輸電線路桿塔受外力形變的三維動態(tài)模型建立方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種輸電線路桿塔受外力形變的三維動態(tài)模型建立方法及系統(tǒng)，包括讀取原始的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)；設(shè)桿塔的兩個節(jié)點之間有一根骨架連接，按照桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)構(gòu)建桿塔的骨架；將各抽象的骨架化為具有實體外形的塔材，得到相應(yīng)三維模型數(shù)據(jù)；根據(jù)外力情況，通過通用力學(xué)模型，計算新的當(dāng)前時序點受力節(jié)點偏離的新坐標(biāo)，得到新的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)，繼續(xù)繪制下一時序點相應(yīng)新的骨架和新的桿塔三維模型數(shù)據(jù)，直到得到所有時序點相應(yīng)的桿塔三維模型數(shù)據(jù)；將桿塔三維模型數(shù)據(jù)加載到通用的三維地理信息平臺，按時序進(jìn)行桿塔受力情況的動畫播放。
【專利說明】輸電線路桿塔受外力形變的三維動態(tài)模型建立方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種輸電線路桿塔受外力形變的三維動 態(tài)模型建立方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 輸電線路是生命線工程的重要組成部分，在保證國民經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運行的重要性方面 是不言而喻的。近年來，自然災(zāi)害頻發(fā)，輸電線路桿塔倒塔事故時有發(fā)生，08年南方由于持 續(xù)的低溫和雨雪天氣造成了大面積冰災(zāi)，2008年5. 12汶川大地震中，四川省輸電線路嚴(yán)重 受損，風(fēng)災(zāi)引起的輸電線路嚴(yán)重破壞從未間斷，特殊環(huán)境下的災(zāi)害荷載造成的輸電線路桿 塔結(jié)構(gòu)的破壞問題日益引起人們的重視。
[0003] 目前對桿塔受力分析的計算公式較多，但生成的結(jié)果都是數(shù)據(jù)表格，無法直觀表 達(dá)桿塔的形變過程和形變的結(jié)果。因此，以往的三維輸電平臺，桿塔都是靜態(tài)模型，無法隨 著外力影響而產(chǎn)生變化，或設(shè)定環(huán)境條件預(yù)測桿塔的形變。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種輸電線路桿塔受外力形變的三維 動態(tài)模型建立方法及系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種輸電線路桿塔受外力形變的三維動態(tài)模型建立方法， 包括以下步驟，
[0006] 步驟1，令當(dāng)前時序點η為0,讀取原始的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)；
[0007] 步驟2,當(dāng)桿塔的兩個節(jié)點之間有一根骨架連接，按照桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)構(gòu)建桿塔的骨 架；
[0008] 步驟3,設(shè)骨架處于相應(yīng)塔材的中心線，根據(jù)塔材形狀將各抽象的骨架化為具有實 體外形的塔材，得到相應(yīng)三維模型數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟4,設(shè)外力情況的作用過程有Ν個時序點，判斷是否η = Ν，
[0010] 若否，令η = η+1，根據(jù)外力情況，通過通用力學(xué)模型，計算新的當(dāng)前時序點受力節(jié) 點偏離的新坐標(biāo)，得到新的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)，返回步驟2,繼續(xù)繪制下一時序點相應(yīng)新的骨架 和新的桿塔三維模型數(shù)據(jù)；
