CN115393537A - 输电通道三维可视化建模的精准性评估***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输电通道三维可视化建模的精准性评估***，它的输电通道三维可视化模型构建模块用于根据输电通道二维图纸、输电通道激光雷达点云测量数据和倾斜摄影数据，构建输电通道三维可视化模型；三维设计平台用于根据输电通道三维可视化模型得到输电通道三维可视化场景；精准性评估模块用于将输电通道结构数据输入到输电通道三维可视化场景中，进行输电通道三维可视化建模精准性验证。本发明为建设输电通道智慧物联全景监控***提供了三维可视化技术支撑。

Description

输电通道三维可视化建模的精准性评估***及方法
技术领域
本发明涉及电力三维可视化技术领域，具体地指一种输电通道三维可视化建模的精准性评估***及方法。
背景技术
电力应用于各行各业中，有时一些电力线路故障的发生和造成的危害我们无法预测评估，或者我们有时想知道铺架线路的环境，比如一些高架线、一些电线架设周边的环境等，现在却没有一种有效地输电通道智慧物联全景监控***来对输电通道进行监控，无法实时了解通道的线路问题。
三维可视化建模现在应用于各行各业中，但是在输电通道方面缺少一种建模方法和评估这种建模方式的有效性。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种输电通道三维可视化建模的精准性评估***及方法，本发明为建设输电通道智慧物联全景监控***提供了三维可视化技术支撑。
为实现此目的，本发明所设计的输电通道三维可视化建模的精准性评估***，它包括输电通道三维可视化模型构建模块、三维设计平台和精准性验证模块；
所述输电通道三维可视化模型构建模块用于根据输电通道二维图纸、激光雷达点云测量数据和倾斜摄影数据，构建输电通道三维可视化模型；
所述三维设计平台用于根据输电通道三维可视化模型得到输电通道三维可视化场景；
所述精准性评估模块用于将输电通道结构数据输入到输电通道三维可视化场景中，进行输电通道三维可视化建模精准性验证。
本发明的有益效果：
本发明基于二维图纸、倾斜摄影技术、激光雷达点云测量技术构建的输电通道三维可视化建模，实现了国网特高压线路及密集通道三维可视化展现，评估了三维可视化建模的精准性并进行反馈，为建设输电通道智慧物联全景监控***提供了三维可视化技术支撑，为输电通道三维可视化建模研究工作提供了方向。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明的结构示意图。
其中，1—输电通道三维可视化模型构建模块、2—三维设计平台、3—精准性验证模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图2所示的输电通道三维可视化建模的精准性评估***，如图1所示，它包括输电通道三维可视化模型构建模块1、三维设计平台2和精准性验证模块3；
所述输电通道三维可视化模型构建模块1用于根据输电通道二维图纸、激光雷达点云测量数据和倾斜摄影数据，构建输电通道三维可视化模型；
所述三维设计平台2用于根据输电通道三维可视化模型得到输电通道三维可视化场景；
所述精准性评估模块3用于将输电通道结构数据输入到输电通道三维可视化场景中，进行输电通道三维可视化建模精准性验证。
上述技术方案中，所述根据输电通道二维图纸、输电通道激光雷达点云测量数据和倾斜摄影数据，构建输电通道三维可视化模型的具体过程为：
首先、提取国网特高压输电线路及密集通道的电线仿真数据，电线仿真数据包括金具图、线路路径图、线路塔位坐标、金具拼接图、铁塔塔形装配图纸和电力线参数；
然后，对输电线路金具、塔形基础及电力线元件进行三维参数化建模和属性信息的配置，搭建相应的元件库；
利用绘图软件，按照预设比例(按照想要呈现的图像样式大小确定)采用圆柱体、立方体，及元件库构建输电通道三维模型；
根据输电通道各点的坐标和各点对应的高度和倾斜角，利用铁搭拼接成果和金具串拼接成果，在输电通道三维模型基础上搭建输电线路全线模型；
根据输电线路全线模型，得到输电通道三维可视化模型中GIS平台相应的配置文件和对应的GIS平台原始数据模型，将GIS平台相应的配置文件和对应的GIS平台原始数据模型输出到GIS应用***来分析电线位置信息。
