一种基于GIS的输电架空线路的参数化建模的预处理方法及装置

摘要

本发明涉及一种基于GIS的输电架空线路的参数化建模的预处理方法及装置，其方法包括：获取架空线路的矢量空间数据集；制作不同类型的杆塔的第一3D模型文件，并将所述第一3D模型导出为第二3D模型文件；遍历所述矢量空间数据集，根据待渲染模型的模型名称匹配到其对应的第二3D模型文件；根据3DTiles格式要求和LOD可视层级配置信息动态生成层级目录和相应的层级展示对应的模型清晰度文件及配置文件，保存配置文件；根据3D模型渲染平台和所述配置文件渲染所述第二3D模型文件。本发明通过数据预处理结合空间动态LOD的渲染技术，生成cesium平台支持的3DTiles格式，从而实现LOD动态渲染技术的三维架空线路的场景展示，节省浏览器加载时的内存空间，提升展示性能。

说明书

技术领域

本发明涉及地理信息数据处理，尤其涉及基于GIS的输电架空线路的参数化建模的预处理方法及装置。

背景技术

输电线路本身具有的特点就是跨度长，杆塔类型众多，而且大多架设在高山之上，如果采用传统的三维建模方式，生产成本极高，而且现场采集也不方便，后期维护更不方便。

如果需要把输电架空线路通过三维场景展示出来，三维建模是必须要做的，那么如何快捷方便有效的生产出架空线路的三维模型是三维可视化最关键的一步，目前已有的技术是通过外业采集的杆塔，绝缘子的空间坐标位置，结合杆塔的类型，在cesium三维平台上动态绘制出来，这种方法虽然可以实现架空线路的三维可视化场景，但是由于杆塔数量众多，通过动态绘制的方式会导致浏览器内存不足，无法加载从而导致系统崩溃。

3D Tiles是在glTF的基础上，加入了分层LOD(Levels of Detail，层次细节)的结构后得到的产品，专门为大量地理3D数据流式传输和海量渲染而设计的一种格式，是目前开源WebGL框架Cesium的通用格式。根据实际体验，3D Tiles和二维地图中的Tile(瓦片)组织非常相似，在网络中查看3D模型的话，3DTiles的效果不错。Tile的内容除了以上的渲染内容，还包括特定格式的二进制块，包含FeatureTable(特征表)和Batch(批处理表)。

上述的批量3D模型(b3dm)和实例3D模型(i3dm)是基于glTF构建的，点云格式不嵌入glTF中。tile以树的结构来组织，其结合了层次LOD(HLOD)的概念，以便最快最佳的渲染空间数据。在树结构中，每个tile都有一个边界包围盒属性，该边界包围盒在空间中能够完全包围该tile和child(子节点)的数据。

发明内容

本发明针对现有输电架空线路3D模型渲染技术中存在的渲染慢、容易导致渲染计算机系统崩溃的技术问题，在本发明的第一方面提供一种基于GIS的输电架空线路的参数化建模的预处理方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于GIS的输电架空线路的参数化建模的预处理方法，包括如下步骤：获取架空线路的矢量空间数据集，所述矢量空间数据集包括杆塔的类型、空间坐标、模型名称；根据预设的杆塔二维示意图和矢量空间数据集制作不同类型的杆塔的第一3D模型文件，并将所述第一3D模型导出为第二3D模型文件；遍历所述矢量空间数据集，根据待渲染模型的模型名称匹配到其对应的第二3D模型文件；根据3DTiles格式要求和LOD可视层级配置信息动态生成层级目录和相应的层级展示对应的模型清晰度文件及配置文件，保存配置文件；根据3D模型渲染平台和所述配置文件渲染所述第二3D模型文件。

在本发明的一些实施例中，所述矢量空间数据集还包括模型编号、档距、方位角。

在本发明的一些实施例中，所述根据预设的杆塔二维示意图和矢量空间数据集制作不同类型的杆塔的第一3D模型文件，并将所述第一3D模型导出为第二3D模型文件包括如下步骤：

根据预设的杆塔二维示意图通过3D模型软件制作不同类型的杆塔的第一3D模型文件，并将其导出为第二3D模型文件，并将其放入相应的存储空间中；所述第二3D模型文件为gltf文件。

