设备的经纬度、海拔和变换矩阵信息；
以各电力设备的经纬度、海拔和变换矩阵信息为依据，将各电力设备的GIM模型导入Cesium平台，生成输电工程GIM模型。
优选的，读取PHM文件时，若PHM文件的指向文件为STL文件：
读取STL文件中的各电力设备的各个三角面顶点坐标数据，并以三角面为数据单元将该数据保存为glTF文件。
优选的，glTF文件中的数据渲染方式为TRIANGLES。
优选的，读取PHM文件时，若PHM文件的指向文件为MOD文件：
读取MOD文件中的各电力设备的各个节点坐标信息和各节点间的连接关系，并依照连接关系将各节点作为数据单元保存为glTF文件。
优选的，glTF文件中的数据渲染方式为LINES。
优选的，所述利用待检测的输电工程中各电力设备的激光点云数据生成激光点云模型的步骤包括：
以档距为单位对输电工程的激光点云数据进行分割，并将各档距的激光点云数据保存为LAS文件；
根据每个LAS文件中的分类号信息滤除其中的地物点；
对滤除地物点的每个LAS文件，以杆塔的激光点云数据在高程方向变化最大的特征为依据，分类其中的杆塔点云数据和电力线点云数据，所有分类后的LAS文件组成激光点云模型。
优选的，获取每个档距输电工程激光点云模型对应的两座杆塔的高度和水平距离的步骤包括：
根据输电工程激光点云模型中每个杆塔的点云数据分别计算两座杆塔的高度，
Figure BDA0003505710950000021
式中，TH为杆塔的高度，
Figure BDA0003505710950000022
为杆塔点云数据在Z轴方向的最大值，
Figure BDA0003505710950000023
为杆塔点云数据在Z轴方向的最小值；
根据两个杆塔点云数据计算两座杆塔之间的水平距离DIS，
Figure BDA0003505710950000031
式中，
Figure BDA0003505710950000032
为一座杆塔点云数据中所有坐标点在X轴方向的均值，
Figure BDA0003505710950000033
为一座杆塔点云数据中所有坐标点在Y轴方向的均值，
Figure BDA0003505710950000034
为另一座杆塔点云数据中所有坐标点在X轴方向的均值，
Figure BDA0003505710950000035
为另一座杆塔点云数据中所有坐标点在Y轴方向的均值。
优选的，所述将匹配后的激光点云模型导入Cesium平台的步骤包括：
获取对应档距GIM模型中的两座杆塔的经纬度和海拔数据；
通过每个档距两座杆塔的经纬度和海拔数据计算每个档距中心点的经纬度和海拔数据，
Figure BDA0003505710950000036
Figure BDA0003505710950000037
Figure BDA0003505710950000038
式中，J0为中心点的经度，J1为一个杆塔的经度，J2为另一个杆塔的经度，W0为中心点的纬度，W1为一个杆塔的纬度，W2为另一个杆塔的纬度，H0为中心点的海拔，H1为一个杆塔的海拔，H2为另一个杆塔的海拔；
以每个档距的中心点为坐标原点，采用米勒投影法计算每个档距中两个杆塔的平面坐标；
对该档距激光点云数据进行去均值化处理；
计算激光点云数据中两个杆塔的平面坐标；
根据GIM模型中两个杆塔的平面坐标和激光点云中两个杆塔的平面坐标之间的对应关系获得旋转矩阵；
对激光点云数据做对应的旋转矩阵变换，以激光点云数据的中心点为原点坐标生成pnts文件；其中，pnts文件中记录的信息包括：各点的三维坐标以及分类信息；
将pnts文件导入Cesium平台。
本发明提供的基于Cesium平台的输电工程实体验收方法具有以下有益效果：本发明提供输电工程实体验收方法，将输电工程的三维激光点云数据和GIM设计模型同时导入Cesium三维地理环境下，并由激光点云数据获得各项验收参数的测量结果，结合我国《110kV～750KV架空输电线路施工及验收规范》和GIM设计数据获悉当前各项电力设备的建设质量，一定程度上改善了现有验收方法面临的作业强度大和易出错等不足。本发明具备可视化和规范化等优点，有效提高了输电工程建设的质量，为实现输电工程“零缺陷”投运提供保障，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
图1为本发明实施例1的基于Cesium平台的输电工程验收方法的流程图；
图2为本发明实施例1的GIM模型解析算法流程图；
图3为本发明实施例1的输电工程激光点云数据示例图；
图4为本发明实施例1的输电工程弧垂测量示例图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