[0011] 若是，存儲時序點〇相應(yīng)的桿塔三維模型數(shù)據(jù)、時序點1相應(yīng)的桿塔三維模型數(shù) 據(jù)、時序點2相應(yīng)的桿塔三維模型數(shù)據(jù)…時序點Ν相應(yīng)的桿塔三維模型數(shù)據(jù)，進(jìn)入步驟5 ;
[0012] 步驟5,將桿塔三維模型數(shù)據(jù)加載到通用的三維地理信息平臺，按時序進(jìn)行桿塔受 力情況的動畫播放。
[0013] 本發(fā)明還相應(yīng)提供一種輸電線路桿塔受外力形變的三維動態(tài)模型建立系統(tǒng)，包括 以下模塊，
[0014] 輸入模塊，用于令當(dāng)前時序點η為0，讀取原始的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)；
[0015] 骨架構(gòu)建模塊，用于當(dāng)桿塔的兩個節(jié)點之間有一根骨架連接，按照桿塔節(jié)點數(shù)據(jù) 構(gòu)建桿塔的骨架；
[0016] 塔材具現(xiàn)模塊，用于設(shè)骨架處于相應(yīng)塔材的中心線，根據(jù)塔材形狀將各抽象的骨 架化為具有實體外形的塔材，得到相應(yīng)三維模型數(shù)據(jù)；
[0017] 受力更新模塊，用于設(shè)外力情況的作用過程有N個時序點，判斷是否η = N，
[0018] 若否，令η = η+1，根據(jù)外力情況，通過通用力學(xué)模型，計算新的當(dāng)前時序點受力節(jié) 點偏離的新坐標(biāo)，得到新的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)，命令骨架構(gòu)建模塊繼續(xù)繪制下一時序點相應(yīng)新 的骨架和塔材具現(xiàn)模塊相應(yīng)繪制新的桿塔三維模型數(shù)據(jù)；
[0019] 若是，存儲時序點0桿塔三維模型數(shù)據(jù)、時序點1相應(yīng)新的桿塔三維模型數(shù)據(jù)、時 序點2相應(yīng)新的桿塔三維模型數(shù)據(jù)…時序點Ν相應(yīng)新的桿塔三維模型數(shù)據(jù)；
[0020] 模型可視化模塊，用于將桿塔三維模型數(shù)據(jù)加載到通用的三維地理信息平臺，按 時序進(jìn)行桿塔受力情況的動畫播放。
[0021] 本發(fā)明以解析規(guī)則的方式動態(tài)生成桿塔模型，當(dāng)外力規(guī)則發(fā)生變化時，桿塔外形 也因為自身的結(jié)構(gòu)和力學(xué)的規(guī)則發(fā)生相應(yīng)的形變，從來預(yù)測桿塔的安全隱患。通過該平臺 進(jìn)行桿塔的模擬，能有效促進(jìn)桿塔設(shè)計的更加安全，從而提高了防風(fēng)防覆冰等自然災(zāi)害，杜 絕桿塔設(shè)計中的安全隱患，保證了供電的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實施例的流程圖。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限 于此。
[0024] 具體實施時，本發(fā)明實施例方法所提供流程可采用計算機(jī)軟件技術(shù)實現(xiàn)自動運 行。參見圖1，實施例包括以下步驟：
[0025] 步驟1，讀取原始的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)。具體實施時，可以預(yù)先將設(shè)計的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù) 存儲在文件中，模型生成時從文件中讀取。
[0026] 為便于實施起見，可將桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)按格式存儲。實施例定義桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)格式 如下：節(jié)點數(shù)據(jù)編號，X坐標(biāo)，y坐標(biāo)，ζ坐標(biāo)。桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)中的節(jié)點指的是兩塊塔材相互 連接固定的地方。
