一种输电线路三维设计方法及系统

技术领域

本发明涉及电网输电线路技术领域，尤其涉及一种输电线路三维设计方法及系统。

背景技术

随着经济社会的发展，电网建设难度越来越大，输电线路工程设计时间紧、任务重，目前的设计手段及深度往往难以达到设计要求。随着三维技术在输电线路设计中的应用越来越普及，倾斜摄影等新型地理测量方式及VR技术快速发展，如何将倾斜摄影、三维设计以及成果可视化展示的VR技术相结合，创新性的构建输电线路设计方法及流程的新模式，提升输电线路设计效率是急需解决的问题。

例如，中国专利文献CN111611664A公开了“一种输电线路路径选择方法及系统”，包括：获取输电线路设计的前置信息；根据输电线路前置信息，对输电线路构件进行初始化；根据输电线路前置信息，构建覆盖构件属性取值范围的标准化数据库；导入地形图，在地形图上标注输电线路路径制约条件信息；根据输电线路构件和输电线路路径制约条件信息，进行路径方案初步设计，得到若干个备选路径设计方案；依据标准化数据库为每一个备选路径设计方案，统计对应的生产成本；按照生产成本由低到高对备选路径设计方案进行排序并输出。上述专利文献的不足之处在于无法获取精准的输电线路三维设计模型，后期施工时需要进行修改，导致设计效率低。

发明内容

本发明主要解决原有的输电线路设计过程繁琐、设计效率低的技术问题；提供一种输电线路三维设计方法及系统，在初步设计阶段即能精准设计，避免了施工图阶段重大变更，提升了设计效率，节省了人力物力。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的一种输电线路三维设计方法，包括以下步骤：

S1、对拟建设线路区所在区域地形地貌进行实景建模，获取拟建设线路区的三维模型；

S2、建立输电线路构件模型数据库；

S3、在三维模型中规划设计输电线路路径并进行杆塔排位设计，完成输电线路的三维构建；

S4、输出输电线路三维模型。

对拟建设线路区所在区域地形地貌进行实景建模，获取拟建设线路区的三维模型，真实地反应了拟建设线路区的地物情况，在拟建设线路区的三维模型上进行输电线路的三维设计校核，得到输电线路的三维模型，在初步设计阶段精准设计，避免了施工图阶段重大变更，提升了设计效率，节省了人力物力。

作为优选，所述的步骤S1中，对拟建设线路区所在区域地形地貌进行实景建模，获取拟建设线路区的三维模型，具体包括：

对拟建设线路区进行倾斜摄影，获取拟建设线路区的倾斜摄影数据，通过三维设计软件自动生成拟建设线路区的三维模型。

倾斜摄影融合了传统的航空摄影和近景测量技术，能够同时从左视、右视、前视、后视和垂直5个不同的角度采集影响，能够真实地反应地物情况，保证了地物数据的准确度，提高了后续输电线路设计的效率。

作为优选，所述的步骤S3中，在所述三维模型中规划设计输电线路路径并进行杆塔排位设计，具体包括：

S31、确定输电线路路径的起点和终点，并在三维模型中进行标注；

S32、确定输电线路路径区域范围；

S33、对所述输电线路路径区域范围中的制约区域进行标注；

S34、通过蚁群算法求取输电线路路径；

S35、以步骤S34中的输电线路路径为基础进行杆塔排位设计，完成输电线路的三维构建。

对输电线路路径区域范围中的制约区域进行标注，通过蚁群算法选择最短的输电线路路径，避免了环境因素和地理因素对输电线路的影响，保证了输电线路的经济性、安全性和可高性。确定输电线路路径区域范围可以减少蚁群算法的运行次数，同时避免蚁群算法出现局部最优解。

作为优选，所述的步骤S32中，确定输电线路路径区域范围，具体包括：绘制等边三角形，所述等边三角形的底边为起点和终点的直线连线的中垂线，所述底边对应的高为起点/终点到中点的直线，所述起点/终点为底边所对应的等边三角形顶点，求出等边三角形的边长以及起点与终点的直线距离，以边长作为短轴长度值、直线距离作为长轴长度值、起点和终点作为端点绘制椭圆，所述椭圆所包含的区域即为输电线路路径区域范围。

