摘要：随着我国科学技术的不断快速发展，GIS三维可视化技术在输电线路领域的应用越来越广泛。由于GIS三维可视化技为我们获取三维空间的信息提供了更方便的手段，因而GIS三维可视化技受到了人们越来越多的关注。因此，研究GIS三维可视化技术在的输电线路运维中的应用具有非常重大的现实意义。
关键词：GIS三维；可视化技术；输电线路；运维；应用
随着计算机信息技术的飞速发展，地理信息系统在电力行业的应用也越来越广泛。将三维可视化技术引入输电线路管理中，为各级管理人员提供一套简单便捷的输电网已成为现代电力企业提高管理水平和工作效率的有效手段。然而，现在电力系统中最广泛的应用还是三维GIS，其在空间表现、展现效果和分析能力上有很大的局限性。
1 三维全景可视化现状
以计算机技术为基础的三维可视化技术，大多以软件的形式体现出来，目前主要分为建模软件、平台软件和应用软件3类。三维可视化的关键是建模，平台软件大多以模型为基础，实现漫游、观察、分析、决策等基本操作；而且用软件主要是为了满足三维可视化技术在某一方面的应用而开发的应用程序，如数字校园、数字小区、三维城市景观仿真等。
2 三维全景可视化技术应用输电行业优势
从信息技术的角度出发，将三维全景化展示、虚拟现实及信息集成技术相结合，构建电网三维空间可视化信息平台，并结合建模、视景仿真、信息集成、可视化交互及多态计算等关键技术进行可视化展示，创新性地提出城市电网空间三维可视化信息平台的工程化建设思路，从而进一步提高电网安全运行水平，提高输电网运行状况的可控、在控、能控能力，真正实现城市电网空间三维可视化信息平台建设。
3 三维GIS技术在输电线路展示平台中应用到的主要技术
在输电线路展示平台中三维GIS技术的应用还需要结合相应的电力通讯技术、全景可视化技术与计算机科学技术。正是因为这些技术的综合性应用，才使得三维GIS技术中的某些关键技术得到可靠应用。其中主要的技术有：空间索引与数据组织、多源化的数据库集成与管理、海量数据处理技术、影像金字塔技术等。
3.1 空间索引和数据组织
由于输电线路所处的空间、地质、地貌环境不同，所以输电线路的分配也是不同的。
采用灵活的三角网在地理建物的展示中显得尤为重要。采用这样的三角网可以更加方便快捷的建立所需目标模型，也可以按照一定的比例在复杂的地形下架设输电线路。
3.2 多元化的数据库集成与管理
在三维模型数据库里的集合图形与影像数据等其他数据通常是需要很多字节的，但是数据的字节越多就会造成数据量的庞大，因此，这就需要对这些数据进行数据处理与优化。在三维GIS技术里面数据的管理是一项非常重要的技术。对数据库的管理主要分为两个方面的管理，分别为空间数据库和ORACALE数据库。
3.3 海量数据处理技术
（1）多级纹理交换技术。
纹理贴图对于三维场景的真实重现起着举足轻重的作用。正射影像、房屋墙壁等都是使用纹理贴图实现的。一般来说，在三维场景中，纹理图像的数据要占该场景所有数据量的90%甚至更多，如果解决好了纹理数据的问题，海量数据场景的管理和漫游问题也就迎刃而解。为了解决以上问题，采用“多级纹理交换”技术。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该技术主导思想如下：①将场景中使用到的纹理拼合成为大小一致的纹理块；②为每块纹理生成5个细节等级的纹理，分别为0、1、2、3、4，其中1级纹理通过0级纹理1/4压缩得到，2级纹理通过1级纹理1/4压缩得到，……，依次类推；③在显示每个物体之前，计算该物体最终在屏幕上成像的大小，并以此决定该使用那一级的纹理；④在内存中建立纹理缓冲池，使用LRU算法进行纹理块的调度，确保使用频率高的纹理调度次数尽可能少。
