國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司徐州供電公司的研究人員張?jiān)骑w，在2018年第1期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，借助于全景技術(shù)，用戶僅需通過(guò)在輸電線路現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行一次圖像采集，就能夠獲得一個(gè)身臨其境的輸電線路全景的還原現(xiàn)場(chǎng)；對(duì)輸電線路進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，能夠排除時(shí)間和氣象因素的影響，并通過(guò)較少的拍攝取景地點(diǎn)來(lái)獲得最完整的設(shè)備分布視圖；運(yùn)維人員可以根據(jù)輸電線路現(xiàn)場(chǎng)情況，在重要設(shè)備位置加入熱點(diǎn)并提供其性能參數(shù)，從而幫助運(yùn)維人員及時(shí)定位故障發(fā)生地并輔助制定檢修方案。

基于上述特性，應(yīng)用于輸電線路可視化運(yùn)維管理的全景技術(shù)能夠在降低成本的同時(shí)確保很高的可靠性，是輸電線路可視化運(yùn)維管理的一種有效新思路。

近年來(lái)，隨著電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的激增，出現(xiàn)了大量多回同塔架設(shè)和同塔倒序走向的情況，導(dǎo)致電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜并帶來(lái)了一系列的運(yùn)行管理難題。為了實(shí)現(xiàn)輸電線路的有效運(yùn)維管理，現(xiàn)階段主要采用二維GIS平臺(tái)來(lái)管理各等級(jí)線路。

這種方式存在以下瓶頸：線路的頻繁變更帶來(lái)相關(guān)技術(shù)檔案資料的實(shí)時(shí)更新難題，往往造成技術(shù)檔案與實(shí)際線路不符；二維GIS平臺(tái)無(wú)法表現(xiàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)域關(guān)聯(lián)信息，更無(wú)法獲取線路運(yùn)行管理所需要的線路垂直方向上的層次信息，因而不能對(duì)交叉跨越等特殊區(qū)域進(jìn)行有效管理；大多數(shù)采用加載固定三維模型的輸電GIS難以滿足線路及其設(shè)備動(dòng)態(tài)變化的要求；在夜間時(shí)無(wú)法獲得較好的圖形質(zhì)量且攝像頭必須架設(shè)在穩(wěn)定的角落，這會(huì)因攝像頭數(shù)量的增加而導(dǎo)致布設(shè)成本和運(yùn)維成本的提高[1,2]。

作為一種基于圖像繪制的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，全景技術(shù)在表達(dá)真實(shí)場(chǎng)景方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，不需要移動(dòng)攝像頭就能夠無(wú)盲區(qū)地獲得采取區(qū)域內(nèi)的景物。利用全景技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸電線路可視化運(yùn)維管理，既填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在輸電線路運(yùn)維管理應(yīng)用的技術(shù)空白，也給輸電線路提供了一種迎合時(shí)代的運(yùn)維管理模式。

1基于全景的輸電線路可視化運(yùn)維管理方案

1.1 總體框架

基于全景的輸電線路可視化運(yùn)維管理在縱向上可以劃分為四層，其中用戶表現(xiàn)層負(fù)責(zé)用戶交互的控制和輸電線路全景的顯示；應(yīng)用邏輯層負(fù)責(zé)具體功能的運(yùn)行，包括輸電線路全景和業(yè)務(wù)處理等；web服務(wù)層負(fù)責(zé)路由處理、編程接口、請(qǐng)求接聽、數(shù)據(jù)庫(kù)持久化模型、控制器系統(tǒng)等功能的實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)支撐層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和維護(hù)。

在橫向上，基于全景的輸電線路可視化運(yùn)維管理需要滿足安全與標(biāo)準(zhǔn)體系的要求，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸規(guī)范、接口規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)安全、用戶安全等（圖1為基于全景的輸電線路可視化運(yùn)維管理的總體框架）。

圖1 基于全景的輸電線路可視化運(yùn)維管理的總體框架

1.2 模塊組成

基于全景的輸電線路可視化運(yùn)維管理分為三大模塊（如圖2所示）：

第一，全景圖像采集拼接模塊。這個(gè)模塊由攝像裝置（安裝三腳架的數(shù)碼相機(jī)或全景拍攝云臺(tái)）和圖像采集拼接模塊構(gòu)成，經(jīng)攝像裝置采集的輸電線路現(xiàn)場(chǎng)照片被輸入到計(jì)算機(jī)中，由圖像采集拼接模塊負(fù)責(zé)將多張局部照片融合為完整的全景大圖[3]。

