基于Skyline的變電站仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊靖波 劉增超 李鵬 張金崗 劉寶坤 王明洋

摘 要：伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展，中國已成為世界電力的生產(chǎn)和消費(fèi)大國。電力應(yīng)用的領(lǐng)域也越來越廣，對電力的技術(shù)發(fā)展的要求越來越高。其中變電站的設(shè)計(jì)是電網(wǎng)建設(shè)的一個重要內(nèi)容，是進(jìn)行規(guī)劃以及事故處理的必要手段。本系統(tǒng)采用Skyline軟件為開發(fā)平臺，三維激光掃描技術(shù)構(gòu)建三維場景，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)信息的采集、分析和處理，完善原有的變電站構(gòu)支架管理，建立起變電站構(gòu)支架、變電設(shè)備三維可視化工程管理，構(gòu)建起更為先進(jìn)的變電站三維信息管理系統(tǒng)平臺，有效提高變電站工作人員的檢修工作效率和檢修質(zhì)量等的重要科學(xué)技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：Skyline;三維激光點(diǎn)云;變電站仿真系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.180

隨著國家智能化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展步伐以及變電設(shè)備狀態(tài)檢修的全面深入實(shí)施，傳統(tǒng)二維平面化數(shù)字信息在變電設(shè)備信息管理的普遍應(yīng)用已顯現(xiàn)出一些不足之處[1]。而將基于GIS的三維可視化新技術(shù)應(yīng)用到變電站建設(shè)中來，使其在虛擬現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)信息的采集、分析和處理，完善了原有的變電站構(gòu)支架管理，建立起變電站構(gòu)支架、變電設(shè)備三維可視化工程管理以及更為先進(jìn)直觀的變電站三維信息管理系統(tǒng)，全面優(yōu)化設(shè)備檢修和技術(shù)整改等安全生產(chǎn)方案制定與決策，提升電力設(shè)備安全技術(shù)監(jiān)督、工程管理和事故應(yīng)急搶修水平，并有效助推基礎(chǔ)變電站綜合管理水平更上新臺階。

變電站構(gòu)支架是變電站內(nèi)支撐電器設(shè)備的主要構(gòu)筑物，載荷情況復(fù)雜，且連接各個支架的輸電線路也對支架更換帶來了不小的難度，構(gòu)支架傾斜等會影響設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要定期進(jìn)行構(gòu)支架的更換。本系統(tǒng)將以三維障礙空間中路徑規(guī)劃方法為參考，結(jié)合GIS、虛擬仿真、云計(jì)算等多種技術(shù)，對吊車吊臂更換構(gòu)支架時的路線進(jìn)行規(guī)劃，在不碰撞到周邊環(huán)境中的設(shè)備的條件下，給出吊車位置及吊臂操作的最優(yōu)路線。

1 軟件平臺與開發(fā)環(huán)境

1.1 開發(fā)平臺環(huán)境簡介

（1）Skyline Globe 提供了集應(yīng)用程序、生產(chǎn)工具和服務(wù)于一體的三維地理信息云服務(wù)平臺，能夠創(chuàng)建和發(fā)布逼真的交互式三維場景。Skyline Globe提供了標(biāo)準(zhǔn)的三維桌面端和基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序，用戶可創(chuàng)建、編輯、導(dǎo)航、查詢分析真實(shí)的三維場景。

（2）開發(fā)環(huán)境采用VS 2012開發(fā)平臺，它包括了整個軟件生命周期中所需要的很多工具。VS 2012作為一個集成解決方案，適用于各種規(guī)模的開發(fā)團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)了同事間的無縫協(xié)作，提高了生產(chǎn)效率與專注度。

1.2 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)采用C/S（Client/Server）架構(gòu)，可以將任務(wù)合理分配到客戶端和服務(wù)端，降低了客戶端系統(tǒng)的內(nèi)存開銷，從而有更好地性能實(shí)現(xiàn)對三維場景的渲染瀏覽。用戶的操作響應(yīng)主要在客戶端，完成用戶的具體的操作業(yè)務(wù)。服務(wù)器端主要提供數(shù)據(jù)管理與共享、接受客戶端的操作指令、系統(tǒng)維護(hù)和并發(fā)控制等。

2 三維場景構(gòu)建

將外業(yè)采集的密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成*.cpt格式，再導(dǎo)入到Skyline新建的三維場景中，使用Skyline軟件對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先順序下曲面增長式重建，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的自動遍歷，重建出幾何和拓?fù)湔鎸?shí)的物理世界三維模型，更直觀真實(shí)的表達(dá)變電站內(nèi)各設(shè)備三維空間位置、真實(shí)結(jié)構(gòu)和相關(guān)信息。并轉(zhuǎn)換為方便瀏覽的*.xpl格式的模型，最終保存為*.fly工程文件，方便系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用。

3 變電站仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)主界面采用RadControls for WinForms框架，直接將主要功能劃分為各級菜單，提高了界面的簡潔性。同時，目錄樹和三維場景顯示窗口使用了Skyline提供的TerraExplorerX動態(tài)連接庫，可直接實(shí)現(xiàn)場景、目錄樹與菜單命令的關(guān)聯(lián)。

3.2 橫梁更換功能

變電站內(nèi)構(gòu)支架的更換過程需要使用吊車等大型設(shè)備進(jìn)行操作，本系統(tǒng)的橫梁更換功能就是將以三維障礙空間中路徑規(guī)劃方法為參考，結(jié)合GIS、虛擬仿真、云計(jì)算等多種技術(shù)，給出吊車位置及吊臂操作的最優(yōu)路線。能夠?qū)崿F(xiàn)在確定支架、橫梁位置后，在不碰及其它輸電線的前提下，將橫梁放置在支架上。并可根據(jù)需要進(jìn)行動畫展示及報(bào)告輸出等。

3.3 通電、斷電操作

當(dāng)變電站發(fā)生斷電的情況下，往往需要確定斷電的范圍，來估計(jì)所造成的損失。所以該系統(tǒng)增加了通電、斷電功能?？梢栽谀Ｐ椭刑砑又袛帱c(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，仍然有電的輸電線顯示為紅色，不再帶電的輸電線為藍(lán)色。

3.4 距離量測功能

該系統(tǒng)還增加了距離量測功能，可以實(shí)現(xiàn)水平距離、垂直距離和空間距離的測量，測量結(jié)果在場景下方實(shí)時顯示。

4 結(jié)論

本文介紹了變電站三維虛擬仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，介紹了系統(tǒng)的總體架構(gòu)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用于山東省多個變電站中，極大地提高了變電站的科學(xué)決策水平。幫助變電站工作人員對各類突發(fā)事件做出快速反應(yīng)，減少經(jīng)濟(jì)損失，并有助于國內(nèi)變電站管理系統(tǒng)的建設(shè)，提升3S虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與其他平臺應(yīng)用系統(tǒng)集成的應(yīng)用價值。

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