三維數(shù)字地形圖在電力工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用

 摘要：三維數(shù)字地形圖，即3DDTM，該技術(shù)應(yīng)用于電力工程設(shè)計(jì)的過程中，不僅可以體現(xiàn)立體對(duì)象平面關(guān)聯(lián)性，還可以更加精確地表達(dá)地面地表物體的高程、高度等，從而提升地形圖的表達(dá)質(zhì)量。本文探討了三維數(shù)字地形圖在電力工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：三維數(shù)字地形圖；電力工程；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM02文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-0038（2015）48-0240-02

作者簡(jiǎn)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(shè)計(jì)工作

1引言

我國(guó)電力工程項(xiàng)目的投建日益受到重視，工程質(zhì)量方面的要求逐漸提高，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需求。原有工程設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)平臺(tái)等，逐漸難以提供方便精確的信息表達(dá)，因而影響了電力工程的設(shè)計(jì)效果。而三維顯示技術(shù)的發(fā)展，為電力工程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方案效果圖，從而提升設(shè)計(jì)質(zhì)量和數(shù)據(jù)科學(xué)化管理。

2三維數(shù)字地形圖的基本概念

2.13DDTM的概念

在三維數(shù)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(diǎn)，來表現(xiàn)地物、地貌的空間狀態(tài)、方位、形狀等，將地形地物以三維空間的模式體現(xiàn)出來，其中所有對(duì)于地物地貌的特征，都是三維呈現(xiàn)，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(shù)字地形圖所具有的特征包括以下方面：①3DDTM不是紙質(zhì)的，而是由數(shù)字、電子的形式體現(xiàn)；②該地形圖可以精確反映出地物的立體形態(tài)，還可以呈現(xiàn)出制圖區(qū)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(diǎn)來表示地形、地貌特征，以及地物的立體形態(tài)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(xì)的，實(shí)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(shù)字地形圖的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.13DDTM發(fā)展現(xiàn)狀

目前，3DDTM已經(jīng)被應(yīng)用于電力工程的項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐中，用于進(jìn)行工程的多視點(diǎn)表達(dá)（見圖1），在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)能夠針對(duì)立體路徑，合理選擇輔助電線網(wǎng)點(diǎn)的桿塔設(shè)置，提高電網(wǎng)的線路規(guī)劃準(zhǔn)確性，加強(qiáng)工程的環(huán)保力度，節(jié)約建設(shè)成本�；�于以上重要優(yōu)勢(shì)，3DDTM大大提升了對(duì)立體空間的測(cè)量、表達(dá)質(zhì)量，從而為工作人員對(duì)于地圖的立體分析、認(rèn)知水平等提供重要依據(jù)。一些發(fā)達(dá)國(guó)家的電力產(chǎn)業(yè)中，3DDTM已經(jīng)在電力設(shè)計(jì)中得到為了良好的應(yīng)用，且積累了非常重要的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)3DDTM技術(shù)也開始向著激光三維掃描等高科技的方向發(fā)展，將各個(gè)不同領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)綜合起來，應(yīng)用于各個(gè)不同領(lǐng)域。20世紀(jì)末，我國(guó)已經(jīng)構(gòu)建了比例1：25萬的地形圖數(shù)據(jù)庫(kù)，其中包括的內(nèi)容眾多，例如DEM、大地控制數(shù)據(jù)、行政地名、水湖系統(tǒng)等，所有的數(shù)據(jù)信息量達(dá)到13.5GB，且均為三維的電子地形圖場(chǎng)景。相較于傳統(tǒng)使用的平面電子地圖，基于3DDTM技術(shù)所測(cè)繪出來的地形圖，能夠三維地描繪社會(huì)自然、人文景觀，逼真直觀，對(duì)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(yīng)用價(jià)值。

3.2電力工程設(shè)計(jì)中3DDTM的應(yīng)用需求

對(duì)于電力工程的設(shè)計(jì)，地形圖測(cè)繪是重要環(huán)節(jié)，實(shí)際開展工作的過程中，首先包括對(duì)于方案可行性的研究、工程方案的初步設(shè)計(jì)，以及施工圖設(shè)計(jì)等。

