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CN103093007A - 输电铁塔三维虚拟装配方法 - Google Patents

输电铁塔三维虚拟装配方法 Download PDF

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CN103093007A CN2011103347778A CN201110334777A CN103093007A CN 103093007 A CN103093007 A CN 103093007A CN 2011103347778 A CN2011103347778 A CN 2011103347778A CN 201110334777 A CN201110334777 A CN 201110334777A CN 103093007 A CN103093007 A CN 103093007A
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Abstract

一种输电铁塔三维虚拟装配方法,它包括以下步骤:①将输电铁塔分解为若干个电力组件,根据国网电力设备标准,采用面向对象技术对分解后的电力组件进行分类,得到组件的设备属性信息,然后对电力组件进行标识,得到设备标识信息;②关联电力组件的设备属性信息和设备标识信息,采用三维建模技术创建三维组件式电力设备模型,得到三维电力设备组件模型数据库;③根据输电铁塔的空间配置和各个电力组件的组装关系,建立输电铁塔组装关系数据模型;④根据已建立的输电铁塔组装关系数据模型,对三维组件式电力设备模型进行虚拟装配,得到完整的输电铁塔三维模型。

Description

输电铁塔三维虚拟装配方法
技术领域
本发明涉及一种设备的虚拟装配方法,具体地说是涉及输电铁塔的三维虚拟装配方法。
背景技术
近年来,三维GIS技术得到了蓬勃发展,并在大规模地形显示、空间数据管理和空间数据分析等方面都取得了突破性的进展。三维建模技术作为电力行业三维可视化的基础,得到了广泛的研究和应用。但传统的三维建模技术带有一体化的特征,在电力行业对电力设备的设计和管理应用中,针对每一个电力设备均使用传统建模方法会带来工作量大,模型修改困难的难点。本发明基于三维GIS平台,实现了电网电力设备的组件式三维精细建模及其装配流程,在实际工作中建设了面向电力设备对象的三维建模及虚拟装配方案,实现了在三维可视化环境中进行电力设备精细表达及设备组合控制。
目前主流的三维建模技术是指使用基于ACIS 内核的三维设计软件所构造的各种线框、曲面、实体造型经由几何变换形成带有三维显示特征的模型,这种模型提供了着色、消隐等三维可视化效果,整个模型被作为统一的整体存储为独立的模型文件。
目前流行的三维建模技术及建模方法带来的主要问题在于三维模型是一体化的,将三维模型加载到3D GIS系统中只能做整体性变换而不能分开做设备各组件的调整,这种现象带来的一个主要问题就是针对每种不同的电力设备均要重新建立一套完整的模型,在实际工作中对现有输电铁塔组件做出调整之后,也要重新根据现有实际资料来重新建模,会导致工作量加剧,模型修改困难的情况出现。
发明内容
本发明的目的是提供一种装配方法,利用该装配方法构建的三维模型与真实建设资料和建设环境相匹配,可实现电力设备的三维精细表达。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种输电铁塔三维虚拟装配方法,它包括以下步骤:
①将输电铁塔分解为若干个电力组件,根据国网电力设备标准,采用面向对象技术对分解后的电力组件进行分类,得到组件的设备属性信息,然后对电力组件进行标识,得到设备标识信息;
②关联电力组件的设备属性信息和设备标识信息,采用三维建模技术创建三维组件式电力设备模型,得到三维电力设备组件模型数据库;
③根据输电铁塔的空间配置和各个电力组件的组装关系,建立输电铁塔组装关系数据模型;
④根据已建立的输电铁塔组装关系数据模型,对三维组件式电力设备模型进行虚拟装配,得到完整的输电铁塔三维模型。
所述电力组件采用树状结构的电气设备分类方法进行分类。
所述的步骤④包括以下流程:
i)、收集所要建设的当地实际输电铁塔的建设资料;
ii)、在三维电力设备组件模型数据库中选择适用于当地实际输电铁塔的三维组件式电力设备模型;
iii)、在已选择的三维组件式电力设备模型基础上,根据输电铁塔组装关系数据模型,在局部坐标系中装配绝缘子串、金具设备组件;
iv)、将三维装配后的输电铁塔设备模型经由局部坐标系到世界坐标系的变换,加载至三维GIS平台上,实现输电铁塔仿真显示。
当地实际输电铁塔的建设资料包括塔杆坐标、塔形、塔高、绝缘子串坐标和挂点信息。
采用上述技术方案的本发明,具有以下优点:
(1)本发明实现了面向电力设备各组件的高精度三维模型的分类、标识设计方法,使得电力设计和管理行业使用的三维模型精度大大提高;在此基础上建立的高精度三维组件式电力设备模型,它基于现有三维建模技术,采用面向对象设计方法来完成电力模型的组件配置关系分析,从而为建设输电铁塔的高精度三维模型奠定了基础。