圖2 基于全景的輸電線路可視化運(yùn)維管理的三大模塊

第二，全景重建貼圖模塊。經(jīng)圖像采集拼接模塊拼接生成的全景大圖被輸入到全景重建貼圖模塊中作為球面模型的貼圖，并在球體內(nèi)中央架設(shè)一個(gè)可由鼠標(biāo)在設(shè)定范圍內(nèi)控制角度的虛擬攝像機(jī)，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行三維顯示。

此外，熱點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的熱點(diǎn)信息和位置將傳輸?shù)饺爸亟ㄙN圖模塊，以便在三維場(chǎng)景中顯示熱點(diǎn)及對(duì)熱點(diǎn)屬性進(jìn)行編輯。

第三，熱點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。每個(gè)熱點(diǎn)（即在全景視圖的特定位置進(jìn)行附著，操作人員可以與其交互并提供該位置相關(guān)信息的元件）的三維坐標(biāo)和信息將被存儲(chǔ)到熱點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，其中操作人員可以通過(guò)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)設(shè)備的相關(guān)信息（如型號(hào)、維護(hù)日期、檢修人員等）進(jìn)行錄入、修改、刪除和備注等操作。

熱點(diǎn)不僅可以提供坐標(biāo)信息（在三維場(chǎng)景中的位置），而且可以提供說(shuō)明信息（該位置需要給用戶展示的全部信息），這使得用戶可以快速了解輸電線路全景視圖中哪些位置具有重要信息（如維護(hù)周期），并對(duì)這些信息進(jìn)行調(diào)閱[4]。

熱點(diǎn)的添加、信息編輯、重定位和刪除等操作都可以在全景重建貼圖模塊所負(fù)責(zé)顯示和互動(dòng)的Flash Player中進(jìn)行，然后在指定目錄下以XML格式進(jìn)行保存，以供操作人員日后調(diào)閱。

1.3 三維輸電線路場(chǎng)景應(yīng)滿足的功能

在采用全景技術(shù)構(gòu)建三維輸電線路場(chǎng)景時(shí)，應(yīng)滿足如下功能：

（1）三維輸電線路場(chǎng)景能自動(dòng)漫游。三維輸電線路場(chǎng)景應(yīng)能夠根據(jù)指定的特定路線進(jìn)行視點(diǎn)移動(dòng)，并且輸電線路相關(guān)信息的設(shè)置越全面越好，以滿足用戶的需求[5]。

（2）三維輸電線路場(chǎng)景的調(diào)入顯示。根據(jù)觀察點(diǎn)所處位置的不同，用戶可以調(diào)度不同的輸電線路場(chǎng)景，必要時(shí)還可以打印所需信息。

（3）設(shè)備信息的查詢。用戶可以對(duì)主屏幕上相關(guān)設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)擊，查看設(shè)備的生產(chǎn)廠家、檢修時(shí)間、型號(hào)等信息，從而對(duì)輸電線路設(shè)備的信息情況進(jìn)行全面了解。

（4）三維輸電線路場(chǎng)景漫游的可控性。用戶在查看三維輸電線路場(chǎng)景時(shí)，可以通過(guò)鼠標(biāo)及鍵盤等對(duì)漫游進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)三維輸電線路場(chǎng)景的自由瀏覽。

（5）輸電線路設(shè)備的搜索。通過(guò)在主屏幕上輸入輸電線路設(shè)備的名稱，然后快速進(jìn)入到相應(yīng)欄目來(lái)查看設(shè)備的詳細(xì)信息。

（6）特定位置的指定。例如當(dāng)用戶想查看某條線路上變壓器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，那么可以選定到相應(yīng)的界面，然后點(diǎn)擊變壓器一欄進(jìn)行信息的查看。

2 輸電線路場(chǎng)景的建模和全景拍攝點(diǎn)的坐標(biāo)獲取

2.1 輸電線路場(chǎng)景的建模

（1）快速建模方法

要想給人舒適感和真實(shí)感，就需要通過(guò)合理建模來(lái)構(gòu)建三維輸電線路場(chǎng)景，而本文采用了如下的快速建模方法：利用全景技術(shù)來(lái)采集輸電線路的現(xiàn)場(chǎng)照片，經(jīng)全景拼接后獲得360°全景圖片，然后以次為背景構(gòu)建輸電線路場(chǎng)景；在設(shè)備建模上，利用透明模型區(qū)域覆蓋來(lái)代替具體的設(shè)備[6]。

