基于三維全景的電網(wǎng)數(shù)字化建設研究與應用分析

薩仁高娃 喬盟 李鐸 張前 李鵬恩

【摘要】? ? 我國提出數(shù)字中國戰(zhàn)略發(fā)展目標，落實國家決策部署，提出建設數(shù)字電網(wǎng)的發(fā)展策略。聯(lián)合信息化現(xiàn)狀，建立電網(wǎng)單位數(shù)字化平臺，優(yōu)化系統(tǒng)功能與結構設計，服務于工程評審與基建施工，僅供參考。

【關鍵詞】? ? 三維全景? ? 電網(wǎng)數(shù)字化建設? ? 研究應用

近年來，關于建設網(wǎng)絡強國的進程加快，以新型數(shù)字技術為代表，全面促進電網(wǎng)數(shù)字化轉型。國網(wǎng)企業(yè)發(fā)展中，注重輸變電三維設計、工程數(shù)據(jù)中心建設。為了積極響應數(shù)字電網(wǎng)要求，提升工程技術與管理效果，建立高度統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范，應當制定電網(wǎng)建設方案。按照數(shù)據(jù)模型標準，共享電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)庫，保障數(shù)據(jù)權威性與唯一性。建設電網(wǎng)三維數(shù)字化應用性，需要應用可視化技術、信息化技術，集中管理電網(wǎng)工程設計與施工。

一、三維全景電網(wǎng)技術

1.1空間數(shù)據(jù)組織與管理

海量空間數(shù)據(jù)，多是高分辨影響、數(shù)字高程模型。為了確保顯示精度，在繪制三維地圖場景時，應用金字塔結構合理分層影響。金字塔模型屬于多層次模型，在建設金字塔模型時，將原始影像放置在金字塔地層，在原始像素上做好采樣，從而生成第二層，做好分塊處理，以此形成金字塔結構。從上述結構可知，金字塔明顯特征在于數(shù)據(jù)分辨率，層次數(shù)據(jù)量持續(xù)減少。當場景范圍比較小時，秩序對高分辨率進行加載，提升三維場景繪制效率。通過四叉樹索引方式，刻意提升空間查詢效率。為了提升系統(tǒng)運行效率，需要應用視點技術實現(xiàn)。

1.2電網(wǎng)設備高精建模與渲染

對于電網(wǎng)設備來說，具備較高三維可視化程度，按照桿塔與變電站設備建模。高精建模期間，劃分為桿塔建模、變電站建模、絕緣子建模。桿塔建模，涉及到桿塔明細表、基礎配置表、結構圖等。絕緣子資料包含絕緣子設備圖;變電站建模，涉及到電氣主接線圖、總平面布設圖、電壓登記配電裝置間隔圖。當前，三維建模格式多為3DS格式，利用格式轉換方式，可以在系統(tǒng)中實行三維渲染，加強三維展示效果。

1.3電網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)一體化整合

當前，電力企業(yè)部門業(yè)務數(shù)據(jù)，以獨立方式為主，數(shù)據(jù)管理難度大。因此，建設數(shù)據(jù)中心，優(yōu)化整合業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)，不僅可以簡化數(shù)據(jù)管理，還可以查詢數(shù)據(jù)，共享數(shù)據(jù)資源。建立數(shù)據(jù)中心，分析業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)，獲取共享數(shù)據(jù)源，同時可以將業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，優(yōu)化整合業(yè)務數(shù)據(jù)。為了提升數(shù)據(jù)訪問效率，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性，需要做好數(shù)據(jù)中心服務器熱備。

1.4空間信息與數(shù)據(jù)融合

長期以來，業(yè)務數(shù)據(jù)表達以文字、表格方式為主，無法體現(xiàn)出數(shù)據(jù)直觀性與空間性。三維全景電網(wǎng)技術，可以借助電網(wǎng)空間信息、業(yè)務數(shù)據(jù)關系，實現(xiàn)二者融合發(fā)展。密切觀察電網(wǎng)工程空間位置。技術人員利用電網(wǎng)設備模型，能夠對業(yè)務信息進行查詢與管理。空間信息與業(yè)務數(shù)據(jù)融合，為電網(wǎng)規(guī)劃決策提供依據(jù)。