上述构建输电通道三维可视化模型的具体过程还包括：采用无人机航测设备，根据三维可视化建模需要，确定航测范围，对航线进行规划和航线高度和倾斜角参数设定；
通过在同一飞行平台上搭载多台传感器同时从不同角度采集输电线路影像，获取影像中地面物体的结构数据信息(包括数样式、高度位置)；
对数据进行预处理，将不同的拍摄点的输电线路及拍摄到的周边事物的点云数据进行拼接得到仿真模型；
在点云数据上拟合成模型，构建输电线路及拍摄到的周边事物三维线框模型和物体结构影像；
将物体样式的纹理信息映射到三维线框模型上，形成输电通道三维可视化模型的三维线框模型的真实纹理，即仿真的模型样式。
上述构建输电通道三维可视化模型的具体过程还包括：激光测距***向探测目标主动发射高频率的激光脉冲，获取测量物体与地物表面的距离、地物表面坡度、地物表面粗糙度和地物表面反射率，并生成高密度的三维空间坐标，即激光雷达点云数据，从不同视角对这些激光雷达点云数据进行三维显示，量测，计算激光雷达点云数据所表达目标的表面积、体积；
对激光雷达点云数据进行分层预处理，分离出其中的建筑物、树木、道路等地物类型；
对激光雷达点云数据进行三维重建，得到输电通道三维可视化模型。
上述技术方案中，所述三维设计平台2根据输电通道三维可视化模型得到输电通道三维可视化场景的具体方法为：将输电通道三维可视化模型输入到三维设计平台；基于三维设计平台中的三维选线***，结合道亨杆塔设计***、金具组装***、基础设计***、杆塔放样***，建立杆塔、绝缘串、基本样式模型，展现完整的输电通道三维可视化场景。
上述技术方案中，所述精准性评估模块3用于将输电通道结构数据输入到输电通道三维可视化场景中，进行输电通道三维可视化建模精准性验证的具体方法为：
获取地表Lidar数据；
根据CAD数据提供的输电通道地物(建筑物)平面坐标数据，内插对应的地表Lidar数据，求出地物的高度信息；
依据地物的高度信息，进行影像地面点位(影像中地面上一些位置坐标)的误差分析，根据误差正反方向上的范围判断采用输电通道三维可视化场景测量地物高度的精确性。
上述输电通道结构数据包括地表Lidar数据、输电通道地物(建筑物)平面坐标数据、地物的高度信息。
上述技术方案中，所述影像地面点位中误差分析包括拍摄地点的坐标中误差与三维空间坐标中误差，经过误差传播计算而得到影像地面点位中误差，其中，影像地面点位中误差采用空间中三点的误差坐标表示(mXT，mYT，mZT)，计算公式为：
Figure BDA0003787196290000051
Figure BDA0003787196290000052
Figure BDA0003787196290000053
其中，mXT为影像地面点位中横向上的误差，mYT为影像地面点位中纵向上的误差，mZT为影像地面点位中高度方向上的误差，mXST为拍摄地点横向上的坐标，mXST为拍摄地点纵向上的坐标，mZST为拍摄地点高度方向上的坐标，mX为三维空间横向上的坐标，mY为三维空间纵向上的坐标，mZ为三维空间高度方向上的坐标。
从以上公式可以看出，影像地面点位中误差是由拍摄地点的坐标中误差与三维空间坐标中误差，经过误差传播计算而得到。
上述技术方案中，将采用输电通道三维可视化场景得到的地物高度值与利用仪器测量的对应地物高度实际值，进行对比检验，得出绝对误差和相对误差。
本发明精度检验，利用摄影测量得到的地物的高度，进行三维建模并且对部分建筑物进行实地的检验，结果表明摄影测量手段对地物的高度的测定于理论值是相符合的。其中绝对误差和相对误差的计算公式如下：
Δ＝l-X (4)
k＝Δ/(l+X) (5)
其中，Δ表示绝对误差，X表示地物的高度，k表示相对误差。
一种上述***的输电通道三维可视化建模的精准性评估方法，如图1所示，它包括如下步骤：
步骤1：根据输电通道二维图纸、输电通道激光雷达点云测量数据和倾斜摄影数据，构建输电通道三维可视化模型；
步骤2：根据输电通道三维可视化模型得到输电通道三维可视化场景；
步骤3：将输电通道结构数据输入到输电通道三维可视化场景中，进行输电通道三维可视化建模精准性验证。
本发明采用的技术手段详细说明，如下：