傳統(tǒng)建模方法需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行精確建模，模型要想給用戶好的外觀體驗(yàn)，那么就必須精確到每個(gè)部件，這意味著傳統(tǒng)建模方法的真實(shí)感與模型的精確程度是呈正比的。然而精確建模會(huì)使建模工作量激增，故良好的外觀體驗(yàn)必須會(huì)導(dǎo)致整體建模周期的大大延長(zhǎng)[7]。

而采用此種快速建模方法，雖然可能會(huì)導(dǎo)致模型精準(zhǔn)度的相對(duì)下降，但可以在確保虛擬現(xiàn)實(shí)真實(shí)體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，避免傳統(tǒng)建模復(fù)雜耗時(shí)的缺陷。

（2）圖像采集與拼接的要點(diǎn)

在構(gòu)建輸電線路場(chǎng)景時(shí)，需要對(duì)輸電線路現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地圖像采集，如果硬件條件允許，可以使用全景云臺(tái)來(lái)采集圖像，而通常帶有三腳架的數(shù)碼相機(jī)就能夠滿足拍攝需求。

第一，圖像采集前的工作。通常希望用較少的拍攝次數(shù)來(lái)獲得所需圖像，因此要選用視角盡量大的數(shù)碼相機(jī)，即使用焦距較小的鏡頭。使用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行圖像采集時(shí)，可以采用不同鏡頭（表1為三種鏡頭的性能對(duì)比），而本文在綜合考慮成本、拍攝質(zhì)量等因素的基礎(chǔ)上，最終采用標(biāo)準(zhǔn)變焦鏡頭+單反相機(jī)。

表1 三種鏡頭的性能對(duì)比

第二，圖像的拍攝。為了確保輸電線路設(shè)備細(xì)節(jié)的可見，拍攝時(shí)應(yīng)盡量選擇晴好天氣，根據(jù)光線情況調(diào)整單反相機(jī)的曝光參數(shù)并按一定順序從多個(gè)角度進(jìn)行取景。

在拍攝時(shí)要注意如下事項(xiàng)：取景時(shí)如果有近距離的行人或車輛，應(yīng)等待其離開或靜止后方可拍攝；確保水平和垂直相鄰的圖片有20%左右的重合范圍；三腳架應(yīng)盡量保持水平，避免拍攝圖像傾斜而增加圖像處理的運(yùn)算量。

2.2 全景采集點(diǎn)的坐標(biāo)獲取

作為全景數(shù)據(jù)的重要組成部分，全景采集點(diǎn)坐標(biāo)的準(zhǔn)確獲取對(duì)于輸電線路可視化運(yùn)維管理的順利實(shí)施至關(guān)重要，而現(xiàn)階段全景采集點(diǎn)的GPS坐標(biāo)獲取可通過(guò)如表2所示的途徑實(shí)施。而本文中，采用的是數(shù)碼相機(jī)拍攝+手動(dòng)標(biāo)定的方式來(lái)獲得全景采集點(diǎn)的GPS坐標(biāo)。

表2 全景采集點(diǎn)的GPS坐標(biāo)獲取方案

3 結(jié)語(yǔ)

基于全景的輸電線路可視化運(yùn)維管理中，虛擬現(xiàn)實(shí)的引入使得輸電線路設(shè)備的分布通過(guò)三維形式還原到計(jì)算機(jī)上，所有圖像信息都是實(shí)地取景，通過(guò)漫游功能，用戶能夠直觀地了解輸電線路設(shè)備布局。

全景技術(shù)熱點(diǎn)功能的應(yīng)用，使得輸電線路各設(shè)備的位置得以標(biāo)注，并且輸電線路設(shè)備的位置與性能參數(shù)一一對(duì)應(yīng)，在性能參數(shù)能夠同步傳輸給系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用戶能夠?qū)崟r(shí)掌握輸電線路設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以便判斷輸電線路設(shè)備的運(yùn)行是否存在安全隱患并及時(shí)排除。

基于上述分析，利用全景技術(shù)這種具備優(yōu)秀展示性的技術(shù)，給輸電線路的運(yùn)維管理帶來(lái)了直觀可靠的技術(shù)路線。