(2)本发明实现了输电铁塔设备三维虚拟装配关系研究及装配过程的实现流程,改善了三维建模工作流程,有助于提升电力行业实际工作中三维建模的效率,减少不必要的工作量。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明中的电力设备各组件之间的空间耦合关系图。
图3为本发明建立三维组件式电力设备模型的原理图。
图4为本发明输电铁塔三维模型的虚拟装配流程图。
具体实施方式
如图1所示,本发明包括以下步骤:
①将输电铁塔分解为若干个电力组件,根据国网电力设备标准,采用面向对象技术对分解后的电力组件进行分类,分类的方法为树状结构的电气设备分类方法,通过该方法得到组件的设备属性信息,然后对电力组件进行标识,得到设备标识信息。
电力组件分类时,考虑到在基于三维GIS技术的电网建设、运行虚拟场景中,由于电网及其设备间的拓扑关系从传统的二维转向了三维,从平面转向了立体,所以电网监控中的逻辑关系也有了新的特征。在三维电网信息监控系统中,不但要考虑电路线路、塔杆之间的空间关系,考虑线路与设备间的空间关系,还要考虑电力设备内部的关系,即电力设备各组件之间的空间耦合关系,如图2所示。
电力设备基本类是所有电力设备的基类,它包含所有的电力设备都具有的参数,如设备名称、设备编号、设备类型和位置。在树状电力设备分类中,由于所有的电力设备类均继承于电力设备基本类,系统可把不同种类的电力设备类对象视为一个电力设备基本类对象处理。
在电力组件的标识方面,本发明通过将设备分组,方便地组织设备数据。实施时,将设备分类成输电电气设备、输电附属设备、变电一次设备、变电二次设备、变电辅助设备等等,具体地设备分类数据如表1所示。
设备类型 缩写
输电电气设备 EM
输电附属设备 AM
变电电气一次 EAP
变电电气二次 EBP
变电辅助设施 AFP
调度端设备 DM
表1
在对电力设备进行标识时,由于本发明在建模的过程中将输电铁塔分解为多个组件,即每种设备都由一个或多个组件组成,因此电力设备对象下属设备数量较多,为方便区分和管理,需对其进行统一标识,标示规则如下:所属设备分类类型缩写_设备名称。每个设备包含的技术参数不一定相同,但是所有设备都包括基本属性,这些属性、技术参数和模型实体都存储在相应的设备表中。
②关联电力组件的设备属性信息和设备标识信息,采用三维建模技术创建三维组件式电力设备模型,得到三维电力设备组件模型数据库,如图3所示。
③根据输电铁塔的空间配置和各个电力组件的组装关系,建立输电铁塔组装关系数据模型。为了描述组件之间的连接关系,使孤立的组件能够有机的按连接起来组成一个完整的输电铁塔,定义了电力设备的组装关系对象。组装关系对象通过外键实现和设备对象、电网现状对象、项目对象、资料对象的关联,外键设置如表2所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
 表2
设备的二维表现方式是一个点、图标或者线;三维表现的是一个模型实体。线路、杆塔、变电站都可以用二维和三维的方式表现。电网设备数据模型通过电网数据库索引实现二三维的关联,即每个设备三维实体模型的handleID,handleID存储在组装关系表的“对应实体部件编码”PModuleID字段中。
定义资料表和资料卷宗表实现对设备资料的管理。资料卷宗表用于存储资料的卷宗构成、所属阶段、专业。资料表用于记录设备资料的基本信息,包括关联卷宗ID、文件类型、所属阶段、专业等。
(1)从设备组装结构角度管理设备属性
通过“设备组装结构”,可以跟踪设备的位置或逻辑设备结构,并将这些位置组织到逻辑层次结构中。
(2)从设备分类角度管理设备属性
设备分类是设备本身固有属性,可以根据这些属性划分设备的类别,通常这些具有相同类别的设备,同时也具有相同的技术参数。从这个角度可以很容易查找和管理设备台账信息。
(3)从模型化的角度管理设备属性
通过模型化的设备管理可以实现设备的模型化展示、设备模型与设备台账信息的关联。点击设备模型关联设备的基本信息、设备的技术参数信息等。通过对电网数据库索引与设备组件逻辑关系的匹配并建立相应的数据表结构,形成输电铁塔组装关系数据模型,可以使后续的设备虚拟装配工作得以顺利进行。
④根据已建立的输电铁塔组装关系数据模型,对三维组件式电力设备模型进行虚拟装配,得到完整的输电铁塔三维模型。在本发明中,输电铁塔三维模型的虚拟装配过程是指:通过研究电力设备组件模型的组织方式及配置关系来研究虚拟装配参数,根据实际电网建设资料来确定具体的组件式模型装配参数,从而使输电铁塔各不同组件的模型能够按照实际情况组合起来。
为了真实反映输电铁塔设备在空间位置上的分布和各组件在铁塔上的配置关系,采取如下的三维装配过程来实现输电铁塔设备不同组件模型在三维GIS场景中的整合显示,如图4所示。
i)、收集所要建设的当地实际输电铁塔的建设资料,包括塔杆坐标、塔形、塔高、绝缘子串坐标、挂点等信息;
ii)、在三维电力设备组件模型数据库中选择适用于当地实际输电铁塔的三维组件式电力设备模型;
iii)、在已选择的三维组件式电力设备模型基础上,根据输电铁塔组装关系数据模型中杆塔上绝缘子串挂点、坐标等信息,在局部坐标系中装配绝缘子串、金具设备组件等等;
iv)、将三维装配后的输电铁塔设备模型经由局部坐标系到世界坐标系的变换,加载至三维GIS平台上,实现输电铁塔仿真显示。

