基于三维GIS的输电线路跨越施工方案校验与可视化方法技术

本发明专利技术公开了基于三维GIS的输电线路跨越施工方案校验与可视化方法，该方法通过建立跨越施工方案计算模型借助三维GIS系统平台高效完成输电线路无跨越架不停电跨越施工方案的全过程计算模型及可视化。所述方法包括：多源海量空间地理信息数据存储与管理技术，实现多源场景数据的高效调度与无缝浏览；输电线路无跨越架不停电跨越方案计算模型，通过将设计及现场采集的跨越方案输入数据，计算得到跨越方案所需的结果数据，并反馈方案可行性；跨越方案三维可视化技术，根据跨越方案参数与结果数据，在三维GIS中还原施工环境并自动生成跨越方案三维模型，动态管理跨越方案模型并与三维GIS有效整合。如图1所示，本发明专利技术的技术方案包括以下核心过程。

Verification and visualization method of transmission line crossing construction scheme based on 3D GIS

【技术实现步骤摘要】
基于三维GIS的输电线路跨越施工方案校验与可视化方法
本专利技术属于输电线路跨越施工
，具体涉及基于三维GIS的输电线路跨越施工方案校验与可视化方法。
技术介绍
输电线路重大跨越是指在输电线路工程建设中发生“三跨”施工的情况，包括架空输电线路跨越高速铁路、高速公路以及重要输电通道区段。其中无跨越架不停电跨越是其中安全系数最高也是方案制作难度最大的一项。在无跨越架不停电跨越方案制定过程中，需要根据施工现场的地形地貌、被跨越对象的物理参数、跨越档的地理参数，严格按照跨越施工导则，计算封网跨越过程中绝缘绳网及承载索自身参数、受力及施工过程中的安全系数，检验其满足安全规定要求。传统跨越施工方案都是通过二维图表的方式设计校验，其方案计算效率低，设计过程与结果不能直观显示，难以及时了解施工方案的效果并作出评价。三维GIS是在计算机软硬件系统支持下综合了空间信息技术、多媒体、网络、虚拟仿真技术，凭借对地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、分析、三维描述的技术系统。它具有强大的数据组织管理与可视化表现能力。相对普通的三维系统来说，其能够充分对真实地表内容进行综合模拟，并可对实际空间信息数据进行分析。
技术实现思路
本专利技术提供了基于三维GIS的输电线路跨越施工方案校验与可视化方法，解决无跨越架不停电跨越施工方案中，方案过程数据计算过程复杂，方案工具选型繁琐以及设计方案效果不直观、方案设计效率低的问题。为达到上述目的，本专利技术所述基于三维GIS的输电线路跨越施工方案校验与可视化方法，包括以下步骤：S1、采集跨越施工所需要的方案输入数据，所述方案输入数据包括跨越档距、被跨越物高程、交跨角、杆塔次档距、杆塔塔高和呼高；采集并制作跨越施工三维可视化展示所需要的地理信息数据以及杆塔的三维模型数据，包括高精度的地形影像数据、杆塔模型及其附件模型数据等；S2、利用S1得到的地理信息数据及制作的杆塔三维模型数据，三维模拟跨越施工环境，模拟内容包括真实的地形影像三维模拟，跨越处附近杆塔和线路的三维模拟；S3、利用S1得到的方案输入数据计算得到跨越绝缘绳网参数，所述绝缘绳网参数包括风偏距离、绝缘绳网长度、绝缘绳网宽度以及导线落网长度，并在跨越档三维环境中对绝缘绳网参数进行三维可视化；S4、选择绝缘绳网的承载索型号，根据承载索的截面积和破断力，S1得到的跨越方案输入数据以及S3得到的绝缘绳网参数，计算承载索在四种架空状态下的承载索折算单位长度重量和水平张力，所述四种架空状态包括空载状态、安全放线工况、静态事故状态及动态事故状态；S5、根据承载索安全系数计算公式得到安全系数值，并根据安全系数值和S4得到的承载索四种架空状态受力数据判断承载索是否符合安全规定要求，若不符合则重新选择承载索型号，并重复S3-S5步骤，直至承载索安全系数符合安全规定；S6、根据S4得到的承载索四种架空状态受力数据、绝缘绳网参数数据，计算跨越档整段承载索弧垂数据，承载索弧垂数据包括最大弧垂、跨越点弧垂、放线曲线模板模数和安全系数，并在三维GIS中模拟还原四种状态承载索架线及绝缘绳网拉伸情况；S7、根据跨越方案输入数据、计算得到的绝缘绳网参数、承载索受力数据、承载索弧垂数据及对跨越档导线放线模拟后，使用承载索净空距离计算模型计算得到四种状态下承载索与跨越物的净空距离以及承载索与导线的净空距离，结合三维施工环境三维模拟跨越档导线架线后，模拟展现承载索与导线、承载索与被跨越物空间关系；S8、校验施工方案结果，校验内容包括四种状态承载索与新建线路导线净空距离是否满足安全规定要求、四种架空状态下承载索与被跨越物净空距离是否满足安全规定要求，若不符合，重新调整承载索受力或者性能更好的承载索型号，重复步骤S3-S8，直至施工方案校验结果合格。进一步的，S8完成后，生成方案结果报告；所述方案结果报告包括：承载索型号、四种架空状态满足要求的最小张力、四种架空状态下承载索与新建线路导线净空距离、四种架空状态下承载索与被跨越物净空距离以及承载索是否满足安全规定要求。