一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法
一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法
【专利说明】一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及电力设备信息化技术领域，具体来说是一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]国家电网公司已正式发布了“坚强智能电网”的发展战略，智能电网的本质是能源替代和兼容利用，它需要在创建开发系统和建立共享的信息模式的基础上，整合系统中的数据，优化电网的运行和管理。智能配电网作为智能电网的重要组成部分，在有着良好发展前景的同时，也肩负着重要的责任。
[0005]我国电力企业信息化进程起步较早且发展速度较快，电网运行管理领域已建立了电网能量管理系统 SCADA/EMS (Supervisor Control And Aata Acquisit1n / EnergyManagement System)、配电管理系统 DMS (Distribut1n Management System)、电网地理信息系统 GIS (Geographic Informat1n System)及管理信息系统 MIS (ManagementInformat1n System)等高层次应用系统，但在可视化方面较为普遍采用的是单线图和二维地图相结合的模式。在超高压电网、高压、城市配网的规划、运行、调度方面应用三维全息可视化的技术手段还处于起步阶段。
[0006]在智能电网可视化应用方面采用三维全息是最直接直观的人机交互，管理人员对电力设备设施进行立体直观监视、控制及管理应用，符合电网智能化的夙愿，是一种先进的决策支持系统，对电网运行工况监视、三维全息显示、智能互动方面将达到全所未有的高度。如何开发出针对于可视化应用的生成方法已经成为急需解决的技术问题。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决现有技术中尚无生成智能电网可视化方法的缺陷，提供一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法来解决上述问题。
[0009]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，包括以下步骤:
对三维地景进行金字塔层级建模，采用金字塔层次结构对地景影像和DEM数据进行分级分块；
对城市建筑及其部件进行三维建模，对城市建筑及其部件采用简模方式进行三维建模，并建立其空间索引结构；
在三维地景模型上叠加二维矢量数据；
针对电力设备进行三维建模； 生成可视化应用模型。
[0010]所述的对三维地景进行金字塔层级建模包括以下步骤:
将整个地球表面作为金字塔的顶级，对应最低分辨率的影像和DEM数据；
将影像和DEM数据进行分层构建；
按照空间四叉树的模式对每层的影像和DEM数据进行分块；
判断每块中是否存在更高的分辨率的影像和DEM数据，若存在则再进行细分块，若不存在则完成金字塔层级模型的建立。
[0011]所述的在三维地景模型上叠加二维矢量数据的方法为通过Web Service访问数据库，将二维数据叠加在三维地景上。
[0012]所述的针对电力设备进行三维建模的方法为建立配电设备参数化模型库，基于参数化模型库进行地面线路和地下线缆的连接。
[0013]有益效果
本发明的一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，与现有技术相比能够实现三维全息图的再现，结合电力自动化相关专业软件，组成智能电网可视化三维全息应用系统。方便了电力系统的日常管理和维护，提高了工作效率。
[0014]
【附图说明】
图1为本发明的方法流程图。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下:
如图1所示，本发明所述的一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，包括以下步骤:
第一步，对三维地景进行金字塔层级建模。采用金字塔层次结构对地景影像和DEM数据进行分级分块，金字塔是一种多分辨率层次模型，从金字塔的底层到顶层，其分辨率越来越低，对应的层级数据量也越来越小。在地形场景的绘制时在保证显示精度的前提下为提高渲染速度，不同的场景区域需要不同分辨率的DEM数据和影像数据。金字塔层级结构的建立为减少数据访问量、提高系统的效率及性能提供了技术上的保障。整个三维地景建立在数字地球基础上，其具体步骤如下:
(I)将整个地球表面作为金字塔的顶级，即第O级，对应最低分辨率的影像和DEM数据。例如:影像:500m分辨率的卫星影像、15m分辨率的卫星影像、2.5m分辨率的卫星影像、0.16m分辨率的航空影像等遥感影像。DEM的加载顺序为90m分辨率、30m分辨率、6.77m分辨率等地形数据。利用天地图、Google Map及公开的30米(I秒)DEM可以快速构建地景，但是线路沿线和城区范围内，仍然需要高精度的影像和DEM，否则会因为高程等数据误差太大而导致与配网设施模型无法正确叠加显示。系统提供专门的工具对地景进行构建和管理，获得某一区域的更新数据后，可以针对该区域进行覆盖更新。