在本发明的一些实施例中，所述遍历所述矢量空间数据集，根据待渲染模型的模型名称匹配到其对应的第二3D模型文件包括如下步骤：

根据模型名称匹配到与其对应的gltf文件；

将若干个gltf文件按照3DTiles格式要求结合LOD可视层级配置信息动态生成层级目录；

根据所述层级目录和相应的层级展示对应的模型清晰度文件，生成配置文件并保存所述配置文件。

进一步的，所述3DTiles格式要求包括：确定待渲染模型的几何形状、误差阈值、精细程度、瓦片之间的引用关系、模型包围体的属性。

在本发明的一些实施例中，所述根据3D模型渲染平台和所述配置文件渲染所述第二3D模型文件包括如下步骤：

根据Cesium平台和所述配置文件确定待渲染模型的配置参数；

根据配置参数和3D模型文件，利用Cesium平台渲染所述3D模型。

第二方面，提供了一种基于GIS的三维数据参数化建模的预处理装置，包括获取模块、生成模块、匹配模块、配置模块、渲染模块，所述获取模块，用于获取架空线路的矢量空间数据集，所述矢量空间数据集包括杆塔的类型、空间坐标、模型名称；所述生成模块，用于根据预设的杆塔二维示意图和矢量空间数据集制作不同类型的杆塔的第一3D模型文件，并将所述第一3D模型导出为第二3D模型文件；所述匹配模块，用于遍历所述矢量空间数据集，根据待渲染模型的模型名称匹配到其对应的第二3D模型文件；所述配置模块，用于根据3DTiles格式要求和LOD可视层级配置信息动态生成层级目录和相应的层级展示对应的模型清晰度文件及配置文件，保存配置文件；所述渲染模块，用于根据3D模型渲染平台和所述配置文件渲染所述第二3D模型文件。

在本发明的一些实施例中，所述渲染模块包括转换模块，所述转换模块将所述配置文件转换为3D模型渲染平台的所需的配置信息。

第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明第一方面所述的方法。

第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时本发明第一方面所述的方法。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过数据预处理手段，再结合空间动态LOD的渲染技术，事先将架空线路通过本产品工具生成cesium平台支持的3DTiles格式，然后通过三维平台直接读取工具生成之后的文件，从而达到拥有LOD动态渲染技术的三维架空线路展示场景，这样就能节省大量的浏览器加载内存空间，提升展示性能；实现海量输电架空线路模型的大范围数据高性能加载。

2.在当前的电网行业中，对于无插件的webgl三维可视化场景来说，这是一个非常巨大的突破，在webgl三维领域，这种方式可以大量缩短数据建模周期，大幅度的降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的一些实施例中的输电架空线路的参数化建模的预处理方法的基本流程图；

图2为本发明的一些实施例中的矢量空间数据集的数据结构示意图；

图3为本发明3D tiles的组织架构图以及文件结构；

图4为本发明的一些实施例中的瓦片数据结构示意图之一；

图5为本发明的一些实施例中的瓦片数据结构示意图之二；

图6为本发明的一些实施例的渲染图效果示意图；

图7为本发明的一些实施例的输电架空线路的参数化建模的预处理装置；

图8为本发明的一些实施例的电子设备示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参考图1，一种基于GIS的输电架空线路的参数化建模的预处理方法，包括如下步骤：S101.获取架空线路的矢量空间数据集，所述矢量空间数据集包括杆塔的类型、空间坐标、模型名称；S102.根据预设的杆塔二维示意图和矢量空间数据集制作不同类型的杆塔的第一3D模型文件，并将所述第一3D模型导出为第二3D模型文件；S103.遍历所述矢量空间数据集，根据待渲染模型的模型名称匹配到其对应的第二3D模型文件；S104.根据3DTiles格式要求和LOD可视层级配置信息动态生成层级目录和相应的层级展示对应的模型清晰度文件及配置文件，保存配置文件；S105.根据3D模型渲染平台和所述配置文件渲染所述第二3D模型文件。

需要说明是，上述第一3D模型文件包括但不限于为常用的IGS、Prt、pst、max、bd3m、id3m等。

参考图2，在本发明的一些实施例的步骤S101中，所述矢量空间数据集还包括模型编号、档距、方位角。具体地，杆塔编号为PMS系统编号，如果没有，可以任意编号；杆塔名称可以用于生成模型后的显示文字；IVE模型文件名直接填写文件名，不含路径，不含文件后缀名；高程采用国家高程标准，单位为米，精度保留3位小数；档距可以不填；经度、纬度坐标系采用北京54坐标系，使用3度分带，中央子午线按杆塔所在地取对应值；精度保留6位小数；

杆塔模型要求：

原点位于杆塔模型底部四角所在面(一般为矩形或者正方形)的中心点小号侧向内，大号侧向外，模型单位为米；

杆塔坐标系：Z朝上为正，Y指向小号侧为正，X向右为正；

记录横担上导线、避雷线挂接点的值，单位为米。

参考图3，在本发明的一些实施例的步骤S102中，所述根据预设的杆塔二维示意图和矢量空间数据集制作不同类型的杆塔的第一3D模型文件，并将所述第一3D模型导出为第二3D模型文件包括如下步骤：

根据预设的杆塔二维示意图通过3D模型软件制作不同类型的杆塔的第一3D模型文件，并将其导出为第二3D模型文件，并将其放入相应的存储空间中；所述第二3D模型文件为gltf文件。文件命名方式参照图2所示的MEDELNAME。导出后放在固定的目录下，为后续步骤生成3DTiles数据做准备。

