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三維數字地形圖在電力工程設計的應用

2018-04-23 09:26:22 大云網  點擊量: 評論 (0)
摘要:三維數字地形圖,即3DDTM,該技術應用于電力工程設計的過程中,不僅可以體現立體對象平面關聯性,還可以更加精確地表達地面地表物體

摘要:三維數字地形圖,即3DDTM,該技術應用于電力工程設計的過程中,不僅可以體現立體對象平面關聯性,還可以更加精確地表達地面地表物體的高程、高度等,從而提升地形圖的表達質量。本文探討了三維數字地形圖在電力工程設計中的實際應用,以供參考。

關鍵詞:三維數字地形圖;電力工程;設計

作者簡介:田曉艷(1982-),女,助理工程師,本科,主要從事電力工程總平面設計工作

1引言

我國電力工程項目的投建日益受到重視,工程質量方面的要求逐漸提高,以適應時代的發展需求。原有工程設計方法、設計平臺等,逐漸難以提供方便精確的信息表達,因而影響了電力工程的設計效果。而三維顯示技術的發展,為電力工程設計中存在的此類問題得到了有效解決,能夠利用仿真立體模擬的方式,讓客戶直觀地看到設計方案效果圖,從而提升設計質量和數據科學化管理。

2三維數字地形圖的基本概念

2.13DDTM的概念

在三維數字地形圖(3DDTM)也屬于線劃地形圖,其工作原理是利用三維離散點,來表現地物、地貌的空間狀態、方位、形狀等,將地形地物以三維空間的模式體現出來,其中所有對于地物地貌的特征,都是三維呈現,用X、Y軸表示地物地貌投影于水平面的具體位置,而使用Z軸代表其高程高度。

2.23DDTM的特征

三維數字地形圖所具有的特征包括以下方面:

①3DDTM不是紙質的,而是由數字、電子的形式體現;

②該地形圖可以精確反映出地物的立體形態,還可以呈現出制圖區域地表的高低起伏;

③該地形圖一般是按照1:1的比例來繪制地物位置、大小及高程、高度等信息;

④3DDTM是使用三維離散點來表示地形、地貌特征,以及地物的立體形態矢量圖;

⑤3DDTM所反映出的空間地理信息通常是非常精確且詳細的,實際所使用的比例尺、空間分辨率)等,包括1:500(或0.05m)、1:1000(或0.1m)和1:2000(或0.2m)。

3三維數字地形圖的應用現狀

3.13DDTM發展現狀

目前,3DDTM已經被應用于電力工程的項目設計實踐中,用于進行工程的多視點表達(見圖1),在實際應用中,該技術能夠針對立體路徑,合理選擇輔助電線網點的桿塔設置,提高電網的線路規劃準確性,加強工程的環保力度,節約建設成本。基于以上重要優勢,3DDTM大大提升了對立體空間的測量、表達質量,從而為工作人員對于地圖的立體分析、認知水平等提供重要依據。一些發達國家的電力產業中,3DDTM已經在電力設計中得到為了良好的應用,且積累了非常重要的應用經驗。我國3DDTM技術也開始向著激光三維掃描等高科技的方向發展,將各個不同領域的相關技術綜合起來,應用于各個不同領域。20世紀末,我國已經構建了比例1:25萬的地形圖數據庫,其中包括的內容眾多,例如DEM、大地控制數據、行政地名、水湖系統等,所有的數據信息量達到13.5GB,且均為三維的電子地形圖場景。相較于傳統使用的平面電子地圖,基于3DDTM技術所測繪出來的地形圖,能夠三維地描繪社會自然、人文景觀,逼真直觀,對于自然物體的模擬形象到位,尤其是其中的道路交通等方面,具有顯著的應用價值。

3.2電力工程設計中3DDTM的應用需求

對于電力工程的設計,地形圖測繪是重要環節,實際開展工作的過程中,首先包括對于方案可行性的研究、工程方案的初步設計,以及施工圖設計等。

3.2.1可行性研究

可行性研究階段的主要任務,是以地形圖為依據,調整規劃工程的整體設計方案,及時發現其中不利于方案落實的影響因素,從而判斷并論證方案的可行性。在實際開展可行性研究時,首先要明確方案設計原則,然后對工程進行具體的規劃和布置,再基于大比例尺的地形圖,初步擬定方案中對于生產生活、休閑區等部分的規劃,粗略預估所需要的占地面積、房屋的拆遷量等問題。

3.2.2初步設計

設計方案的初步設計,對于局部建筑物、基礎設施等的規劃設計,需要建立于具有更大比例尺和精密度的地形圖上。只有以初步設計成果為基礎進行優化,才能夠達到施工圖成熟設計要求,并補充測量地形圖范圍外的部分內容,從而完善測量工作,確保地形圖的精確程度,為工程量計算提供科學參數。3DDTM的應用,為工程設計人員提供了重要的技術支持,是他們能夠繪制出具有極強真實感和操作性的建筑模型,實現了設計圖的可視化。此外,3DDTM還具備了為工作人員提供查詢、分析、計算等基礎功能。目前的高電壓等級電線網絡工程往往成本較高,例如110kV的線路工程建設中對于電線網絡的設計環節,由于送電線路的設計合理優化,將直接影響到工程的運行順利及投資額度問題,因此至關重要。其中對于線路路徑的選擇和設計,就需要準確了解當地的地形地貌情況、道路交通狀況以及水文氣象等基本地質條件,而3DDTM技術則有效發揮了其準確采集相關信息的作用。

