输电线路场景三维建模与还原

2021-03-26罗龙赵云龙

电子元器件与信息技术 2021年5期

罗龙，赵云龙

（国网青海省电力公司检修公司，青海西宁 810021）

0 引言

输电线路在整个电力系统中主要负责电能传输，这个角色对于电网可靠运行极为重要。部分输电线路位于环境恶劣与地形复杂的地区，易受到自然灾害与环境影响，这就给输电线路安全运行造成隐患。VR技术作为一种信息处理与人机交互等技术不断发展而来的产物，其可以让人与环境进行信息的交互，对于输电线路与相关的设备实现可视化有重要意义。虚拟的三维场景建模方法主要有三种：图形建模、图像模型建模以及两者的有机结合方法。将VR技术引入于输电线路的管理系统中，其就能将输电线路实际的运行状况真实的反映出来，并及时对具有隐患的运行线路进行报警，如此不仅利于电网的运行人员对线路与设备信息进行管理，还能进一步提高巡线与检修的效率[1]。因此，为了输电线路可以实现可视化的管理系统，本文将研究并分析具有可操作性的输电线路场景三维建模的相关方式。

1 实现过程

对于输电线路场景而言，其三维建模多应用在输电线路的信息管理与状态查询上，所以，本次鉴于图像虚拟建模对输电线路外围环境进行构建，并应用图形虚拟建模的方法来对输电线路的杆塔进行建模，在输电线路场景三维建模上采取的建模方法是VRML和3DS max相结合的方法。

1.1 建立模型

1.1.1 模型设计的参数选取

在输电线路的杆塔选取上以220 kv的双回路鼓型SJ2耐张塔为例，对于输电导线各项的设计参数而言，应用悬挂式绝缘子串中的最小间隙垂直距离，输电导线对地面间最小的垂直距离相关方面参数。设计环境将选取人口比较少的地区即非居民区，在气候条件方面上的参数按照典型的气象区气象条件来选取。且输电线路的等级是220 kV。

1.1.2 建模的过程

三维和实体模型将采用1：100的缩放比例。在进行杆塔实体建模时，主要采用3DS Inax来完成。在3DS max中，二维图形朝三维模型发生转换的方式各式各样，比如，放样、车削等。由于杆塔是钢架类结构，借助放样对AutoCAD型线性杆塔相应的模型进行选择，把其当作放样路径。放样图形为二维截面，但二维截面需要具备一定厚度。在进行放样期间，需要先对路径加以选取，再对图形加以选取，不然，会使得所生成的模型借助二维截面进行放样，并与各项具体的要求间彼此相反。绝缘子是借助3DS max中所具有的扩展基本体的各个软管造型。而获得悬挂导线与杆塔模型间相一致，一条直线也就是放样路径，圆形截面也就是放样图形。对杆塔的底座而言，可以借助两个圆柱体来进行模拟，需注意圆柱体的直径要不同。

1.1.3 材质渲染

由于输电线路中的三维场景大多都是被应用到管理输电线路，所以，在材质渲染上的要求并不高，只要能将模型大致特征反映出来既可[2]。以下各个部分中的各项材质渲染参数：杆塔颜色依次是RGB128、RGB128、RGB126，漫反射即为40、反射即为35、镜面即为50、凹凸即为20%；绝缘子漫反射相应的颜色：白色、RGB40、光泽度40、高光109与凹凸为30%；另外，悬挂导线的颜色为：RGB30、RGB30、RGB30，镜面30、反射0、漫反射30与凹凸为50%；杆塔的底座则是采用水泥的材质。以此用3DS max将杆塔模型创建好，并将模型的各部分加以成组、重命名，让程序具有更高的可读性，方便应用VRML语言对其进行优化。最后，将3DS max型文件借助后缀格式是.Wrl的VRML类文件加以导出、优化。

1.2 优化模型

优化VRML主要是为了缩小文件，及提高渲染的速度。只有文件整体大小小于lMB的时候，才能确保下载文件时长不影响用户使用。优化可通过VrmlPad 2.0，首先在VrmlPad 2.0之中将文件打开，其次对代码进行优化既可。本文将基于输电线路的材质单一、高度对称等特征，将利用坐标变换、节点定义等方法来优化模型，以此减小模型数据的规模。

1.2.1 定义节点

节点作为VRML文件之中的最基本单位，其分为子节点与父节点[3]。VRML能够借助节点定义、引用对相一致的素材重复进行调用，仅需应用DEF语句为节点实施节点名定义，并处于调用位置再一次借助USE语句来就节点名进行引用既可。杆塔中的三个塔角一侧可以借助另外一侧适量进行旋转后所得到，对悬挂式绝缘子串来说，可先定义其12个之中的其中一个，然后在经过坐标变换来获得剩下11个，优化杆塔底座的模型也可以使用该方法。在本文的建模过程之中，对于上中下3个杆塔的塔角，以及1个悬挂式绝缘子串与1个底座进行了节点名定义，其余相同类型的模型需要借助节点、适量进行旋转后所获得。对于材质渲染来说，杆塔模型的主要材质是水泥、南钢、橡胶以及陶瓷的材质，对于这四大类材质也给予了节点名定义，其余相一致的材质也应用了节点引用进行调用。

1.2.2 模型变换

处于三维型坐标系下，VRML中的X、Y、Z坐标轴与3DS max所具有的指向间不尽相同。模型变换的主要应用场所是Transform组节点之中的Rotation和Translation子节点，对于Translation，其主要用在设定好转换后新坐标原点、原有坐标系的原点与X、Y、Z方向间的间距，并默认原来的坐标系和新的坐标系是重合的[4]。而Rotation能够设定转换后新的坐标原点、原有坐标系间所具有的旋转角度、旋转轴，把z轴默认成旋转轴，但是，不对其进行旋转。另外，因为在VRML所具有的立体空间中应用的角度单位即为弧度，因此在旋转变换之时，需要把角度单位给换算为弧度的单位。在对模型与材质进行节点定义及优化后，模型数据量也得以减少。

1.2.3 场景合成

在对输电线路中的外围环境实施建模期间，可以借助图像建模，本文将通过透明贴图的方式来对外围环境实现快速建模，并通过虚拟模型基于设计参数及借助坐标转换、组合，以对输电线路场景进行三维建模。这一系统中的主界面共包括了用户管理及三维场景的显示等模块，三维场景可实时以动态效果的方式展示出来，输电线路某部分发生故障之时，系统就会立刻进行预警，而后相关工作人员就能及时发现故障并对故障进行了解，以及及时处理故障。