[0017](2)将影像和DEM数据进行分层构建，构建出金字塔雏形。
[0018](3)按照空间四叉树的模式对每层的影像和DEM数据进行分块，四叉树是一种每个非叶子节点最多只有四个分枝的层次数据结构，特点是能够实现空间递归分解。由于四叉树结构的生成和维护相对比较简单，且当空间数据对象分布比较均匀时，基于四叉树的空间索引可以获得比较高的空间数据插入和查询效率，因此其成为空间数据库中常用的索引之一O
[0019](4)判断每块中是否存在更高的分辨率的影像和DEM数据，若存在则再进行细分块，即再进行分块，若不存在则完成金字塔层级模型的建立。
[0020]金字塔层级模型和线性四叉树索引相结合的数据管理模式，能够满足海量地形数据实时可视化的需求，并在实现海量地形数据实时绘制的同时完成了影像数据的实时映射；通过对视景体可见区域外地形数据的裁剪和基于分辨率测试的目标瓦片快速搜索算法，大大减少了地形绘制的数据量，提高了系统的执行效率；采用基于高、中、低优先级的地形瓦片请求预测方法，进一步提高了三维地形交互漫游的速度。
[0021]第二步，对城市建筑及其部件进行三维建模。对城市建筑及其部件采用简模方式进行三维建模，并建立其空间索引结构。在配网可视化管理系统中，城市建筑及其它部件的三维模型一般不需要太精细，可以适当采用简模甚至不用贴图。但即便如此，其数量仍然是巨大的，必须建立空间索引，例如四叉树结构，以便支持在三维显示时的快速检索和动态显隐。如果能获得三维数字城市的模型，将是最快捷的方式。如果不具备这个条件，则可以利用FME等工具，根据地形图快速生成三维模型。例如，根据地形图上的房屋范围线(多边形)和层数属性，利用FME中的函数自动生成三维模型。也可以在这一个过程中自动贴图或设置材质。
[0022]第三步，在三维地景模型上叠加二维矢量数据。大量矢量数据如道路、水系等继续按GIS空间数据库或数据文件的方式组织，系统可以通过Web Service或直接访问数据库，将它们叠加到三维地景上。
[0023]第四步，针对电力设备进行三维建模，可以采用视点相关的L0D(LeVel ofDetail)技术可视化对目标层级块进行快速搜索。采用LOD技术时要求不同区域对应不同分辨率的地形数据，因此在层级块的搜索过程中需要进行分辨率的测试。电力设备进行三维建模可以建立配电设备参数化模型库，基于参数化模型库进行地面线路和地下线缆的连接。
[0024]同时，针对配电设备，还可以建立其台帐数据库如:线路数字化档案、设备台帐、照片等。数字化档案主要线路、变电站/所等设施包括设计和施工过程中的各种图纸、资料、图表、空间数据、现场照片等的数字化形式。设备台帐主要包括设备材料设计单位、施工单位、运行单位、生产厂家等。照片主要是包括线路运行后在现场采集的实景照片。以上数据录入到数据库，通过系统进行加载、显示。
[0025]第五步，生成可视化应用模型。可视化应用模型生成后，其可视化功能和应用模式有:
(I)变电站/所室内外设施可视化通过对变电站、变电所、配电房等区域三维仿真建模，系统可以方便地在三维场景中直观展示室内、室外空间位置关系，如环网柜、变压器、断路器、刀闸、母线等设备的组织关系、线路走向、微观结构，以及安全工器具(接地线、围栏、警示牌等)、建筑物、道路、植物、消防设备等的三维模型；使用户通过电脑就可以如临现场一样浏览整体厂区，掌握设备情况。
[0026](2)地下电缆及电缆隧道可视化
地下电缆等电力设施设备，敷设在地面以下，且电缆沟空间狭小，不容易展示。系统提供了快速制作电缆沟、电缆模型的工具，只要确定电缆沟的宽度、深度等参数，并结合地面高程，可快速制作出不同长度的电缆沟，并可选择是否安装侧挂，添加电缆、开关控制等。制作的电缆沟提供一个特定的开关功能，可以由用户自由选择是否开启地下展示模式。开启后，电缆沟上方的地面将打开，可以从多个角度查看沟内设备，并可以调整光照强度，增加视觉效果。
[0027]电缆隧道相对空间较大，甚至可以允许工程师进入检查。而且每隔一定距离都会有出入口。因此根据电缆隧道的特性，对电缆隧道内容进行精细建模，真实反应电缆隧道内部的空间结构、侧挂的位置、电缆的走向等，用户可以在隧道出入口处模拟进入隧道内部查看的结果，全方位查看电缆隧道内部结构设施。另外系统还提供特定开关功能，打开隧道上层结构，以便整体查看隧道内部结构。
[0028]( 3)线路及杆塔可视化
配网系统中线路及杆塔数量众多，而且多为架构部分，线路的走向和杆塔的分布跟地形地貌有着紧密的关系。针对这一特点，本系统在使用数字高程数据、影像数据、矢量电子地图数据制作地形三维，还原现场真实地形地貌的基础上，提供批量导入杆塔及自动摆放的算法，使得杆塔导入以后，根据地形的高程自动调整杆塔的高度；根据杆塔的类型、距离、位置，自动计算出杆塔之间的方位以及杆塔之间导线的弧垂度，并将线路分ABC三相用不同颜色增强显示。