参阅图1，一种基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，包括以下步骤：以待检测的输电工程中各电力设备的位置为依据，将各电力设备的GIM电网信息模型导入Cesium平台，生成输电工程GIM模型；以档距为单位获取待检测的输电工程中各电力设备的激光点云数据，利用待检测的输电工程中各电力设备的激光点云数据生成激光点云模型；以每档距中两座杆塔的高度和水平距离之差为判断依据，遍历输电工程GIM模型中的各个档距，实现激光点云模型与输电工程GIM模型的匹配；将匹配后的激光点云模型导入Cesium平台，获得待检测的输电工程的待验收参数测量值，结合输电工程验收规范，判断待验收输电工程的建设质量。
在本实施例中，生成输电工程GIM模型的步骤为：逐级遍历GIM模型中的入口文件、CBM文件、FAM文件、DEV文件和PHM文件，获取各电力设备的经纬度、海拔和变换矩阵信息；以各电力设备的经纬度、海拔和变换矩阵信息为依据，将各电力设备的GIM模型导入Cesium平台，生成输电工程GIM模型。在读取PHM文件时，若PHM文件的指向文件为STL文件，则读取STL文件中的各电力设备的各个三角面顶点坐标数据，并以三角面为数据单元将该数据保存为glTF文件，并设定该形式下glTF文件中的数据渲染方式为TRIANGLES。在读取PHM文件时，若PHM文件的指向文件为MOD文件，则读取MOD文件中的各电力设备的各个节点坐标信息和各节点间的连接关系，并依照连接关系将各节点作为数据单元保存为glTF文件，并设定该形式下glTF文件中的数据渲染方式为LINES。
在本实施例中，利用待检测的输电工程的激光点云数据生成激光点云模型的步骤包括：以档距为单位对输电工程的激光点云数据进行分割，并将各档距的激光点云数据保存为LAS文件；根据每个LAS文件中的分类号信息滤除其中的地物点；对滤除地物点的每个LAS文件，以杆塔的激光点云数据在高程方向变化最大的特征为依据，分类其中的杆塔点云数据和电力线点云数据，所有分类后的LAS文件组成激光点云模型。
在本实施例中，实现激光点云模型与输电工程GIM模型的匹配的步骤包括：
计算该档距点云数据中两座杆塔的高度TH1、TH2和两座杆塔之间的水平距离DIS，点云数据中杆塔高度计算公式如下：
Figure BDA0003505710950000061
式中，TH为杆塔的高度，
Figure BDA0003505710950000062
为杆塔点云数据在Z轴方向的最大值，
Figure BDA0003505710950000063
为杆塔点云数据在Z轴方向的最小值。
点云数据中两座杆塔之间的水平距离DIS的计算公式如下：
Figure BDA0003505710950000064
式中，
Figure BDA0003505710950000065
为一座杆塔点云数据中所有坐标点在X轴方向的均值，
Figure BDA0003505710950000066
为一座杆塔点云数据中所有坐标点在Y轴方向的均值，
Figure BDA0003505710950000067
为另一座杆塔点云数据中所有坐标点在X轴方向的均值，
Figure BDA0003505710950000068
为另一座杆塔点云数据中所有坐标点在Y轴方向的均值。
以档距为单位依次读取GIM模型直至遍历整段输电线路，获取各档距中两座杆塔的高度G_TH1、G_TH2和两座杆塔之间的水平距离G_DIS，若TH1与G_TH1，TH2和G_TH2，DIS和G_DIS之差小于设定的阈值，则两模型匹配成功，阈值大小由激光扫描仪的扫描精度决定。
进一步的，将匹配后的激光点云模型导入Cesium平台的步骤包括：获取对应档距GIM模型中的两座杆塔的经纬度和海拔数据。通过每个档距两座杆塔的经纬度和海拔数据计算每个档距中心点的经纬度和海拔数据，
Figure BDA0003505710950000069
Figure BDA00035057109500000610
Figure BDA00035057109500000611
式中，J0为中心点的经度，J1为一个杆塔的经度，J2为另一个杆塔的经度，W0为中心点的纬度，W1为一个杆塔的纬度，W2为另一个杆塔的纬度，H0为中心点的海拔，H1为一个杆塔的海拔，H2为另一个杆塔的海拔。以每个档距的中心点为坐标原点，采用米勒投影法计算每个档距中两个杆塔的平面坐标。对该档距激光点云数据进行去均值化处理。计算激光点云数据中两个杆塔的平面坐标。根据GIM模型中两个杆塔的平面坐标和激光点云中两个杆塔的平面坐标之间的对应关系获得旋转矩阵。对激光点云数据做对应的旋转矩阵变换，以激光点云数据的中心点为原点坐标生成pnts文件，并将pnts文件导入Cesium平台。
在本实施例中，根据验收参数测量值判断待验收输电工程的建设质量的步骤包括：导入我国《110kV～750KV架空输电线路施工及验收规范》，获取待验收参数条目；在每档距输电工程激光点云数据中人工选点测量各项待验收参数，作为测量值；将与该激光点云数据相匹配的GIM模型中各项电力设备参数调出，作为设计标准值；计算测量值与设计标准值间的误差，并根据我国《110kV～750KV架空输电线路施工及验收规范》判断误差是否在允许范围内，若在允许范围内，则该电力设施建设符合要求；将建设不合格的电力设备GIM模型高亮显示，并根据验收结果生成验收报告。
