专利名称：输电线路三维仿真沿布搭建方法
技术领域：
本发明涉及输电线路的设计仿真，尤其是三维虚拟仿真输电线路的搭建，为一种 输电线路三维仿真沿布搭建方法。
背景技术：
随着国家电网规模的不断扩大，对输电线路的仿真展示、虚拟设计以及相关的施 工、巡视、检修演练等计算机仿真培训需求日益增加，这些都离不开输电线路的三维展示。 所以要解决的首要问题就是如何能够快速、准确的建立起高细节度的输电线路的三维模 型。现有的技术，对输电线路的三维展示通常都使用杆塔和绝缘子合一的模型，依照最简单 的前后连接的方式搭建线路，只能起到一个示意的作用，无法反映真实的线路形态和外观 细节；或者是使用高细节度的模型进行局部展示，无法体现整条线路的全貌。为了提高渲染 性能，以及降低技术实现的难度，通常都将电气设备模型极度简化，并且将多个组件合成一 个模型，这样不仅使展示效果大打折扣，还导致计算机不能区分不同组件，从而无法对线路 进行细节控制。此外，由于输电线路的规模庞大，杆塔数以十万计，各种导线、金具更是数不 胜数，在计算机上手工布置一条输电线路的所有细节几乎是不可能完成的任务，所以除了 杆塔位置以外，其它细节必须由计算机自动生成。尽管计算机三维建模技术、计算机三维图形图像技术和计算机地理信息技术有相 当的基础工作，但未能有用于三维虚拟仿真输电线路半自动沿布方法的出现。现有的三维 建模在实现整条输电线路的搭建时存在以下技术问题一、模型复杂庞大如果直接用建模完成，那么对地形的匹配存在问题，不能自由 控制线路的走向，需要对每张不同的地形和场景专门建立对应的模型，工作量庞大，不易制 作和修改；二、直接建模完成的输电线路开放性和自由度不够在同一个地方可能有不同的 线路类型，那么每次的添加修改或者移动，都需要直接返回建模阶段进行修改，然后重新载 入程序进行三维仿真；三、输电线路细节金具的变动存在问题例如已经制作整个江苏省的线路，其中的 一条使用了新的金具(或者因为维护修改，那么整条线路需要重新回到建模阶段，进行修 改，工程量复杂；四、在整个已有的场景中增加或者减少线路，存在与第三点同样的问题。
发明内容
本发明要解决的问题是现有技术不能满足对输电线路的三维展示的需求，三维 建模的方式过于复杂，难于实现。本发明的技术方案为输电线路三维仿真沿布搭建方法，根据输电线路的设计在 计算机中搭建输电线路的三维仿真模型，计算机中预设有输电线路各零部件的三维模型、 二维地形图、以及与二维地形图相互对应的三维虚拟场景，输电线路的仿真沿布搭建包括以下步骤，通过计算机程序实现1)、输电线路杆塔桩位布置首先在二维的平面地形图上，根据输电线路设计的杆 塔及其位置，选择对应型号的杆塔，并在二维地形图中确定杆塔对应的桩位位置，每一条输 电线路有唯一的首杆塔和末杆塔，搭建过程中根据杆塔的布置情况实时显示已搭建的输电 线路长度、输电线路中的转角角度以及杆塔类型，输电线路的整体位置确定后，设置输电线 路使用的电气设备信息，包括杆塔型号，绝缘子型号，防震锤型号，导线型号，导线分裂数以 及防震锤个数；2)、生成杆塔按照步骤1)确定的杆塔桩位位置级级杆塔型号信息，调用对应的 杆塔三维模型，在与二维地形图相互对应的三维虚拟场景中自动在每个桩位生成杆塔的模 型，杆塔模型生成时统一朝向，并自动保持朝向与线路方向一致；3)、生成绝缘子及接线金具三维虚拟场景中的杆塔确定后，计算机程序调用绝缘 子三维模型和接线金具三维模型，杆塔模型在设置时预先设有节点标记来表示绝缘子悬挂 点，通过杆塔模型中的节点标记来确定绝缘子和接线金具的悬挂位置，将绝缘子三维模型 