武汉三维地图技术_三维渲染技术

2.2GIS三维空间数据模型

2.2.1空间数据模型分类

三维数据结构同二维一样也存在栅格和矢量两种形式。栅格结构使用空间索引系统，将地理实体的三维空间分成细小单元（体元）。三维矢量数据结构表示方法有很多，将实体抽象为点、线、面、体，由面构成体。其中运用最为普遍的是具有拓扑关系得三维边界表示法和八叉树表示法。根据三维空间模型对地学空间目标的集合特性的描述是以表面描述方式还是以空间剖分方式，可以分为体元模型和面元模型。

（1）体元模型

常用的体模型是将三维空间对象视为体单元的集合。体单元是简单的三维基本单元，如立方体、球、圆柱体等。将三维空间对象视为这些基本对象经过一些基本操作(如交、并、差等)后的组合体。体模型数据结构包括三维栅格结构、八叉树结构、结构实体几何模型和四面体格网模型[23]。对于建筑物，本文不关注其中的拓扑结构，仅对其整体和外部形状感兴趣，综合考虑到建筑物的形状特点、3D建模的精度要求，如果用Octree建模则难以保证精度，用TEN建模则会增加许多无意义的数据，因此CSG是进行建筑物建模的一个较好选择，本文重点讲述结构实体几何模型（CSG）。结构实体几何模型（CSG）类似于机械制造方法，最早由Voelcker和Requicha提出，是将简单的几何形体（如球、圆柱、圆锥等体素）通过正则运算（交、并、差）来构造复杂的3D目标。一个复杂目标可以描述为一棵CSG树，这棵树的终端结点为基本体素（如立方体、圆柱、圆锥），而中间结点(枝节点)为正则集合运算的结点。

CSG树以根节点作为查询和操作的基本单元，它对应一个三维空间目标。一个复杂的空间形体，可以由一些比较简单，规则的空间形体经过布尔运算而得到。

CSG模型的优点是：方法简单，适合对复杂目标采用分治算法；具有唯一性和明确性；没有冗余信息，必要时可以在目标和体素上附加有关属性。其缺点是：一个3D空间目标的CSG是不唯一的，且不描述点、边、环、面的拓扑关系。

（2）面元模型

面模型数据结构主要包括规则格网模型Grid、不规则三角网TIN和边界表示模型B-Rep。

规则格网模型Grid用一组大小相同的网格描述地形表面。它能充分表现高程的细节变化，拓扑关系简单，算法容易实现，空间操作及存储方便。但占用的存储空间较大，不规则的地面特征与规则的数据表示之间可能不协调，在地形平坦的地方存在大量的数据冗余。

不规则三角网（TIN）是由分散的地形点按照一定的规则构成的一系列不相交的三角形，三角面的形状和大小取决于不规则分布的观测点的密度和位置。TIN实现三维地形的显示过程就是确定哪三个点构成一个最佳三角形，并使每个离散点都成为三角形的顶点。TIN的优点是存储效率高，数据结构简单，与不规则的地面特征和谐一致，可以表示细微特征或叠加任意形状的区域边界。当表面粗糙或变化剧烈时，TIN能包含大量的数据点，而当表面相对单一时，在同样大小的区域，TIN只需少量的数据点。TIN比Grid复杂，它不仅要存储每个点的属性数据，还要存储其平面坐标、节点连接的拓扑关系，难以与矢量和栅格数据结构进行联合分析。

边界表示模型（B-Rep）是以物体边界为基础来描述几何形状，一般采用矢量法表达三维目标，与二维GIS所采用的矢量结构在原理上一致。每个物体均由有限个面构成，每个面由有限条边围成，而每条边由构成边的顶点表示。在边界表示法中，空间实体的几何信息和拓扑信息是分开存储的，其数据结构可以用体表、面表、弧表、边表、顶点表等五个层次来描述，因此在进行坐标变换时，仅需改变空间点的坐标，空间实体间的拓扑关系可以保持不变。B-Rep模型强调3D空间目标的外部细节，通过3D目标属性表、面-体关系表、边-点-面关系表和点坐标表来详细记录构成3D空间目标的所有几何信息和拓扑信息。其优点为：几何信息与拓扑信息分开存储，完整清晰；便于基于面、边的空间查询与计算；易于与2D图形、3D线框模型、有限元网格剖分及3D曲面造型接口。其缺点是：数据量大，数据关系复杂；对3D空间目标的整体描述能力差，不能反映目标的构造过程；不能记录目标组成元素的原始特征。

 GIS组合电器现行维修规则

对于GIS高压开关柜，中国铁路总公司《高速铁路牵引变电所运行检修规则》(铁总运〔2015]50号)有明确的规定:第一七十一七条GIS开关柜及组合电器小修范围及标准要求:

1）外观检查，应清洁无锈蚀。

2）检查密度表的指示应在正常范围内，必要时使用精确的压力表检查充气压力。

3）检查辅助回路的接线端子无松动。

4）检查开关柜表计及指示灯显示应正确。

5）必要时打开电缆室检查高压电缆及护层保护器状态应良好。周期为1年1次。

某GIS高压开关柜厂家对于此设备的维修建议见下表某GIS高压开关柜厂家维修手册。

从以上规定可以看出对于GIS高压开关柜相关附件设备，包括电压互感器、电流互感器、避雷器等电气设备并没有单独规定维修周期和检修标准，因此默认为属于免维护设备，只作日常外观检查和一般保养的项目。

4针对现行维修规则的一些建议

局部放电检测是一种比较尖端且可靠的检测技术，近年来已为越来越多的有关维修部门和人员所运用。该技术一般分为在线式和离线式两种。原理为利用当测试体导电部分产生局部放电时，在其两端就会产生一个瞬时的电压变化，此时检测回路中会产生相应的脉冲电流，脉冲电流经过检测设备会产生相应的脉冲电压，将此脉冲电压进行采集、放大、显示等处理，就可采集到局部放电的一些基本量，通过对此基本量进行分析，即可得出相应的结论。

因此我们可以利用在线局部放电测试仪对运行中的GIS高压开关柜进行检测，通过对高压柜带电显示器处的核相口采集电量信号，对此电量信号进行放大和分析，可以有效避免外界环境中的干扰信号，提高测试精度。通过对相同类型高压柜的测试数据进行横向对比，或对历年同一测试柜的数据进行纵向分析，对那些数据偏差明显或数据发展异常的柜体，利用天窗点时间进行柜体附件(电压互感器和避雷器)解列拆除检查，以消除事故隐患。

综上所述，在实际线路运营中，检修工作应针对GIS高压开关柜的特点，建议以5年作为一个检查周期，以局部放电试验数据作为依据，并积极利用和探索检测新技术、新手段，对柜体各附件进行有口的的重点抽查。

5结束语

随着中国高速铁路的快速发展和对外开放的大门越来越宽广，世界上最先进的技术和设备广泛的使用在中国高铁的方方面面，推动了中国高铁技术的快速发展。但我们也应该清醒地认识到任何引进的成熟技术和设备都有其限制条件和水土不服的一面，如GIS高压开关柜在国外已经是非常成熟的产品，且在中国电力行业的使用，故障率也明显不高，但将此设备照搬在高速铁路牵引供电系统中，故障率就升高显著，究其原因，最主要就在于其使用条件发生了明显的变化。因此铁路行业中的各项规章制度和标准还需要技术人员长期的数据积累，针对实际运营条件给出相应的修改建议。