一种电力线路数字孪生场景构建方法

技术领域

本发明涉及山区道路改建工程领域，具体涉及一种电力线路数字孪生场景构建方法。

背景技术

近年来，我国各个电力公司在“建设坚强电网”方面取得了巨大的进展和成果，但是在进行这些成果的展示、分析和宣传方面却一直缺乏高效、全面的方式，比如说就新输电线路电杆而言，现阶段只能在现场或者通过观看现场影视资料的方式来实现对直观信息的了解。

目前国内输电线路电杆三维模型大多依靠专业建模人员参考相应的设计参数，采用CAD软件手工创建，工作量大且费时、费力，难以满足输电线路走廊快速数字化构建的需要。

对此，本发明提出了一种一种电力线路数字孪生场景构建方法，满足建模人员对输电电杆的快速、高精度三维重建。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术方案存在的缺点，提出一种电力线路数字孪生场景构建方法，该方法能降低电力线路三维场景构建的难度，提高设计效率，满足电力线路走廊快速数字化构建的工程应用需要。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一种电力线路数字孪生场景构建方法，包括：

构建精细化三维杆塔模型，所述精细化三维杆塔模型包括模型编码和杆塔属性，所述杆塔属性包括杆塔挂点；

构建线路信息，所述线路信息包括杆塔编码和杆塔坐标；

对所述模型编码和所述杆塔编码进行匹配，将匹配的精细化三维杆塔模型放置到场景中杆塔对应空间位置上，然后确认与该精细化三维杆塔模型关联的杆塔属性的杆塔挂点；

基于已确认的杆塔挂点和所述杆塔坐标，利用拓扑规则对杆塔之间的挂点对应关系进行匹配，得到对位挂接点；

获取对位挂接点的空间位置坐标，再利用悬链线方程和对位挂接点生成回路悬链线，将回路悬链线和杆塔进行拼接形成三维场景。

优选地，所述拓扑规则为：在线路中将杆塔分为终端杆、耐张杆和转角杆，在线路前进方向的左手侧虚拟一条线作为基准线，计算挂点到虚拟线的距离，对距离的远近进行排序，相邻的两个杆排序相同的挂点为对位挂接点，是回路线连接的正确匹配挂点。

优选地，所述对位挂接点的空间位置坐标计算采用杆塔模型的空间位置和挂接点属性信息中的相对坐标进行计算。

优选地，所述精细化三维杆塔模型是基于标准典型设计库构建的，首先将杆塔分成杆和杆头两个组件，以米为单为分别构建模型，进行组装。

优选地，所述精细化三维杆塔模型的构建过程中需要进行模型处理，包括对模型数据进行轻量化处理，减少杆塔模型的顶点数，为杆塔在场景中的批量放置提供条件。

优选地，所述杆塔挂点的属性包括挂点编号和挂点坐标，挂点坐标是相对于杆塔底部中心的偏移值。

优选地，杆塔存在四种不同的模式：终端杆、耐张杆、转角杆和分支杆；终端杆只有一端有挂点；耐张杆水平方向两端都有挂点；转交杆以一定夹角构成的边上有挂点；分支杆分成三个方向上有挂点；根据杆两端确定的匹配挂点位置，来计算悬链线方程。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明利用线路拓扑规则信息、杆塔精细化模型、设计信息和悬链线公式等从平面线路设计信息自动构建电力线路数字孪生场景。本发明可以支持技术人员在仅掌握平面线路设计的知识基础上，完成线路三维精细化场景的构建工作，大大减少了三维化推进的阻力。本发明降低电力线路三维场景构建的难度，提高设计效率，满足电力线路走廊快速数字化构建的工程应用需要。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为本发明的场景生成逻辑示意图；

图3为本发明的拓扑连接示意图；

图4为本发明的最短距离连接示意图。

附图标记：001-终端杆；002-耐张杆；003-转角杆；004-挂点到虚拟线的距离；005-正确匹配挂点连线。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知一种电力线路数字孪生场景构建方法及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

