基于云技術的電力工井三維信息管理系統

宋 喆

(國網上海市電力公司，上海 200122)

電力管網是支撐和保證城市居民生產、生活的重要基礎設施，是現代化城市高質量、高效率運轉的基本保證，就像是人體內的“血管”和“神經”，是整個城市看不見的“生命線”[1]。經過多年的逐步完善和發展，電力公司采用管網地理信息技術(GIS)建立了滿足公司實際需要的電力管網GIS系統。

隨著城市建設的日益加快，當前電網使用的管網地理信息技術系統中只能標記處平面二維坐標，對于高程數據沒有做記錄，導致在電纜運維管理過程中，對于反外損深度難以掌控，不利于電纜維護管理，需要進行電力工井的三維信息化數據采集及應用系統建設。

1 現用電力管網GIS系統現狀分析

現用電力管網GIS系統中所缺失的電力工井信息，主要表現在以下幾方面。

(1)電纜排管數據覆蓋范圍不夠全面。電力公司生產精益化管理系統(PMS)中的電纜排管數據缺失電力工井的數據與電纜的實際敷設的數據如圖1所示。這會造成運營維護搶修的要求非常高， 同時非開挖信息的缺失也是一個隱患。

圖1 PMS圖紙中遺漏的非開挖數據

(2)電纜排管數據空間維度不夠充足。電纜排管在現實中是三維的，具有大量的三維信息，而目前電纜排管PMS是將三維信息簡化成二維的，因此現在系統無法明確直觀地理解和查看管網的空間分布與埋深，市政施工又有可能隨時改變管網的地理參照物和埋深情況，這給管道施工、管網設施維護搶修造成諸多不便。

市規劃國土資源局2017年啟動了《基于PMS技術的地下管線全生命周期規劃管理機制和技術支撐體系建設研究》項目，該項目已明確采用三維PMS技術建立地下管線全生命周期規劃管理機制和技術支撐體系，以此實現規劃審批各環節管理工作的系統化、精細化。同樣，電纜排管建設的規劃審批工作勢必面臨從二維到三維的轉變。

(3)電纜排管PMS可視化交互功能不強。電纜排管的運行管理信息很大部分都是三維或二維的，目前電纜排管PMS是專業管理功能強而基礎信息的錄入，圖庫管理，圖形處理，尤其是三維數據處理能力低。因而在實際管理過程中經常把三維信息二維化，二維信息表格化，這使得信息的顯示不直觀，在與用戶的交互方面能力不夠，給用戶理解帶來困難，難以滿足用戶的需求。特別是在電纜排管的接管、改建和擴建使管網體系越來越大，大量的數據資料急需處理，管理的復雜程度也隨之增加的背景下不能很好地滿足現代管理需要。

因此，基于目前電纜管道的工作實際，探索建立電纜排管管理運營維護的有效方法，研究應用三維建模方法技術，對電力管網GIS數據進行有效梳理，優化和完善電力工井三維數據信息，構建與之匹配的數據與技術支撐體系，為電力管網的安全運行和應急保障提供更好服務，對提升供電管理的智慧化水平意義重大。

2 電力工井三維信息管理系統技術路線

電力工井三維信息管理系統建設任務包括數據資源建設、核心業務管理和系統功能實現。數據資源建設包括數據平臺框架和數據庫，建立完善的數據管理機制、數據訪問機制，以及數據更新機制。核心業務管理以電力工井信息庫為基礎，實現、巡查信息等核心應用功能，覆蓋電力工井管理業務的基本應用，提供輸出的查詢、檢索、圖上顯示、交互查詢、統計報表、輸入輸出等基本功能；實現系統權限管理。數據成果管理包括對各類業務數據和成果資料進行統一管理，方便成果的查詢、調閱，并實現權限控制。

電力工井三維信息管理系統建設堅持數據、管理、服務、應用相分離的架構原則，在保持靈活性和擴展性的前提下，實現空間基礎信息數據的整合、管理和共享交換[2-5]。依據使用用戶、網絡環境的不同，采用不同的技術路線，使用C/S(Client/Server客戶機/服務器)和B/S(Browser/Server瀏覽器/服務器)相結合的方式，實現不同業務應用系統與數據服務的集成。總體技術路線如圖2所示。

圖2 總體技術路線

3 電力工井三維信息管理系統關鍵技術

三維模型系統建設總體要基于位置可靠的電力工井三維數字化的方法。因此，電力工井如何三維化是構建該系統的關鍵。

3.1 電力工井三維激光實測掃描

運用三維激光掃描儀Trimble X7完成電力工井掃描(見圖3)。Trimble X7具有完美結合速度、測程和精度等優點，可以更快、更好地獲取精確的三維空間數據，這些數據包括具有精確坐標的點云數據和360度全景照片(見圖4)。