[0027] 步驟2,按照桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)構(gòu)建桿塔的骨架。設(shè)桿塔的兩個節(jié)點之間有一根骨架連 接，可以用這兩個節(jié)點的坐標(biāo)定義骨架。如（xl，yl，zlx2, y2, z2)表示坐標(biāo)l(xl, yl, zl) 處節(jié)點和坐標(biāo)2 (x2, y2, z2)處節(jié)點之間存在一根虛擬的骨骼，根據(jù)預(yù)先設(shè)計的骨架位置， 可以多個這樣的坐標(biāo)對的數(shù)組來表示整個桿塔的所有骨架。
[0028] 為簡化表示起見，可按桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)的編號表示相應(yīng)節(jié)點，代替列舉具體坐標(biāo)。實 施例定義格式如下：
[0029] 塔材元件（節(jié)點數(shù)據(jù)編號1，節(jié)點數(shù)據(jù)編號2)
[0030] 通過兩個連接的節(jié)點之間的連接線來表示兩個節(jié)點之間是存在一根骨架，實際上 會是一根塔材。
[0031] 步驟3,將各抽象的骨架化為具有實體外形的塔材（例如三棱柱，長方體等），得到 相應(yīng)三維模型數(shù)據(jù)，根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)中三維坐標(biāo)點繪制在顯示屏幕上就將形成一個三維 的桿塔。第一次執(zhí)行步驟3得到原始的桿塔三維模型數(shù)據(jù)。
[0032] 骨架處于相應(yīng)塔材的中心線，根據(jù)所采用的桿塔塔材的外形即可以骨架為基準(zhǔn)生 成塔材。為便于計算起見，可以先假設(shè)塔材頂點的虛擬坐標(biāo)，然后根據(jù)骨架轉(zhuǎn)換到整個桿塔 的坐標(biāo)系中。
[0033] 例如，對三棱柱塔材，設(shè)三棱界面邊長a，三棱柱長度L，a和L為自由變量，可由本 領(lǐng)域技術(shù)人員自行預(yù)設(shè)。
[0034] 設(shè)骨架（xl，yl，zlx2, y2, z2)為三棱柱塔材的中心線，坐標(biāo)1 (xl，yl，zl)處節(jié)點 即三棱柱塔材底面中心點，定義變量Y1 = _a/2Xtg30°，Y2 = a/2Xtg60° +yl。
[0035] 設(shè)三棱柱塔材底面中心點的虛擬坐標(biāo)為（0,0,0)，塔材底面和頂面的頂點虛擬坐 標(biāo)如下：
[0036] 底面頂點一（0, Y2,0);底面頂點二（a/2, Y1，0);底面頂點三（_a/2, Y1，0);
[0037] 頂面頂點一（0, Υ2, L);頂面頂點二（a/2, Yl，L);頂面頂點三（_a/2, Yl，L)。
[0038] 例如，對長方體塔材，設(shè)長方形的長邊為a、短邊為b，長方形長度L，a和L為自由 變量，可由本領(lǐng)域技術(shù)人員自行預(yù)設(shè)。
[0039] 設(shè)骨架（xl，yl，zlx2, y2, z2)為長方體塔材的中心線，坐標(biāo)1 (xl，yl，zl)處節(jié)點 即長方體塔材底面中心點，定義變量X2 = a/2, Y2 = b/2。
[0040] 設(shè)長方體塔材底面中心點的虛擬坐標(biāo)為（〇,〇,〇)，塔材底面和頂面的頂點虛擬坐 標(biāo)如下：
[0041] 底面頂點一（X2，Y2,0);底面頂點二（_X2，Y2,0);底面頂點三（-X2，-Y2,0);底面 頂點四（Χ2, _Υ2,0);
[0042] 頂面頂點一（Χ2, Υ2, L);頂面頂點二（-Χ2, Υ2, L);頂面頂點三（-Χ2, -Υ2, L);頂 面頂點四（X2，_Y2，L)。
[0043] 塔材的組合放置：
[0044] 以步驟2中的連接線（骨架）作為塔材底面和頂面的中心連接線。計算連接線與 三維坐標(biāo)Z軸的夾角m，計算連接線在xy平面投影后與X軸的夾角η。根據(jù)通用的三維幾 何坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)方法，將塔材的頂點的虛擬坐標(biāo)繞y軸旋轉(zhuǎn)m度，再繞X軸旋轉(zhuǎn)η度得到新的三 棱柱坐標(biāo)。再加上步驟2中節(jié)點一的坐標(biāo)，就是塔材所有頂點的坐標(biāo)。