和接线金具三维模型移动至悬挂位置，自动为每根杆塔挂接绝缘子串和接线金具，其中绝 缘子和接线金具统一线夹朝向，布置时保证线夹朝向与输电线路方向一致；4)、生成导线绝缘子及接线金具布置完毕后，即可确定导线的悬挂点，实现多分 裂导线及导线悬垂弧度的自动计算，包括杆塔之间的导线连接和转角塔/耐张塔、引流线 的连接，计算机程序在相邻的绝缘子先自动生成一根导线连接，同时对导线使用默认悬垂 度进行连接，所述默认悬垂度是根据导线材质和导线长度，通过悬垂方程计算出来的悬垂 量；在导线上确定导线挂件的位置，调用导线挂件，再按照设计的导线分裂数，在绝缘子、导 线挂件之间连接其余的导线，实现多分裂导线的三维模型搭建，同时根据相邻绝缘子、导线 挂件之间的导线距离、导线材质等信息用悬垂度方程计算导线的下垂弧度，并相应的校正 之前的默认悬垂度；由步骤1)-4)完成输电线路的沿布搭建。预设的三维模型对应110/220/500kV三种不同电压等级的输电线路，步骤1)中设 置输电线路使用的电气设备信息，先选定输电线路的电压等级，然后直接从电压等级对应 的三维模型中选择电气设备进行设置，从而减少工作量，不同电压等级具体对应的电气设 备信息为IlOkV 导线型式、避雷线型式、导线防震锤型式、避雷线防震锤型式、导线防震锤 个数、避雷线防震锤个数、直线塔类型、耐张塔类型、耐张绝缘子串类型、悬垂绝缘子串类 型、耐张跳线串类型。220kV:导线型式、避雷线型式、间隔棒型式、导线防震锤型式、避雷线防震锤型式、 导线分裂数、导线防震锤个数、避雷线防震锤个数、直线塔类型、耐张塔类型、耐张绝缘子串 类型、悬垂绝缘子串类型、耐张跳线串类型。500kV:导线型式、避雷线型式、间隔棒型式、导线防震锤型式、避雷线防震锤型式、 导线分裂数、导线防震锤个数、避雷线防震锤个数、直线塔类型、耐张塔类型、耐张绝缘子串 类型、悬垂绝缘子串类型、耐张跳线串类型。搭建过程中，对绝缘子、金具和导线挂件进行编号，编号包括主名称、序号和后缀， 具体为
a)直线塔上每相悬挂一串悬垂绝缘子，编号为“clip+序号”，还有2个悬垂避雷 线金具，编号为“lclip+序号”，相邻杆塔同名同序号的绝缘子和金具之间连线，这里的序号 用于区别相位；b)耐张塔上每相三串绝缘子，前耐张绝缘子串编号“clip+序号+.prev”，后耐张 绝缘子串“clip+序号+. next”，跳线绝缘子串编号“clip+序号”；前后耐张绝缘子串分别 与前后杆塔的同名金具连线，即同相的前一杆塔的后耐张绝缘子串连接后一杆塔的前耐张 绝缘子串，前后耐张绝缘子串之间通过同名跳线绝缘子串连线，前耐张绝缘子串的引流线 口连到跳线绝缘子串，再由跳线绝缘子串连到后耐张绝缘子串的引流线口，这里的序号用 于区别相位，后缀用于区别前后悬挂点；c)标志牌悬挂点在杆塔三维模型搭建时，在杆塔上标记悬挂相位牌和桩号铭牌 的位置；d)悬垂绝缘子串编号为“clip+序号”，这里序号作为区分多分裂导线的标记，相 邻杆塔同名绝缘子的同名节点连线，同名节点指同相位对应的绝缘子；e)耐张绝缘子串导线入口标记“clip+序号”；出口标记“clip+序号+.next”，导 线入口是杆塔间导线的接口，出口是引流线接口，入口与前后杆塔同名耐张绝缘子连线，出 口与该杆塔跳线串连线，耐张串朝向与前后线路走向一致；f)避雷线金具编号为“clip+序号”，前后杆塔同名避雷线金具连线，这里的序号 用于区别相位。