三維可視化在電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

陳永明

【摘 ?要】傳統(tǒng)的電力巡檢中的手工記錄部分也限制了電力巡檢的能力，在發(fā)現(xiàn)電力線(xiàn)路問(wèn)題的過(guò)程中無(wú)法快速有效的定位事故點(diǎn)，這就延誤了最佳的電力線(xiàn)路的搶修時(shí)間，而電力相關(guān)行業(yè)在近幾年內(nèi)逐步的采用三維可視化技術(shù)替換原有的電力線(xiàn)路動(dòng)態(tài)巡檢管理模式，這對(duì)于電力巡檢管理來(lái)說(shuō)是一種啟發(fā)，同時(shí)也是電力行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，目前國(guó)內(nèi)的很多電力企業(yè)均采用這種方式進(jìn)行了技術(shù)改革，大部分都獲得了較好的收益。

【關(guān)鍵詞】三維可視化;電力線(xiàn)路;巡檢管理系統(tǒng)

引言

電力相關(guān)行業(yè)在近幾年內(nèi)逐步的采用了三維可視化技術(shù)替換原有的電力線(xiàn)路動(dòng)態(tài)巡檢管理模式，這對(duì)于電力巡檢管理來(lái)說(shuō)是一種啟發(fā)，同時(shí)也是電力行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)的很多電力企業(yè)均采用這種方式進(jìn)行了技術(shù)改革，大部分都獲得了較好的收益。本文深入分析了電力線(xiàn)路巡檢管理業(yè)務(wù)的功能方面的需求，同時(shí)結(jié)合了三維可視化識(shí)別技術(shù)、位置服務(wù)技術(shù)進(jìn)行核心設(shè)計(jì)，依照電力線(xiàn)路巡檢管理業(yè)務(wù)的相關(guān)需求進(jìn)行電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的功能，三維巡檢線(xiàn)路管理模塊以及線(xiàn)路動(dòng)態(tài)巡檢管理模塊，同時(shí)也認(rèn)真研究了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)里涉及到的位置服務(wù)技術(shù)、三維可視化技術(shù)、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言以及三層架構(gòu)設(shè)計(jì)等，然后給出了系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)方案及數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案，最后將設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)的模塊進(jìn)行代碼實(shí)現(xiàn)，通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了系統(tǒng)投入到日常巡檢中使用，同時(shí)也提供了電力線(xiàn)路巡檢管理工作的巡檢效率。

一、三維可視化技術(shù)

三維可視化技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分支，同時(shí)三維可視化技術(shù)是GIS系統(tǒng)重要組成部分，三維可視化技術(shù)通過(guò)三維立體透視以及計(jì)算機(jī)相關(guān)的能力將現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)物坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能夠運(yùn)算的坐標(biāo)。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣以及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展三維可視化的概念越來(lái)越多的運(yùn)用于日常的生活中，很多傳統(tǒng)的二維產(chǎn)品信息都進(jìn)行了三維技術(shù)的改進(jìn)，無(wú)論是信息的表述還是信息處理的特點(diǎn)三維技術(shù)都能夠較好的進(jìn)行表達(dá)，對(duì)于電力線(xiàn)路巡檢管理中存在的一些問(wèn)題，三維可視化技術(shù)能夠提出新的解決方案。三維數(shù)據(jù)獲取內(nèi)容是電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)涉及到的空間地物三維的坐標(biāo)以及實(shí)物的紋理信息，上述的數(shù)據(jù)能夠通過(guò)移動(dòng)測(cè)繪、數(shù)字?jǐn)z影等方面的手段得到。移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)是獲得系統(tǒng)的關(guān)鍵，其所使用的機(jī)載三維成像儀優(yōu)勢(shì)明顯，但很多時(shí)候這樣一種較為宏觀的地面獲取方式很難充分得到復(fù)雜地物的細(xì)節(jié)信息。系統(tǒng)的三維模型建立過(guò)程中采用的移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)組成有：用于導(dǎo)航定位的差分GPS接收機(jī)，確定傳感器姿態(tài)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)目的是獲得系統(tǒng)測(cè)得點(diǎn)在地理坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。系統(tǒng)采用的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)提高了系統(tǒng)三維數(shù)據(jù)的獲取效率。