（2）多级几何模型技术。
大范围三维场景包含众多的顶点、顶点索引、三角形等几何信息，一个50 km×50 km、间距为10 m的DEM，仅网格点就要占据600M的空间。如此大的数据量，如果不作任何优化，任何3D加速卡都无法实现实时渲染，更不用说高速漫游。LOD（多级几何模型技术）正是为了解决这一问题而出现的算法。LOD的核心思想如以下几点。
①将DEM分块；②对于每块DEM，根据不同的阈值，抽取其中的关键点构造三角网以生成不同细节等级（LOD）的几何模型；③DEM边界上，各个细节等级的几何模型使用相同的边界信息；④在渲染的时候，根据DEM块与视点的距离确定应该使用哪一个细节等级的几何模型。
（3）数据分块管理技术。
大范围场景的三维模型包含很多地物，对场景中的所有地物进行碰撞检测、纹理调度等操作需要耗费大量时间，给提高场景漫游速度造成了障碍。解决该问题的途径之一是对地物（包括地表数据）进行分块，每块自成一体，碰撞检测等耗费CPU时间较多的操作均以“块”为单位进行，这样可以极大提高程序执行效率。
4三维GIS技术在输电线路展示平台中的应用
4.1 模型间无缝连接
随着三维GIS技术研究的不断深入和实践工作的不断深入，三维GIS技术在电力行业中得到广泛应用，在电力行业中最典型的应用就是对输电线路的三维场景建模，主要针对地物和设备，例如：建筑物、输电杆塔、树木、绝缘子等其他电力设备，三维GIS技术比较关注的是建筑物的外部结构和形态，而不是内部的拓扑结构，因为毕竟是为了是用户更加真实的再现输电线路现场的场景。因此，选用CGS（结构实体几何法）模型类对地面模型进行描述。
由于地形形态是一个连续的空间层面的曲面，而非人们所说的平面，因此，如果不对CGS模型进行任何处理，建筑物底面与地形表面处相交的部分就会存在裂缝，会影响整个平台的可视化效果，看起来不真实，进而影响空间分析。由于TIN可以以不同层次的分辨率来描述地形表面，对于粗糙不平底面的描述极具有优势，根据实践的要求，可以将TIN模型与CGS模型结合使用，从而实现模型间的无缝连接。
4.2 三维场景的显示、查询和空间分析
利用三维GIS技术强大的空间检索与分析功能为输电线路展示平台提供了有力的技术可行性支持。
显示功能支持实现：可以显示整个三维场景并且可以在其中进行漫游、缩放、旋转以及飞行浏览等操作，显示整条输电线路包括导线、杆塔模型、绝缘子并且可以直观显示出线路的耐张段情况，可以沿着线路进行飞行模拟直观展示线路的交叉跨越情况。
查询功能支持实现：在三维场景中可以快速查询任一条线路及其相关属性数据，包括线路的电压等级、回路数、导线型号、杆塔的空间位置、绝缘子、金具等设备的信息。
空间分析功能支持实现：淹没分析，土石方体积计算、两点通视分析、弧垂分析等功能。
5结束语：
总而言之，GIS三维可视化技术在输电线路运维中的应用是一项系统化的工程。由于我国研究和利用GIS三维可视化技术的起步比较晚，尤其与西方发达国家相比，我国在应用GIS三维可视化技术方面还存在很大的差距。
参考文献：
[1] 阳锋，徐祖舰.三维激光雷达技术在输电线路运行与维护的应用[J].南方电网技术，2013，3（2）：62-64.
[2] 黄辉，陆利忠，闫镔.三维可视化技术研究[J].信息工程大学学报，2012，11（2）：218-220.
论文作者:杨阳,张振浩
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：技术论文; 纹理论文; 线路论文; 模型论文; 数据论文; 空间论文; 场景论文; 《电力设备》2019年第1期论文;