本发明在计算机三维环境中，对各种各样的输电线路模型进行筛选，根据预订要 求将筛选的输电线路具体模型，进行自动化链接摆放，在三维环境中直接生成虚拟仿真输 电线路，具有以下特点1桩位布置的方式，包括自动调整朝向，保持线路形态，在二维和三维的布置方式 中运用，本发明区别直线和转角塔，并且由于导线是自动连接，可以在杆塔拖动中保持线路 形态；2自动化布线在杆塔桩位布置完毕后，使用电脑进行自动部件连接，其中布线规 则，如金具如何连接和实际操作中一样，但是本发明实现了布线规则的数字化，以前对布线 规则没有系统的归纳，直接将实际操作的规则转为程序，会导致程序复杂庞大，需要人员手 动调整环节多等问题，本发明将线路划分为桩位、绝缘子金具、导线、导线挂件等部分，为输 电线路的三维数字化奠定了基础。现有技术中，没有对输电线路的设备进行归纳，没有形成这些分类和它们之间的 相对关系，无法为输电线路设备建立通用的三维模型，本发明可以作为一种通用的输电线 路数字化方案，首先建立一个输电线路设备的通用三维素材库；在此基础上，在二维地形图 上设置杆塔桩位，以及绝缘子、金具等的型号信息，既可以实现输电线路的自动三维搭建。 本发明较完美的实现了输电线路的三维仿真沿布，提供了目前最高的细节展示和高效准确 的半自动布置手段，为进一步的需求开发奠定的基础。
图1为本发明的原理示意图。
具体实施例方式本发明提出一种输电线路半自动沿布方法，能够区分输电线路不同组件，能对输 电线路进行细节控制和显示；且对输电线路的杆塔、导线、金具进行自动计算的方法，本发 明完成在三维环境中，对整条输电线路分散的模型进行自动匹配链接，形成完整正确的输 电线路输电线路三维仿真沿布搭建方法，如图1，根据输电线路的设计在计算机中搭建输 电线路的三维仿真模型，计算机中预设有输电线路各零部件的三维模型、二维地形图、以及 与二维地形图相互对应的三维虚拟场景，输电线路的仿真沿布搭建包括以下步骤，通过计 算机程序实现1)、输电线路杆塔桩位布置首先在二维的平面地形图上，根据输电线路设计的杆 塔及其位置，选择对应型号的杆塔，并在二维地形图中确定杆塔对应的桩位位置，每一条输 电线路有唯一的首杆塔和末杆塔，搭建过程中根据杆塔的布置情况实时显示已搭建的输电 线路长度、输电线路中的转角角度以及杆塔类型，输电线路的整体位置确定后，设置输电线 路使用的电气设备信息，包括杆塔型号，绝缘子型号，防震锤型号，导线型号，导线分裂数， 防震锤个数等；本发明通常在培训应用中，用于布置一些虚拟线路，这种应用对绝缘子、金 具等电气设备不要求细致分辨型号，一条线路通用一种型号就可以，在一条线路上，杆塔类 型有两种，首杆塔/末杆塔/转角塔为一种类型，另外一种为直线塔，在设置的时候，预先设 置的三维模型库对应110/220/500kV三种不同电压等级，在选定电压等级后，可以直接选 择对应的模型库，然后进行设置，从而减少工作量，不同电压等级具体要设置的电气设备信 息为IlOkV 导线型式、避雷线型式、导线防震锤型式、避雷线防震锤型式、导线防震锤 个数、避雷线防震锤个数、直线塔类型、耐张塔类型、耐张绝缘子串类型、悬垂绝缘子串类 型、耐张跳线串类型。220kV:导线型式、避雷线型式、间隔棒型式、导线防震锤型式、避雷线防震锤型式、 导线分裂数、导线防震锤个数、避雷线防震锤个数、直线塔类型、耐张塔类型、耐张绝缘子串 类型、悬垂绝缘子串类型、耐张跳线串类型。500kV:导线型式、避雷线型式、间隔棒型式、导线防震锤型式、避雷线防震锤型式、 导线分裂数、导线防震锤个数、避雷线防震锤个数、直线塔类型、耐张塔类型、耐张绝缘子串 类型、悬垂绝缘子串类型、耐张跳线串类型。本发明也可以对应真实线路布置模式，对输电线路的设置进行手动微调。