三维输电线路构建方法的研究与应用

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1、三维输电线路构建方法的研究与应用许斌锋，孙海龙（江苏电力信息技术有限公司，江苏南京210029）摘要：随着二维GIS系统在电力行业应用的不断深入，其在对空间位置及周边地形的描述上遇到了一定的局限性。电力系统对输电线路三维展示的需求变得急迫，而为了在三维场景中快速生成符合实际线路台账的输电线路，形成三维电网结构，在此提出一种半自动的三维输电线路构建算法。该算法包括了三维建模规则、坐标转换、线路生成等步骤，可以为当前三维场景中输电线路的架设提供技术参考，此算法模型可复用、开放性、自由度高，具有广泛的应用前景。.jyqkethodof3Dtransmis

2、sionlineXUBinfeng，SUNHailong（JiangsuElectricPoationTechnologyCo.，Ltd.，Nanjing210029，China）Abstract：AX，可以建立复杂和吸引人的三维模型[3]，该软件集渲染、造型、动画制作为一体，提供了一种很好的可视化建模的方式[4]，输出格式可以选择ASE文件格式，易于读取，3DMAX可以满足输电线路中复杂的建模任务。根据约定3，以下对所建模型的节点命名及连接规则进行说明。（1）直线转角塔上，每相悬挂一串悬垂绝缘子，构建模型时在悬挂点添加编号名为“clip+序号”的

3、节点，杆塔顶端还有2个悬垂避雷线金具，挂点编号为“lclip+序号”，相邻杆塔同名同序号的绝缘子和金具之间进行连线，主要区别相位。直线塔节点命名如图4所示。（2）耐张塔上，每相有三串绝缘子，分别为大号侧绝缘子、小号侧绝缘子、跳线绝缘子，其中大号侧绝缘子挂点编号为“clip+序号＋.next”；小号侧绝缘子挂点编号为“clip+序号+.prev”；跳线串绝缘子挂点编号“clip+序号”，顶端还有2个悬垂避雷线金具；挂点编号为“lclip+序号”。两侧的绝缘子分别与前后杆塔的同名金具连线，而同一杆塔同一相位的大号侧、小号侧绝缘子分别通过引流线与跳线绝缘

4、子相连。耐张塔节点命名如图5所示。（3）对于绝缘子，本文采用悬垂绝缘子以及耐张绝缘子进行说明。如图6所示，对八分裂悬垂绝缘子进行命名，将需要连接导线的8个点分别命名为“pclip+序号”和“qclip+序号”，绝缘子与杆塔的连接处为绝缘子所在坐标系的原点。图7为八分裂耐张绝缘子，对需要连接跳线的8个节点命名为“pclip+序号”和“qclip+序号”，对于大号侧的耐张绝缘子，连接导线的8个节点命名为“pclip+序号+.next”和“qclip+序号+.next”。对于小号侧的耐张绝缘子，连接导线的8个节点命名为“pclip+序号+.prev”和“

5、qclip+序号+.prev”。杆塔模型中的节点代表绝缘子等金具悬挂位置，即绝缘子坐标系的原点所处的位置，绝缘子模型中的节点表示最终导线的连接位置。这种模型设计算法，可以根据真实线路的台账信息选择对应的杆塔型号以及绝缘子型号，真正意义地实现输电线路的自动构建。2.2三维坐标转换杆塔模型建立完毕后，按照约定2将杆塔模型放置于三维场景中，通过杆塔中已经标记的节点名称，解析模型文件，可以得到杆塔挂点在杆塔自身坐标系中的坐标，而最终需要的是其在三维场景世界坐标系中的坐标，如图8所示，需要计算出2个坐标系之间的转换关系。如图8所示，三维空间中有2个坐标系，假

6、设Oxyz为杆塔自身的三维坐标系，而O′x′y′z′为三维场景中的世界坐标系，其中点P为坐标系Oxyz中的一个点，根据线性代数相关知识，点P在坐标系O′x′y′z′下的点P′可以由式（1）得到。式中M为坐标系Oxyz与O′x′y′z′之间的转换矩阵。计算矩阵M需要知道坐标系O′x′y′z′三个轴在坐标系Oxyz中的方向向量和原点O′在坐标系Oxyz中的向量。假设x′轴的方向向量为（xx，xy，xz），y′轴的方向向量为（yx，yy，yz），z′轴的方向向量为（zx，zy，zz），O′在坐标系Oxyz中的向量为（ox，oy，oz），则坐标系转换矩阵M

7、如式（2）：假设点P的坐标为[px，py，pz]，则P′坐标如式（3）所示：通过坐标系转换，可以将杆塔节点、绝缘子节点的坐标转换为三维场景中世界坐标系的坐标，在统一的坐标系中进行输电线路的生成。2.3构建线路导线是一根柔软的，质量分布均匀的绳索[5]，是以杆塔为支撑物而悬挂起来的，其悬挂线可认为是“悬链线”[6]，可以采用近似的悬链线方程加以模拟，根据两点的坐标和可设置的输电线弧垂参数，可得到两点之间的悬链线方程。本算法在两点并垂直于地面的二维平面中，根据悬链线方程以及三维技术近似的模拟出相应的导线实体。在实际工程中，通过接入真实线路的台账，可以自

8、动设置具体塔位的杆塔型号，绝缘子型号，自动构建出输电线路。算法还采用了OpenGL技术为三维模型渲染纹理[8]，使模型外观