[0029](4)拓扑可视化
相比三维场景可视化的模式，传统的单线图仍具有简明、逻辑关系清晰的优点，系统不但可集成单线图进行切换或对比显示，还提供了在三维场景上选择展示一组或多组与单线图相对 应的逻辑结构的功能。例如可视化某一供电回路，或供电区域分析结果等。
[0030](5)数据可视化
除了各类配电设施、地景、建筑、城市部件之外，系统还提供动态创建和操作其它三维可视化模型的方法，例如各种文字标牌、饼图、柱状图、玫瑰图、仪表盘、警灯等三维对象。
[0031]所有三维对象的图形属性都可以通过接口操纵，例如改变颜色、尺寸、显隐等。利用“业务数据绑定”的功能，就能实现实时数据的可视化。例如将电压监测数据转换为模型的颜色或温度计的读数，数据超限则触发模型开始高亮闪烁等。
[0032](6)动画可视化
系统提供动画脚本配置工具，可以在三维全景变电站的基础上，对变电站潮流走向、标准化作业、安全演练培训等进行全过程动画仿真。使用户的培训、演练不再受时间、场地、设备、天气的限制，不影响正常生产的开展，不仅提高了培训和演练的效果，还为企业节约了大量的物力、人力以及时间成本。
[0033]依据系统总体设计结构，其中，数据层部署在服务器端，可视化展示平台则以C/S桌面应用、组件、RIA B/S客户端三种方式分别提供应用，并集成或融入各类配网管理应用系统。C/S桌面应用主要用于三维场景和数据配置、维护，B/S应用提供配网管理系统的主体功能，组件方式则支持将三维可视化模块嵌入到原有或新建的各类应用中，最大限度地适应实际情况、发挥可视化管理系统的价值。基于智能电网可视化应用在系统后，具有以下功能:
一、设备资产管理
可视化资产台账管理系统，建立设备、资产的位置台账及设备从属关系，可以动态自定义资产的属性结构、资产数据动态录入等，并通过与三维模型的绑定，实现业务数据与三维模型的双向检索、定位。
[0034]1、位置台账维护
建立设备、资产的位置台账，采用树形结构进行维护，如:供电局一区局一供电所一(按电压等级)站一线路一架空段(埋地段)一设备类型等。用户可以根据不同变电站/配电房、输电线路的特点自行维护台账结构。
[0035]2、查询及定位
设施查询及定位:支持以设备台账、设备类型等方式快速查询及定位，实现二三维的联动定位、属性查看等功能；
3、配置维护
提供方便快捷的维护功能，包括设备台账维护、资产参数维护、资产数据维护等功能，用户可自行定义和录入各种数据。
[0036]二、与 SCADA 的接口
系统提供与SCADA系统的接口，实现实时数据、历史数据与二、三维设施对象的绑定和可视化展现，提供可视化平台上对SCADA实时数据的监视、分析功能，实现可视化平台上的SCADA操作方案。
[0037]数据通讯的接口，原则上使用标准的DL/T634.510UDL/T634.5104，如与现场有差异，在原自动化厂家的协助完成通讯协议的扩展，保证系统之间的相互兼容。最终实现与智能测控设备、通讯管理机之间的直连及数据交互，并在此基础上实现四遥功能。
[0038]( I)实时遥信变位展示
系统实时收集、处理遥信变位量，并通过三维可视化技术实时模拟开关状态，真实体现的三维设备上，保持与现场设备开关状态一致。
[0039](2)实时遥测量展示
系统实时对遥测量进行收集、处理、判断、分析，并通过三维可视化技术以及多种效果进行展示，比如在设备上方悬空文字展示、在设备上的真实仪表盘展示、以及用不同颜色区分展示正常运行、告警运行、报警运行的设备，充分发挥人眼对三维场景的高敏感度，使用户能够在真实场景中准确掌握设备运行状态，实时获取存在的风险，提高决策效率。
[0040]( 3 )可视化控制与调节
可视化控制和调节主要是指系统提供直接在三维场景中控制变电站的开关开合，改变变压器的分接头位置等。在选择操作时，系统准确地定位到三维场景中设备，并自动提示待操作设备的功能参数信息；在控制和调节过程中，系统会用三维仿真实时模拟操作的结果，保证三维场景与真实现场的一致性和正确性。
[0041](4)报警管理
报警处理分为两种:一种是事故报警，另一种是普通报警。前者包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号；后者包括一般设备状态变化、遥信状态异常信号、模拟量越复限、节点或链路状态、遥控操作、等功能中的报警。系统能够对各类报警进行分类管理，自动推出报警提示及定位到三维场景相应的设备上，同时伴随着不同音响警报，并支持向指定人员手机发送报警信息，使用户及时捕获到运行风险或潜在风险。
[0042]三、与测温系统接口
数据接口的标准原则上使用标准的DL/T 860标准，并根据现场电缆测温系统的建设情况，在原系统厂家的协助下，完成通讯协议的扩展，实现接入数据。
[0043]通过与电缆分布式测温管理系统的接口，把现有电缆分布式测温管理系统的实时数据直接展示在三维场景的设施上，并可设定预警和报警值，当达到预警值时在系统中用警示的颜色展示，直观展示预警的区域和位置，当达到报警值时，系统会发出报警提示，并直接定位到相应的区域和位置，提醒及时处理，同时自动在系统的报警管理模块中记录报警的时间记录，并提供报警记录的跟踪处理功能。