2)、生成杆塔按照步骤1)确定的杆塔桩位位置级级杆塔型号信息，调用对应的 杆塔三维模型，在与二维地形图相互对应的三维虚拟场景中自动在每个桩位生成杆塔的模 型，杆塔模型生成时统一朝向，并自动保持朝向与线路方向一致；3)、生成绝缘子及接线金具三维虚拟场景中的杆塔确定后，计算机程序调用绝缘 子三维模型和接线金具三维模型，杆塔模型在设置时预先已经标记绝缘子悬挂点，通过杆 塔模型中的节点标记来确定绝缘子和接线金具的悬挂位置，将绝缘子三维模型和接线金具 三维模型移动至悬挂位置，自动为每根杆塔挂接绝缘子串和接线金具，其中绝缘子和接线 金具统一线夹朝向，布置时保证线夹朝向与输电线路方向一致；4)、生成导线绝缘子及接线金具布置完毕后，即可确定导线的悬挂点，实现多分裂导线及导线悬垂弧度的自动计算，包括杆塔之间的导线连接和转角塔/耐张塔、引流线 的连接，计算机程序在相邻的绝缘子先自动生成一根导线连接，同时对导线使用默认悬垂 度，在导线的上确定导线挂件的位置，调用导线挂件，再按照设计的导线分裂数，在绝缘子、 导线挂件之间连接其余的导线，实现多分裂导线的三维模型搭建，同时根据两端距离、导线 材质等信息用悬垂度方程计算导线的下垂弧度，并相应的校正之前的默认悬垂度；由步骤1)-4)完成输电线路的沿布搭建。搭建完成后，线路属性中显示线路统计 信息，包括杆塔号、杆塔类别、呼高、档距、悬垂串型式、耐张串型式、跳线串型式、导线防震 锤、地线防震锤、导线分裂数、导线间隔棒型式、跳线间隔棒型式。在本发明中，设计的布线步骤解决了自动布线的问题，主要是输电线路的金具及 杆塔连接，多分裂导线的布置技巧主要是解决了导线同时布置时，下垂度控制和中间间隔 棒连接的问题。实际输电线路架设中，多分裂导线的所有导线直接穿越间隔棒，然后连接至 下一端点，在本发明的沿布技术中，根据步骤4)生成导线和间隔棒，并控制下垂度达到平 滑过度，本发明首先在二维的平面地形图上，暂时抛开高度因素，确定杆塔的走向及桩号定 位，再在与二维地形图相互对应的三维虚拟场景中生成虚拟三维线路，并对应设计了各种 适合三维模型的连接方式。不同的输电线路类型涉及的电气设备类型各不相同，各电气设备的挂接点，挂接 角度也各不相同，为了实现适应各种线路的通用线路生成工具，根据现实中主要几类线路 的特点，本发明给出了一套对应的布线步骤，搭建过程中，对绝缘子、金具和导线挂件进行 编号，用于程序实现输电线路在三维场景中的自动搭建，所有的编号都以clip为主名称， 用序号和后缀进行区别，有“clip+序号+· prev'Vclip+序号+· next'Vclip+序号”三种， 如clip0、clipO.prev, clipO. next，耐张绝缘子具有方向性，在一根塔上耐张绝缘子有两 个方向，根据线路方向分为前后，悬垂绝缘子不分前后因为方向都是垂直向下，杆塔上的绝 缘子悬挂点序号是区别相位的，所有的杆塔跟真实杆塔相位一致，0表示A相、1表示B相、2 表示C相。悬垂绝缘子串的序号是区别多分裂的，都按逆时针方向依次排列。耐张塔(即 转角塔)每相有前后两个耐张绝缘子串，所以用.prev和.next后缀区分前后耐张串悬挂 点，耐张绝缘子串每根导线有一个入口跟一个出口，出口要加.next后缀。