基于三維激光掃描技術的電纜線路及通道管理系統

袁 博，馬凌波，吳 茜

（國網西安供電公司高壓電纜運檢中心，陜西 西安 710000）

0 引言

傳統電力電纜運維中多使用二維圖形信息進行電纜線路及通道管理，僅能對整體通道走徑，無法反映出通道內部多條電纜線路的實際敷設關系。本文使用三維激光掃描技術，可實現對電纜通道內部三維場景快速構建，提供三維場景中場景瀏覽、設備定位、設備屬性與資源管理、編輯與維護等功能，實現電纜及通道三維業務場景應用。

近年來，西安地區電纜設備量連年增長超過25%，準確獲取電纜通道內原始完整數據對電纜的運維檢修十分重要。傳統的數據采集方式，須記錄電纜設備的名稱、型號、狀態、地理位置、現場照片等不同類型的信息，上述信息無法在使用二維圖形信息管理的方式下直觀、便捷地表達，也無法反映出通道內不同電纜之間的真實空間關系，為電纜的檢修和維護帶來不便。使用三維可視化技術可直觀展現出地下通道內電纜線路的具體位置及走向，有效解決二維GIS圖中不能表達空間邏輯關系的短板。助力檢修人員快捷、精準地定位，解決線路故障[1-2]。

1 工作原理及功能設計

1.1 技術原理

三維激光掃描測量技術，克服了傳統測量技術單一、復雜、工作量大的局限性。通過激光測距原理，采用非接觸主動測量方式，直接獲取高精度三維數據，能夠對任意物體進行掃描，環境適應性強，可快速將現實世界的信息轉換成可以處理的空間點云數據，迅速自動建立結構復雜、不規則的三維可視化模型，經過處理，可輸出二維、三維等多種成果，實現與CAD、三維處理等工具軟件的對接[2]。該方法具有掃描速度快、實時性強、精度高、主動性強、全數字特征等特點，可極大地提高工作效率，節約時間，使用方便[3]。

1.2 系統功能設計

建立電纜三維精益化管理平臺，作為電力電纜日常運維及檢修工作的管理工具，為現場檢修作業提供數據支撐與精準指導。該電纜及通道三維數據系統功能主要包括：電纜線路設備臺賬導入、管理、關聯與三維展示，電纜消防監測設備數據的接入與展示，電纜動態環境監測設備數據的接入與展示，電纜及通道內監測視頻數據的接入與展示，電纜線路三維數據的更新與維護。

2 數據采集與數據處理

2.1 數據采集系統方案

三維數據采集系統由外業采集系統、三維軟件建模和入庫軟件組成。

外業采集系統：通過三維激光掃描儀、GPS采集設備、管線探測儀、相機等設備，采集地下電纜工井、電纜及通道、電纜管溝、埋設單元等地下電纜對象的點云數據、具體位置及現場照片。

三維軟件建模：實現電纜點云數據的內業處理。將基于外業采集的地下電纜點云數據進行處理，如現場照片采集、三維建模、屬性維護，生成剖面圖、屬性表、三維模型等，完成電纜外業數據的處理。

數據入庫軟件：依據電纜數據采集的相關標準規范，對三維建模軟件自動生成的數據成果進行標準化整理，形成符合電纜數據入庫模板標準的電纜成果數據。

2.2 數據采集集成

通道三維點云數據集成。電纜線路及通道激光點云數據由外業數據采集人員下井作業采集，數據采集完成后，對點云數據進行拼接、配準處理，點云數據處理完成后可導出對應的點云文件。

點云數據文件處理完成后，須導入三維管理平臺，并將數據再次進行抽稀處理，在保證場景展示視覺效果的前提下，減小點云文件的大小，提高場景的渲染效率。點云文件導入完成后，可通過點云管理實現對點云文件的預覽。

通道三維模型數據集成。三維點云數據處理完成后，建模人員根據三維點云數據進行通道內設備三維模型的創建。模型創建完成后，使用三維模型管理工具可將創建的三維模型或場景導入到三維平臺中，根據模型位置在場景中生成設備模型。

