城網三維可視化管理系統的研究與應用

2014-01-14 09:45 來源:未知 打印 掃碼手機看

  城網三維可視化管理系統的研究與應用

  徐秋鳳2 羅建平2 陳 輝1 王傳寶1

  1 北京奧德安圖電力科技有限公司 北京市 101300 2 北京奧德威特電力科技股份有限公司 北京市 101300

  摘要:本文簡要介紹四川省電力公司資陽公司簡陽供電局城網三維可視化管理系統的開發和應用技術。該系統在城區三維地理場景上對架空線路、地下電纜(光纜)、各類室內外電力設施進行直觀、精細的三維展示,并融合SCADA及各類監測系統的實時運行數據與歷史數據,實現可視化監測和可視化操作,進一步支持配網的資產管理、配電管理、營銷管理、規劃管理等,形成高效、綜合的運營平臺,提升運行管理和服務水平。

  關鍵詞:城市配電網絡;三維;可視化;信息系統;接口

  1 引言

  在城市配網領域,信息化進程起步較早且發展速度較快,各地方公司已普遍建立了電網能量管理系統SCADA/EMS、配電管理系統DMS、電網地理信息系統GIS及管理信息系統MIS等高層次應用系統,但高壓、超高壓電網的規劃、運行、調度等工作已經開始應用和推廣三維可視化的技術手段,面向城市配網的三維可視化應用則基本上處于起步階段。

  圖1 系統總體結構圖

  為改善城區配網線路的運行水平、規范電纜走廊的建設和管理,更好管理管線資源,提高電網線路運行的安全穩定性,四川省電力公司安排在資陽公司簡陽供電局選擇部分試點線路和區域,結合三維可視化技術的最新發展,開發一套城網三維可視化管理系統。

  本文對該系統開發和應用過程中的一些關鍵問題進行了探討,如城市配電網絡三維場景的快速構建方案、模型系統的動態維護方案、SCADA等多個系統間的接口和信息融合方案、城網信息的三維可視化方案等。

  2 總體設計

  2.1 系統建設目標

  簡陽供電局城網可視化管理系統的總體建設目標是為城區配電網絡的運行管理提供一種基于二、三維一體可視化的配網管理系統。

  2.2系統總體結構

  系統總體結構如圖1所示。其中,數據層部署在服務器端,可視化展示平臺則以C/S桌面應用、組件、RIA B/S客戶端三種方式分別提供應用,并集成或融入各類配網管理應用系統。C/S桌面應用主要用于三維場景和數據配置、維護,B/S應用提供配網管理系統的主體功能,組件方式則支持將三維可視化模塊嵌入到原有或新建的各類應用中,最大限度地適應實際情況、發揮可視化管理系統的價值。

  2.3 數據的組織方式

  2.3.1 三維地景的金字塔層級結構

  三維地景通常也稱作三維地形地貌模型,主要是利用數字高程模型(DEM)和數字正射影像(DOM),建立地面的三維場景,作為三維可視化應用的基礎背景。

  三維地景建立在數字地球基礎上,從整個地球表面開始,根據地面影像和DEM數據的分辨率,不斷按照空間四叉樹的模式分級分塊,也就是每一塊都根據是否存在更高分辨率的影像和DEM數據而決定是否繼續細分,從而建立起整個三維地景金字塔。

  2.3.2 城市建筑及其它部件的三維模型

  目前很多大中城市已經開展了三維數字城市的建設,在這些地方可以利用已有的三維城市模型,否則應當根據城市配網設施的覆蓋范圍和工作需要而組織重點區域的三維城市建模,非重點區域則根據地形圖自動生成簡化模型。

  根據行業標準《城市三維建模技術規范》,城市模型除了地形模型外,還包括建筑模型、交通設施模型、管線模型、植被模型、以及其它模型,并劃分為四個精度級別或細節層次,即體塊、基礎、標準、精細。

  2.3.3 二維矢量數據

  矢量數據如道路、水系等繼續按GIS空間數據庫或數據文件的方式組織,系統可以通過OGC WFS (Web Feature Service)或直接訪問數據庫,將它們疊加到三維地景上。

  2.3.4 配網設施的參數化三維模型和運行構建

  配網設施的三維可視化對象包括變電站(所)及站內各種建構筑物和設備設施、架空線路、地下電纜等實體設施和各種數據可視化對象模型。

  配電設備的分類和參數均按照國網公司的統一標準執行。

  參數化模型主要是針對各種系列化工業標準設施,例如桿塔,在普通三維建模(例如采用3DMAX或 SketchUp)和基本三維實體的基礎上,利用程序實現的擴展模型對象,這些參數化模型連同非參數化的常規標準設備模型都存儲在系統的模型元件庫中,用戶可以選取并提供相應的參數,然后擺放到三維場景中,完成可視化裝配或變更。

  通過對模型元件庫的參數化引用和運行時構建,能夠減少設施模型的雷同數據冗余,同時為用戶提供快速構建城網可視化場景和動態更新維護的技術手段。

  2.3.5 可視化對象

  為了在三維場景中可視化展現各類數據,可以使用標牌、儀表盤、柱狀圖、餅圖等對象,它們也是一種特殊的參數化三維模型,其參數可以建立綁定關系,對應于運行時的輸入數據,例如SCADA量值,或者多個量值的組合公式。