本发明提供一种电力线路数字孪生场景构建方法，包括模型处理和管理、场景动态生成和保存；模型处理和管理包括模型的预处理和针对模型的管理；模型的预处理针对精细化配网典设组件和杆模型进行轻量化处理，减少场景加载的负担；模型在经过处理之后，导入平台和属性信息进行关联，为场景的动态构建提供基础；场景的动态生成和保存包括电力线路三维场景的动态生成和场景在系统的保存；电力线路三维场景的动态生成利用线路的设计信息，结合模型的信息利用拓扑规则生成三维场景；场景的保存是将动态生成的三维场景保存下来；当电力线路设计信息发生改变之后，更新场景之后替换保存的三维场景。

模型处理是对模型数据进行轻量化处理，减少杆塔模型的顶点数，为杆塔在场景中的批量放置提供条件；模型的管理是关联杆塔模型的属性和挂点位置信息；挂点位置信息是指杆塔上可以连接电线的连接点位置；位置的坐标表示采用自定义坐标系统，以杆塔底部的圆柱中心为原点，垂直于横担的东方向为X轴，平行于横担的北方向为Y轴。

场景的动态生成包括线路设计信息加载、杆塔模型空间放置、回路线拓扑关系构建、悬链线生成回路线和杆线连接形成场景；加载线路设计信息，获取杆塔在地理空间的坐标信息，线路的走向和连接点；利用获取的线路信息在三维地理空间场景中设计杆位置按照选定的模型放置精细化杆塔模型。如图3所示，在线路中基本将杆塔分为终端杆1、耐张杆2(直线杆)和转角杆3，回路线拓扑关系构建是在线路的走向左侧10m(图中所示左侧方向)的地方虚拟一条和线路同走向的线，计算每个杆挂接点到虚拟线的距离，根据距离对挂接点进行排序，相邻两个杆挂接点排序相同(即，图3中的距离1对应的杆挂接点为同一组排序，距离2对应的杆挂接点为同一组排序，距离3对应的杆挂接点为同一组排序)的则为对位挂接点，需用回路电线进行连接；对位挂接点的空间坐标计算采用杆塔模型的空间位置和挂接点属性信息中的相对坐标进行计算，获取挂接点空间位置坐标；利用悬链线方程公式和对位挂接点生成回路悬链线；将回路悬链线和杆塔进行拼接形成场景。

场景在系统的保存，有两层含义；第一层是指第一次在平台生成场景之后进行保存；第二层是指在线路设计信息有更新之后，对整个场景重新生成之后替换掉旧场景，采用新场景进行保存。

如图1-2所示，是对系统示意图的逻辑表示，进一步说明本发明构建方法的逻辑过程。本发明利用的初始信息包括杆塔模型、杆塔属性和线路信息，杆塔模型包含的模型编码和线路信息中杆塔点位包含的杆塔编码进行匹配，将匹配的杆塔模型放置到场景中杆塔对应空间位置。通过杆塔属性中的杆塔挂点和线路信息中杆塔坐标利用线路拓扑规则和悬链线方程生成场景线，合成场景杆、场景线并结合地信信息生成最终数字孪生场景。

如图4所示，是对采用拓扑连接原因的一个说明，在直观判断下，挂接点的连接是一个简单的问题，但是涉及到杆塔模型的空间旋转和时空上的交叉，已经不能简单根据挂接点的编号进行对应连接了。采用挂接点之间的距离计算方式判断挂接点在直线对齐的杆之间不会有问题，但是碰到错位的时候就会产生错误，在图4中，距离1明显小于距离2，但是正确的连接方式应该是距离2标识的连接，所以采用最短距离而不加上拓扑规则进行判断会导致计算挂接点匹配错误，方法不可行。

本发明提出的电力线路数字孪生场景构建方法，满足建模人员对输电电杆的快速、高精度三维重建。通过对不同类型输电电杆的现有三维模型进行分解，建立输电电杆的全要素组件模型库，实现模型库中的不同组件能够根据其固定的连接关系自动拼接。在杆塔模型构建的基础上，利用线路信息自动构建精细化三维场景。

以上所述仅仅是本发明的优选实施方案，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案。在本领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干修改、补充或改用类似的方法替代，这些也应视作本发明的保护范围。