进一步的，步骤S3中：1)风偏距离zx的计算公式为：上式中，Wn为安装气象条件下导线或地线的单位长度风荷重，m为承载索跨越点处距离前塔的水平距离，l为施工线路的跨越档档距跨度，H为导线水平放线张力，λ为施工线路跨越档两端悬垂绝缘子串或滑车挂具长度，ω为导线的单位长度重量；2)绝缘绳网宽度B的计算公式为：B＝2*(zx+c)+b；其中，c为施工线路边线的保护宽度，b为线路分相封网时，边导线与相邻地线间的水平距离；3)绝缘绳网长度lwa的计算公式为：其中，n为被跨电力线两边线间的水平距离，α为新建线路与被跨越线路的交跨角，lwb为封顶网装置伸出被跨越电力线路的保护长度；4)导线落网长度lc的计算公式为：其中，lc是落网导线长度，lG是前塔与绝缘绳网网端形成的次档距，lG+1为后塔与绝缘绳网网端形成的次档距。进一步的，步骤S4中，动态状态下承载索水平张力H2的计算公式为：其中，a′、Δ’、Y’1和Y’2均为中间变量，Δ’＝81*b′2+12*a′3*b′；其中，l为跨越档档距，ω0为承载索单位长度重量，E为承载索弹性模量，S为承载索单根截面积，φ为承载索悬挂点高差角，ω2为动态事故状态时承载索折算单位荷载；空载状态、安全放线工况和静态事故状态下张力计算公式相同，具体如下：式中，Hi为其他状态下张力大小，ωi为其他状态下的承载索折算单位荷载，i＝1，3，4，具体的，H1为空载状态下张力大小，H3为静态事故状态下张力大小，H4为安全放线状态下张力大小；ω1为空载状态下的承载索折算单位荷载，ω3为静态事故状态下的承载索折算单位荷载，ω4为安全放线状态下的承载索折算单位荷载。进一步的，步骤S5中，当承载索的破断力Tp满足Tp≥6*H3时，判断承载索符合安全规定。进一步的，步骤S6中，1)最大弧垂值fi的计算公式为：式中，fi为四种架空状态下承载索最大弧垂值，i＝1,2,3,4，ωi为四种架空状态下承载索单位长度重量，Hi为四种架空状态下承载索的张力值，φ为承载索悬挂点高差角；2)承载索在跨越点处弧垂fmi的计算公式为：其中，fmi为四种架空状态下承载索不同位置的弧垂值，m为承载索跨越点处距离前塔的水平距离；3)放线曲线模版模数Ki的计算公式为：其中，Ki为承载索的放线曲线模版模数；4)安全系数Kai的计算公式为：式中，Kai(i＝1,2,3,4)为四种状态下承载索的综合安全系数，Tp为承载索的破断力。进一步的，步骤S7中，1)承载索与跨越物的净空距离shi的计算公式为：shi＝(m*tanΦ+N′-Δh-fmi)-y，其中，N′为临近杆塔的高程，y为被跨越点高程，fmi为某工况时承载索跨越点弧垂；2)承载索与跨越点展放导线的净空距离Δfi的计算为：其中式中，Δfi(i＝1,2,3,4)为四种状态下承载索在跨越点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于三维GIS的输电线路跨越施工方案校验与可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、采集跨越施工所需要的方案输入数据，所述方案输入数据包括跨越档距、被跨越物高程、交跨角、杆塔次档距、杆塔塔高和呼高；采集并制作跨越施工三维可视化展示所需要的地理信息数据以及杆塔的三维模型数据，包括高精度的地形影像数据、杆塔模型及其附件模型数据等；/nS2、利用S1得到的地理信息数据及制作的杆塔三维模型数据，三维模拟跨越施工环境，模拟内容包括真实的地形影像三维模拟，跨越处附近杆塔和线路的三维模拟；/nS3、利用S1得到的方案输入数据计算得到跨越绝缘绳网参数，所述绝缘绳网参数包括风偏距离、绝缘绳网长度、绝缘绳网宽度以及导线落网长度，并在跨越档三维环境中对绝缘绳网参数进行三维可视化；/nS4、选择绝缘绳网的承载索型号，根据承载索的截面积和破断力，S1得到的跨越方案输入数据以及S3得到的绝缘绳网参数，计算承载索在四种架空状态下的承载索折算单位长度重量和水平张力，所述四种架空状态包括空载状态、安全放线工况、静态事故状态及动态事故状态；/nS5、根据承载索安全系数计算公式得到安全系数值，并根据安全系数值和S4得到的承载索四种架空状态受力数据判断承载索是否符合安全规定要求，若不符合则重新选择承载索型号，并重复S3-S5步骤，直至承载索安全系数符合安全规定；/nS6、根据S4得到的承载索四种架空状态受力数据、绝缘绳网参数数据，计算跨越档整段承载索弧垂数据，承载索弧垂数据包括最大弧垂、跨越点弧垂、放线曲线模板模数和安全系数，并在三维GIS中模拟还原四种状态承载索架线及绝缘绳网拉伸情况；/nS7、根据跨越方案输入数据、计算得到的绝缘绳网参数、承载索受力数据、承载索弧垂数据及对跨越档导线放线模拟后，使用承载索净空距离计算模型计算得到四种状态下承载索与跨越物的净空距离以及承载索与导线的净空距离，结合三维施工环境三维模拟跨越档导线架线后，模拟展现承载索与导线、承载索与被跨越物空间关系；/nS8、校验施工方案结果，校验内容包括四种状态承载索与新建线路导线净空距离是否满足安全规定要求、四种架空状态下承载索与被跨越物净空距离是否满足安全规定要求，若不符合，重新调整承载索受力或者性能更好的承载索型号，重复步骤S3-S8，直至施工方案校验结果合格。/n...