下面以江苏省宿迁市戚庄_迎湖220kV线路工程竣工验收为例，详细说明本发明的实施过程。
(1)以输电工程中各电力设备的位置为依据，将各电力设备的GIM模型(GridInformation Model，电网信息模型)导入Cesium平台，生成输电工程GIM模型，具体包括如下步骤：其中，读取戚庄_迎湖220kV线路工程GIM模型，按照一级全线、二级分段、三级系统和四级设备组的顺序逐级遍历输电工程GIM模型中的CBM文件、FAM文件、DEV文件和PHM文件，获取各电力设备的经纬度、海拔和变换矩阵信息，具体实施流程如图2所示；并将PHM文件所指向的STL文件或MOD文件依次转换为glTF文件导入Cesium平台，构建完整的输电工程GIM可视化模型。
(2)以档距为单位获取输电工程的激光点云数据，利用输电工程的激光点云数据生成激光点云模型。采用地面式或无人机载式三维激光扫描仪扫描获取戚庄_迎湖220kV线路工程激光点云数据，扫描中应使激光扫描仪的Z轴方向与铅锤方向保持一致，并以档距为单位对点云进行分割，将各档距点云数据保存为LAS格式；以一档距输电工程激光点云数据为单位进行处理，根据LAS文件中的分类号信息滤除输电工程激光点云数据中的地物点，地面点分类号为2，植被点和建筑物点的分类号为3～9(本发明即滤除分类号为2～9的点)；根据杆塔点云在高程方向变化较大的特征分类杆塔点云和电力线点云，并将每座杆塔和每段电力线点云分别予以保存为LAS文件，其中杆塔点云被保存为红色，电力线点云被保存为蓝色。
(3)通过遍历的方式将各档距激光点云模型与输电工程GIM模型进行匹配，将匹配后的激光点云模型导入Cesium平台。本实例选取戚庄_迎湖220kV线路工程中的第二座和第三座杆塔所在档距为例进行计算，得杆塔1得塔高为41.195m，杆塔2的塔高为49.8275m，两杆塔之间的水平距离为303.485m，如图3所示。由于本实施例采用无人机载式三维激光扫描仪进行扫描，该扫描仪在100m处的测量误差为最大可达5cm，另外考虑到无人机自身的波动影响，所以此处阈值设为十倍该误差，即0.5m。经匹配，整段线路只有一档距符合要求，该档距中两座杆塔的设计塔高分别为41.055m和49.7m，设计档距为303.521m，也正是该线路工程中的第二座和第三座杆塔。本实施例中杆塔1的经度、纬度和海拔分别为33.46329075、118.27942184和15.6m，杆塔2的经度、纬度和海拔分别为33.46315316、118.28268946和16.3m，计算得中心点O的经度、纬度和海拔分别为33.463221955、118.28105565和15.95m。将该档距GIM模型中的经纬度坐标转换为平面坐标，即以中心点O为坐标原点，采用米勒投影法计算杆塔1和杆塔2的平面坐标G1(-151.44m,9.8m,0m)和G2(151.44m,-9.8m,0m)。计算得点云P中两座杆塔的中心点坐标L1(-148.44m,31.5m,0m)和L2(148.44m,-31.5m,0m)。由L1与G1、L2与G2间的对应关系可计算旋转矩阵T，对点云P做矩阵T的变换得点云P'。最后以O点为中心点，将点云P'生成Cesium平台所支持的pnts文件，pnts文件中记录的信息包括：各点的三维坐标以及分类信息。
(4)测量待验收参数，结合我国输电工程验收规范，根据验收参数测量值判断待验收输电工程的建设质量。在输电工程激光点云数据中人工选点测量各项验收参数，作为测量值m，验收参数包括塔高、呼高、杆塔倾斜度和弧垂等，如图4所示为导线弧垂测量示意图。以弧垂测量为例，根据当前档距内的弧垂测量结果生成的弧垂验收结果如表1所示。
表1弧垂验收结果
Figure BDA0003505710950000091
以上实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，其特征在于，包括以下步骤：
以待检测的输电工程中各电力设备的位置为依据，将各电力设备的GIM电网信息模型导入Cesium平台，生成输电工程GIM模型；
以档距为单位获取待检测的输电工程中各电力设备的激光点云数据，利用待检测的输电工程中各电力设备的激光点云数据生成激光点云模型；
以每档距中两座杆塔的高度和水平距离之差为判断依据，遍历输电工程GIM模型中的各个档距，实现激光点云模型与输电工程GIM模型的匹配；
将匹配后的激光点云模型导入Cesium平台，获得待检测的输电工程的待验收参数测量值，结合输电工程验收规范，判断待验收输电工程的建设质量。
2.根据权利要求1所述的基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，其特征在于，所述生成输电工程GIM模型的步骤为：
逐级遍历GIM模型中的入口文件、CBM文件、FAM文件、DEV文件和PHM文件，获取各电力设备的经纬度、海拔和变换矩阵信息；