  3.三維場景的快速構建和動態維護

  3.1 配電網資源管理系統

  配電網資源管理系統是針對三維可視化展示系統,專門開發的一套三維場景維護工具,方便用戶快速搭建三維場景,添加配電設備、電線、電纜等模型,包括參數化模型、可視化對象的配置、數據綁定等操作,并提供在三維場景中制作和播放工藝流程、三維動畫等動態效果的工具。

  3.2 三維城市模型的快速構建

  如果能獲得三維數字城市的模型,將是最快捷的方式。但目前大多數城市還不具備這個條件,則可以利用FME等工具,建立GIS語義轉換模型,從地形數據庫快速生成三維模型。例如,提取房屋范圍線(多邊形)及其層數或高度屬性,利用通用數據轉換軟件FME中的Extruder函數批量地自動生成三維模型。也可以在這一個過程中自動貼圖或設置材質。

  3.3 配電設施模型

  各種配電設施、地面線路和地下線纜需要利用本系統的參數化模型庫和交互擺放或批量導入工具。除了非標準件外,基本不需要建模,但應當收集齊全圖紙資料,保證位置數據的準確性。

  3.4配電設施臺賬數據庫

  主要包括以下內容:

  數字化檔案:線路、變電站/所等設施在設計和施工過程中的各種圖紙、資料、圖表、空間數據、現場照片等的數字化形式。

  設備臺帳:設備材料設計單位、施工單位、運行單位、生產廠家等。

  照片:線路運行后在現場實拍的照片。

  全景影像:在設施所在地點拍攝、并經過后期制作的360度全景影像。在系統中可交互旋轉、觀看現場任意角度的場景,由于是實景拍攝,與三維場景系統形成一定程度的補充效果。

  已經錄入數據庫或表格的資料,通過FME進行轉換、導入、或者掛接。

  4.可視化功能及其應用模式

  4.1變電站/所室內外設施可視化

  通過對變電站、變電所、配電房等區域三維仿真建模,系統可以方便地在三維場景中直觀展示室內、室外空間位置關系,如圖2所示。

  圖2 可視化變電站

  4.2地下電纜可視化

  系統提供了快速制作電纜溝、電纜模型的工具,只要確定電纜溝的寬度、深度等參數,并結合地面高程,可快速制作出不同長度的電纜溝,并可選擇是否安裝側掛,添加電纜、開關控制等。如圖3所示。

  圖3 可視化電纜溝

  4.3線路及桿塔可視化

  系統在使用數字高程數據、影像數據、矢量電子地圖數據制作地形三維,還原現場真實地形地貌的基礎上,提供批量導入桿塔及自動擺放的算法,使得桿塔導入以后,根據地形的高程自動調整桿塔的高度;根據桿塔的類型、距離、位置,自動計算出桿塔之間的方位以及桿塔之間導線的弧垂度,并將線路分ABC三相用不同顏色增強顯示。如圖4所示。

  圖4 可視化線路

  4.4數據可視化

  所有三維對象的圖形屬性都可以通過接口操縱,例如改變顏色、尺寸、顯隱等。利用“業務數據綁定”的功能,就能實現實時數據的可視化。例如將電壓監測數據轉換為模型的顏色或溫度計的讀數,數據超限則觸發模型開始高亮閃爍等。

  4.6 動畫可視化

  系統提供動畫腳本配置工具,可以在三維全景變電站的基礎上,對變電站潮流走向、標準化作業、安全演練培訓等進行全過程動畫仿真。使用戶的培訓、演練不再受時間、場地、設備、天氣的限制,不影響正常生產的開展,不僅提高了培訓和演練的效果,還為企業節約了大量的物力、人力以及時間成本。

  5.城市配網管理應用

  5.1城網可視化資產管理

  建立設備、資產的位置臺賬及設備從屬關系,可以動態自定義資產的屬性結構、資產數據動態錄入等,并通過與三維模型的綁定,實現業務數據與三維模型的雙向檢索、定位,進一步支持可視化的維修維護管理,如圖5所示。

  圖5 城網可視化資產管理

  5.2與SCADA接口

  系統提供標準的DL/T634.5101、DL/T634.5104協議接口,實現SCADA實時數據、歷史數據與二、三維設施對象的綁定和可視化展現,提供可視化平臺上對SCADA實時數據的監視、分析功能,進一步支持可視化平臺上的SCADA操作方案,如圖6、圖7所示。

  圖6 實時數據可視化

  圖7實時遙信變位展示

  6 結語

  簡陽供電局在建立城網三維場景模擬的基礎上,接入原有的SCADA實時數據以及資產臺帳與照片數據、巡檢與維修維護數據,實現了實體設施和運營數據的三維動態可視化,有利于推動城網管理信息化及其在提高管理精細化程度中的應用。

  通過該項目的實踐,在如何快速高效地構建城網可視化管理系統、如何有效地應用于各類業務工作、如何長效地動態維護這套系統等三個方面做出了有益的探索,形成了一整套的解決方案,為可視化平臺在智能電網建設中的推廣打下了良好的基礎。

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