具体的编号为a)直线塔上每相悬挂一串悬垂绝缘子，编号为“clip+序号”，还有2个悬垂避雷 线金具，编号为“lclip+序号”，相邻杆塔同名同序号的绝缘子和金具之间连线，这里的序号 用于区别相位；b)耐张塔上每相三串绝缘子，前耐张绝缘子串编号“clip+序号+.prev”，后耐张 绝缘子串“clip+序号+. next”，跳线绝缘子串编号“clip+序号”；前后耐张绝缘子串分别 与前后杆塔的同名金具连线，即同相的前一杆塔的后耐张绝缘子串连接后一杆塔的前耐张 绝缘子串，前后耐张绝缘子串之间通过同名跳线绝缘子串连线，前耐张绝缘子串的引流线 口连到跳线绝缘子串，再由跳线绝缘子串连到后耐张绝缘子串的引流线口，这里的序号用 于区别相位，后缀用于区别前后悬挂点；c)标志牌悬挂点在杆塔三维模型搭建时，在杆塔上标记悬挂相位牌和桩号铭牌 的位置；d)悬垂绝缘子串编号为“clip+序号”，这里序号作为区分多分裂导线的标记，相邻杆塔同名绝缘子的同名节点连线，同名节点指同相位对应的绝缘子，可能是耐张绝缘子 串也可能是悬垂绝缘子串，对于悬垂绝缘子串，还有前后之分，例如，同为ClipO相位，但是 有prev和next之分，这里仅根据同相位进行连接；e)耐张绝缘子串导线入口标记“clip+序号”；出口标记“clip+序号+.next”，导 线入口是杆塔间导线的接口，出口是引流线接口，入口与前后杆塔同名耐张绝缘子连线，出 口与该杆塔跳线串连线，耐张串朝向与前后线路走向一致；f)避雷线金具编号为“clip+序号”，前后杆塔同名避雷线金具连线，这里的序号 用于区别相位。虽然外形不同，但避雷线金具可以当作绝缘子看待。本发明中所有的模型采用3DMAX来建立。
权利要求
1.输电线路三维仿真沿布搭建方法，其特征是根据输电线路的设计在计算机中搭建输 电线路的三维仿真模型，计算机中预设有输电线路各零部件的三维模型、二维地形图、以及 与二维地形图相互对应的三维虚拟场景，输电线路的仿真沿布搭建包括以下步骤，通过计 算机程序实现1)、输电线路杆塔桩位布置首先在二维的平面地形图上，根据输电线路设计的杆塔及 其位置，选择对应型号的杆塔，并在二维地形图中确定杆塔对应的桩位位置，每一条输电线 路有唯一的首杆塔和末杆塔，搭建过程中根据杆塔的布置情况实时显示已搭建的输电线路 长度、输电线路中的转角角度以及杆塔类型，输电线路的整体位置确定后，设置输电线路使 用的电气设备信息，包括杆塔型号，绝缘子型号，防震锤型号，导线型号，导线分裂数以及防 震锤个数；2)、生成杆塔按照步骤1)确定的杆塔桩位位置级级杆塔型号信息，调用对应的杆塔 三维模型，在与二维地形图相互对应的三维虚拟场景中自动在每个桩位生成杆塔的模型， 杆塔模型生成时统一朝向，并自动保持朝向与线路方向一致；3)、生成绝缘子及接线金具三维虚拟场景中的杆塔确定后，计算机程序调用绝缘子三 维模型和接线金具三维模型，杆塔模型在设置时预先设有节点标记来表示绝缘子悬挂点， 通过杆塔模型中的节点标记来确定绝缘子和接线金具的悬挂位置，将绝缘子三维模型和接 线金具三维模型移动至悬挂位置，自动为每根杆塔挂接绝缘子串和接线金具，其中绝缘子 和接线金具统一线夹朝向，布置时保证线夹朝向与输电线路方向一致；4)、生成导线绝缘子及接线金具布置完毕后，即可确定导线的悬挂点，实现多分裂导 线及导线悬垂弧度的自动计算，包括杆塔之间的导线连接和转角塔/耐张塔、引流线的连 接，计算机程序在相邻的绝缘子先自动生成一根导线连接，同时对导线使用默认悬垂度进 行连接，所述默认悬垂度是根据导线材质和导线长度，通过悬垂方程计算出来的悬垂量；在 导线上确定导线挂件的位置，调用导线挂件，再按照设计的导线分裂数，在绝缘子、导线挂 件之间连接其余的导线，实现多分裂导线的三维模型搭建，同时根据相邻绝缘子、导线挂件 之间的导线距离、导线材质等信息用悬垂度方程计算导线的下垂弧度，并相应的校正之前 的默认悬垂度；由步骤1)-4)完成输电线路的沿布搭建。