[0045] 通用的三維幾何坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)方法參見如下公式：

【權(quán)利要求】
1. 一種輸電線路桿塔受外力形變的三維動態(tài)模型建立方法，其特征在于：包括以下 步驟， 步驟1，令當(dāng)前時序點η為0,讀取原始的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)； 步驟2,當(dāng)桿塔的兩個節(jié)點之間有一根骨架連接，按照桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)構(gòu)建桿塔的骨架； 步驟3,設(shè)骨架處于相應(yīng)塔材的中心線，根據(jù)塔材形狀將各抽象的骨架化為具有實體外 形的塔材，得到相應(yīng)三維模型數(shù)據(jù)； 步驟4,設(shè)外力情況的作用過程有Ν個時序點，判斷是否η=Ν， 若否，令η=η+1，根據(jù)外力情況，通過通用力學(xué)模型，計算新的當(dāng)前時序點受力節(jié)點偏離 的新坐標(biāo)，得到新的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)，返回步驟2,繼續(xù)繪制下一時序點相應(yīng)新的骨架和新的 桿塔三維模型數(shù)據(jù)； 若是，存儲時序點〇相應(yīng)的桿塔三維模型數(shù)據(jù)、時序點1相應(yīng)的桿塔三維模型數(shù)據(jù)、時 序點2相應(yīng)的桿塔三維模型數(shù)據(jù)…時序點Ν相應(yīng)的桿塔三維模型數(shù)據(jù)，進(jìn)入步驟5 ; 步驟5,將桿塔三維模型數(shù)據(jù)加載到通用的三維地理信息平臺，按時序進(jìn)行桿塔受力情 況的動畫播放。
2. -種輸電線路桿塔受外力形變的三維動態(tài)模型建立系統(tǒng)，其特征在于：包括以下 模塊， 輸入模塊，用于令當(dāng)前時序點η為0,讀取原始的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)； 骨架構(gòu)建模塊，用于當(dāng)桿塔的兩個節(jié)點之間有一根骨架連接，按照桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)構(gòu)建 桿塔的骨架； 塔材具現(xiàn)模塊，用于設(shè)骨架處于相應(yīng)塔材的中心線，根據(jù)塔材形狀將各抽象的骨架化 為具有實體外形的塔材，得到相應(yīng)三維模型數(shù)據(jù)； 受力更新模塊，用于設(shè)外力情況的作用過程有Ν個時序點，判斷是否η=Ν， 若否，令η=η+1，根據(jù)外力情況，通過通用力學(xué)模型，計算新的當(dāng)前時序點受力節(jié)點偏離 的新坐標(biāo)，得到新的桿塔節(jié)點數(shù)據(jù)，命令骨架構(gòu)建模塊繼續(xù)繪制下一時序點相應(yīng)新的骨架 和塔材具現(xiàn)模塊相應(yīng)繪制新的桿塔三維模型數(shù)據(jù)； 若是，存儲時序點〇桿塔三維模型數(shù)據(jù)、時序點1相應(yīng)新的桿塔三維模型數(shù)據(jù)、時序點 2相應(yīng)新的桿塔三維模型數(shù)據(jù)…時序點Ν相應(yīng)新的桿塔三維模型數(shù)據(jù)； 模型可視化模塊，用于將桿塔三維模型數(shù)據(jù)加載到通用的三維地理信息平臺，按時序 進(jìn)行桿塔受力情況的動畫播放。
【文檔編號】G06F17/50GK104091029SQ201410344828
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】裴慧坤, 周偉才, 江克宜, 譚波, 魏前虎, 申作家, 張金廣, 楊進(jìn)科, 周海峰, 黃浩, 周云, 黃海鵬, 楊斌, 林樂, 趙義南, 朱敏杰, 江萬壽, 楊成城 申請人:深圳供電局有限公司, 武漢大學(xué)