搜索
基于GoogleEarth的输电线路三维建模与仿真作者：高尚飞张志生刘刚云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院昆明（650051）摘要：通过对输电线路进行垂直投影得到输电线路的数学模型，使用SketchUp工具对输电线路杆塔进行建模并导出KML文件,在对数学模型分析的基础上，以GoogleEarth为平台，编程实现了输电线路三维仿真系统，同时在系统中集成了覆冰在线监测信息。关键词：GoogleEarth；SketchUp；输电线路；建模与仿真一、引言国家电网公司“十一五”科技发展规划提出了“构建数字化电网,打造信息化企业”的战略目标，数字化和信息化作为当今科技发展的趋势和潮流将继续对我国电力系统的发展产生深远的影响[1]。输电线路是电网的重要组成部分，由于其线路距离长，通过地区的地理条件比较复杂，与众多电力线路和通讯线路交叉跨越□[2]，建立能够真实反映输电线路及其杆塔所在的地信息地貌的三维仿真系统，将对电网的规划、实施、优化、抢修救灾提供全面的决策支持，具有重要的意义。目前在电力系统中广泛应用的主要还是基于二维坐标的GIS系统，其空间表现和分析能力都有很大的局限性。近年来，计算机图形学的发展和计算机硬件性能的成倍提高使得三维表现技术日益完善，通过这些技术，我们能够构造更接近于现实的各类设备模库[2]二、设计与实现，其中输电杆塔模型种类繁多，输电线路接线走向复杂，快速，高效的建模变得尤为重要。本文采用SketchUp工具建立基础模型库，基于GoogleEarth平台，设计并实现了输电线路的三维仿真系统。1.输电线路杆塔建模根据输电杆塔设计图纸，模型大小严格按照与实物大小1：1的比例，采用SketchUp工具建立输电杆塔模型，并导出到GoogleEarth中，杆塔模型的横担平行与纬线，如下图所示。2图1杆塔模型2.输电杆塔数学模型在GPS巡检系统获得输电杆塔的经度、纬度、海拔等信息的基础上，对相邻的两个输电杆塔进行垂直投影得到如下图所示的数学模型。图2输电杆塔数学模型如上图所示，在纬度和经度构成的坐标系中已知杆塔A和杆塔B的经度、纬度，即：杆塔A（杆塔A的纬度，杆塔A的经度），杆塔B（杆塔B的纬度,杆塔B的经度），根据三角函数可以计算出杆塔A到杆塔B的输电线路水平角θθ=GoogleEarth中模型是通过位置元素的经度、纬度和高度规范进行地理位置定位。方向元素指定模型绕3x（倾斜）、y（滚动）和z（方位）轴旋转。y轴指向北且与经度线平行，x轴指向东且与纬度线平行，旋转是以度数指定的，下图中显示的是正向旋转[3]。图3GoogleEarth模型正向旋转示意图由以上可知θ角度也是输电杆塔在GoogleEarth中偏转的角度，即headingθ/heading。输电杆塔模型在GoogleEarth的海拔采用绝对高度模式，海拔数据来源于GPS巡检系统获得输电杆塔位置的海拔高度，输电线路的海拔则为输电杆塔位置的海拔加上输电线路到地面的距离。绝缘子A,C的经度、纬度由三角函数可以计算得出：绝缘子A的经度=绝缘子B的经度+绝缘子A到B的距离绝缘子A的纬度=绝缘子B的纬度-绝缘子A到B的距离同理可以计算出绝缘子C的经度，纬度。绝缘子C的经度=绝缘子B的经度-绝缘子B到C的距离绝缘子C的纬度=绝缘子B的纬度+绝缘子B到C的距离3.编码实现将输电杆塔的基本信息（经度，纬度，海拔，杆塔型号）和杆塔模型信息(如杆塔型号，绝缘子A到B的距离等)存入数据库，并结合输电线路的数学模型，通过编码实现动态生成KML文件并在GoogleEarth中进行加载，最终效果图如下图所示。4图4输电杆塔最终效果图4.集成覆冰在线监测信息覆冰在线监测点与输电杆塔紧密相关，可以将覆冰在线监测点的监测信息集成到输电线路三维仿真系统中来，通过GPS巡检系统获得在线监测点的经度，纬度等地理信息，通过编程开发生成KML文件进行加载，效果图如下所示：图5集成覆冰在线监测信息效果图5.关联生产设备台帐信息以杆塔的经度，纬度等地理信息为接入口，动态关联生产设备的台帐信息，方便查阅相关信息，效果图如下所示：5图6关联生产设备台帐信息效果图三、结束语输电线路三维仿真系统是建立在GoogleEarth的基础上，通过KML文件将输电杆塔三维模型，覆冰在线监测等信息有机的组织在一起，向用户展示了全面的地形，地貌信息，构建了一个真实的三维输电线路模型，为设计评审、施工管理、应急抢修提供了有力支撑，以信息科技为辅助手段，有效地提高了工作效率，为电网运行的安全性、可靠性提供了有力保障。可以预计在现有技术水平不断发展和运行经验不断总结的基础上，输电线路三维仿真系统将以其数字化，可视化，互操作性等方面的优势，将成为输电线路发展的必然趋势，并向电网的变电，配电，用电等其它领域不断延伸，从而将发电，变电，输电，配电，用电有机地结合起来构建一个完整的生命周期。参考文献[1]黄新波.输电线路在线监测与故障诊断.北京：中国电力出版设，2008[2]李晓骏,邱家驹.基于三维GIS技术的输电线路地理信息系统的设计与实现.浙江：浙江大学电机系，2007[3]谷歌中国.，2009作者简介单位名称：云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院部门名称：信息软件所姓名：高尚飞作者简介：云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院信息软件所软件工师，主要从事电力系统信息化研究。单位名称：云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院部门名称：信息软件所姓名：张志生www.scichina.com6作者简介：云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院信息软件所软件工师项目经理，主要从事电力系统信息化研究。单位名称：云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院部门名称：信息软件所姓名：刘刚作者简介：云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院信息软件所软件工师项目经理，主要从事电力系统信息化研究。