二、電網(wǎng)三維數(shù)字化建設方案

2.1方案架構

電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺架構，可以劃分為數(shù)據(jù)訪問層、數(shù)據(jù)管理層、基礎設施層。應用服務層等，同時包含信息安全防護體系、信息化標準體系。圖1為三維數(shù)字化平臺架構。應用層、應用服務層、數(shù)據(jù)訪問層、用戶層相互分離，可以有效擴展系統(tǒng)。通過大數(shù)據(jù)技術、三維數(shù)字化技術、物聯(lián)網(wǎng)技術，可以移交接收輸變電工程成果，同時做好集中化管理、三維可視化應用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從根本上促進輸變電工程數(shù)據(jù)體系建設，同時為輸變電工程數(shù)據(jù)提供支持，實行全生命周期管理。服務器端，能夠存儲和發(fā)布電網(wǎng)設計成果數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)頁形式，確?？蛻舳嗽L問獲取可視化場景、功能深化應用。執(zhí)行數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應用功能，可以集中化管理電網(wǎng)數(shù)據(jù)設計成果，持續(xù)積累工程數(shù)字資產(chǎn)，共享數(shù)據(jù)信息，以免產(chǎn)生“信息孤島”現(xiàn)象。在發(fā)展過程中，可以為電網(wǎng)工程檢核、生產(chǎn)指揮推廣，提供三維可視化服務、數(shù)據(jù)支撐服務，有效支持數(shù)字電網(wǎng)工程建設。

2.2整體功能

電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺，功能模塊劃分如下：數(shù)據(jù)傳輸工具、移交進度管理、地理空間數(shù)據(jù)、電網(wǎng)項目管理，三維數(shù)字化平臺、成果共享服務等。

2.3關鍵技術與實現(xiàn)

第一，地理信息系統(tǒng)、綜合基礎信息平臺：通過遙感數(shù)據(jù)獲取平臺，可以采集基礎地理影像，建立數(shù)字高程模型，糾正和配準遙感影像，科學處理影像數(shù)據(jù)。按照空間四叉樹原理，搭建空間數(shù)據(jù)金字塔，建設高效索引機制，通過瓦片文件方式，存儲和管理數(shù)據(jù)信息。第二，建設層級電網(wǎng)：地理信息數(shù)據(jù)豐富，可以將電力設備模型納入到庫中，包括防震錘、間隔棒、絕緣子串、桿塔與變電站。遵循業(yè)務邏輯關系，通過回路單位，組織層級電網(wǎng)明細入庫，初步檢測、提示和校驗不合理數(shù)據(jù)。通過電力引擎渠道，建設三維電網(wǎng)成果。建設電網(wǎng)成果后，注重成果優(yōu)化處理，建立動態(tài)導線索引、優(yōu)化多細節(jié)層次。第三，建立動態(tài)導線：為了確保電網(wǎng)成果加載、渲染效率，通過多元技術與算法，創(chuàng)建和渲染導線，以此達到實際應用效果。涉及到以下內(nèi)容：首先，四叉樹動態(tài)索引：針對參數(shù)化模型，實行四叉樹動態(tài)索引與創(chuàng)建，包括導線、隧道、電纜工井、電纜線路等，同時按照尺度范圍，對數(shù)據(jù)進行瓦片分塊。在三維場景中，采用實時窗口調(diào)動方式，實現(xiàn)渲染和加載，維護三維場景穩(wěn)定性。其次，懸鏈線算法：在送電線路中，受到導線剛性影響后，鄰近桿塔間導線，出現(xiàn)明顯弧垂問題，從而形成弧線。合理選擇弧垂公式，關注電線應力誤差、電線交叉跨越物間距誤差問題。再者，貝塞爾曲線插值算法：確保導線弧度流暢性、渲染效果。第四，多細節(jié)層次渲染技術：多細節(jié)層次渲染，可以將原始多面體，建立為面片模型，按照距離有尺寸，剔除算法、三角面數(shù)量恒定算法。同時聯(lián)合網(wǎng)格簡化算法、材質(zhì)合并算法。共享集合數(shù)據(jù)塊間、紋理塊間，減少面片結構拓撲片、結構面數(shù)量，避免影響視覺效果，降低數(shù)據(jù)復雜度，減少IO吞吐量，同時可以提升多面體數(shù)據(jù)訪問、渲染效率。