二、三維可視化建模

（一）空間數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

在明確了電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的功能后如何組織平臺(tái)數(shù)據(jù)為平臺(tái)提供服務(wù)也是非常重要的一步，針對(duì)這個(gè)需求必需對(duì)電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。在系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)中主要采用了甲骨文公司設(shè)計(jì)的Oracle Spatial技術(shù)，其存儲(chǔ)對(duì)象分為對(duì)象一關(guān)系以及關(guān)系兩種模型，對(duì)象一關(guān)系以及關(guān)系模型的區(qū)別是：前者用下列存儲(chǔ)對(duì)象，而后者用二維表來(lái)存儲(chǔ)對(duì)象。系統(tǒng)采用的OracleSpatial 的空間幾何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型如圖所示。

（二）三維可視化建模

在傳統(tǒng)的電力線(xiàn)路巡檢的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，三維可視化模型還需要增加空間數(shù)據(jù)信息，其對(duì)應(yīng)的空間數(shù)據(jù)信息具備以下幾方面的特點(diǎn)：三維模型的空間數(shù)據(jù)為非結(jié)構(gòu)化，并且該數(shù)據(jù)具備良好存取速度;能夠存儲(chǔ)大規(guī)模三維數(shù)據(jù);開(kāi)放性數(shù)據(jù)接口;連續(xù)、無(wú)縫的三維地理模型;強(qiáng)大的三維數(shù)據(jù)空間索引方式，對(duì)圖形的存儲(chǔ)以及圖形的查詢(xún)、定位等能力較強(qiáng);支持空間SQL數(shù)據(jù)信息的查詢(xún)，為系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行過(guò)程中增設(shè)三維空間數(shù)據(jù)算子，滿(mǎn)足了電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的空間特征查詢(xún)。電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)中的三維數(shù)據(jù)獲取部分主要針對(duì)的是電力線(xiàn)路上設(shè)備等物體的三維信息，這些信息涵蓋了實(shí)物的外形、實(shí)物的形狀、實(shí)物的長(zhǎng)寬、實(shí)物表面的色彩等數(shù)據(jù)。

（三）線(xiàn)路桿塔轉(zhuǎn)角與空間坐標(biāo)計(jì)算

在三維可視化的平臺(tái)上樹(shù)立線(xiàn)路上的桿塔模型是非常復(fù)雜的，這個(gè)過(guò)程中涉及到了坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)化問(wèn)題，本節(jié)針對(duì)線(xiàn)路桿塔轉(zhuǎn)角與空間坐標(biāo)計(jì)算部分進(jìn)行研究，屏幕坐標(biāo)是一種二維坐標(biāo)系。

圖中L代表了經(jīng)度、字母W代表了緯度、H代表了高度，以此來(lái)表達(dá)位置P點(diǎn)的坐標(biāo)，電力線(xiàn)路涉及到的桿塔模型在進(jìn)行三維建模過(guò)程中按照精確的地理位置坐標(biāo)樹(shù)立起來(lái)。

（四）電力線(xiàn)路三維空間建模

電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的三維空間建模主要采用的是面向CIM的，由于CIM 是采用面向?qū)ο蟮姆绞綐?gòu)建所以其適用于電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在OO-3D模型的基礎(chǔ)上，電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)采用了一種面向CIM 的三維建模方法OCIM-3D（Oriented CIM-3D），面向CIM 的三維建模方法一方面遵循了CIM模型設(shè)計(jì)的規(guī)范，它使用的是UML、XML進(jìn)行表述，同時(shí)面向CIM 的三維建模方法具有OO-3D模型自己的特點(diǎn)，即可視化速度快、處理復(fù)雜對(duì)象等，因此面向CIM的三維建模方法非常適合對(duì)電力線(xiàn)路巡檢現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模。

（五）三維線(xiàn)路動(dòng)態(tài)巡檢方法

谷歌地球提供了通過(guò)對(duì)地理空間數(shù)據(jù)的控制在地圖上進(jìn)行飛行游覽，這部分的數(shù)據(jù)可控制內(nèi)容主要包括兩方面：各位置間的特定飛行時(shí)長(zhǎng);各位置間平穩(wěn)無(wú)停頓飛行。因此電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)能夠通過(guò)在生成游覽KML文件環(huán)節(jié)里對(duì)模型中的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行觀察，其觀察的位置以及觀察的姿態(tài)都能夠通過(guò)配置文件進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)讓三維模型觀察視角隨著時(shí)間而動(dòng)態(tài)改變位置和姿態(tài)效果。從而便實(shí)現(xiàn)了電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)巡檢功能，此時(shí)谷歌地球視圖中會(huì)生成一個(gè)可控的時(shí)問(wèn)軸。用戶(hù)能夠在谷歌地球上進(jìn)行暫停等待等基本操作，依照KML語(yǔ)法規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)了三維可視化動(dòng)態(tài)巡檢目的，主要是將三維空間數(shù)據(jù)加載到KML文件屬性中，生成動(dòng)態(tài)巡檢KML文件，最終將其加載到谷歌地球中實(shí)現(xiàn)了電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)三維輸電線(xiàn)路的自動(dòng)巡檢。