[0044]四、视频监控集成
系统集成了视频监控系统中各摄像头的位置，可链接到相应的视频窗口，通过接口还可进行云台控制，对视频监控报警也可做出响应，自动同步到与视频摄像头云台参数相对应的三维场景，供分析现场情况使用。
[0045]五、其它在线监测及预警
系统预留与雷电、污区、危险点等监测信息系统的接口，以便拓展和开发相应的高级应用。
[0046]六、巡检与维修维护管理
利用GPS型PDA (含RFID )终端通过GPRS或3G建立的网络连接，实现包括巡检任务制定与分配、现场巡检、缺陷管理、考核统计等全部工作的标准化、可视化、简捷化、规范化、智能化管理，使用户能够动态掌握设施运行状况及周围环境的变化，及时发现设施缺陷和各种安全隐患，以便及时消除缺陷和隐患，预防事故发生，或将故障限制在最小范围，保障电力系统安全、稳定运行。
[0047]巡检人员配备移动智能终端PDA，该设备能接收GPS卫星信号并根据GPS的定位原理完成对终端的自动定位，根据PDA上的电子地图(包含输电线路数据)实现巡检导航功能，自动提示巡检设备的位置。同时通过GPRS网络和互联网连接到监控中心(Web服务器)，实现与服务器的数据同步，在现场查看个人的巡检任务并执行，实时上报巡检情况。对于没有GPS信号的地方，使用RFID辅助确定设备位置。
[0048]监控端制定并给巡检人员分配任务，跟踪处理巡检发现的缺陷，对巡检人员的巡检情况进行考勤，统计巡检的合格率，以及实时监控巡检人员和巡检工作状态。
[0049](I)巡检作业标准化:配置了各类设备的标准化巡检项，及对应可能出现的缺陷项，巡检人员通常只要按标准对设施进行巡检和上报缺陷即可；
(2)巡检管理实时可视化:系统中的GIS和GPS功能可以把巡检人员的实时位置、设施的巡检结果直接展示在地图上，直观、形象；
(3)巡检结果数字化、自动流转和精细化:现场巡检数据实时上传到服务器，按照系统配置的管理流程自动进行跟踪，确保缺陷不放过；
(4)体系简捷化:移动终端可辅助记录和上报巡检结果，实现现场无纸化作业，并实时与服务器同步数据，消除后期录入环节，简便、快捷；
(5)规范化:缺陷描述统一，按流程动态跟踪处理，管理规范，确保所有缺陷都妥善处理，有据可查；
(6)智能化:提供多种智能化工具，例如自动判断巡检位置是否在有效区域，并结合图形提示用户；以及统计分析巡检的合格率、设备的巡查率、设施缺陷率等。
[0050]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，其特征在于，包括以下步骤: 11)对三维地景进行金字塔层级建模，采用金字塔层次结构对地景影像和DEM数据进行分级分块； 12)对城市建筑及其部件进行三维建模，对城市建筑及其部件采用简模方式进行三维建模，并建立其空间索引结构； 13)在三维地景模型上叠加二维矢量数据； 14)针对电力设备进行三维建模； 15)生成可视化应用模型。2.根据权利要求1所述的一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，其特征在于，所述的对三维地景进行金字塔层级建模包括以下步骤: 21)将整个地球表面作为金字塔的顶级，对应最低分辨率的影像和DEM数据； 22)将影像和DEM数据进行分层构建； 23)按照空间四叉树的模式对每层的影像和DEM数据进行分块； 24)判断每块中是否存在更高的分辨率的影像和DEM数据，若存在则再进行细分块，若不存在则完成金字塔层级模型的建立。3.根据权利要求1所述的一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，其特征在于，所述的在三维地景模型上叠加二维矢量数据的方法为通过Web Service访问数据库，将二维数据叠加在三维地景上。4.根据权利要求1所述的一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，其特征在于，所述的针对电力设备进行三维建模的方法为建立配电设备参数化模型库，基于参数化模型库进行地面线路和地下线缆的连接。
【专利摘要】本发明涉及一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，与现有技术相比解决了尚无生成智能电网可视化方法的缺陷。本发明包括以下步骤：对三维地景进行金字塔层级建模，采用金字塔层次结构对地景影像和DEM数据进行分级分块；对城市建筑及其部件进行三维建模，对城市建筑及其部件采用简模方式进行三维建模，并建立其空间索引结构；在三维地景模型上叠加二维矢量数据；针对电力设备进行三维建模；生成可视化应用模型。本发明能够实现三维全息图的再现，结合电力自动化相关专业软件，组成智能电网可视化三维全息应用系统。
【IPC分类】G06T17/00
【公开号】CN104899922
【申请号】CN201510308787
【发明人】徐强, 郑燕飞, 徐申民
【申请人】安徽中兴继远信息技术股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月8日