43DDTM在電力工程設計中的實際應用

4.1衛星影像立體模型構建

3DDTM的實際應用往往會涉及衛星影像立體模型的構建問題,所以,工作人員首先需要轉換TM、Spot、DEM等衛星影像數據,其中的DEM數據大多是軍隊標準格式,因此在對其進行轉換時,需要結合DEM軍標格式的特征,編制格式轉化程序,從而確定相關指標參數。另外,工作人員在開展影響模型的匹配及相對/絕對定向作業時,應當按照以下步驟進行:手工選擇基本匹配點—自動剔除粗差—人工補充同名點—以模型自動相對定向為基礎,進行模型外方位元素的計算。衛星影像三維模型的建立過程較為復雜,從原始數據采集直至最終成型,加之關聯DEM、正射影像、電網鋪設線路平斷截面等信息,其數據分析。

4.2電氣網絡線路正射影像路徑圖設計及制作

設計路徑圖的主要目的,在于完善路徑信息,并保持與三維數字地形圖的一致。而在實際運用相關的制作軟件時,工作人員將會面臨的主要問題包括以下兩個方面:

(1)相關數據的有效存儲。在電力工程進行線路路徑圖的設計時,往往需要涉及較為龐大的數據信息,因此,需要以適當預估作為基礎,確保設計工作的正常開展,而工作人員則應當注意對所使用硬件的及時優化與整理,并盡可能地擴展數據的存儲空間;另外,在運用軟件的過程中,需要盡量避免盲目操作。

(2)圖象、參數處理。部分工作人員對于相關軟件不夠熟悉,操作也不夠熟練,軟件與模型之間的關系也不夠明確,應當通過實驗的方式,將所涉及的各類數據參數進行比對,從而確定最優參數值;另外,只有保證軟件和設備具有良好處理能力,才能夠保障圖像的最終處理效果。

4.3衛片正射影像圖質量及后續處理分析

以當前的技術條件來看,衛片正射影像圖的生成作業,大多需要運用Cyberland專業軟件來實現。該軟件可以在半自動軟件作用下,對影像進行配準、融合以及糾正等操作處理,所生成的折射影像也可以使用VirtuoZo進行復制拼接,從而得到最終的專題圖。專題圖屬于一種影像式產物,如果想要體現出該圖在視覺感官上具有的優勢,工作人員應當針對形成的專題圖,進一步采取系統化的處理。在此過程中,較為常用的軟件有Envi、ImageXuite和Photoshop等,這些軟件的應用都可以有效輔助工作人員實施對專題圖勻光、邊緣增強和濾波的處理工作,從而提高專題圖的影像質量和清晰程度,良好的專題圖甚至能夠與航片的清晰度相媲美。實踐表明,以衛片為基礎,工作人員依據電力工程的線路路徑設計,所作出的漫游顯示往往會出現一定程度的失真,這將會導致電力工程的線路路徑設計中,一些細節方面的問題難以得到及時的處理。同時,由于衛片漫游的視點較高,對于電力工程線路設計的整體輪廓、結構等方面問題,能夠做出相應的反應,從而爭取到采取補救措施的機會。

4.4三維模型的構建與線路漫游的實現方式分析

①就設備的配置和軟件選擇方面,為了使電力工程線路設計能夠實現無阻礙漫游,要求計算機的中央處理器其主頻控制在2G以上,內存應當在512M以上,同時還需要具備支持3D功能的顯卡;

②就數據組織層面,對于模型的建立和產品的生成來說,線路測區的DEM格式數據與正射影響拼接數據都是基本參考;

③就漫游場景構建方面,工作人員需要利用DEM格式數據、三維模型、正射影像數據等,將3DBrowser模塊作為載體,才能夠恢復現實場景,從而完成線路漫游。

5結語

由此可見,3DDEM勢必會在更多的工程設計中,得到廣泛應用,發揮重要的地形測繪效用。隨著計算機技術的進一步發展,以及衛星立體影像數據資料應用的逐漸普及,三維數字地形圖的應用成本也將會逐漸降低,滿足大眾的應用標準,幫助工程設計大大提高工作效率,增強在電力工程設計中的應用精度與自動化水平。

參考文獻

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[2]楊永崇,胡楠,郭嵐.三維數字地形圖測繪技術研究[J].測繪通報,2011(1):75~77.

[3]李宗華,趙中元.城市三維數字地圖系統建設及關鍵技術研究[J].中華建設,2010(01):67~69.收稿日期:2015-11-1

作者:田曉艷 余繼興     單位:中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司

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責任編輯:電力交易小郭

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