三、三維可視化融合在線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）位置服務(wù)定位實(shí)現(xiàn)

電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)中涉及到了移動(dòng)端的定位行為，只有通過(guò)定位才能夠精準(zhǔn)的確定線(xiàn)路缺陷發(fā)生的位置，在電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的移動(dòng)端界面點(diǎn)擊“定位”進(jìn)入相應(yīng)的地圖界面，此時(shí)運(yùn)行設(shè)計(jì)好的功能進(jìn)入系統(tǒng)的界面后，在地圖上自動(dòng)顯示了系統(tǒng)的巡檢人員所在位置，并用定位的氣球進(jìn)行用戶(hù)位置的標(biāo)記，設(shè)計(jì)好的類(lèi)在運(yùn)行時(shí)就獲取用戶(hù)所在位置，并調(diào)用位置服務(wù)定位類(lèi)在該位置作氣球標(biāo)志。

（二）移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)

除了三維可視化巡檢的PC端之外還需要對(duì)一線(xiàn)的巡檢人員配置移動(dòng)端巡檢設(shè)備，這樣無(wú)論在PC端還是在一線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)都能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)線(xiàn)路上存在的問(wèn)題，電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的移動(dòng)端是基于安卓技術(shù)基于Android的手機(jī)辦公系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中還需要對(duì)系統(tǒng)的類(lèi)包進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的功能來(lái)看主要分為了巡檢模塊以及助理模塊兩部分，這兩部分模塊分別對(duì)應(yīng)了xunjianwork和assistant，對(duì)于電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的移動(dòng)端其底層數(shù)據(jù)封裝到上述的類(lèi)包中。

（三）服務(wù)端實(shí)現(xiàn)

在服務(wù)器傳輸時(shí)，首先需要判斷插件是否安裝，然后創(chuàng)建Socket并連接服務(wù)器，之后分析數(shù)據(jù)包獲取數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給服務(wù)端。巡檢員登錄到電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的移動(dòng)巡檢信號(hào)接收部分進(jìn)行缺陷數(shù)據(jù)采集功能的使用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的缺陷問(wèn)題進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入管理。巡檢員登錄到電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的移動(dòng)巡檢信號(hào)接收部分進(jìn)行路徑數(shù)據(jù)采集操作，當(dāng)巡檢工維修結(jié)束之后，需要網(wǎng)點(diǎn)對(duì)其工作進(jìn)行確認(rèn)。

四：結(jié)論

本文深入分析了電力線(xiàn)路巡檢管理業(yè)務(wù)的功能方面的需求，同時(shí)結(jié)合了三維可視化識(shí)別技術(shù)進(jìn)行核心設(shè)計(jì)，依照電力線(xiàn)路巡檢管理業(yè)務(wù)的相關(guān)需求進(jìn)行電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)的功能，通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了電力線(xiàn)路巡檢管理系統(tǒng)投入到日常巡檢中使用，同時(shí)也提供了電力線(xiàn)路巡檢管理工作的巡檢效率。傳統(tǒng)的城市的電力企業(yè)以及線(xiàn)路巡檢管理工作效率較低且存在很多巡檢監(jiān)管上的問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)影響到城市的電力企業(yè)線(xiàn)路巡檢的管理效率，本文結(jié)合的三維可視化識(shí)別技術(shù)等技術(shù)對(duì)城市的電力企業(yè)的線(xiàn)路巡檢管理工作進(jìn)行改革，進(jìn)而為城市電網(wǎng)的智能化發(fā)展提供解決方案，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)能夠?qū)﹄娏ζ髽I(yè)線(xiàn)路巡檢管理的進(jìn)度進(jìn)行掌握，提高了電力企業(yè)線(xiàn)路巡檢管理的效率，為城市電網(wǎng)智能化管理提供便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫俊杰.智能巡檢管理系統(tǒng)在電力線(xiàn)路巡檢中的應(yīng)用[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，16（3）：93-99.

[2]朱佳佳，黃斌，姚明等.基于GIS的電力線(xiàn)路巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電氣應(yīng)用，2015，34（10）：141-144.

[3]崔麗娜.智能巡檢管理系統(tǒng)在電力線(xiàn)路巡檢中的應(yīng)用探究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016，1（1）：100-102.

（作者單位：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局）