高压输电线路等电位带电作业吊篮法进入模拟系统及方法与流程

本发明涉及电网作业技术领域，特别是涉及一种高压输电线路等电位带电作业吊篮法进入模拟系统及方法。

背景技术：

输电线路运行、维护、检修等工作，是掌握电网运行情况、及时发现和处理设备缺陷的重要手段，也是确保线路安全稳定运行的基础工作。由于高压电网在整个国家电网运行中处于重要地位，因此高压输电线路的运行检修工作对于保证电网的安全、稳定、可靠运行具有十分重要的意义。

带电作业是一种在高压电工设备上，不停电进行检修、测试的作业方法。它的技术含量比较高，一个普通抢修需要花费3—4小时，带电作业有可能一个小时就能够完成，能有效节省人力和物力，减少抢修时间，对居民生活的影响降到最低。但是，带电作业的危险性很大，对检修人员的技术能力要求较高。

目前高压带电作业，较多采用吊篮法从杆塔荡入作业点。吊篮法操作时，通过滑车组和定位控制绳将等电位作业人员荡入电场，通过带电体与人体及接地体之间的组合空气间隙大于安全弧半径，来保证作业人员的安全。

带电作业安全距离包含带电作业最小电气间隙及人体允许活动范围。在IEC标准中，最小电气间隙是指带电作业工作点可防止发生电气击穿的最小组合距离。最小组合间隙是指在作业间隙中的作业人员处于最低的50％操作冲击放电电压位置时，人体对接地体和对带电体两者应保持的距离之和。如果人员进入时组合间隙小于安全距离，就有被高压电击穿的危险。但是，直接杆塔上作业，无法控制吊篮荡入过程的组合间隙值。

因此，尚缺少一种可以有效模拟带电作业吊篮进入的系统，来确定可能导致对人身放电的那段空气间隙，为实际带电作业过程提供指导。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种高压输电线路等电位带电作业吊篮法进入模拟系统及方法，能够有效提高高压输电线路等电位带电作业的安全水平。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高压输电线路等电位带电作业吊篮法进入模拟系统，主要包括：-

模拟过程模块，通过搭建高压输电线路三维实景平台，模拟吊篮移动轨迹并显示在三维场景；

距离计算模块，计算吊篮移动轨迹过程中的组合间隙；

信息显示模块，当在吊篮位移停止时，在三维场景中显示组合间隙数值；

模拟操作模块，对吊篮法模拟方案进行录屏、截图、回放、保存、加载操作。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种基于所述的高压输电线路等电位带电作业吊篮法进入模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过搭建高压输电线路三维实景平台，模拟吊篮移动轨迹并显示在三维场景；

步骤S2：计算吊篮移动轨迹过程中的组合间隙，并在吊篮位移停止时在三维场景中显示组合间隙数值；

步骤S3：生成带电作业模拟方案，用于指导现场布置。

在本发明一个较佳实施例中，步骤S1的具体步骤为：

S1.1：根据高压输电线路实际情况进行三维建模，搭建高压输电线路三维实景平台；

S1.2：基于三维实景平台，参照显示的杆塔号，在高压输电线路上选择进行模拟带电作业的杆塔；

S1.3：在三维实景中，模拟放置吊篮过程，自动计算并显示吊篮到导线上方锚点的弧半径R；

S1.4：吊篮放置后，模拟吊篮移动轨迹并显示在三维场景，同时提供吊篮在移动轨迹上的位移操作展示。

进一步的，在步骤S1.1中，搭建高压输电线路三维实景平台的方法为采用三维引擎技术，使用OpenGL进行渲染，采用java作为逻辑实现语言，采用java fx构建界面框架，并采用BIHTree场景结构将场景分割成数个包围体，采用此方法可以实现跨平台运行，与其它引擎集成处理GIS信息。

进一步的，在步骤S1.2中，点选杆塔的方法采用射线Pick技术，鼠标点选场景即向场景发射一条模拟的射线，将射线和与射线最近的包围体进行碰撞，不会考虑不可能发生碰撞的包围体进而不需要遍历场景计算，大大地提高Pick效率，取得碰撞距离当前视点最近的物体作为点选结果即可对杆塔进行选择。

