CN109360287A - 输电线路三维数字化运检管理*** - Google Patents
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Abstract
输电线路三维数字化运检管理***是一个输电线路信息化管理软件；利用无人机、移动互联网、GIS技术、三维技术等开发管控平台，一站式解决电力企业设施、外业管理事物。***运用空间信息技术和三维可视化技术，构筑了一个“数字电网”，能够直观、实时把控电网运行信息，并进行外业管理。在“三维仿真模拟工作***”飞行坐标引导下，采用无人机巡查可解决山区、中长线输电线路周期性巡查难问题。基于“PC管理***+移动巡查APP***”管理控制平台，可实现管理人员对外业事务实施精准管理，外业人员可通过移动APP终端随时上传数据信息，成果汇报。另外，可有效解决信息交互、定位导航、远程管理、远程技术支援、突发情况处置等实际问题。
Description
一、技术命名
输电线路三维数字化运检管理***
二、技术领域
本(发明)软件***涉及一种新型输电线路三维仿真技术，结合大数据应用技术，通过搭建一个高度信息化的管理平台，有效解决供电企业输电线路巡检管理问题。
本***通过整合移动终端技术、移动互联网技术、GIS技术、无人机技术、三维技术、大数据技术、 webGL技术、GIS技术、Android***技术等多种技术，并基于“PC管理***+移动巡查APP***”管理控制平台，实现任务管理、信息交互、无人机巡检、远程管理、定位导航等多种管理目标。
三、背景技术
目前，我国输电线路管理模式相对落后，线路设施的巡查主要还是依靠车辆、徒步、电话、人工识别等基础方式，总体技术含量低，作业效率低且无法实现中长线路的周期性巡检；另外，还存在外业人为因素多、管理工作碎片化、外业作业精度低等问题。
本***在技术创新设计的基础上，提出了全面的(技术性)解决方案。
1、人工巡查方式
●靠车辆和徒步到达指定位置，重点是山区道路不畅，车辆难以通行导致巡查困难；
●难以对长距离山区、偏远地区输电线路实施周期性巡查；
●气候炎热、寒冷、雨雪等条件增加外业作业难度，巡检速度大幅下降；
2、人工识别方式
●缺陷、故障完全依靠人工识别发现，人为随意性大，存在大量未知隐患；
●危险高空设施、山区线路容易形成巡检盲区，存在大量安全隐患；
●受外业人员专业化能力和经验限制，存在较多难以发现的安全隐患；
●认为随意性强，难以保证全面、细致、安全的作业效果且工作效率低、管理成本高；
3、碎片化管理方式
●对于外业人员管理基本上处于粗放式、半失控状态，难以实现精准管理；
●管理计划、指令，难以和外业人员实现信息同步，且存在较大管理误区；
●信息交互简单，数据信息非常零散，无法进行***化的收集、备份和二次利用；
●缺乏巡查路线导航，难以实现高效管理，浪费大量时间、人力和物资；
6、应急反应速度慢
●整体管理模式落后导致对突发事件反应能力低下，无法在第一时间做出指令；
●管理人员难以准确判断缺陷、故障情况，难以满足密集输电线路管理需求；
四、发明内容
1、发明内容描述
为解决供电企业输电线路难以实现高精度管理的问题，本发明提供一种新型的输电线路三维数字化运检管理***，是一种以输电线路、杆塔、变压器等输电设施的巡检、维修、保养等外业工作管理为核心的人、物、事一体化管理软件；利用现代移动终端技术、无人机技术、移动互联网技术、大数据技术、GIS 技术、三维技术等创新开发设计工作***，一站式解决电力企业的设施管理、外业管理等管理问题，能够快速、高效、实时的满足日常巡检工作需求。
输电线路三维数字化运检管理***同时还集成了影像数据、DEM、三维模型数据、业务数据等海量数据，可在客户端对三维数据进行快速浏览、三维渲染、拓展需求、功能设计等操作。***运用空间信息技术和三维可视化技术，构筑了一个“数字电网”，能够直观、实时地了解电网的运行信息，辅助管理人员进行业务管理和决策，从而更加科学、有效的对电网进行管理，提高电网运行效率、降低运营成本，解决传统的线路运检模式具有以上及时性差、人为因素多、无法实时查看人员状态和现场情况的痛点
本软件***的核心技术是“三维仿真模拟工作***”，在高精度三维仿真模拟地图飞行坐标引导下，可实现无人机无死角巡航巡检，以提高工作效率和作业精度(图1)。采用的“无人机巡查+人工巡查”方式，同时可解决山区路况复杂、中长线输电线路周期性巡查难问题，可有效解决线路过长、天气炎热/高寒、山区交通不便、外业机动速度慢等难点问题。