上述确定输电线路路径区域范围的方法不受输电线路路径起点位置和终点位置的影响，适用范围广，且计算过程简便。

作为优选，所述的制约区域包括居民区、军事用区、大型工矿企业所在区域、自然保护区、地质灾害带、不良地质带、震动影响区、覆冰区、鸟害区、雷害区和污染区。

作为优选，所述的步骤S34中，通过蚁群算法求取输电线路路径，具体包括：

S341、将三维模型中输电线路路径区域范围的最小外接矩形所对应的部分转换成二维平面图，并将二维平面图均匀分割成a×b个栅格；

S342、将二维平面图与三维模型进行对照，并对每一个栅格进行判别，若栅格所对应的位置为制约区域，则将该栅格的像素设置为黑色；

S343、初始化蚂蚁种群；

S344、将所有蚂蚁置于起点所在栅格，开始进行路径搜寻；

S345、蚂蚁根据转移概率以及当前所在栅格四周的非黑色像素栅格选择下一个栅格，直至到达终点所在栅格，完成一次路径搜寻，

转移概率的公式为：

其中，τ

S346、判断所有蚂蚁是否全部完成路径的搜寻，若全部完成则进行步骤S347，反之则返回步骤S345；

S347、累加一次迭代次数，并判断迭代次数是否满足预设的迭代次数，若满足则输出最短输电线路路径，并将输出的最短输电线路路径在三维模型中显示，反之则进行步骤S348；

S348、更新信息素，已完成路径搜寻的蚂蚁种群全部死去，重新随机生成蚂蚁种群，返回步骤S344进行操作，

信息素的公式为：

τ

其中，τ

通过蚁群算法选择最短的输电线路路径，在蚁群算法运行求解的过程中，直接规避了环境因素和地理因素对输电线路的影响，保证了输电线路的经济性、安全性和可高性。

本发明的一种输电线路三维设计系统，包括倾斜摄影模块、三维设计模块和VR展示模块，所述倾斜摄影模块、三维设计模块和VR展示模块依次顺序连接，所述倾斜摄影模块用于获取拟建设线路区的倾斜摄影数据，所述三维设计模块用于生成拟建设线路区的三维模型，并进行输电线路的三维设计，获取输电线路的三维模型，所述VR展示模块用于立体展示输电线路的三维模型。

对拟建设线路区所在区域地形地貌进行实景建模，获取拟建设线路区的三维模型，真实地反应了拟建设线路区的地物情况，在拟建设线路区的三维模型上进行输电线路的三维设计校核，得到输电线路的三维模型，在初步设计阶段精准设计，避免了施工图阶段重大变更，提升了设计效率，节省了人力物力。

作为优选，所述的三维设计模块包括构件模型数据库、地图底图数据库和三维设计单元，所述构件模型数据库和地图底图数据库均与三维设计单元相连，所述构件模型数据库包括建立输电线路所需的导线模型、导地线模型、杆塔模型、绝缘子模型和金具模型，所述地图底图数据库包括生成拟建设线路区的三维模型所需的谷歌卫片，所述三维设计单元用于生成拟建设线路区的三维模型，并进行输电线路的三维设计，获取输电线路的三维模型。

本发明的有益效果是：

1)对拟建设线路区所在区域地形地貌进行倾斜摄影，融合倾斜摄影数据和谷歌卫片生成拟建设线路区的三维模型，真实地反应了拟建设线路区的地物情况，在拟建设线路区的三维模型上进行输电线路的三维设计校核，得到输电线路的三维模型，在初步设计阶段精准设计，避免了施工图阶段重大变更，提升了设计效率，节省了人力物力；

2)对输电线路路径区域范围中的制约区域进行标注，通过蚁群算法选择最短的输电线路路径，在蚁群算法运行求解的过程中，直接规避了环境因素和地理因素对输电线路的影响，保证了输电线路的经济性、安全性和可高性；

3)确定输电线路路径区域范围可以减少蚁群算法的运行次数，同时避免蚁群算法出现局部最优解。

附图说明

图1是本发明的一种方法流程图。

图2是本发明的一种确定输电线路路径区域范围的示意图。

图3是本发明的一种通过蚁群算法求取输电线路路径的方法流程图。

图4是本发明的一种系统结构示意图。

图中1、倾斜摄影模块，2、三维设计模块，3、VR展示模块，21、构件模型数据库，22、地图底图数据库，23、三维设计单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种输电线路三维设计方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、对拟建设线路区所在区域地形地貌进行实景建模，获取拟建设线路区的三维模型：对拟建设线路区进行倾斜摄影，获取拟建设线路区的倾斜摄影数据，通过三维设计软件自动生成拟建设线路区的三维模型；

S2、建立输电线路构件模型数据库，构件模型数据库中包含建立输电线路所需的导线模型、导地线模型、杆塔模型、绝缘子模型和金具模型；

S3、在三维模型中规划设计输电线路路径并进行杆塔排位设计，完成输电线路的三维构建；

S4、输出输电线路三维模型。

S3、在三维模型中规划设计输电线路路径并进行杆塔排位设计，具体包括下列步骤：

S31、确定输电线路路径的起点和终点，并在三维模型中进行标注；

S32、确定输电线路路径区域范围，如图2所示，：确定输电线路路径区域范围，具体包括：绘制等边三角形，所述等边三角形的底边为起点和终点的直线连线的中垂线，所述底边对应的高为起点/终点到中点的直线，所述起点/终点为底边所对应的等边三角形顶点，求出等边三角形的边长以及起点与终点的直线距离，以边长作为短轴长度值、直线距离作为长轴长度值、起点和终点作为端点绘制椭圆，所述椭圆所包含的区域即为输电线路路径区域范围；

