基于GIS电力电缆线路三维可视化设计与应用

基于 GIS电力电缆线路三维可视化设计
与应用
摘要：与架空输电线路相比，电力电缆线路具有供电可靠性高、占地面积小、有助于城市美化等优点。

随着城镇化的不断推进，电缆在城市供电中发挥着越来
越重要的作用。

浙江电网从20世纪80年代开始使用电力电缆，到2011年底，
10千伏及以上的电缆线路数量达到35，197.95公里。

随着电力电缆的大规模使用，长时间运行后绝缘容量下降，绝缘老化和接地等电缆故障反复发生。

一旦高
压电缆线路发生事故，停电的维护时间长，经济损失和社会影响巨大。

因此，提
高电力电缆的运行可靠性非常重要。

关键词：电力电缆;三维图形可视化;地理信息系统;探地雷达
引言
电力电缆的运行可靠性取决于健全的信息管理。

经过多年的城市改造，埋在
地下的旧电力电缆缺乏详细的空间数据，标记不准确，导致电缆在施工过程中被
挖出并发生绝缘损坏事件。

另外，虽然目前使用的故障定位仪可以更准确地定位
故障（定位精度可以达到仪表水平），但由于地下电缆通道的弯曲或电缆的来回
弯曲，无法准确估计电缆的长度，这反过来又导致故障点难以定位，而反复挖
掘寻找故障点无疑会延长停电时间，降低供电的可靠性。

因此，运用科学的管理
手段提高电缆管理的有效性，实现定量、科学化、自动化、现代化的电缆管理模式，已成为一项非常紧迫的任务。

第一章电力电缆线路三维可视化总体设计
随着GIS技术的发展，结合信息图表和数据库的GIS技术在电气系统中的应
用越来越多。

然而，目前主要使用基于二维坐标的GIS系统，只能处理平面X轴
和Y轴上的信息，其空间性能和分析能力具有很大的局限性。

二维图纸无法显示
电缆的实际空间，导致施工过程中电缆空间位置不合理，电缆长度不准确，给施
工带来不便，也导致成本浪费。

为了可视化各电缆之间的空间关系，提高电缆布置的质量和效率，有必要从三维角度对电缆通道的空间布置进行研究。

对基于探地雷达技术的三维电缆图形可视化管理系统进行研究，有助于增强电缆的空间定位能力，促进电缆管理的转型。

1.1电力电缆线路三维可视化原则
基于架空输电线路的基本建设，需要结合视觉场景相关数据的建设，注重对图像相关数据的合理分析，结合海拔数据的应用，分析架空输电线路的真实专业性。

对图像数据的基本分析，结合航空摄影的基本应用，充分开展卫星图像。

对于海拔数据的相关应用和分析，需要结合数值高程模型，对矢量数据进行效率分析和应用，注重地理信息数据的基本面分析。

3D全景可视化平台采用虚拟现实结合的技术特点，利用高精度DOM和DEM数据构建真实的3D场景。

操作人员可以管理三维空间内产生的输电线路，设计新的输电线路，并根据现场的实际情况及时调整和优化线路图选型的实施方案，快速提取要预先定位的路径截面，并提供三维输电设备模型的信息查询、横截面分析等功能，使线路路径的方向更加经济合理，其主要功能包括以下几点。

（1）在三维全景观看场景下放大、缩小、漫游和飞行导航、在可视范围内观察地面物体和传输设备等基本操作。

并生成塔架定位图、横截面图。

（2）在三维全景可视化场景下，根据地形、地形和路线趋势，进行路线路径优化设计。

其主要表现形式是：增加新线路，在现有线路上增加塔楼，角塔的位移，角塔的移除以及直塔与角塔的交换。

（3）在三维场景中添加点、线、面等标识号，方便标记线优化选择。

便于对输电线路的路线选择进行全面检查。

第二章电力电缆线路三维可视化实现
随着城市化进程的不断推进,输配电线路多被电力电缆所取代,因此有必要提前掌握电缆状态并对缺陷提前发现、及时处理。

许多供电公司在现有基础上,提出了基于数字化平台的输电电缆可视化管理系统,实现了电缆位置、路径的可视
化以及电缆状态的可视化,使输电电缆管理更加高效、透明、完善,电缆运行更加
安全稳定。

2.1电力电缆线路三维可视化界面
在系统运行过程中：（1）在GIS系统的支持下，采集现场数据，然后进行
三维建模，恢复现场环境，在定义统一的信息数据模型后，可以进行电网发电管
理系统中地理信息和资产信息数据的共享，同时，存储每行中的相关参数。

（2）从用户的角度来看，在电力电缆线路的设计中，他们可以与虚拟场景进行交互，
突出具体要求并允许实现场景渲染、漫游等多项功能。

数据管理、三位交互等，
使电力电缆线的三维辅助设计功能得以执行。

系统的功能设计主要由四个方面组成，即三维地形模型、电缆布线设计、设
计参数设置、材料管理。

其中，三维地形模型包括通过地形、规划、建筑、地质
等模块和坐标对地理信息系统的不同信息资源进行转换，并进行虚拟场景建模，
并应用图层渲染、分层细节等处理方法，提高地形模型的直观性和叠加性。