进一步的，在步骤S1.3中，选择吊篮放置位置的方法采用平面Pick技术及射线Pick技术，以当前选择的杆塔中心和杆塔的正向投影创建一个虚拟平面，在该虚拟平面上进行射线Pick操作，发射一条模拟的射线，将射线和与射线最近的包围体进行碰撞，取得碰撞距离当前视点最近的物体作为点选结果即为选择的吊篮将要放置的位置。采用平面Pick技术将Pick的结果限制在某个想要放置的平面上，使Pick的结果不会超出期望的范围，并且限制Pick范围可以提升运行效率。

进一步的，在步骤S1.4中，模拟吊篮移动轨迹的方法包括以下步骤：

首先将吊篮的放置位置定义为起始点、锚点定义为焦点、起始点与焦点之前的距离为弧半径R；

然后每次给吊篮运动传递1弧度θ的偏移量，根据圆的参数方程即可算出一个相对的位移点(x，y)值，通过三维引擎技术将该二维空间坐标转化为三维空间坐标即停止点；

最后将计算出的若干个位移点连接即得出吊篮的模拟移动轨迹。

在本发明一个较佳实施例中，步骤S2的具体步骤为：

将场景管理和GIS坐标系进行结合，为每个杆塔创建局部坐标系，将带电作业所包含的模型包括弧线、吊篮、侧向线、横线、显示内容作为一个集合放入到对应杆塔所属的局部坐标系中，所述模型的位置为相对于杆塔的局部坐标系的坐标，杆塔模型包含经纬度和高程信息，通过球面换算得出世界位置信息；

在杆塔模型上放置虚拟关键点获得与杆塔相关的关键位置，包括杆塔顶端位置，杆塔底端位置，绝缘子位置，杆塔左右两侧位置、焦点、起始点、停止点，将关键位置和吊篮位置输入圆弧计算公式即可算出吊篮1距离杆塔的三个距离S1，S2，S3，然后代入组合间隙的计算公式即可判断当前位置是否有危险，其中，S1为吊篮与塔身顶部构架之间的距离，S2为吊篮与塔身侧面之间的距离，S3为吊篮与横担之间的距离。使用此方法可以省去将杆塔对应的关键值保存到数据库的操作。

进一步的，在步骤S2中，组合间隙的计算公式为

S＝min(S1，S2)+S3，

其中，S1为吊篮与塔身顶部构架之间的距离，S2为吊篮与塔身侧面之间的距离，S3为吊篮与横担之间的距离。

本发明的有益效果是：

(1)本发明基于三维实景平台模拟高压输电线路实际场景，用户可以看到三维场景，操作吊篮移动，有利于可视化、实景化掌握模拟位置和过程，有利于推演交流；

(2)本发明所述模拟方法提供了方便、精确的组合间隙的计算方法，为带电作业吊篮法进入模拟提供了数据处理手段，保证了带电作业检修人员能够通过三维实景平台模拟作业，为实际作业提供推演参考，有效提高了高压输电线路等电位带电作业的安全水平；

(3)本发明所述系统提供了模拟方案录屏、截图、回放、保存、加载模块，有利于模拟数据的保存、备份，用户可以根据模拟需要及方案重要性选择模块功能，丰富了模拟数据的保存手段。

附图说明

图1是本发明高压输电线路等电位带电作业吊篮进入模拟系统显示界面一较佳实施例的部分示意图；

图2是所述高压输电线路等电位带电作业吊篮进入模拟方法的流程图；

图3是所述高压输电线路等电位带电作业吊篮进入模拟方法步骤S1的具体流程图。

附图中各部件的标记如下：1、吊篮，2、锚点，3、横担，4、导线，5、塔身，6、安全绳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

一种高压输电线路等电位带电作业吊篮法进入模拟系统，主要包括：

模拟过程模块，通过搭建高压输电线路三维实景平台，模拟吊篮移动轨迹并显示在三维场景；

距离计算模块，计算吊篮移动轨迹过程中的组合间隙；

信息显示模块，当在吊篮位移停止时，在三维场景中显示组合间隙数值；

模拟操作模块，对吊篮法模拟方案进行录屏、截图、回放、保存、加载操作。

请参阅图2，基于所述高压输电线路等电位带电作业吊篮法进入模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过搭建高压输电线路三维实景平台，模拟吊篮1移动轨迹并显示在三维场景；