S33、对所述输电线路路径区域范围中的制约区域进行标注，制约区域包括居民区、军事用区、大型工矿企业所在区域、自然保护区、地质灾害带、不良地质带、震动影响区、覆冰区、鸟害区、雷害区和污染区；

S34、通过蚁群算法求取输电线路路径，如图3所示，具体包括下列步骤：

S341、将三维模型中输电线路路径区域范围的最小外接矩形所对应的部分转换成二维平面图，并将二维平面图均匀分割成a×b个栅格；

S342、将二维平面图与三维模型进行对照，并对每一个栅格进行判别，若栅格所对应的位置为制约区域，则将该栅格的像素设置为黑色；

S343、初始化蚂蚁种群；

S344、将所有蚂蚁置于起点所在栅格，开始进行路径搜寻；

S345、蚂蚁根据转移概率以及当前所在栅格四周的非黑色像素栅格选择下一个栅格，直至到达终点所在栅格，完成一次路径搜寻，

转移概率的公式为：

其中，τ

S346、判断所有蚂蚁是否全部完成路径的搜寻，若全部完成则进行步骤S347，反之则返回步骤S345；

S347、累加一次迭代次数，并判断迭代次数是否满足预设的迭代次数，若满足则输出最短输电线路路径，并将输出的最短输电线路路径在三维模型中显示，反之则进行步骤S348；

S348、更新信息素，已完成路径搜寻的蚂蚁种群全部死去，重新随机生成蚂蚁种群，返回步骤S344进行操作，

信息素的公式为：

τ

其中，τ

S35、以步骤S34中的输电线路路径为基础进行杆塔排位设计，完成输电线路的三维构建，具体包括：

S351、在三维模型中，依据步骤S34获取的最短输电线路路径，设置输电线路路径起点、终点以及转角处的杆塔；

S352、沿输电线路路径前进的方向进行直线塔的设置，

例如，设置转角杆塔1与转角杆塔2之间的直线塔：计算转角杆塔1与转角杆塔2之间的输电线路路径的距离，根据转角杆塔1与转角杆塔2之间的地质结构选择合适的直线塔，根据杆塔模型的最大水平档距确定转角杆塔1与转角杆塔2之间所需直线塔的个数，在转角杆塔1与转角杆塔2之间的输电线路路径上均匀间隔放置直线塔；

S353、添加杆塔构件和档间构件，完成输电线路的三维构建：添加杆塔构件即在杆塔上添加与杆塔相适合的绝缘子和金具，添加档间构件即在杆塔与杆塔之间连接导线以及导地线；

S354、对输电线路进行碰撞校核，若碰撞校核合格，则完成输电线路的三维构建，反之，则对碰撞校核不合格之处进行调整，直至碰撞校核合格，其中对碰撞校核不合格之处进行调整包括：对杆塔和杆塔之间的水平档距进行调整、对杆塔的高低腿进行调整、对杆塔构件进行调整等。

本实施例的一种输电线路三维设计系统，如图4所示，包括倾斜摄影模块1、三维设计模块2和VR展示模块3，三维设计模块包括构件模型数据库21、地图底图数据库22和三维设计单元23，倾斜摄影模块通过开发软件接口与三维设计单元相连接，三维设计单元将倾斜摄影数据和谷歌卫片相融合生成拟建设线路区的三维模型，谷歌卫片存储在地图底图数据库中，倾斜摄影数据从倾斜摄影模块获取。三维设计单元以拟建设线路区的三维模型为基础，在拟建设线路区的三维模型上进行输电线路路径规划、杆塔排位设计、杆塔构件和档间构件的添加以及输电线路的碰撞校核，完成输电线路三维设计，获取输电线路的三维模型，输电线路的三维模型和拟建设线路区的三维模型可在VR展示模块立体展示。

本实施例的有益效果是：对拟建设线路区所在区域地形地貌进行倾斜摄影，融合倾斜摄影数据和谷歌卫片生成拟建设线路区的三维模型，真实地反应了拟建设线路区的地物情况，在拟建设线路区的三维模型上进行输电线路的三维设计校核，得到输电线路的三维模型，在初步设计阶段精准设计，避免了施工图阶段重大变更，提升了设计效率，节省了人力物力；对输电线路路径区域范围中的制约区域进行标注，通过蚁群算法选择最短的输电线路路径，在蚁群算法运行求解的过程中，直接规避了环境因素和地理因素对输电线路的影响，保证了输电线路的经济性、安全性和可高性；确定输电线路路径区域范围可以减少蚁群算法的运行次数，同时避免蚁群算法出现局部最优解。