同时，基于“PC管理***+移动巡查APP***”的管理控制平台，可实现管理人员、外业人员的高效对接与信息互通。管理人员可通过PC管理***对外业事务实施精准管理，发送工作指令，验收任务结果；外业人员可通过移动APP终端随时上传(图片、视频、文本)工作数据信息，进行作业请示、寻求技术支持与作业成果汇报。
另外，本***具备强大的数据管理、实时定位、搜索导航等多项功能，可有效解决信息保存、信息交互、实时定位、快速导航、远程管理指挥、远程技术支援、突发情况处置等实际问题，为电力企业外业管理提供一站式解决方案。
本(发明)软件***是一个“三维空间技术+大数据应用+信息化管理”于一体的创新***软件，国内市场暂未发现同类软件***，其中，“三维仿真模拟工作***”属于独有创新技术。
2、本专利主要解决的(技术)问题
1)解决中长线、偏远山区、高危部位输电设施(周期性)巡检难以实现问题
2)解决对外业人员难以有效管控，外业任务随意性强、作业标准低的问题
3)解决信息交互方式落后，数据信息零散、难以保存和二次利用问题
4)解决管理理人员对输电线路实时缺陷、故障难以精准把控，远程管理难问题
5)解决巡检线路快速查找、精准导航和位置精准定位问题
6)解决输电企业外业管理信息化、自动化程度低，整体管理成本高的问题
3、本专利提出的(技术性)解决方案
1)采用“无人机巡检+人工巡检方案”，解决中长线(山区线路)巡查难问题
2)采用“PC管理***+移动APP***”方案，解决外业人员难以有效管控问题
3)采用大数据信息技术，解决数据信息零散、难以整合二次利用的问题
4)采用GIS技术、三维仿真技术，解决故障处置效率低、隐患多的问题
5)采用三维仿真技术、GPS卫星定位技术，解决路线导航和实时定位问题
6)通过打造信息化管理平台，升级管理模式，降低管理成本。
五、附图说明
1)图1输电线路三维数字化运检管理***工作原理图；
2)图2输电线路三维数字化运检管理***(框架)总设计图；
3)图3三维仿真工作环境搭建；
4)图4输电设施三维仿真模型工作环境设计；
5)图5PC端Web管理***(架构)设计；
6)图6移动巡查APP***(架构)设计；
7)图7无人机倾斜摄影技术。
六、技术方案
1、***概述
输电线路三维数字化运检管理***是以输电线路、杆塔、变压器、配套设施的巡检、维修、保养及外业工作管理为核心的人、物、事一体化管理软件，以无人机技术、移动终端技术、移动互联网技术、GIS 技术、三维技术为基础，一站式解决电力企业的设施设备、外业管理问题。
2、***总体设计
输电线路三维数字化运检管理***，总体上由三维仿真模型工作环境、PC端Web管理***、移动巡查 APP***三大技术***组成(图2)，其中：
第一板块[三维仿真工作环境]：核心技术***，通过设计完成[三维素材采集、三维模型制作、三维模型和地图合成、输电设施三维模型制作、设施三维模型和三维地图融合]，完成三维仿真工作环境部署。
第二板块[PC端Web管理***]：建立PC端Web管理***，实现[设施信息维护、突发事件管理、外业管理、无人机巡查管理、人员权限管理]共计5项功能，完成管理***部署。
第三板块[移动巡查APP***]：建立移动APP***，实现[快速导航、实时定位、设施信息查看、任务管理、工作汇报]共计5项功能，完成移动巡查APP***部署。
3、项目技术路线
输电线路三维数字化运检管理***总体上由三维仿真建模、PC端Web管理***、移动端APP***组成，三个***的开发融合形成完整的管理软件***。
***采用B/S架构，移动端使用安卓平台APP方案，软件后台管理***采用webGL、三维建模等技术将地图信息和资产信息通过GIS技术在浏览器端综合展现，并配套数据库；主要考虑点：
●手机端APP需要与后台服务进行数据通信；
●***采用在线的影像图和线路三维模型，数据信息量大；
●保证***安全性，需要在满足信息处理快、安全性高、易维护基础上，对***进行设计。
***后端主要语言使用.NET，支持多种语言的互操作,即在一种语言下开发的组件,可在另一组件下通过面向对象的继承而得以重用..NET通过将各语言先编译成中间语言(IL),然后再执行时用即时(Just In Time)编译器将之编译成本地平台代码来实现异构平台下对象的互操作,.NET通过公共语言运行库 CLR(Common Language Runtime)来实现资源对象,类型的安全.