Claims (4)

1.一种输电铁塔三维虚拟装配方法,其特征在于,它包括以下步骤:
①将输电铁塔分解为若干个电力组件,根据国网电力设备标准,采用面向对象技术对分解后的电力组件进行分类,得到组件的设备属性信息,然后对电力组件进行标识,得到设备标识信息;
②关联电力组件的设备属性信息和设备标识信息,采用三维建模技术创建三维组件式电力设备模型,得到三维电力设备组件模型数据库;
③根据输电铁塔的空间配置和各个电力组件的组装关系,建立输电铁塔组装关系数据模型;
④根据已建立的输电铁塔组装关系数据模型,对三维组件式电力设备模型进行虚拟装配,得到完整的输电铁塔三维模型。
2.根据权利要求1所述的输电铁塔三维虚拟装配方法,其特征在于:所述电力组件采用树状结构的电气设备分类方法进行分类。
3.根据权利要求1所述的输电铁塔三维虚拟装配方法,其特征在于,所述的步骤④包括以下流程:
i)、收集所要建设的当地实际输电铁塔的建设资料;
ii)、在三维电力设备组件模型数据库中选择适用于当地实际输电铁塔的三维组件式电力设备模型;
iii)、在已选择的三维组件式电力设备模型基础上,根据输电铁塔组装关系数据模型,在局部坐标系中装配绝缘子串、金具设备组件;
iv)、将三维装配后的输电铁塔设备模型经由局部坐标系到世界坐标系的变换,加载至三维GIS平台上,实现输电铁塔仿真显示。
4.根据权利要求3所述的输电铁塔三维虚拟装配方法,其特征在于:当地实际输电铁塔的建设资料包括塔杆坐标、塔形、塔高、绝缘子串坐标和挂点信息。
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