【专利说明】一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及电力设备信息化技术领域，具体来说是一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]国家电网公司已正式发布了“坚强智能电网”的发展战略，智能电网的本质是能源替代和兼容利用，它需要在创建开发系统和建立共享的信息模式的基础上，整合系统中的数据，优化电网的运行和管理。智能配电网作为智能电网的重要组成部分，在有着良好发展前景的同时，也肩负着重要的责任。
[0005]我国电力企业信息化进程起步较早且发展速度较快，电网运行管理领域已建立了电网能量管理系统 SCADA/EMS (Supervisor Control And Aata Acquisit1n / EnergyManagement System)、配电管理系统 DMS (Distribut1n Management System)、电网地理信息系统 GIS (Geographic Informat1n System)及管理信息系统 MIS (ManagementInformat1n System)等高层次应用系统，但在可视化方面较为普遍采用的是单线图和二维地图相结合的模式。在超高压电网、高压、城市配网的规划、运行、调度方面应用三维全息可视化的技术手段还处于起步阶段。
[0006]在智能电网可视化应用方面采用三维全息是最直接直观的人机交互，管理人员对电力设备设施进行立体直观监视、控制及管理应用，符合电网智能化的夙愿，是一种先进的决策支持系统，对电网运行工况监视、三维全息显示、智能互动方面将达到全所未有的高度。如何开发出针对于可视化应用的生成方法已经成为急需解决的技术问题。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决现有技术中尚无生成智能电网可视化方法的缺陷，提供一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法来解决上述问题。
[0009]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，包括以下步骤:
对三维地景进行金字塔层级建模，采用金字塔层次结构对地景影像和DEM数据进行分级分块；
对城市建筑及其部件进行三维建模，对城市建筑及其部件采用简模方式进行三维建模，并建立其空间索引结构；
在三维地景模型上叠加二维矢量数据；
针对电力设备进行三维建模； 生成可视化应用模型。
[0010]所述的对三维地景进行金字塔层级建模包括以下步骤:
将整个地球表面作为金字塔的顶级，对应最低分辨率的影像和DEM数据；
将影像和DEM数据进行分层构建；
按照空间四叉树的模式对每层的影像和DEM数据进行分块；
判断每块中是否存在更高的分辨率的影像和DEM数据，若存在则再进行细分块，若不存在则完成金字塔层级模型的建立。
[0011]所述的在三维地景模型上叠加二维矢量数据的方法为通过Web Service访问数据库，将二维数据叠加在三维地景上。
[0012]所述的针对电力设备进行三维建模的方法为建立配电设备参数化模型库，基于参数化模型库进行地面线路和地下线缆的连接。
[0013]有益效果
本发明的一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，与现有技术相比能够实现三维全息图的再现，结合电力自动化相关专业软件，组成智能电网可视化三维全息应用系统。方便了电力系统的日常管理和维护，提高了工作效率。
[0014]
【附图说明】
图1为本发明的方法流程图。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下:
如图1所示，本发明所述的一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，包括以下步骤:
第一步，对三维地景进行金字塔层级建模。采用金字塔层次结构对地景影像和DEM数据进行分级分块，金字塔是一种多分辨率层次模型，从金字塔的底层到顶层，其分辨率越来越低，对应的层级数据量也越来越小。在地形场景的绘制时在保证显示精度的前提下为提高渲染速度，不同的场景区域需要不同分辨率的DEM数据和影像数据。金字塔层级结构的建立为减少数据访问量、提高系统的效率及性能提供了技术上的保障。整个三维地景建立在数字地球基础上，其具体步骤如下:
(I)将整个地球表面作为金字塔的顶级，即第O级，对应最低分辨率的影像和DEM数据。例如:影像:500m分辨率的卫星影像、15m分辨率的卫星影像、2.5m分辨率的卫星影像、0.16m分辨率的航空影像等遥感影像。DEM的加载顺序为90m分辨率、30m分辨率、6.77m分辨率等地形数据。利用天地图、Google Map及公开的30米(I秒)DEM可以快速构建地景，但是线路沿线和城区范围内，仍然需要高精度的影像和DEM，否则会因为高程等数据误差太大而导致与配网设施模型无法正确叠加显示。系统提供专门的工具对地景进行构建和管理，获得某一区域的更新数据后，可以针对该区域进行覆盖更新。