3.2.1可行性研究

可行性研究階段的主要任務(wù)，是以地形圖為依據(jù)，調(diào)整規(guī)劃工程的整體設(shè)計(jì)方案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中不利于方案落實(shí)的影響因素，從而判斷并論證方案的可行性。在實(shí)際開展可行性研究時(shí)，首先要明確方案設(shè)計(jì)原則，然后對(duì)工程進(jìn)行具體的規(guī)劃和布置，再基于大比例尺的地形圖，初步擬定方案中對(duì)于生產(chǎn)生活、休閑區(qū)等部分的規(guī)劃，粗略預(yù)估所需要的占地面積、房屋的拆遷量等問題

3.2.2初步設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案的初步設(shè)計(jì)，對(duì)于局部建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施等的規(guī)劃設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)成果為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化，才能夠達(dá)到施工圖成熟設(shè)計(jì)要求，并補(bǔ)充測(cè)量地形圖范圍外的部分內(nèi)容，從而完善測(cè)量工作，確保地形圖的精確程度，為工程量計(jì)算提供科學(xué)參數(shù)。3DDTM的應(yīng)用，為工程設(shè)計(jì)人員提供了重要的技術(shù)支持，是他們能夠繪制出具有極強(qiáng)真實(shí)感和操作性的建筑模型，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)圖的可視化。此外，3DDTM還具備了為工作人員提供查詢、分析、計(jì)算等基礎(chǔ)功能。目前的高電壓等級(jí)電線網(wǎng)絡(luò)工程往往成本較高，例如110kV的線路工程建設(shè)中對(duì)于電線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，由于送電線路的設(shè)計(jì)合理優(yōu)化，將直接影響到工程的運(yùn)行順利及投資額度問題，因此至關(guān)重要。其中對(duì)于線路路徑的選擇和設(shè)計(jì)，就需要準(zhǔn)確了解當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛睬闆r、道路交通狀況以及水文氣象等基本地質(zhì)條件，而3DDTM技術(shù)則有效發(fā)揮了其準(zhǔn)確采集相關(guān)信息的作用。

43DDTM在電力工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用

4.1衛(wèi)星影像立體模型構(gòu)建

3DDTM的實(shí)際應(yīng)用往往會(huì)涉及衛(wèi)星影像立體模型的構(gòu)建問題，所以，工作人員首先需要轉(zhuǎn)換TM、Spot、DEM等衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，其中的DEM數(shù)據(jù)大多是軍隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)格式，因此在對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，需要結(jié)合DEM軍標(biāo)格式的特征，編制格式轉(zhuǎn)化程序，從而確定相關(guān)指標(biāo)參數(shù)。另外，工作人員在開展影響模型的匹配及相對(duì)/絕對(duì)定向作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照以下步驟進(jìn)行：手工選擇基本匹配點(diǎn)—自動(dòng)剔除粗差—人工補(bǔ)充同名點(diǎn)—以模型自動(dòng)相對(duì)定向?yàn)榛�礎(chǔ)，進(jìn)行模型外方位元素的計(jì)算。衛(wèi)星影像三維模型的建立過程較為復(fù)雜，從原始數(shù)據(jù)采集直至最終成型，加之關(guān)聯(lián)DEM、正射影像、電網(wǎng)鋪設(shè)線路平斷截面等信息，其數(shù)據(jù)分析。