一种输电通道的三维可视化建模的精准性评估方法，包括：
1)基于二维图纸的输电通道三维可视化建模研究；
提取国网特高压输电线路及密集通道的金具图(含参数表)、线路路径图、线路塔位坐标、金具拼接图、铁塔塔形装配图纸、电力线参数、线路等相关材料；根据收集的资料，对输电线路金具、塔形基础及电力线元件进行三维参数化建模和属性信息的配置，搭建相应的元件库；利用专业绘图软件，按照一定比例采用圆柱体、立方体等人工构建输电线路三维模型；根据线路坐标和相应参数，利用铁搭拼接成果和金具串拼接成果，自动搭建输电线路全线模型；成果的输出，根据线路建模成果，输出相应的配置文件和对应的原始数据模型，输出成果至GIS应用***。
2)基于倾斜摄影技术的输电通道三维可视化建模的研究；
实现国网特高压输电线路及密集通道范围内数据的获取功能，选择无人机航测设备，确定航测范围，对航线进行规划和参数设定，实施无人机航测，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器(五镜头相机)同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体的数据信息；对数据进行预处理，不同测站点云数据拼接，去噪、重采样等处理；进行三维建模，利用PointCloud、Cyclone等软件在点云上拟合成型，快速构建三维线框模型和实体；实现纹理映射功能，纹理信息映射到模型上，形成模型的真实纹理。
3)基于激光雷达点云测量技术的输电通道三维可视化建模的研究；
实现国网特高压输电线路及密集通道激光雷电点云数据获取的功能，激光测距***向探测目标主动发射高频率的激光脉冲，直接获取地物表面的距离、坡度、粗糙度和反射率等信息，经过处理生成高密度的三维空间坐标，即点云，从不同视角对这些点云进行三维显示，量测，计算点云所表达目标的表面积、体积等；对激光雷达点云数据进行分层预处理，分离出其中的建筑物、树木、道路等地物类型；对模型进行整合，三维重建，建立三维可视化模型。
4)实现输电通道三维可视化展现；
将整合后的三维可视化模型数据输入到三维设计平台，依托三维选线***，结合道亨杆塔设计***、金具组装***、基础设计***、杆塔放样***等设计软件，快速建立杆塔、绝缘串、基础模型，从而实现完整的输电通道三维可视化场景展现。
5)评估三维可视化建模的精准性并进行反馈；
通过输电线路三维可视化展现***提供的输电通道数据进行相关性分析，根据分析结果提出一种根据相关性系数进行三维可视化建模精准性修正的方法，提升输电通道展现的准确性并进行反馈修正。
在本发明三维建模时，经常使用近景摄影测量的方法收集建筑物高度。首先获取地表Lidar数据，然后根据cad数据可提供的建筑物平面坐标数据，内插对应的地表Lidar数据，即可求出建筑物的高度信息。摄影测量方法是一个高效和可靠的精密测量方法，广泛应用于建筑物的高度测定。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种输电通道三维可视化建模的精准性评估***，其特征在于：它包括输电通道三维可视化模型构建模块(1)、三维设计平台(2)和精准性验证模块(3)；
所述输电通道三维可视化模型构建模块(1)用于根据输电通道二维图纸、激光雷达点云测量数据和倾斜摄影数据，构建输电通道三维可视化模型；
所述三维设计平台(2)用于根据输电通道三维可视化模型得到输电通道三维可视化场景；
所述精准性评估模块(3)用于将输电通道结构数据输入到输电通道三维可视化场景中，进行输电通道三维可视化建模精准性验证。
2.根据权利要求1所述的输电通道三维可视化建模的精准性评估***，其特征在于：所述根据输电通道二维图纸、输电通道激光雷达点云测量数据和倾斜摄影数据，构建输电通道三维可视化模型的具体过程为：
首先、提取国网特高压输电线路及密集通道的电线仿真数据；
然后，对输电线路金具、塔形基础及电力线元件进行三维参数化建模和属性信息的配置，搭建相应的元件库；
利用绘图软件，按照预设比例采用圆柱体、立方体，及元件库构建输电通道三维模型；
根据输电通道各点的坐标和各点对应的高度和倾斜角，利用铁搭拼接成果和金具串拼接成果，在输电通道三维模型基础上搭建输电线路全线模型；