前端使用VUE进行开发，其通过将HTML,CSS,JS的前端页面元素统一通过VUE来展现和编辑，可以使工程师更专注于业务逻辑进行开发，而且具有一次开发，跨平台运行的特点，在不同尺寸的PC和平板电脑上都有良好的显示效果。
***移动端使用安卓平台进行开发，支持设备多，易于定制化，可根据特殊需求定制设备，支持4G 网络，随时随地进行通讯，自带GPS、RFID等功能模块，扩展功能和潜力强大；
整个***采用模块化同步开发的模式，将***拆分成若干个任务模块同时进行开发，节省了大量的开发时间，整个***因为模块化设计具有运行稳定，增加功能方便等特点。
3.1三维仿真工作环境搭建
三维仿真工作环境部署主要技术实现路径是三维仿真建模和三维地图制作，通过以下5 个技术步骤完成(图3)三维仿真工作环境部署。
3.1.1三维影像素材采集
利用无人机倾斜摄影技术(图7)采集影像素材：采用无人机倾斜摄影技术中的无人机高分辨率正射遥感影像技术，拍摄采集(山系、道路、河流、建筑物)立体影像，并合成带有地理坐标的无人机正射遥感影像，即合成制作出三维地图。
3.1.2三维仿真模型制作
利用三维建模技术制作三维模型：根据无人机采集的影像素材制作高分辨率地形数字高程模型，利用利用无人机影像立体像对技术，实现高分辨率数字高程模型采集与获取，并且通过电线杆塔高度值进行地形高程校准，制作出高仿真(山系、道路、塔杆、河流、建筑物)三维模型。
3.1.3三维模型和地图合成
将三维仿真模型和三维地图进行布置融合，完成三维地图的制作。
3.1.4输电设施三维仿真模型制作
根据输电线路施工图纸和相关设备(杆塔、金具、导线、建筑物)根据实际规格、尺寸制，在三维地理信息***上加载无人机影像与地形，并进行高仿真建模，制作输电设施设备高仿真三维模型。
3.1.5设施三维模型和三维地图融合
输电线路设备设施高仿真三维模型和三维地图布置融合，完成***化的三维仿真工作环境搭建。
3.2 PC端Web管理***搭建
***采用B/S架构，主要采用.NET语言开发，PC端管理***专供管理人员使用。
后台管理***采用webGL、三维建模等技术将地图信息和资产信息通过GIS技术在浏览器端综合展现，管理员可以在后台管理***进行各项管理操作。PC端Web管理***可实现以下6项管理功能(图3)操作。
3.2.1设施信息维护
●增减设施，可增减设施数量，批量导入设施属性信息
●修正三维地图，可修正三维模拟仿真地图属性
●设施更新，可修正设施属性，进行修正及更新
●修正坐标，可增减和修正飞行坐标
●可标记特殊路段信息、警示提示
3.2.2突发情况管理
●处突预案，可制定突发情况处置预案
●接受报告，可接受突发情况报告信息
●处突指令，可针对突发情况，下达应急处置指令
3.2.3常规外业管理(图3)
●任务计划管理，制定常规周期性巡检任务计划和突发情况临时性巡检任务；
●巡检管理，对外业人员实施同步管理，可查看任务信息、状态信息、位置信息；
●缺陷管理，对外业人员发回的缺陷、故障信息进行判断并发出维修处置指令；
●检修审验管理，对外业人员作业结果进行审核，确定是否完成任务；
●巡检线路管理，设定巡检线路，维护历史巡检线路记录；
3.2.4无人机巡检管理(图4)
●无人机航线规划管理，设定无人机巡检航线，制定巡航计划；
●模拟飞行，针对航线进行模拟飞行，矫正飞行坐标及安全性；
●飞行坐标修正管理，可增减和修正飞行坐标，优化航线；
3.2.5人员权限管理
●人员管理，管理外业人员信息；