通道內三維模型建模范圍為電纜工井、井蓋、爬梯、電纜及通道、電纜排管、線路電纜、電纜支架、電纜接頭、監控攝像頭、通道內照明設備等，如圖1～2所示。

圖1 點云電纜穿線建模

圖2 點云三維模型疊加成果

2.3 通道設備數據關聯與集成

完成模型建立后，可根據提前準備好的設備臺賬信息進行三維模型關聯，實現模型與實際設備、設備信息的一一對應。設備與臺賬關聯主要有電力電纜設備臺賬、消防監測設備臺賬、視頻監控設備臺賬、動環監測設備臺賬4大部分。

電力電纜設備臺賬。電纜設備主要關聯的信息如下：電纜段名稱、電纜段編碼、電纜型號、起點位置、終點位置、電纜段長度、供電側變電站、受電側變電站等。

消防監測設備臺賬。消防監測數據通過物聯網平臺提供的接口進行數據接入，其關聯設備信息主要為：環境綜合監測數據，包含溫度、濕度、氧氣含量、二氧化碳含量、硫化氫含量、甲烷含量等；煙霧報警器狀態；水位報警器狀態；火焰報警器狀態；智能警示器狀態。

視頻監控設備臺賬。消防視頻設備主要關聯的信息：設備名稱、設備類型、通信IP、通信用戶名、通信密碼、通信端口、設備編號、設備位置。

動環監測設備臺賬。動環監測設備主要關聯的信息包括：編號、傳感部件名稱、傳感部件編碼、傳感器類型、所屬電纜溝、所屬電纜；三維場景內可展示電纜接地環流信息、接地環流設備數據及接地環流設備運行狀態。

3 電纜線路及通道三維管理系統應用分析

電纜線路及通道三維管理系統在電纜運維檢修業務中可用于以下幾個場景：電纜線路的全景瀏覽及查看，電纜線路模型與點云的融合展示，電纜設備臺賬查看管理，線路電纜接頭管理，電纜及通道消防監測數據的查看，電纜及通道視頻監控查看，電纜線路的巡視線路管理等。

電纜線路的全景瀏覽與查看。該功能可在三維場景中整體查看電纜通道內部所有電纜線路的分布和其他設備設施情況，也可選中單條電纜線路，具體瀏覽電纜線路的位置與走向。

電纜線路模型與點云的融合展示。能夠在三維場景中對采集到的通道激光點云數據進行管理，點云能夠在三維場景中加載展示，利用點云數據的準確性，實現對場景三維模型數據的校準。

電纜設備臺賬查看。在三維場景中展示設備關聯的臺賬信息，通過選擇三維場景中的不同設備，展示所選中設備的臺賬信息，如設備名稱、電壓等級、所屬電站、設備類型等，如圖3所示。

圖3 電纜線路臺賬信息查詢

線路電纜接頭管理。提供三維場景中電纜對電纜接頭管理的功能，實現對電纜接頭臺賬的查看、接地環流數據實時數據的展示，如出現運行數據異常，可輔助運維檢修人員快速定位具體設備位置。

電纜及通道消防監測數據展示。進入電纜及通道內部后，通過選擇消防監測點，可在三維場景中展示該消防監測點的環境監控數據（溫度、濕度、氧氣含量、二氧化碳含量、一氧化碳含量、硫化氫含量、甲烷含量等）及煙霧報警、水位報警、火焰報警、開關狀態警示信息等。

電纜及通道視頻監控查看。在三維場景中接入統一視頻管理平臺的視頻數據，支持實時查看三維場景中監控攝像設備的信息。

電纜線路巡視管理。在三維場景中規劃電纜線路的巡視路線，實現按照巡視線路在場景中的虛擬巡視。

4 結束語

電纜線路及通道三維資源管理系統采用三維激光掃描技術快速獲取點云數據，準確建立電纜及通道三維模型，并在模型基礎上與設備信息、傳感器數據一一綁定結合，實現了對電纜及通道的全景模擬和數據臺賬收集、監測數據實時展示。該管理系統數據采集快捷準確，數據處理科學高效，成果展示形象具體，可精準指導運維人員更安全、高效地開展工作。