结合图3，具体步骤如下：

S1.1：根据高压输电线路实际情况进行三维建模，搭建高压输电线路三维实景平台；

根据高压输电线路实际情况，融合激光点云、实景模型、倾斜摄影、航拍正射影像图、全景图片和GIS(地理信息系统，Geographic Information System)、DEM(数字高程模型，Digital Elevation Model)等信息，对杆塔、绝缘子、导线等进行三维建模，按照1:1的比例形成实体模型，融入3D平台形成三维可视文件，最终形成实景模型。

搭建高压输电线路三维实景平台的方法为采用三维引擎技术，使用OpenGL(Open Graphics Library)进行渲染，采用java作为逻辑实现语言，采用java fx构建界面框架，并采用BIHTree场景结构将场景分割成数个包围体，采用此方法可以实现跨平台运行，与其它引擎集成处理GIS信息。

S1.2：基于三维实景平台，参照显示的杆塔号，在高压输电线路上选择进行模拟带电作业的杆塔；

进入“带电作业”功能后，在三维场景中鼠标左键单击选择杆塔，选中的带电作业杆塔号显示在信息列表的“带电作业”中，在三维场景中可点击其它杆塔切换带电作业的杆塔。场景中已模拟的带电作业信息也显示在信息列表的“带电作业”列表中。

点选杆塔的方法采用射线Pick技术，并与引擎自带的BIHTree场景结构进行结合，否则将会遍历场景导致效率低下，BIHTree将场景分割成数个包围体，碰撞将会和与发射线最近的包围体进行，不会考虑不可能发生碰撞的包围体并不需要遍历场景计算，此方法将会大大地提高Pick效率。

射线Pick技术的方法为：鼠标点选场景即向场景发射一条模拟的射线，将射线和与射线最近的包围体进行碰撞，不会考虑不可能发生碰撞的包围体进而不需要遍历场景计算，大大地提高Pick效率，取得碰撞距离当前视点最近的物体作为点选结果即可对杆塔进行选择。

S1.3：在三维实景中，模拟放置吊篮1过程，自动计算并显示吊篮1到导线上方锚点的弧半径R；

吊篮1自动显示在所选中杆塔的极I侧(即线路正极侧)，可以拖动吊篮，将其放置在杆塔的其它位置，移动至目的地后，鼠标左键点击即放置吊篮1。吊篮1放置后若位置需调整，可再次点击移动吊篮1重新放置。吊篮的放置位置为起始点O2，起始点O2与预先设置在模拟杆塔掉臂上的焦点O1之间的距离定义为带电作业的弧半径R，焦点Q2根据客户需求确定位置。通过安全绳6将吊篮1固定在焦点O1与起始点O2之间，所述弧半径R为吊篮荡入的移动轨迹的弧半径。

选择吊篮1放置位置的方法采用平面Pick技术及射线Pick技术，以当前选择的杆塔中心和杆塔的正向投影创建一个虚拟平面，在该虚拟平面上进行射线Pick操作，发射一条模拟的射线，将射线和与射线最近的包围体进行碰撞，取得碰撞距离当前视点最近的物体作为点选结果即为选择的吊篮将要放置的位置。采用平面Pick技术将Pick的结果限制在某个想要放置的平面上，使Pick的结果不会超出期望的范围，并且限制Pick范围可以提升运行效率。

S1.4：吊篮1放置后，模拟吊篮1移动轨迹并显示在三维场景，同时提供吊篮1在移动轨迹上的位移操作展示。

吊篮1放置后，后台自动计算吊篮1移动轨迹并显示在三维场景。如图1所示，组合间隙小于安全距离6.8米(根据高压输电线路电压等级不同，安全弧半径不同)的轨迹路段显示为虚线，模拟移动轨迹为虚线上的实线所示。

以荡入法进入作业区域，提供吊篮1在移动方向上的位移操作展示方法有两种：一、使用三维场景的向上↑或向下↓箭头可控制吊篮1沿轨迹运动，放置吊篮后，向下、向上移动键的提示直接在三维场景给出；二、点击三维场景的“开始”按钮，吊篮1放置后，自动在吊篮1上方显示开始按钮，动画展示吊篮1自放置位置移动到导线横担3的过程。

