基于面向智能电网的3D-GIS平台研究与构建肖瑶瑶 薛涛 王玉喜

发表时间:2020/6/30   来源:《当代电力学文化》2020年5期   作者:肖瑶瑶 薛涛 王玉喜
[导读] 在我国快速发展的过程中,我国的经济在快速的发展,
        摘要:在我国快速发展的过程中,我国的经济在快速的发展,社会在不断的进步,我国的智能化发展十分迅速,智能电网是我国电力系统新时期发展过程中的主流方向,我国电力系统在发展过程中旨在结合国内电网发展的现实状况,联系我国实际经济实力、技术水平和发展水平构建具有中国特色的电网系统。为此需要国家电网企业尽快建设骨干网架,促进各级电网实现协调发展,创建互动化、自动化和信息化的智能电网,为我国社会稳定发展奠定良好基础。
        关键词:智能电网3D-GIS平台技术路线
        引言
        从电网发展的角度看,当前能源发展进入以能源互联网为标志的战略转型期,深化电网发展方式转变进入一个新阶段。而传统电网智能化不足,协调控制性较差,智能化改革成为必然趋势。智能电网因其信息化建设的灵活、经济、可靠、自适应、易接入特性而广泛运用在发电厂与设备节点间的双向流动控制与检测中。此外,系统还可引入最先进的传感技术、通信网络与自动化控制技术,从而实现高度集成的新型现代化电网。基于Web3D技术实现的智能电网管理系统,其最大的特点在于高度的交互性与数据可视化,这在我国变电站和输电线路的一、二级设备信息共享中具备极大的性能优势。此外,Web3D还提供多媒体与物联网的高效人机交互、展示平台,可大幅提升系统友好性。
        1智能电网研究
        智能电网主要是在原有物理电网基础上,融入现代领域中先进的控制技术、计算机技术、信息技术、通讯技术、传感测量技术,和物理电网进行高度集成后所诞生出来的新型电网模式。当下和智能电网相关的研究主要包括三种层面:(1)对智能电网相关概念及其国内外发展现状进行集中探讨。(2)针对智能电网实施过程、核心技术、主要特征以及电网原动力等层面实施合理评述。(3)对我国智能电网相关技术实际发展状况进行回顾,展望我国智能电网未来主要发展趋势。
        23D-GIS平台构建的技术路线
        2.1Web3D技术
        Web3D技术通过3D虚拟仿真来丰富人机交互体验,作为一种新型技术,在图形仿真和无线传感领域应用中常根据业务需求在简便性、兼容性、拟真度和交互性能中进行偏好选择。本文是在B/S架构下实现Web服务器3D建模,实时渲染呈现交互界面来弥补传统操作界面复杂、无序的缺点,因此更偏好于帮助用户实现更简易、精确的数据操作。Web3D常用VRML2.0实现,有机融合了Java及信息流节点建模语言,实现与外部链接的动态行为扩展。不过由于其运行插件过大、图像质量偏低、数据库文件过大,操作渲染过程不够灵活,所以总体性能较差。因此本文采用新X3D标准对VRML进行功能封装,新增高级API并扩展部分新特性,实现组件化的灵活功能扩展。此外,X3D对底层操作系统接口调用更为快捷,内核更轻量,资源占用量大幅降低。另一方面,3D建模还需要Unity开发引擎的支持。作为C/C++开发的可视化图形渲染引擎,在处理贴图、空间遮罩、光线阴影、纹理渲染和后期处理上均具有极大的优势。Unity可极大程度上简化Web3D的开发难度,提供简洁、美观的图形界面与高效的事件交互。
        2.2可见点法
        可见点法抽象场景不同于其他几种方法,此方法是在场景中直接设置关键点作为图的结点。可见点法可以减少存储空间,开发者可以根据场景中障碍物的位置,合理设置关键点,这个关键点的设置可以有效规避障碍物,因此路径搜索算法可以不用考虑障碍物的位置。

同时可见点法也有局限性,关键点的设置需要人工操作,场景越复杂,工作量越大,并且得到的最短路径也很单一,导航角色智能行走于两个结点的连线,最终的路径也不是最优路径。