●权限管理，管理***各功能性模块的使用权限；
●历史记录管理，对历史任务记录、信息进行保存管理；
3.3移动巡查APP***搭建
移动巡查APP***采用Android***技术搭建，APP客户端专供外业人员使用。
APP***是整个***的感知层和执行层，各类信息通过APP终端设备进行采集并且通过 APP进行提交，用于接收、汇报工作任务；外业人员可实现以下6项子功能操作。
3.3.1快速导航
●实时路线导航，在三维地图上进行位置、杆塔、建筑设施、道路进行快速定位导航；
●历史路线导航，查找以往的历史巡检路线，并直接使用进行快速导航；
3.3.2实时定位
●人员定位，外业人员、车辆所在位置定位，并自动提供导航线路；
●设施定位，塔杆、线路、建筑物、设备设施位置定位；
●应急定位，接到突发情况处置指令，快速定位突发情况所在位置；
3.3.3设施信息查看
●设备设施信息，查看指定位置的塔杆、线路、设施属性信息；
●周边信息查看，查看周边地形地貌、建筑物等信息；
●设施增减信息，查看增减设施的动态，掌握最新设施情况；
3.3.4任务管理
●任务接受，通过APP任务信息提示，查看接受任务指令；
●请示汇报，上传照片、视频等影像材料，请示维修处置指令；
●任务汇报，完成任务后汇报作业结果，待管理人员审核检查；
3.3.5工作汇报
●工作日志，撰写上传每日工作日志；
●总结汇报，针对每次任务、季度、年度工作进行总结汇报；
七、技术亮点
1、倾斜摄影
倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。(图7)
特点一：反映地物周边真实情况
相对于正射影像，倾斜影像能让用户从多个角度观察地物，更加真实的反映地物的实际情况，极大的弥补了基于正射影像应用的不足。
特点二：倾斜影像可实现单张影像量测
通过配套软件的应用，可直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用。
特点三：建筑物侧面纹理可采集
针对各种三维数字城市应用，利用航空摄影大规模成图的特点，加上从倾斜影像批量提取及贴纹理的方式，能够有效的降低城市三维建模成本。
特点四：数据量小易于网络发布
相较于三维GIS技术应用庞大的三维数据，应用倾斜摄影技术获取的影像的数据量要小得多，其影像的数据格式可采用成熟的技术快速进行网络发布，实现共享应用。
2、WebGL
2.1基于WEBGL的三维展现技术
无插件式的开发和访问体验
WebGL通过OpenGL ES 2.0的JavaScript绑定，可以为HTML5Canvas提供硬件3D加速渲染，这样应用程序可借助***显卡在浏览器流畅显示三维场景和模型。相对于插件式的三维客户端，无插件式模式通过浏览器本身实现性能良好的三维应用，为开发者和最终使用者提供了良好友善的开发与访问体验。●对开发者而言，免除了开发专用插件的麻烦，开发者掌握JavaScript语言即可快速搭建B/S架构的三
维GIS应用平台；
●对最终用户而言，在web端访问三维场景仅需输入地址即可浏览，省去了下载、安装插件的繁琐步
骤，节省了操作时间，并且无插件安装更有利于用户的安全性体验。
2.2跨浏览器、跨操作***
WebGL作为一种3D绘图技术标准，采用统一、通用的技术标准使其具有跨浏览器、跨操作***的良好兼容性能，即SuperMap iClient3D 8C for WebGL适用于Windows、Linux、Mac操作***，应用程序可运行在任何支持WebGL的浏览器上，如IE、Firefox、chrome、edge等。