以各电力设备的经纬度、海拔和变换矩阵信息为依据，将各电力设备的GIM模型导入Cesium平台，生成输电工程GIM模型。
3.根据权利要求2所述的基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，其特征在于，读取PHM文件时，若PHM文件的指向文件为STL文件：
读取STL文件中的各电力设备的各个三角面顶点坐标数据，并以三角面为数据单元将该数据保存为glTF文件。
4.根据权利要求3所述的基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，其特征在于，glTF文件中的数据渲染方式为TRIANGLES。
5.根据权利要求2所述的基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，其特征在于，读取PHM文件时，若PHM文件的指向文件为MOD文件：
读取MOD文件中的各电力设备的各个节点坐标信息和各节点间的连接关系，并依照连接关系将各节点作为数据单元保存为glTF文件。
6.根据权利要求5所述的基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，其特征在于，glTF文件中的数据渲染方式为LINES。
7.根据权利要求1所述的基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，其特征在于，所述利用待检测的输电工程中各电力设备的激光点云数据生成激光点云模型的步骤包括：
以档距为单位对输电工程的激光点云数据进行分割，并将各档距的激光点云数据保存为LAS文件；
根据每个LAS文件中的分类号信息滤除其中的地物点；
对滤除地物点的每个LAS文件，以杆塔的激光点云数据在高程方向变化最大的特征为依据，分类其中的杆塔点云数据和电力线点云数据，所有分类后的LAS文件组成激光点云模型。
8.根据权利要求1所述的基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，其特征在于，获取每个档距输电工程激光点云模型对应的两座杆塔的高度和水平距离的步骤包括：
根据输电工程激光点云模型中每个杆塔的点云数据分别计算两座杆塔的高度，
Figure FDA0003505710940000021
式中，TH为杆塔的高度，
Figure FDA0003505710940000022
为杆塔点云数据在Z轴方向的最大值，
Figure FDA0003505710940000023
为杆塔点云数据在Z轴方向的最小值；
根据两个杆塔点云数据计算两座杆塔之间的水平距离DIS，
Figure FDA0003505710940000024
式中，
Figure FDA0003505710940000025
为一座杆塔点云数据中所有坐标点在X轴方向的均值，
Figure FDA0003505710940000026
为一座杆塔点云数据中所有坐标点在Y轴方向的均值，
Figure FDA0003505710940000027
为另一座杆塔点云数据中所有坐标点在X轴方向的均值，
Figure FDA0003505710940000028
为另一座杆塔点云数据中所有坐标点在Y轴方向的均值。
9.根据权利要求1所述的基于Cesium平台的输电工程实体验收方法，其特征在于，所述将匹配后的激光点云模型导入Cesium平台的步骤包括：
获取对应档距GIM模型中的两座杆塔的经纬度和海拔数据；
通过每个档距两座杆塔的经纬度和海拔数据计算每个档距中心点的经纬度和海拔数据，
Figure FDA0003505710940000031
Figure FDA0003505710940000032
Figure FDA0003505710940000033
式中，J0为中心点的经度，J1为一个杆塔的经度，J2为另一个杆塔的经度，W0为中心点的纬度，W1为一个杆塔的纬度，W2为另一个杆塔的纬度，H0为中心点的海拔，H1为一个杆塔的海拔，H2为另一个杆塔的海拔；
以每个档距的中心点为坐标原点，采用米勒投影法计算每个档距中两个杆塔的平面坐标；
对该档距激光点云数据进行去均值化处理；
计算激光点云数据中两个杆塔的平面坐标；
根据GIM模型中两个杆塔的平面坐标和激光点云中两个杆塔的平面坐标之间的对应关系获得旋转矩阵；
对激光点云数据做对应的旋转矩阵变换，以激光点云数据的中心点为原点坐标生成pnts文件；其中，pnts文件中记录的信息包括：各点的三维坐标以及分类信息；
将pnts文件导入Cesium平台。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114898051A (zh) * 2022-07-12 2022-08-12 安徽继远软件有限公司 基于输变电设备激光点云的三维建模云平台、方法、系统

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