模拟吊篮1移动轨迹的方法包括以下步骤：

首先将吊篮的放置位置定义为起始点、锚点定义为焦点、起始点与焦点之前的距离为弧半径R；

然后每次给吊篮运动传递1弧度θ的偏移量，根据圆的参数方程即可算出一个相对的位移点(x，y)值，通过三维引擎技术将该二维空间坐标转化为三维空间坐标即停止点；

其中，圆的参数方程是

最后将计算出的若干个位移点连接即得出吊篮的模拟移动轨迹。

本算法可实时更新渲染的告警弧线，所述告警弧线采用多个小圆筒进行模拟，小圆筒越多弧线越光滑，告警弧线在按键操作时进行计算和更新，并非一直在实时更新。

步骤S2：计算吊篮1移动轨迹过程中的组合间隙，并在吊篮1位移停止时在三维场景中显示组合间隙数值；

将场景管理和GIS坐标系进行结合，为每个杆塔创建局部坐标系，将带电作业所包含的模型包括弧线、吊篮、侧向线、横线、显示内容作为一个集合放入到对应杆塔所属的局部坐标系中，所述模型的位置为相对于杆塔的局部坐标系的坐标，杆塔模型包含经纬度和高程信息，通过球面换算得出世界位置信息；

在杆塔模型上放置虚拟关键点获得与杆塔相关的关键位置，包括杆塔顶端位置，杆塔底端位置，绝缘子位置，杆塔左右两侧位置、焦点、起始点、停止点，将关键位置和吊篮位置输入圆弧计算公式即可算出吊篮1距离杆塔的三个距离S1，S2，S3，然后代入组合间隙的计算公式即可判断当前位置是否有危险，其中，组合间隙的计算公式为S＝min(S1，S2)+S3，S1为吊篮1与塔身5顶部构架之间的距离，S2为吊篮1与塔身5侧面之间的距离，S3为吊篮1与横担3之间的距离。使用此方法可以省去将杆塔对应的关键值保存到数据库的操作。

以一较佳实施例说明，本发明所述算法能计算出起始点S1到焦点O，停止点S2到焦点O之间的夹角，同时也会实时计算出停止点S2到杆塔最近的钢架结构的水平距离S2＝1.26m，同时也能计算出吊篮到吊臂的垂直距离S1＝3.37m，然后再通过该算法计算出吊篮到吊臂下方最近的绝缘子的距离S3＝2.35m。得出这些数据后，再带入上述最小安全距离计算公式，{S₁，S₂}_min+S₃≥6.8m即符合安全距离要求。

吊篮沿轨迹线位移停止时，在三维场景中显示S1、S2、S3、S的数值，吊篮起始位置不显示S1、S2、S3、S数值。

信息显示采用了Billboard方法，此方法用于三维场景显示二维信息，创建一个正对视点的长方形，生成一张贴图内容为想要显示的信息，在长方形上贴上想要显示的信息贴图，视点移动旋转时更新Billboard(杆塔空节点)位置和方向，即可将Billboard放置在正对视点的位置。在视点距离想要显示的位置较远时可进行消隐Billboard，避免整个界面堆砌Billboard造成界面混乱。

步骤S3：生成带电作业模拟方案，用于指导现场布置。

放置吊篮1后，操作三维场景区右侧的录屏、截图、回放、保存、加载按钮，可保存当前带电作业模拟过程，支持生成带电作业模拟方案，用于指导现场布置。

考虑到实际显示时硬件配置的不同，本发明提供了可跨平台运行的渲染、框架和实现语言，应用射线Pick技术实现距离测量，应用TowerLine算法进行荡入告警弧线渲染，场景管理和GIS坐标结合并综合Billboard方法显示。

本发明能够实现带电作业吊篮法进入过程模拟，模拟过程及结果可以可靠地显示和存储、载入，为带电作业实施人员提供了一种可以模拟高压输电线路带电作业吊篮法进入的模拟系统，基于精确的三维实景平台，有效弥补了基于传统输电线路带电作业操作方式和展示的不足，具有很好的实际运行效果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。