2.3基于CSS样式的信息叠加技术
用简单的标记语言实现具备复杂UI的信息层叠加展示，可利用网站前后台简单、明了的实现信息UI 样式编辑添加，在全景视屏、全景图片、倾斜模型、GIS等各类载体上叠加信息展示模型。相比原来的气泡、图标的信息展示方式，基于CSS的复杂UI展示可实现动态、复杂、美观等效果。是用户利用GIS展示内容和数据一目了然。
3、基于CARTODB的地图可视化技术
利用CARTODB实现数据的GIS展示、分析。通过网站后台使用地图，可视化工具，帮助用户把手机或网站里位置数据进行可视化处理，转化成直观的地图。它不仅能处理地理空间数据，还可以提供了数据分析、可视化。
八、有益效果
本专利软件***可为输电线路管理带来以下有益效果：
九、具体实施方式
在图2中，软件***主体信息架构搭建，分别搭建：三维仿真模型(三维仿真工作环境)、PC端Web 管理***、移动巡查APP***在内的3个***板块。
在图3中，输电设施三维仿真模型工作环境设计搭建，依次完成：三维素材采集、三维模型制作、三维模型和地图融合、输电设施三维模型制作、设施三维模型和三维地图融合总计5个步骤设计开发，形成***化的三维仿真模型工作环境(图4)。
在图5中，完成PC端Web管理***开发搭建，设计布局：设施信息维护、突发情况管理、常规外业管理、无人机巡查管理、人员权限总计5项功能模块应用开发
在图6中，完成移动APP***(Android)开发搭建，设计布局：快速导航、实时定位、设施信息查看、任务管理、工作汇报总计5项功能模块应用开发。
分别完成：三维仿真模型工作环境、PC端Web管理***、移动巡查APP***三大***开发搭建后，本专利***即可实现(图1)所示的工作原理图，整个软件***就可投入使用。
Claims (1)
1.输电线路三维数字化运检管理***专有技术权利要求共1项。
三维仿真模拟工作环境搭建技术
三维仿真模拟工作环境搭建技术是一种新型的三维仿真工作环境搭建技术,其特征是：三维仿真地图与三维仿真模型的高度融合，在虚拟环境下形成可操作的输电线路管理工作环境。
主要实现路径是三维仿真建模和三维地图制作，通过以下5个技术步骤设计完成(图3)三维仿真工作环境搭建与部署。
1、三维影像素材采集
利用无人机倾斜摄影技术(图7)采集影像素材：采用无人机倾斜摄影技术中的无人机高分辨率正射遥感影像技术，拍摄采集(山系、道路、河流、建筑物)立体影像，并合成带有地理坐标的无人机正射遥感影像，即合成制作出三维地图。
2、三维仿真模型制作
利用三维建模技术制作三维模型：根据无人机采集的影像素材制作高分辨率地形数字高程模型，利用利用无人机影像立体像对技术，实现高分辨率数字高程模型采集与获取，并且通过电线杆塔高度值进行地形高程校准，制作出高仿真(山系、道路、塔杆、河流、建筑物)三维模型。
3、三维模型和地图合成
将三维仿真模型和三维地图进行布置融合，完成三维地图的制作。
4、输电设施三维仿真模型制作
根据输电线路施工图纸和相关设备(杆塔、金具、导线、建筑物)根据实际规格、尺寸制，在三维地理信息***上加载无人机影像与地形，并进行高仿真建模，制作输电设施设备高仿真三维模型。
5、设施三维模型和三维地图融合
输电线路设备设施高仿真三维模型和三维地图布置融合，完成***化的三维仿真工作环境搭建。
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