[0017](2)将影像和DEM数据进行分层构建，构建出金字塔雏形。
[0018](3)按照空间四叉树的模式对每层的影像和DEM数据进行分块，四叉树是一种每个非叶子节点最多只有四个分枝的层次数据结构，特点是能够实现空间递归分解。由于四叉树结构的生成和维护相对比较简单，且当空间数据对象分布比较均匀时，基于四叉树的空间索引可以获得比较高的空间数据插入和查询效率，因此其成为空间数据库中常用的索引之一O
[0019](4)判断每块中是否存在更高的分辨率的影像和DEM数据，若存在则再进行细分块，即再进行分块，若不存在则完成金字塔层级模型的建立。
[0020]金字塔层级模型和线性四叉树索引相结合的数据管理模式，能够满足海量地形数据实时可视化的需求，并在实现海量地形数据实时绘制的同时完成了影像数据的实时映射；通过对视景体可见区域外地形数据的裁剪和基于分辨率测试的目标瓦片快速搜索算法，大大减少了地形绘制的数据量，提高了系统的执行效率；采用基于高、中、低优先级的地形瓦片请求预测方法，进一步提高了三维地形交互漫游的速度。
[0021]第二步，对城市建筑及其部件进行三维建模。对城市建筑及其部件采用简模方式进行三维建模，并建立其空间索引结构。在配网可视化管理系统中，城市建筑及其它部件的三维模型一般不需要太精细，可以适当采用简模甚至不用贴图。但即便如此，其数量仍然是巨大的，必须建立空间索引，例如四叉树结构，以便支持在三维显示时的快速检索和动态显隐。如果能获得三维数字城市的模型，将是最快捷的方式。如果不具备这个条件，则可以利用FME等工具，根据地形图快速生成三维模型。例如，根据地形图上的房屋范围线(多边形)和层数属性，利用FME中的函数自动生成三维模型。也可以在这一个过程中自动贴图或设置材质。
[0022]第三步，在三维地景模型上叠加二维矢量数据。大量矢量数据如道路、水系等继续按GIS空间数据库或数据文件的方式组织，系统可以通过Web Service或直接访问数据库，将它们叠加到三维地景上。
[0023]第四步，针对电力设备进行三维建模，可以采用视点相关的L0D(LeVel ofDetail)技术可视化对目标层级块进行快速搜索。采用LOD技术时要求不同区域对应不同分辨率的地形数据，因此在层级块的搜索过程中需要进行分辨率的测试。电力设备进行三维建模可以建立配电设备参数化模型库，基于参数化模型库进行地面线路和地下线缆的连接。
[0024]同时，针对配电设备，还可以建立其台帐数据库如:线路数字化档案、设备台帐、照片等。数字化档案主要线路、变电站/所等设施包括设计和施工过程中的各种图纸、资料、图表、空间数据、现场照片等的数字化形式。设备台帐主要包括设备材料设计单位、施工单位、运行单位、生产厂家等。照片主要是包括线路运行后在现场采集的实景照片。以上数据录入到数据库，通过系统进行加载、显示。
[0025]第五步，生成可视化应用模型。可视化应用模型生成后，其可视化功能和应用模式有:
(I)变电站/所室内外设施可视化通过对变电站、变电所、配电房等区域三维仿真建模，系统可以方便地在三维场景中直观展示室内、室外空间位置关系，如环网柜、变压器、断路器、刀闸、母线等设备的组织关系、线路走向、微观结构，以及安全工器具(接地线、围栏、警示牌等)、建筑物、道路、植物、消防设备等的三维模型；使用户通过电脑就可以如临现场一样浏览整体厂区，掌握设备情况。
[0026](2)地下电缆及电缆隧道可视化
地下电缆等电力设施设备，敷设在地面以下，且电缆沟空间狭小，不容易展示。系统提供了快速制作电缆沟、电缆模型的工具，只要确定电缆沟的宽度、深度等参数，并结合地面高程，可快速制作出不同长度的电缆沟，并可选择是否安装侧挂，添加电缆、开关控制等。制作的电缆沟提供一个特定的开关功能，可以由用户自由选择是否开启地下展示模式。开启后，电缆沟上方的地面将打开，可以从多个角度查看沟内设备，并可以调整光照强度，增加视觉效果。
[0027]电缆隧道相对空间较大，甚至可以允许工程师进入检查。而且每隔一定距离都会有出入口。因此根据电缆隧道的特性，对电缆隧道内容进行精细建模，真实反应电缆隧道内部的空间结构、侧挂的位置、电缆的走向等，用户可以在隧道出入口处模拟进入隧道内部查看的结果，全方位查看电缆隧道内部结构设施。另外系统还提供特定开关功能，打开隧道上层结构，以便整体查看隧道内部结构。
[0028]( 3)线路及杆塔可视化
配网系统中线路及杆塔数量众多，而且多为架构部分，线路的走向和杆塔的分布跟地形地貌有着紧密的关系。针对这一特点，本系统在使用数字高程数据、影像数据、矢量电子地图数据制作地形三维，还原现场真实地形地貌的基础上，提供批量导入杆塔及自动摆放的算法，使得杆塔导入以后，根据地形的高程自动调整杆塔的高度；根据杆塔的类型、距离、位置，自动计算出杆塔之间的方位以及杆塔之间导线的弧垂度，并将线路分ABC三相用不同颜色增强显示。
[0029](4)拓扑可视化
相比三维场景可视化的模式，传统的单线图仍具有简明、逻辑关系清晰的优点，系统不但可集成单线图进行切换或对比显示，还提供了在三维场景上选择展示一组或多组与单线图相对 应的逻辑结构的功能。例如可视化某一供电回路，或供电区域分析结果等。
