数字电网建设下电力设施三维建模方法分析

汤清岚

佛山电力设计院有限公司， 528000

摘要：在信息科技支撑下，数字电网建设工程稳步推进，为保障数字电网建设质量，应明确电力设施整体结构，此时需应用三维建模方式，获得电力设施三维模型。基于此，本文首先阐述了电力设施在数字电网建设环境下的三维建模方法，进一步展开电力设施三维建模流程分析，并提出三维建模建议，以供参考。

关键词：数字电网；电力设施；三维建模

引言：数字技术为电网行业提供了强大驱动力，电力企业在此背景下纷纷开展数字化转型，影响新时代电网建设号召。数字电网建设期间，需以电力设施三维结构模型为支撑，客观真实地反映电力设施建设运行情况，以此更好地开展数字电网建设。

一、电力设施在数字电网建设环境下的三维建模方法

（一）二维图纸翻模

该方式以电力设施的二维设计图纸为依据，获取电网工程资料及电力设施型号尺寸数据，应用Auto desk、Bentley等软件，将现有信息数据进行整合，依据二维设计图纸进行1:1三维建模^[]1。为保障电力设施三维建模效果，二维设计图纸内需包含电网工程勘探普查、设计施工、竣工验收等关键阶段的档案资料，分析建模对象特性及物理、几何、行为特征，运用三维建模软件调节球体、立方体等几何要素，对其进行拉伸、旋转、平移、布尔运算，以此构建出符合电力设施实际情况的三维模型。

（二）纯测绘建模

纯测绘建模方法以新时代测绘技术为基础，对电力设施进行全面勘探测绘，根据实测数据展开建模，现阶段常用的测绘技术为倾斜摄影测绘技术、近景摄影测绘技术、三维激光点测绘技术等，因此，可相对应地衍生出以下三维建模方式：

1.倾斜摄影建模

倾斜摄影测绘技术依托于多个性传感器实现，需将其稳定固定于无人机等飞行平台内，从不同角度采集电力设施影响，测绘角度更为灵活，攻克了传统航空摄影测绘技术难关，在正射影像与倾斜摄影相互配合下，可确保所采集的信息可真实反映出电力设施地物情况，将所采集的影响数据展开时几何处理，进行多视角匹配，构建三角网，并对图像进行纹理设置，以此可便捷快速地得到电力设施三维模型。

2.近景摄影建模

该方式以数字化近景摄影测量技术为基础，依托于近景摄影测量系统，对无法常规接近测量的物体进行展示测绘，准确记录其空间姿态，根据实测相片进行三维建模。数字化近景摄影测量技术主要设备为数码相机，因此在实际测量中，应做好相机校对工作，并于测量结束后进行影像预处理，提取影像特征，进行数据编辑，粘贴真实纹理，以此即可得出电力设施的三维立体模型。相较于其他测绘建模手段，数字近景摄影建模方式可获得电力设施局部区域的高精度影像，多用于电力设施局部建模作业中。

3.激光点云建模

该三维建模方式需运用三维激光扫描仪及机载激光雷达，对电力设施进行全覆盖扫描，以此可获得运输，此时可进一步采集电力设施表面纹理信息及三维空间数据，借助三维建模软件搭建模型。该方法可良好采集线路杆塔、电力走廊地形及导线结构，对实测数据预处理并拼接点数据后，可准确得出带线路本体及走廊的三维模型，可为电网故障维修、运营及线路建设调整提供可视化、直观化三维影像，进一步完善智慧电网建设。

二、电力设施三维建模流程

在数字电网电力设施三维建模作业中，可按照以下流程进行电力设施三维建模：（1）从电网台账信息中采集电力设施数据，并将数据进行处理，得出电力设备三维数据、三维影像数据、三维矢量数据；（2）对上述数据进行分析，明确数据关联性，并建立模型组件，在此基础上进行纹理粘贴，同时设置好电力设施灯光；（3）优化并确认电力设施图像渲染效果，按照智慧电网标准优化模型贴图，对三维模型进行便捷优化；（4）整理电力设施三维模型数据，再次检查三维模型建设情况，确认无误后将其入库、发布。

图 1 电力设施三维建模流程图

三、数字电网电力设施三维建模方式推荐

（一）方法对比

从实用性角度来看，纯测绘建模方法中倾斜摄影测绘建模方式的精细化程度略有不足，在条件允许的情况下，可将三维激光云建模方式作为补充，提升测绘建模精度。而将三维激光云建模技术较为复杂，难度较高，且三维激光扫描仪及机载激光雷达对空间移动位置要求较高，在电网设施场景易受到移动限制，部分地下管线、电缆沟、被遮挡设备间无法完成数据采集，需以二维设计图纸为补充^[2]。二维设计图纸翻模方式严格按照图纸尺寸数据进行建模，可保持清晰的电力设备关联性，且电力设备内各零构件可于三维模型内独立显示，并可查询零构件详细属性，并可依据二维设计图纸确定隐蔽工程项目，将电力设施内隐蔽工程进行三维模型呈现，但初始精细化程度不足，需结合其他方式展开灵活处理，采用参数建模、几何建模两种方式提升建模效果。

从三维建模成本角度来看，纯测绘建模方法需对电力设施内所有建筑物及电力设备进行测绘，但无法采集电气二次接线、电缆沟等信息数据，需采用人工方式进行测绘，或依据二维设计图进行补充，因此具有工程量大、成本高的缺陷，但三维建模效率较高。二维设计图纸翻模方式需确保所参照的图纸详细标准，若二维设计图纸数据错误或后续调整而未及时更新，则会导致所搭建的三维模型结构出现错误，但二维设计图纸翻模方式精度较高，且可将隐蔽工程进行建模，存在三维建模效率低的缺陷，在三维建模初期，成本与纯测绘建模方法类似。

（二）应用分析

结合上述方法对比分析来看，可大致将电力设施分为三种情况：无图纸电力设施、有图纸电力设施、通用模型库电力设施。（1）无图纸电力设施。该情况推荐采用纯测绘建模方法，直接采用无人机倾斜测绘、三维激光扫描、数字近景摄影等测绘技术，采集电力设施真实数据，获得实测影像后进行数据特征提取，输入数据信息，即可进行三维模型搭建。（2）有图纸电力设施。对于该种情况，可直接选用二维设计图建模方式，从二维设计图内获得电力设施相关数据，同时整理电力设施以往检修调整记录，以设计数据与检修调整记录为依据展开三维建模。（3）通用模型库电力设施。该方式主要指依据实测数据，采用现有几何模型、物理模型素材展开三维建模，而方式的实现同样需实测数据支撑，但无需采用测绘技术，运用全站仪、GPS等传统仪器测量电力设施，依据测量坐标及现场布局进行三维模型搭建，同时可运用数码相机等设备拍摄场内设备情况设，获得铭牌数据，通过操作模型库数据进行三维建模。

结束语：综上所述，电力设施三维建模为数字电网建设的重要环节之一，当前普遍依据二维设计图进行软件翻模，或在应用倾斜摄影测绘技术、近景摄影测绘技术、激光点测绘技术基础上展开三维建模，三维建模方法的适用场景不同，需依据数字电网实际情况进行合理选择。

参考文献：

[1]黄剑峰，丁彦柟.建模脚本对电网设备模型的优化方案实施研究[J].电力与能源，2021,42(03):296-299.

[2]钱峰，皮杰，刘俊磊等.微电网建模与控制理论综述[J].武汉大学学报（工学版）,2020,53(12):1044-1054.