2.4試點現(xiàn)狀與總結

第一，試點移交流程：電網(wǎng)三維數(shù)字化，可以建立電網(wǎng)三維信息模型，從前期設計、建設環(huán)節(jié)，將數(shù)據(jù)移交至運行環(huán)節(jié)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理與應用功能。過程包含移交設計數(shù)據(jù)、審核數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、共享與展示數(shù)據(jù)等，同時可以提供數(shù)據(jù)共享、服務接口，有效加強數(shù)據(jù)共享服務，防止出現(xiàn)信息孤島現(xiàn)象。在電網(wǎng)工程移交流程，涉及到數(shù)據(jù)手機、移交與審核，同時要做好發(fā)布管理與共享展示。移交工程數(shù)據(jù)資料，遵循標準化移交規(guī)范，準確移交成果數(shù)據(jù)。利用三維建模、三維設計、傾斜攝影、激光掃描等方式，注重電網(wǎng)工程設計方案、設備設施建模。遵循移交規(guī)范，圍繞三維移交成果，做好成果審核與質(zhì)量檢查。確保審核合格后，做好數(shù)字化存儲與管理，檢核輸變電工程、數(shù)字化信息模型。第二，試點移交現(xiàn)狀：在項目試點期間，電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺，落實三維設計與移交規(guī)范，做好三維設計標準教育與宣傳，確保設計單位、建設單位，可以深入理解和執(zhí)行三維設計標準。下屬各單位，移交試點工程三維數(shù)字化。按照相關統(tǒng)計可知，南方五省計劃移交電網(wǎng)工程40個，現(xiàn)移交工程共計35個，總移交率為87.5%。第三，總結試點情況：電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺，在設計環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)，可以集中化管理設計成果資料，共享設計成果。利用數(shù)字化、三維可視化方式，對電網(wǎng)工程三維設計成果資料進行存儲與發(fā)布，在輸變電工程建設中，可以實現(xiàn)三維設計成果應用，對工程評審、基建施工、生產(chǎn)管控予以服務。在試點單位，建設電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺，可以完成基本目標：首先，圍繞電網(wǎng)工程數(shù)字化，建立統(tǒng)一化規(guī)范與標準;其次，確定三維數(shù)字化移交方案，理清二維GIS移交方案不不清晰問題;再者，設計成果三維數(shù)字化表達;通過走廊三維數(shù)字沙盤，開展施工現(xiàn)場調(diào)查、輔助設計檢查，以此提升工程設計與評審準確性與直觀性。同時，建立電網(wǎng)工程三維可視化資產(chǎn)，實現(xiàn)資產(chǎn)管理、生產(chǎn)運營的數(shù)據(jù)共享服務。最后，? ? 電網(wǎng)三維數(shù)字化應用，從設計環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)、竣工環(huán)節(jié)，可以有效積累工程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)三維數(shù)字化管理與展示，同時為后期運行監(jiān)管提供優(yōu)質(zhì)服務。在試點應用過程中，應當提出各項解決問題：第一，運電網(wǎng)改造、配電網(wǎng)工程移交，必須明確標準范圍。同時對移交應用業(yè)務予以規(guī)范。三維移交平臺，僅支持增量移交;第二，注重移交流程梳理與規(guī)范，細化竣工環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)來源。第三，生產(chǎn)系統(tǒng)對接臺賬方案，細化系統(tǒng)業(yè)務流程中的職責問題。

三、結束語

綜上所述，建設電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺，通過云計算技術、大數(shù)據(jù)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術，優(yōu)化電網(wǎng)工程設計與施工，集中化管理三維數(shù)字化，共享設計成果。共享共用資源，通過一體化理念，提升基建數(shù)字化水平，共享共用功能服務、數(shù)據(jù)資源，積累影像、地形等基礎地理數(shù)據(jù)。落實檔案查詢發(fā)布功能、空間分析功能，實時共享空間數(shù)據(jù)，為信息化項目實施打好基礎。加大多層次、多方向業(yè)務支撐流，合理應用三維數(shù)字化，以此展示出二維、三維融合價值，滿足三維信息獲取需求。同時建設可視化展示系統(tǒng)，實行可視化管理。

參? 考? 文? 獻

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