[0030](5)数据可视化
除了各类配电设施、地景、建筑、城市部件之外，系统还提供动态创建和操作其它三维可视化模型的方法，例如各种文字标牌、饼图、柱状图、玫瑰图、仪表盘、警灯等三维对象。
[0031]所有三维对象的图形属性都可以通过接口操纵，例如改变颜色、尺寸、显隐等。利用“业务数据绑定”的功能，就能实现实时数据的可视化。例如将电压监测数据转换为模型的颜色或温度计的读数，数据超限则触发模型开始高亮闪烁等。
[0032](6)动画可视化
系统提供动画脚本配置工具，可以在三维全景变电站的基础上，对变电站潮流走向、标准化作业、安全演练培训等进行全过程动画仿真。使用户的培训、演练不再受时间、场地、设备、天气的限制，不影响正常生产的开展，不仅提高了培训和演练的效果，还为企业节约了大量的物力、人力以及时间成本。
[0033]依据系统总体设计结构，其中，数据层部署在服务器端，可视化展示平台则以C/S桌面应用、组件、RIA B/S客户端三种方式分别提供应用，并集成或融入各类配网管理应用系统。C/S桌面应用主要用于三维场景和数据配置、维护，B/S应用提供配网管理系统的主体功能，组件方式则支持将三维可视化模块嵌入到原有或新建的各类应用中，最大限度地适应实际情况、发挥可视化管理系统的价值。基于智能电网可视化应用在系统后，具有以下功能:
一、设备资产管理
可视化资产台账管理系统，建立设备、资产的位置台账及设备从属关系，可以动态自定义资产的属性结构、资产数据动态录入等，并通过与三维模型的绑定，实现业务数据与三维模型的双向检索、定位。
[0034]1、位置台账维护
建立设备、资产的位置台账，采用树形结构进行维护，如:供电局一区局一供电所一(按电压等级)站一线路一架空段(埋地段)一设备类型等。用户可以根据不同变电站/配电房、输电线路的特点自行维护台账结构。
[0035]2、查询及定位
设施查询及定位:支持以设备台账、设备类型等方式快速查询及定位，实现二三维的联动定位、属性查看等功能；
3、配置维护
提供方便快捷的维护功能，包括设备台账维护、资产参数维护、资产数据维护等功能，用户可自行定义和录入各种数据。
[0036]二、与 SCADA 的接口
系统提供与SCADA系统的接口，实现实时数据、历史数据与二、三维设施对象的绑定和可视化展现，提供可视化平台上对SCADA实时数据的监视、分析功能，实现可视化平台上的SCADA操作方案。
[0037]数据通讯的接口，原则上使用标准的DL/T634.510UDL/T634.5104，如与现场有差异，在原自动化厂家的协助完成通讯协议的扩展，保证系统之间的相互兼容。最终实现与智能测控设备、通讯管理机之间的直连及数据交互，并在此基础上实现四遥功能。
[0038]( I)实时遥信变位展示
系统实时收集、处理遥信变位量，并通过三维可视化技术实时模拟开关状态，真实体现的三维设备上，保持与现场设备开关状态一致。
[0039](2)实时遥测量展示
系统实时对遥测量进行收集、处理、判断、分析，并通过三维可视化技术以及多种效果进行展示，比如在设备上方悬空文字展示、在设备上的真实仪表盘展示、以及用不同颜色区分展示正常运行、告警运行、报警运行的设备，充分发挥人眼对三维场景的高敏感度，使用户能够在真实场景中准确掌握设备运行状态，实时获取存在的风险，提高决策效率。
[0040]( 3 )可视化控制与调节
可视化控制和调节主要是指系统提供直接在三维场景中控制变电站的开关开合，改变变压器的分接头位置等。在选择操作时，系统准确地定位到三维场景中设备，并自动提示待操作设备的功能参数信息；在控制和调节过程中，系统会用三维仿真实时模拟操作的结果，保证三维场景与真实现场的一致性和正确性。
[0041](4)报警管理
报警处理分为两种:一种是事故报警，另一种是普通报警。前者包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号；后者包括一般设备状态变化、遥信状态异常信号、模拟量越复限、节点或链路状态、遥控操作、等功能中的报警。系统能够对各类报警进行分类管理，自动推出报警提示及定位到三维场景相应的设备上，同时伴随着不同音响警报，并支持向指定人员手机发送报警信息，使用户及时捕获到运行风险或潜在风险。
[0042]三、与测温系统接口
数据接口的标准原则上使用标准的DL/T 860标准，并根据现场电缆测温系统的建设情况，在原系统厂家的协助下，完成通讯协议的扩展，实现接入数据。
[0043]通过与电缆分布式测温管理系统的接口，把现有电缆分布式测温管理系统的实时数据直接展示在三维场景的设施上，并可设定预警和报警值，当达到预警值时在系统中用警示的颜色展示，直观展示预警的区域和位置，当达到报警值时，系统会发出报警提示，并直接定位到相应的区域和位置，提醒及时处理，同时自动在系统的报警管理模块中记录报警的时间记录，并提供报警记录的跟踪处理功能。
[0044]四、视频监控集成
系统集成了视频监控系统中各摄像头的位置，可链接到相应的视频窗口，通过接口还可进行云台控制，对视频监控报警也可做出响应，自动同步到与视频摄像头云台参数相对应的三维场景，供分析现场情况使用。
