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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。
关键词：三维场景构建，输电线，基础场景设置
当前，地理信息系统（GIS）已经广泛应用于电力行业，在电网运行监测、电网建设规划等方面起到了积极作用，提高了电力公司的管理水平和工作效率。但是当前应用主要以二维平面GIS为主，在空间表达能力和分析能力上具有一定的局限性。输电线路距离长，通过地区的地理条件比较复杂，与众多电力线路和通信线路交叉跨越，并且通常会通过居民区、公园和其他特殊区域。输电线路及其杆塔位置与地理空间位置密切相关，特别是在垂直方向上的层次信息尤为重要，而二维GIS系统无法达到精细化管理的要求。
1 三维数字化基础设计的应用
1.1建模工作
1.1.1导地线建模
导、地线（含OPGW）建模采用参数化描述。导、地线三维模型位置及弧垂姿态根据不同工况在三维场景中自动生成。
1.1.2 绝缘子串建模
利用金具三维组装系统实现对金具串的组装、拆分等逼真模拟，自动判断能否连接，可进行强度校核。形象直观、不易出错。提供金具材料的耗量统计及金具部件的部分信息编辑等工作，可以根据工程实际情况创建和改进金具库，完成各种电压等级架空送电线路导地线金具组装形式的设计和制图。金具组装完成后自动生成二维图纸，完成材料统计、重量计算、尺寸计算、安全系数最小的受力部件查找及承受最大外荷载计算、联结方式检查、联结配合检查、组装自由度检查、联合碰撞检查、制图数据处理、图形布置和图形生成等项工作。
1.1.3 杆塔建模
利用三维技术，依《架空输电线路三维设计建模规范》标准，结合电气间隙等提资，快速建立铁塔通用模型，用于三维场景杆塔排位。三维场景下，初设阶段根据电气排位成果，可批量计算铁塔，并生成《输变电工程三维设计成果数字化移交技术导则+第2部分：架空线路部分》规范要求深度的初设工程量。
1.1.4 基础建模
利用三维基础技术，依《架空输电线路三维设计建模规范》标准，结合水文地质等提资，快速建立基础通用。
1.1.5交叉跨越物建模
交叉跨越物模型包括线路通道范围内的铁路、等级公路、房屋、林木、河流、架空线路、地下管线等。交叉跨越物主要通过参数化建模，反映被跨越物的关键位置、尺寸。
1.2 三维基础设计的应用
（1）建立精确的通道三维场景
通过现场踏勘，完成地面附着物统计工作，修正初设阶段三维场景坐标及高程，建立精确的通道三维场景。收集的数字高程数据只能满足可研和初步设计的精度要求。施工图阶段需要利用现场勘测数据对三维地形进行拟合，保证线路通道三维模型的精度满足施工图深度要求。
（2）基于精确的线路通道三维模型开展设计工作
1）直观精确排位
2）空间距离校验
3）浏览电气校验成果
（3）三维可视化跳线计算
跳线计算比较复杂，工程上一般是按照经验选取的，很少进行计算，特别是复杂的多跳、硬跳手工基本上无法计算。借助三维可视化跳线计算软件，采用准确的数学、物理模型，使用有限元计算方法，准确计算各工况下各绝缘子串位置和跳线的空间轨迹，从而精确地求出跳线和铁塔各杆件之间的距离。支持验算跳线长度或自动优选跳线长度，能够批量计算多个铁塔跳线，导出工程需要的跳线长度弧垂表和AutoCAD格式的文件。
（4）三维数字化杆塔设计
铁塔快速建模模块，通过三维可视化平台采用“搭积木”的简化方式实现快速构建自立式铁塔单线模型。满应力分析模块，能够在单线模型的基础上根据杆塔使用条件自动计算荷载、杆件规格、基础作用力等，支持多本体、多接腿，并能自动生成铁塔司令图。设计成果自动提交到系统库归档管理；铁塔三维放样模块，利用满应力分析成果，实现自动计算角钢肢方向、肢侧向，自动进行节点设计。放样成果（包括三维角钢塔模型，铁塔加工图等）自动提交到系统库归档管理。
（4）三维数字化基础设计与配腿一体化
山区和丘陵等地区的铁塔均设计成全方位高低腿塔型，四条塔腿均可根据实际地形进行调节组合，以适应塔位处的地形条件。接腿以长短腿为主，再配合高低基础调节基础露头，作为塔腿长度的调节补充，一般塔位均能做到“零基面开方”，对特别陡的塔位也能通过接腿加长或设计塔脚架、增加立柱露头等形式基本做到“零基面开方”，使输电线路对环境的不利影响降至最低。
（5）工程预算编制及工程量清单编制
通过设计输出接口，导入工程设计成果，自动完成工程量统计、定额套用、费用计算，以及与批准概算的对比，完成预算编制及工程量清单编制。
（6）智能集成出图
数字化设计技术，对整个设计过程及设计成果进行了统一管理。所有的设计资料最终汇集到服务器上，可以通过计算机自动成图的方式，按卷册生成各个专业的图纸，比如线路路径图、杆塔一览图、基础一览图、线路平断面图、明细表、材料表、交叉跨越表、架线施工图、金具组装图等。这减少了繁复工作产生的错误率，同时在很大程度上解放了设计人员的劳动。
2 算法特点及其实例应用
算法具有如下特点：
（1）模型可复用。在现有的三维技术中，对输电线路的三维展示通常都采用杆塔和绝缘子合一的模型，这种模型无法复用，更改模型时需要重新建模，给生成线路带来了不便。而本文提出的布线算法可以将各种类型的模型重复使用，构建成统一的模型库，使得线路构建模块化。
（2）输电线路开放性和自由度较高。此算法对于生成的输电线路，如果需要更改杆塔、绝缘子、导线分裂数等参数，只需要从模型库中选择相应的模型种类，然后再次生成线路即可，操作简便，大大降低了工作量。
结语：本文通过分析输电线路结构及组成原理，提出了一种通用性的输电线路构建算法，本算法主要解决的问题是：现有技术不能很好的满足对三维场景中输电线路快速构建修正的需求，三维建模方式过于复杂，难以实现，此算法的提出弥补了这一领域的不足。算法的不足之处在于对模型建模及节点命名具有较高要求，但是随着时间的积累，模型库中的模型将日渐完备，能够较好的支持三维输电线路的构建，从而有效地提高输电部门的生产效率，降低线路维护成本，对于提高电力系统经济运行水平有重要意义。
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