【技术特征摘要】
1.基于三维GIS的输电线路跨越施工方案校验与可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集跨越施工所需要的方案输入数据，所述方案输入数据包括跨越档距、被跨越物高程、交跨角、杆塔次档距、杆塔塔高和呼高；采集并制作跨越施工三维可视化展示所需要的地理信息数据以及杆塔的三维模型数据，包括高精度的地形影像数据、杆塔模型及其附件模型数据等；
S2、利用S1得到的地理信息数据及制作的杆塔三维模型数据，三维模拟跨越施工环境，模拟内容包括真实的地形影像三维模拟，跨越处附近杆塔和线路的三维模拟；
S3、利用S1得到的方案输入数据计算得到跨越绝缘绳网参数，所述绝缘绳网参数包括风偏距离、绝缘绳网长度、绝缘绳网宽度以及导线落网长度，并在跨越档三维环境中对绝缘绳网参数进行三维可视化；
S4、选择绝缘绳网的承载索型号，根据承载索的截面积和破断力，S1得到的跨越方案输入数据以及S3得到的绝缘绳网参数，计算承载索在四种架空状态下的承载索折算单位长度重量和水平张力，所述四种架空状态包括空载状态、安全放线工况、静态事故状态及动态事故状态；
S5、根据承载索安全系数计算公式得到安全系数值，并根据安全系数值和S4得到的承载索四种架空状态受力数据判断承载索是否符合安全规定要求，若不符合则重新选择承载索型号，并重复S3-S5步骤，直至承载索安全系数符合安全规定；
S6、根据S4得到的承载索四种架空状态受力数据、绝缘绳网参数数据，计算跨越档整段承载索弧垂数据，承载索弧垂数据包括最大弧垂、跨越点弧垂、放线曲线模板模数和安全系数，并在三维GIS中模拟还原四种状态承载索架线及绝缘绳网拉伸情况；
S7、根据跨越方案输入数据、计算得到的绝缘绳网参数、承载索受力数据、承载索弧垂数据及对跨越档导线放线模拟后，使用承载索净空距离计算模型计算得到四种状态下承载索与跨越物的净空距离以及承载索与导线的净空距离，结合三维施工环境三维模拟跨越档导线架线后，模拟展现承载索与导线、承载索与被跨越物空间关系；
S8、校验施工方案结果，校验内容包括四种状态承载索与新建线路导线净空距离是否满足安全规定要求、四种架空状态下承载索与被跨越物净空距离是否满足安全规定要求，若不符合，重新调整承载索受力或者性能更好的承载索型号，重复步骤S3-S8，直至施工方案校验结果合格。


2.根据权利要求1所述的基于三维GIS的输电线路跨越施工方案校验与可视化方法，其特征在于，S8完成后，生成方案结果报告，所述方案结果报告包括：承载索型号、四种架空状态满足要求的最小张力、四种架空状态下承载索与新建线路导线净空距离、四种架空状态下承载索与被跨越物净空距离以及承载索是否满足安全规定要求。


3.根据权利要求1所述的基于三维GIS的输电线路跨越施工方案校验与可视化方法，其特征在于，所述步骤S3中：
1)风偏距离zx的计算公式为：
上式中，Wn为安装气象条件下导线或地线的单位长度风荷重，m为承载索跨越点处距离前塔的水平距离，l为施工线路的跨越档档距跨度，H为导线水平放线张力，λ为施工线路跨越档两端悬垂绝缘子串或滑车挂具长...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中书，陈立斌，曾健，辛小瑜，杨大渭，薛晓军，张东海，王焕郎，何伟，惠君伟，郑涛，侯小波，李国伟，侯勇，海涵，李禹，武嫚慢，陈凯，李春林，董鉥涛，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司建设分公司，国网陕西省电力公司，北京洛斯达数字遥感技术有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61