公司技术负责人陈红星和国网江苏电力有限公司南京供电公司建设部高建、蔡可庆在《项目管理技术》（2019年第4期）发表论文《基于三维全景技术的变电站建设可视化管理》。陈红星为论文提供了强有力的案例依据，列举了三维全景技术在变电站建设阶段的诸多优势，同时，对施工重难点进行分析。

    详细内容

基于三维全景技术的变电站建设可视化管理

高建¹    陈红星²    蔡可庆³

(1.国网江苏电力有限公司南京供电分公司，江苏南京210024;

2.江苏兴光项目管理有限公司，江苏南京210036;

3.国网江苏电力有限公司南京供电分公司，江苏南京210019)

摘要:在变电站建设过程中，需要高效的管理技术保证现场作业安全、质量可靠和进度正常。目前的管理手段更多地是以人工巡视和管理制度相结合规范人的行为素质，管理手段相对单一，人力资源利用效率较低。提出利用三维全景技术对变电站进行可视化管理，通过无人机对整个变电站进行多方位影像采集，经加工处理获得三维全景，以此为基础进行公开透明的管理，提高管理效率，可以在整个建设周期形成施工工艺信息库和三维全景信息库。

关键词:三维全景;无人机;变电站建设;可视化管理

0引言

变电站在整个电网系统中起纽带作用，变电站的设计、建设和运行维护都需要进行强有效的管理。当前，在变电站设计阶段，三维设计已成为主流技术;建成的变电站已逐步发展成无人值守的智能变电站，运行维护管理智能高效;只有建设阶段的管理技术手段相对传统与落后，仍主要依靠人工巡视监测。变电站建设技术的复杂性带来了管理的复杂性^[1]，建设过程中存在诸多薄弱环节。构建一个可视化的管理平台，能够以更有效、更先进的技术手段辅助管理、加强管理，确保施工安全、质量先进、进度合理。本文提出利用三维全景技术进行可视化管理，旨在整合应用、提高管理效率。可视化管理，就是看得见的管理，是_种以公开化和视觉显示为特征的管理方式^[2-3]。可视化管理的最大优点是公开透明，现场一览无遗。

1三维全景技术概述

三维全景技术是利用真实图像进行渲染与拼接达到三维效果的一种技术。利用采集设备在兴越点上全方位采集图像，经过处理形成每一视点的360°全最图像，利用显示引擎在屏幕上模拟从视点以任意角度观察的三维场景^[4-5]。这种三维全景不可真实量测，但能够以三维形态准确地反映现场实际情况;与三维建模相比不需要烦琐复杂的建模、贴图等过程，可以直接获得真三维的效果;所构建的场景分辨率只与相机的分辨率相关;通过全景技术构建的三维全景具有效果真实、更新周期短、数据传输方便等优势。

1.1全景影像

全景影像是利用普通相机或全景相机拍摄的实景照片，经拼合、切割、融合等一系列处理后，使用户可以观看全景。全景主要是通过计算机、软件等技术手段实现真实场景还原，其本质是利用真实图像合成的实景达到用户可以全方位互动观看的效果。全景成果与真实三维模型相比数据量小，可以直接在网页上发布。用户可在电脑端使用鼠标控制场景的缩小与放大、视野的前进与后退等，并可在移动端通过触屏进行控制^[6]。三维全景的效果可以让用户如同处于真实的现场环境中浏览变电站的整个现场。

1.2数掘采集方式

全景影像的采集方式主要有两种:一种是利用带有鱼眼镜头的广角专业機像器在地面上进行数据采集;另一种是利用无人机在空中进行拍摄。两种方式相比，无人机的视野更为广阔，场地限制小，干预项少，选择视点的自由高度，效率更高。本文利用无人机进行现场影像的快速采集,后期利用专业软件进行图像拼接和漫游制作,最终实现三维场景再现。

1.3三维全景技术优势

三维全景可以全范围地展示现场情况,现场实景影像清晰可靠,视野丰富,管理人员通过电脑或者手机可以快速、全面地了解现场情况(图1)。在工作汇报及日常管理中,三维实景比文字报告生动、形象、丰富、全面。与视频监控相比,视频监控需要物联网的支撑和专业显示器,只能在固定的监控室观看,而且镜头位置固定,视野有限;而在变电站建设的任意阶段都可以快速制作三维全景,整个过程制作成本低,采集和数据更新速度快,用户使用便捷,系统可交互性和浏览性强,可以实现移动办公管理。三维全景具有可追溯性,是一种公平、公正、客观的监测工具。