        2.3以三维GIS为基础的电力规划辅助系统
        城市电网规划属于一种十分复杂的工程任务,其中涉及到大量的计算内容,存在诸多无法确定的元素,同时电网规划还涉及多种专业领域,因为该行业的更新发展变化较快,该种复杂性也使传统模式下,单纯依靠规划人员经验进行的规划设计无法满足新时期的工作需求。而我国的城市电网工作正处于发展过程中,是专家干预和规划辅助系统有机融合到规划平台和日常化规划相结合之间的过渡阶段,日常化的规划工作也是新时期的规划发展主要方向,为电力规划提出了挑战和全新的发展要求。为此需要积极研发出一种拥有良好扩展性、界面友好、结构科学的以GIS数据平台为基础的电网规划辅助系统,这项工作对于我国电力系统发展具有重要的意义。从体系结构层面分析,此次系统主要是B/S结构模式,具体可以分成四种层次,分别是表现层、应用层、平台层以及数据储存层。其中数据储存空间的特点是服务器都是非结构化和结构化相结合的数据库形式。平台层特点是该层能够提供较高三维渲染效率的三维GIS平台和二维GIS平台,而平台主要是企业当中有所涉及,系统能够对电容、开关、配变、线路、电机、杆塔等设备信息进行台账管理。同时能够针对配电网图形信息进行调整、标注和测量,导出馈线的接线图,科学设计电网走线等功能。此外系统还能够设置巡检任务,进行实时监控和信息发布,对集成配电线路进行故障诊断,运行视频监控系统、集抄自动化系统,对供电企业、变电站、配变电和开关等运行状态进行合理检测,实时反馈各种故障信息。结合先进的遥感影像技术支持,能够将区域输电线路相关信息和属性通过三维方式直观呈现出来,为决策人员进行数据判读提供方便,实现科学的资源调度。用户能够有效利用多种方法对配电网相关数据信息实施合理查询,具体包括导线型号、电网长度、回路数、电网线路的起止点、连接方式以及电压等级等基础属性信息,此外还包括无功功率、有功功率、电流和电压等运行信息。在系统开始实施后,整体运行较为稳定,运行效果突出,为我国智能电网建设提供了有效经验。
        2.4四叉树法
        四叉树法是在划分粒度方面对栅格法的改进方案。四叉树法不再把场景均匀分成大小相同的格子而是根据场景中每个格子内包含的地形特点,递归地将一个格子划分成更小的格子,直至每一个格子都有一致的(或至少大部分一致)地形。四叉树法能够根据场景中障碍物的位置,进行不断的划分,选择最合适的划分粒度,虽然补足了栅格法的缺点,但是四叉树法的划分会造成划分的格子大小相差悬殊,使得最终路径难以得到最优,也会造成误差。
        结语
        转变电网发展关系就是在传输关系上从点对点的传输关系向网对网的传输关系转变。在供电服务上从单向供给型向智能互动型转变,要求加强各级电网协调发展、互联智能发展。一方面达成高度智能化的电网调度,实现电网管理信息化和精益化;另一方面能够实现电力用户与电网之间的便捷互动,满足电力用户的多项新型需要。本文提出一种基于Web3D技术的电网智能化管理系统,在智能电网通信的基础上加入Web3D组态,提出新的界面设计思想和设备管理方法,重构三层式框架来实现数据层与底层设备交互及联动。系统在信息承载、展示、交互方面均获得了极大提升,服务、业务逻辑上具备更强的伸缩性,事务管理更为清晰,3D化操作界面对管理员也更加友好,总体展现出极高的研究开发潜力。
        参考文献
        [1]黄泽银,章桥新.基于微束等离子3D打印平台的构建及工艺研究[J].机械设计与制造,2018(10):13-15+19.
        [2]王俊洁.基于3D模拟仿真平台的高校实训教学环境构建技术研究[J].现代电子技术,2018,41(19):183-186.
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