4.2電氣網(wǎng)絡(luò)線路正射影像路徑圖設(shè)計(jì)及制作

設(shè)計(jì)路徑圖的主要目的，在于完善路徑信息，并保持與三維數(shù)字地形圖的一致。而在實(shí)際運(yùn)用相關(guān)的制作軟件時(shí)，工作人員將會(huì)面臨的主要問題包括以下兩個(gè)方面：（1）相關(guān)數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)。在電力工程進(jìn)行線路路徑圖的設(shè)計(jì)時(shí)，往往需要涉及較為龐大的數(shù)據(jù)信息，因此，需要以適當(dāng)預(yù)估作為基礎(chǔ)，確保設(shè)計(jì)工作的正常開展，而工作人員則應(yīng)當(dāng)注意對(duì)所使用硬件的及時(shí)優(yōu)化與整理，并盡可能地?cái)U(kuò)展數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間；另外，在運(yùn)用軟件的過程中，需要盡量避免盲目操作。（2）圖象、參數(shù)處理。部分工作人員對(duì)于相關(guān)軟件不夠熟悉，操作也不夠熟練，軟件與模型之間的關(guān)系也不夠明確，應(yīng)當(dāng)通過實(shí)驗(yàn)的方式，將所涉及的各類數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，從而確定最優(yōu)參數(shù)值；另外，只有保證軟件和設(shè)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(wèi)片正射影像圖質(zhì)量及后續(xù)處理分析

以當(dāng)前的技術(shù)條件來看，衛(wèi)片正射影像圖的生成作業(yè)，大多需要運(yùn)用Cyberland專業(yè)軟件來實(shí)現(xiàn)。該軟件可以在半自動(dòng)軟件作用下，對(duì)影像進(jìn)行配準(zhǔn)、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(jìn)行復(fù)制拼接，從而得到最終的專題圖。專題圖屬于一種影像式產(chǎn)物，如果想要體現(xiàn)出該圖在視覺感官上具有的優(yōu)勢(shì)，工作人員應(yīng)當(dāng)針對(duì)形成的專題圖，進(jìn)一步采取系統(tǒng)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(yīng)用都可以有效輔助工作人員實(shí)施對(duì)專題圖勻光、邊緣增強(qiáng)和濾波的處理工作，從而提高專題圖的影像質(zhì)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(shí)踐表明，以衛(wèi)片為基礎(chǔ)，工作人員依據(jù)電力工程的線路路徑設(shè)計(jì)，所作出的漫游顯示往往會(huì)出現(xiàn)一定程度的失真，這將會(huì)導(dǎo)致電力工程的線路路徑設(shè)計(jì)中，一些細(xì)節(jié)方面的問題難以得到及時(shí)的處理。同時(shí)，由于衛(wèi)片漫游的視點(diǎn)較高，對(duì)于電力工程線路設(shè)計(jì)的整體輪廓、結(jié)構(gòu)等方面問題，能夠做出相應(yīng)的反應(yīng)，從而爭(zhēng)取到采取補(bǔ)救措施的機(jī)會(huì)。

4.4三維模型的構(gòu)建與線路漫游的實(shí)現(xiàn)方式分析

①就設(shè)備的配置和軟件選擇方面，為了使電力工程線路設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)無阻礙漫游，要求計(jì)算機(jī)的中央處理器其主頻控制在2G以上，內(nèi)存應(yīng)當(dāng)在512M以上，同時(shí)還需要具備支持3D功能的顯卡；②就數(shù)據(jù)組織層面，對(duì)于模型的建立和產(chǎn)品的生成來說，線路測(cè)區(qū)的DEM格式數(shù)據(jù)與正射影響拼接數(shù)據(jù)都是基本參考；③就漫游場(chǎng)景構(gòu)建方面，工作人員需要利用DEM格式數(shù)據(jù)、三維模型、正射影像數(shù)據(jù)等，將3DBrowser模塊作為載體，才能夠恢復(fù)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，從而完成線路漫游。

5結(jié)語

由此可見，3DDEM勢(shì)必會(huì)在更多的工程設(shè)計(jì)中，得到廣泛應(yīng)用，發(fā)揮重要的地形測(cè)繪效用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及衛(wèi)星立體影像數(shù)據(jù)資料應(yīng)用的逐漸普及，三維數(shù)字地形圖的應(yīng)用成本也將會(huì)逐漸降低，滿足大眾的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，幫助工程設(shè)計(jì)大大提高工作效率，增強(qiáng)在電力工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用精度與自動(dòng)化水平。

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