2变电站建设管理难点分析

2.1施工设备安全问题

变电站建设工程量较大,所用设备体量庞大(图2)。例如，吊装机械运行时，吊装的设备往往庞大而贵重，并且吊装位置往往较高，如果没有强有效的安全管理措施容易发生意外，导致事故发生。在人员内在素质确定的情况下，外界的监测就显得尤为重要。利用三维全景监测，可以清晰地观察整个作业过程是否符合管理的要求以及改进方向。

2.2场地分配问题

由于变电站施工场地能够利用的场地有限，为了保证各工种有条不素地进行，需要加强管理与分配，确保现场资源被高效利用。从全景影像(图3)可以方便地看到设备布置得是否合理，材料的堆放位置是否靠近施工地域。

a) 手机端                                                            b)移动端

图1终端展示

图2设备安装                                                                      图3场地资源分配

2.3士方估算问题

土方测算属于变电站土建施工的重要一环，涉及经济问题与挖取土问题。虽然土方计算方法比较成熟，操作简单，但前提是必须获得准确而全面的数据。目前，普遍存在的问题是建设初期场地原始地形地貌比较复杂，工作人员不能快速全面地掌握地形地貌信息，信息不全，估算出的挖填方经常出现估算量与实际不符的情况，影响工程进度。全景影像虽然不可以量测，但是可以全方位地观察地形地貌、挖方与填方的位置，从宏观上了解填挖填方情况(图4)，围墙外侧是否需要削坡处理。为了准确计算，可以使用无人机倾斜擬影获得的可量测的真三维模型(图5)，利用生产的等高线计算土方量。

图4三维全景

图5真三维影像

3三维全景技术应用效果分析

3.1技术路线

在实际操作过程中，主要技术路线如图6所示。

图6主要技术路线图

3.2士方管理、动态监测与漫游

在制作三维全景图时，可增加一定量的热点，使浏览者通过对热点的选择切换到以此热点为视角的三维全景中^[8]。这种通过热点切换实现漫游效果的方法特别适用于变电站大小的区域，以少量热点到达全场漫游的效果(图7)。通过漫游，可以全方位地观察现场动态。以固定的周期(每3天，每5天，每7天)制作三维全景并进行监测，即可形成动态监测结果，可以观察整体平整进度、设备安装情况等。在场地平整阶段，可以清晰地看到填方与挖方区域的状况。

图7 漫游效果

3.3建立施工工艺信息库

为了推进标准化建设，国家电网公司出版了《国家电网公司输变电工程工艺标准库:变电工程部分》，其中包含土建工艺103项、电气工艺95项。在标准化建设过程中，通过制作全景影像把每一期某一项施工过程用全景影像全方位保存下来，即可行程工艺信息库，如图8、图9所示。与书籍、图像和照片相比较，工艺信息库的三维全景数据更加生动和直观，可以将文字说明添加到信息库中，丰富内容。

3.4建立站址三维全景数据库

采用三维全景技术可以记录变电站建设不同阶段的全貌，整合每一期的全景影像便可以构成站址的三结全景数据库(图l0)。全景数据库包含内容丰富全面，具有可追溯性，管理者可以观察整个建设周期的各个阶段，发现管理过程中的f1i点与不足，便于工作总结及后续的组织管理。

图8架构施工工艺信息库

图9支架施工工艺信息库

图10三维全景数据库

4结语

基于三维全景技术的可视化管理应用于变电站建设管理效果显著，既可以宏观掌握动态，又可以精确计算细节。其优点体现在无人机采集数据快、三维全景构建周期短、文件传输快、展示方便，有助于移动化办公。可视化管理具有可追溯性，是一个公开透明的平台，对现场人员更加有约束力。管理者可以更加直观地掌握现场动态，为分析决策提供强有力的支撑。可见，三维全景技术为今后可视化管理平台的构建提供了基础。

参考文献

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[2]李甜.公路工程项目施工3D可视化动态管理技术研究[D].石家庄:石家庄铁道大学，2014.

[3]王珣，张勇平，白恺，等.基于三维全景系统的智能化生产管理[J].中国电力，2011(4):85-89.

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[7]张秋琼.变电站施工中的施工重点与难点透析[J].中国电力教育，2012(33):121-122.

[8]赵春林.基于三维全景快速建模的变电站可视化的研究和应用[D].济南:山东大学，2013.PMT

收稿日期:2018-11-26

作者简介:

高建(1987-)，男，工程师，研究方向:电气工程及其自动化。

陈红星(1965-)，男，高级工程师，研究方向:工程管理和造价。

蔡可庆(1978-)，男，工程师，研究方向:输变电工程建设技术。