[0045]五、其它在线监测及预警
系统预留与雷电、污区、危险点等监测信息系统的接口，以便拓展和开发相应的高级应用。
[0046]六、巡检与维修维护管理
利用GPS型PDA (含RFID )终端通过GPRS或3G建立的网络连接，实现包括巡检任务制定与分配、现场巡检、缺陷管理、考核统计等全部工作的标准化、可视化、简捷化、规范化、智能化管理，使用户能够动态掌握设施运行状况及周围环境的变化，及时发现设施缺陷和各种安全隐患，以便及时消除缺陷和隐患，预防事故发生，或将故障限制在最小范围，保障电力系统安全、稳定运行。
[0047]巡检人员配备移动智能终端PDA，该设备能接收GPS卫星信号并根据GPS的定位原理完成对终端的自动定位，根据PDA上的电子地图(包含输电线路数据)实现巡检导航功能，自动提示巡检设备的位置。同时通过GPRS网络和互联网连接到监控中心(Web服务器)，实现与服务器的数据同步，在现场查看个人的巡检任务并执行，实时上报巡检情况。对于没有GPS信号的地方，使用RFID辅助确定设备位置。
[0048]监控端制定并给巡检人员分配任务，跟踪处理巡检发现的缺陷，对巡检人员的巡检情况进行考勤，统计巡检的合格率，以及实时监控巡检人员和巡检工作状态。
[0049](I)巡检作业标准化:配置了各类设备的标准化巡检项，及对应可能出现的缺陷项，巡检人员通常只要按标准对设施进行巡检和上报缺陷即可；
(2)巡检管理实时可视化:系统中的GIS和GPS功能可以把巡检人员的实时位置、设施的巡检结果直接展示在地图上，直观、形象；
(3)巡检结果数字化、自动流转和精细化:现场巡检数据实时上传到服务器，按照系统配置的管理流程自动进行跟踪，确保缺陷不放过；
(4)体系简捷化:移动终端可辅助记录和上报巡检结果，实现现场无纸化作业，并实时与服务器同步数据，消除后期录入环节，简便、快捷；
(5)规范化:缺陷描述统一，按流程动态跟踪处理，管理规范，确保所有缺陷都妥善处理，有据可查；
(6)智能化:提供多种智能化工具，例如自动判断巡检位置是否在有效区域，并结合图形提示用户；以及统计分析巡检的合格率、设备的巡查率、设施缺陷率等。
[0050]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【主权项】
1.一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，其特征在于，包括以下步骤: 11)对三维地景进行金字塔层级建模，采用金字塔层次结构对地景影像和DEM数据进行分级分块； 12)对城市建筑及其部件进行三维建模，对城市建筑及其部件采用简模方式进行三维建模，并建立其空间索引结构； 13)在三维地景模型上叠加二维矢量数据； 14)针对电力设备进行三维建模； 15)生成可视化应用模型。2.根据权利要求1所述的一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，其特征在于，所述的对三维地景进行金字塔层级建模包括以下步骤: 21)将整个地球表面作为金字塔的顶级，对应最低分辨率的影像和DEM数据； 22)将影像和DEM数据进行分层构建； 23)按照空间四叉树的模式对每层的影像和DEM数据进行分块； 24)判断每块中是否存在更高的分辨率的影像和DEM数据，若存在则再进行细分块，若不存在则完成金字塔层级模型的建立。3.根据权利要求1所述的一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，其特征在于，所述的在三维地景模型上叠加二维矢量数据的方法为通过Web Service访问数据库，将二维数据叠加在三维地景上。4.根据权利要求1所述的一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，其特征在于，所述的针对电力设备进行三维建模的方法为建立配电设备参数化模型库，基于参数化模型库进行地面线路和地下线缆的连接。
【专利摘要】本发明涉及一种智能电网可视化应用的三维全息生成方法，与现有技术相比解决了尚无生成智能电网可视化方法的缺陷。本发明包括以下步骤：对三维地景进行金字塔层级建模，采用金字塔层次结构对地景影像和DEM数据进行分级分块；对城市建筑及其部件进行三维建模，对城市建筑及其部件采用简模方式进行三维建模，并建立其空间索引结构；在三维地景模型上叠加二维矢量数据；针对电力设备进行三维建模；生成可视化应用模型。本发明能够实现三维全息图的再现，结合电力自动化相关专业软件，组成智能电网可视化三维全息应用系统。
【IPC分类】G06T17/00
【公开号】CN104899922
【申请号】CN201510308787
【发明人】徐强, 郑燕飞, 徐申民
【申请人】安徽中兴继远信息技术股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月8日
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