根据输电线路全线模型，得到输电通道三维可视化模型中GIS平台相应的配置文件和对应的GIS平台原始数据模型，将GIS平台相应的配置文件和对应的GIS平台原始数据模型输出到GIS应用***来分析电线位置信息。
3.根据权利要求2所述的输电通道三维可视化建模的精准性评估***，其特征在于：构建输电通道三维可视化模型的具体过程还包括：采用无人机航测设备，根据三维可视化建模需要，确定航测范围，对航线进行规划和航线高度和倾斜角参数设定；
通过在同一飞行平台上搭载多台传感器同时从不同角度采集输电线路影像，获取影像中地面物体的结构数据信息；
对数据进行预处理，将不同的拍摄点的输电线路及拍摄到的周边事物的点云数据进行拼接得到仿真模型；
在点云数据上拟合成模型，构建输电线路及拍摄到的周边事物三维线框模型和物体结构影像；
将物体样式的纹理信息映射到三维线框模型上，形成输电通道三维可视化模型的三维线框模型的真实纹理。
4.根据权利要求3所述的输电通道三维可视化建模的精准性评估***，其特征在于：构建输电通道三维可视化模型的具体过程还包括：激光测距***向探测目标主动发射激光脉冲，获取测量物体与地物表面的距离、地物表面坡度、地物表面粗糙度和地物表面反射率，并生成三维空间坐标，即激光雷达点云数据，从不同视角对这些激光雷达点云数据进行三维显示，量测，计算激光雷达点云数据所表达目标的表面积、体积；
对激光雷达点云数据进行分层预处理，分离出其中的建筑物、树木、道路；
对激光雷达点云数据进行三维重建，得到输电通道三维可视化模型。
5.根据权利要求1所述的输电通道三维可视化建模的精准性评估***，其特征在于：所述三维设计平台(2)根据输电通道三维可视化模型得到输电通道三维可视化场景的具体方法为：将输电通道三维可视化模型输入到三维设计平台；基于三维设计平台中的三维选线***，结合道亨杆塔设计***、金具组装***、基础设计***、杆塔放样***，建立杆塔、绝缘串、基本样式模型，展现完整的输电通道三维可视化场景。
6.根据权利要求1所述的输电通道三维可视化建模的精准性评估***，其特征在于：所述精准性评估模块(3)用于将输电通道结构数据输入到输电通道三维可视化场景中，进行输电通道三维可视化建模精准性验证的具体方法为：
获取地表Lidar数据；
根据CAD数据提供的输电通道地物平面坐标数据，内插对应的地表Lidar数据，求出地物的高度信息；
依据地物的高度信息，进行影像地面点位的误差分析，根据误差正反方向上的范围判断采用输电通道三维可视化场景测量地物高度的精确性。
7.根据权利要求6所述的输电通道三维可视化建模的精准性评估***，其特征在于：所述影像地面点位中误差分析包括拍摄地点的坐标中误差与三维空间坐标中误差，经过误差传播计算而得到影像地面点位中误差，其中，影像地面点位中误差采用空间中三点的误差坐标表示(mXT，mYT，mZT)，计算公式为：
Figure FDA0003787196280000031
Figure FDA0003787196280000032
Figure FDA0003787196280000033
其中，mXT为影像地面点位中横向上的误差，mYT为影像地面点位中纵向上的误差，mZT为影像地面点位中高度方向上的误差，mXST为拍摄地点横向上的坐标，mXST为拍摄地点纵向上的坐标，mZST为拍摄地点高度方向上的坐标，mX为三维空间横向上的坐标，mY为三维空间纵向上的坐标，mZ为三维空间高度方向上的坐标。
8.根据权利要求6所述的输电通道三维可视化建模的精准性评估***，其特征在于：将采用输电通道三维可视化场景得到的地物高度值与利用仪器测量的对应地物高度实际值，进行对比检验，得出绝对误差和相对误差。
9.一种权利要求1所述***的输电通道三维可视化建模的精准性评估方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：根据输电通道二维图纸、输电通道激光雷达点云测量数据和倾斜摄影数据，构建输电通道三维可视化模型；
步骤2：根据输电通道三维可视化模型得到输电通道三维可视化场景；
步骤3：将输电通道结构数据输入到输电通道三维可视化场景中，进行输电通道三维可视化建模精准性验证。
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