三维：电缆布线设计可以显示有关不同电压电平的信息。

设计参数的确定考虑到用
户的实际需求，并定义和修改天气条件，线路载荷等；物料管理的价值体现在电
力电缆线路的三维模型和相关物料信息中，以便对设备资产进行更新。

2.2基于GIS电力电缆线路三维可视化技术的关键概念
可视化技术与计算机软件技术是复杂的。

抽象的事物和概念以图形方式处理
和表达，以使其更加直观。

有鉴于此，三维GIS技术和可视化技术可以有机结合，一方面，可视化技术可以弥补三维GIS技术在数据和图形表达方面的不足，另一
方面，可以在三维GIS的基础上建立可视化技术，用于信息的采集和分析，为
了实现两种技术的互补优势，实现地形和地貌测量和绘图的三维可视化。

基于高精度数字地形模型和高分辨率遥感图像，三维城市场景显示模块加载
大量建筑物、道路和城市草图的精细模型，通过视觉距离判断自动显示特征名称，并利用三维可视化技术实现区域海水的特殊效果渲染。

沿海城市的海洋邻居，高
度模拟能源分配设施所在的区域，生动再现城市的电气环境。

通过在建筑物ID
和门牌号信息之间建立关联，可以通过双击并在系统中选择建筑物模型来直观地
显示电力用户的相应信息。

配电网的三维显示模块主要对城市配电网中的地下电缆和架空线路进行三维
建模和可视化。

地下电缆基础设施包括管沟、电缆井等；设备包括电缆、变电站、环网柜、启闭站、用户变压器、分支箱、电缆连接器等。

电缆井是电气建设和电
缆维护的重要资源，因此电缆井的三维建模应尽可能完整，首先，根据从井盖测
量的GPS数据，对电缆井进行定位；然后，根据通道部分的位置、深度、大小以
及电缆井内绘制的CAD图纸中记录的每个立面的位置、深度、布局和数量，对电
缆井进行详细建模。

根据每根电缆的轨迹、电缆沟槽轮廓中每根电缆的分布情况
和接入设备，对地下电缆进行建模，并为每个电缆指定一个唯一的标识符。

第三章电力电缆线路三维可视化设计与应用
3.1三维可视化设计基本原理
在探地雷达技术的基础上，可以建立电力电缆的三维图形可视化管理系统，
该系统主要由探地雷达、雷达信号处理和三维重建软件以及地理信息系统数据库
三部分组成，其组成如图1所示。

从地下电力电缆采集信息的过程包括：通过探
地雷达定期扫描目标区域，将探地雷达扫描获得的原始数据下载到服务器，全球
电缆数据库中含有地理位置信息的三维数据，并将地理信息系统中的电缆信息组
合起来。

数据库为电缆三维管理系统的高级应用单元提供数据支持。

图1:基于GIS的电力电缆三维图形管理系统结构
电缆三维管理系统以软件数据总线的形式向生产、基础设施和其他相关业务
服务提供有关电缆三维图形的信息。

其中，基于GIS的电缆系统三维图形可视
化管理系统集成了电缆三维图形信息、地理信息和电缆资产信息三大来源（如图
2所示），将传统电缆管理模式提升为现代数字化管理模式、可视化和计算机化。

图2:基于GIS的电力电缆三维图形管理系统功能
电缆三维管理系统具有2D电缆分布板，三维施工图图形显示功能与GIS相
结合，使电缆工程师能够从本地电缆的详细位置，电缆之间的相互定位关系和区
域分布等多个角度实现高效直观的电力电缆管理，有效克服了复杂的城市地下管
线问题。

3.2电力电缆线路三维可视化设计与应用结果
基于对现有电力电缆传统管理模式的分析，结合电缆管理的真实情况，基于GIS技术的整体发展方案，三维电缆可视化管理系统集成了电缆的三维图形信息、地理信息和电缆资产信息，并将传统的电缆管理模式升级为数字模式，现代视
觉和信息化管理模式，可以有效提高电力电缆的运行和管理水平，提高电源的可
靠性。

电缆三维可视化管理系统可以满足运维管理的多方面要求，实现地下和内
部结构的可视化。

在电缆运维管理的实际应用中，三维可视化技术可以执行各种
电缆层管理、综合电缆状况分析、多角度电缆显示等功能，将显著提高运维管理的效率和便利性。

1.
结论
基于输电线路选路平台的三维全景可视化，可以在规划和科研阶段推进一些路径优化工作，使路径方向更加合理，缩短线路路径，减少投资。

通过现场GPS 操作，避开房屋可以获得更好的结果。

项目实施可以减少房屋拆除量，减少监控调查和重新设计设计的现象，减少技术施工对人们生活的负面影响，减少林地砍伐，保护环境，加快设计进度，与传统运营相比可以提前施工周期。

该系统的实施可以显着减少设计和施工阶段的困难，加快项目进度，并为生产线的正常运行奠定基础。

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