2.根据权利要求1或2所述的输电线路三维仿真沿布搭建方法，其特征是预设的三维 模型对应110/220/500kV三种不同电压等级的输电线路，步骤1)中设置输电线路使用的电 气设备信息，先选定输电线路的电压等级，然后直接从电压等级对应的三维模型中选择电 气设备进行设置，从而减少工作量，不同电压等级具体对应的电气设备信息为IlOkV:导线型式、避雷线型式、导线防震锤型式、避雷线防震锤型式、导线防震锤个数、 避雷线防震锤个数、直线塔类型、耐张塔类型、耐张绝缘子串类型、悬垂绝缘子串类型、耐张 跳线串类型。220kV:导线型式、避雷线型式、间隔棒型式、导线防震锤型式、避雷线防震锤型式、导 线分裂数、导线防震锤个数、避雷线防震锤个数、直线塔类型、耐张塔类型、耐张绝缘子串类 型、悬垂绝缘子串类型、耐张跳线串类型。500kV:导线型式、避雷线型式、间隔棒型式、导线防震锤型式、避雷线防震锤型式、导 线分裂数、导线防震锤个数、避雷线防震锤个数、直线塔类型、耐张塔类型、耐张绝缘子串类型、悬垂绝缘子串类型、耐张跳线串类型。
3.根据权利要求1或2所述的输电线路三维仿真沿布搭建方法，其特征是搭建过程中， 对绝缘子、金具和导线挂件进行编号，编号包括主名称、序号和后缀，具体为a)直线塔上每相悬挂一串悬垂绝缘子，编号为“clip+序号”，还有2个悬垂避雷线金 具，编号为“lclip+序号”，相邻杆塔同名同序号的绝缘子和金具之间连线，这里的序号用于 区别相位；b)耐张塔上每相三串绝缘子，前耐张绝缘子串编号“clip+序号+.prev”，后耐张绝缘 子串“clip+序号+. next”，跳线绝缘子串编号“clip+序号”；前后耐张绝缘子串分别与前 后杆塔的同名金具连线，即同相的前一杆塔的后耐张绝缘子串连接后一杆塔的前耐张绝缘 子串，前后耐张绝缘子串之间通过同名跳线绝缘子串连线，前耐张绝缘子串的引流线口连 到跳线绝缘子串，再由跳线绝缘子串连到后耐张绝缘子串的引流线口，这里的序号用于区 别相位，后缀用于区别前后悬挂点；c)标志牌悬挂点在杆塔三维模型搭建时，在杆塔上标记悬挂相位牌和桩号铭牌的位置；d)悬垂绝缘子串编号为“clip+序号”，这里序号作为区分多分裂导线的标记，相邻杆 塔同名绝缘子的同名节点连线，同名节点指同相位对应的绝缘子；e)耐张绝缘子串导线入口标记“clip+序号”；出口标记“clip+序号+.next”，导线入 口是杆塔间导线的接口，出口是引流线接口，入口与前后杆塔同名耐张绝缘子连线，出口与 该杆塔跳线串连线，耐张串朝向与前后线路走向一致；f)避雷线金具编号为“clip+序号”，前后杆塔同名避雷线金具连线，这里的序号用于 区别相位。
全文摘要
输电线路三维仿真沿布搭建方法，根据输电线路的设计在计算机中搭建输电线路的三维仿真模型，计算机中预设有输电线路各零部件的三维模型、二维地形图、以及与二维地形图相互对应的三维虚拟场景，首先在二维的平面地形图上确定杆塔的走向及桩号定位，再在与二维地形图相互对应的三维虚拟场景中生成虚拟三维线路。本发明较完美的实现了输电线路的三维仿真沿布，提供了目前最高的细节展示和高效准确的半自动布置手段，为进一步的需求开发奠定的基础。
文档编号G06F17/50GK102103650SQ20111007390
公开日2011年6月22日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者张伟, 张绚, 黄宵宁 申请人:江苏南大先腾信息产业有限公司