在本发明的一些实施例的步骤S103中，所述遍历所述矢量空间数据集，根据待渲染模型的模型名称匹配到其对应的第二3D模型文件包括如下步骤：

根据模型名称匹配到与其对应的gltf文件；

将若干个gltf文件按照3DTiles格式要求结合LOD可视层级配置信息动态生成层级目录；

具体地，tile的具体结构如下：

boundingVolume.region属性是6个数的数组，定义了WGS84/EPSG:4326坐标系下的包围地域，数组顺序是[西经，南纬，东经，北纬，最小高程，最大高程]。经纬度单位是弧度，高程单位是米(高于或低于WGS84椭球体)。除了region，也可以用box、sphere属性。

geometricError属性是一个非负数字，定义了一个以米为单位的误差，如果当前瓦片被渲染而它的子瓦片不被渲染，则引入这个误差。运行时，此误差用来计算SSE，即用像素测量的误差。SSE用来判定HLOD细化，即，一个瓦片在当前视图是否足够精细，它的子瓦片是否需要考虑。

可选属性viewerRequestVolume使用和boundingVolume相同的概要，在瓦片内容被请求之前和瓦片被精细(依据geometricError属性)之前,视景器必须被包含在这个体中。

refine属性是这两个字符串之一：“REPLACE”(置换细化)，“ADD”(附加细化)。这个属性对于瓦片集根瓦片是必须的，对其他瓦片是可选的。当省略refine属性时，从父瓦片继承。

content属性是一个对象，包含关于瓦片内容的元数据和一个到瓦片的连接。content.url是一个字符串，指向瓦片数据，连接可以是绝对或相对url。例子中的url，2/0/0.b3dm，是瓦片地图服务(TMS)命名规则，{z}/{y}/{x}.extension。

url可以是另外一个tileset.json文件，用来创建瓦片集的子瓦片集。

content.url的文件扩展名不是必须的。content的瓦片格式(.b3dm,.i3dm,.pnts,.vctr,.cmpt)可以通过在其header处的magic字段进行判断，或者如果是JSON文件就作为外部瓦片集对待。(A tile is composed of a header section immediatelyfollowed by a body section.参加各瓦片格式的Layout)

content.boundingVolume属性定义一个可选的包围体属性，类似顶层的boundingVolume属性。不同的是，它是一个紧凑的包围体，仅仅包含瓦片内容。它用来作置换细化，boundingVolume提供空间相干性，content.boundingVolume允许紧凑视锥体筛选。图5中，红色包围体代表根瓦片的boundingVolume，它包围了瓦片集的整个区域，蓝色包围体展示content.boundingVolume，它仅仅包围了根瓦片中的四个要素(模型)。

根据所述层级目录和相应的层级展示对应的模型清晰度文件，生成配置文件并保存所述配置文件tileset.json。

参考图4与图5，进一步的，所述3DTiles格式要求包括：确定待渲染模型的几何形状、误差阈值、精细程度、瓦片之间的引用关系、模型包围体的属性等。

在本发明的一些实施例的步骤S104中，所述根据3D模型渲染平台和所述配置文件渲染所述第二3D模型文件包括如下步骤：

根据Cesium平台和所述配置文件确定待渲染模型的配置参数；

根据配置参数和3D模型文件，利用Cesium平台渲染所述3D模型。

具体地，配置参数包括height、palaceTileset.readyPromise、cartographic.longitude、offset以及tileset.json，通过调整上述配置参数按照渲染需求对所述第二3D模型文件进行渲染，其最终效果参考图6。

参考图7，第二方面，提供了一种基于GIS的三维数据参数化建模的预处理装,1，包括获取模块11、生成模块12、匹配模块13、配置模块14、渲染模块15，所述获取模块11，用于获取架空线路的矢量空间数据集，所述矢量空间数据集包括杆塔的类型、空间坐标、模型名称；所述生成模块12，用于根据预设的杆塔二维示意图和矢量空间数据集制作不同类型的杆塔的第一3D模型文件，并将所述第一3D模型导出为第二3D模型文件；所述匹配模块13，用于遍历所述矢量空间数据集，根据待渲染模型的模型名称匹配到其对应的第二3D模型文件；所述配置模块14，用于根据3DTiles格式要求和LOD可视层级配置信息动态生成层级目录和相应的层级展示对应的模型清晰度文件及配置文件，保存配置文件；所述渲染模块15，用于根据3D模型渲染平台和所述配置文件渲染所述第二3D模型文件。

在本发明的一些实施例中，所述渲染模块15包括转换模块，所述转换模块将所述配置文件转换为3D模型渲染平台的所需的配置信息。

本发明的一些实施例中，公开了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明第一方面提供的高精度地图制作中道路的让行线自动化提取方法。

参考图8，电子设备500可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的程序或者从存储装置508加载到随机访问存储器(RAM)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 503中，还存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理装置501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。

通常以下装置可以连接至I/O接口505：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置506；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置507；包括例如硬盘等的存储装置508；以及通信装置509。通信装置509可以允许电子设备500与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图8示出了具有各种装置的电子设备500，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图8中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置509从网络上被下载和安装，或者从存储装置508被安装，或者从ROM 502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时，执行本公开的实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本公开的实施例所描述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个计算机程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++、Python，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。