圖3 電力工井掃描作業示意圖

圖4 電力工井360°全景圖

掃描完成后在天寶TBC軟件或者TRW軟件中進行點云拼接，按區塊輸出點云，如圖5所示。也可將點云數據導入AutoCAD進行編輯，綜合原有地形數據，快速實現工井的全方位測繪工作。

圖5 電力工井點云圖

在獲取了工井點云數據和全息影像數據，并實施精度可靠性驗證的基礎上，應采用科學、高效、可靠、便于推廣的三維數字化技術進行工井三維建模工作。在CAD成果的基礎上，采用Sketchup、Revit、3Dmax等不同的專業建模軟件進行三維數字化工作的試驗，并且比較各自的優缺點，其中Revit在模型數據信息的管理和應用上具有優勢，3Dmax 在模型表現形式的豐富性和真實性上具有優勢，但相較于Sketchup來說建模效率較低。Sketchup兼顧了建模效率與質量，并且在模型的表現上也具有較為豐富的表現形式。因此，結合電力工井及其附屬設施的特點，三維數字化的實施采用基于CAD成果和點云數據的Sketchup建模方法。

3.2 電力工井三維建模

電力工井的三維數字化主要包括小區工井環境模型的構建、部件模型的構建、建立屬性信息表并與模型數據進行關聯三個部分，其技術路線流程如圖6所示。

圖6 三維數字化實施技術路線流程圖

經過精度驗證后工井數據的CAD成果均采用坐標系統(采用上海平面坐標系統和吳淞高程系)進行定位并與其真實的地理位置綁定。考慮到工井數據模型與周邊構筑物的相對關系對工井的日常養護非常重要，因此在三維數字化階段增加了場景建模的內容，同時兼顧建模成本與基礎數據更新共享的發展趨勢，在小區三維場景構建中只考慮了井地表及其附屬管道設施的三維建模，如圖7所示。

圖7 管網及周邊環境三維建模

對于工井附屬設施和設備而言，其相應的部件一般是標準件。因此，建立一套部件庫，包括模型和紋理，可以在電力工井三維數字化中重復利用，統一的部件模型，有利于電力工井的統一表現和展示，使得電力工井設施和設備的表現更加真實和協調(見圖8)。

圖8 電力工井部件模型實例

利用X7的掃描點云，配合點云處理軟件(Trimble Realworks)實現真實尺寸和相對關系的量測，從而在Sketchup中構建泵房模型(Trimble Realworks與Sketchup聯動)。屬性數據可在原PMS屬性的基礎上進行一定擴充，采用屬性外掛的形式，并采用模型實例名稱進行關聯。模型屬性信息表在后期三維模型建庫的過程中可根據數據庫管理或者應用需要進行優化完善。

3.3 電力工井數據庫建設

在完成電力工井的數字化工作后，需要形成一個標準的成果數據提供給三維模型數據庫，為體現成果的統一性，同時考慮各種數據來源的統一性展示，制定了一個涵蓋各種模型數據信息的Sketchup成果的標準，由于目前三維數據模型的通用性，Sketchup模型數據可轉換成公開的IFC格式或者其他數據格式進行交互，除此以外。一個完整的電力工井模型數據成果還應包括原始的點云數據成果、360°全景照片和模型屬性信息表。

4 應用與實現

4.1 電力工井三維信息數據的實現

基于分析，電力工井三維信息管理系統總體框架如圖9所示。

圖9 電力工井三維信息管理系統總體框架

該框架以電力工井三維模型數據庫為基礎，結合電力行業特色，分區分級設置，可滿足不同需求。

數據基礎可采用商用互聯網地理信息數據，經過對比選擇，本方案選用高德地圖數據包，并與高德地圖方簽署協議，購買涉及上海市域范圍內用于地形、地貌、水系、綠化、植被，城市中的商業、居民區、地鐵站、醫院、學校等空間要素及各種標記，作為各種專題信息空間定位基準。二維地圖數據和影像數據可以滿足構建電力工井三維信息模型的需要，如圖10所示。

圖10 高德影像數據

以目前已有的PMS數據為基礎，梳理相關屬性和圖形信息。屬性信息包括：井編號、原井號、經度、緯度、管理部門、鑿井日期、修改日期、井種類、備注等。圖形信息應根據地名地址描述進行位置匹配，再進行準確錄入，并與屬性信息相關聯，用于對電力工井數據的查詢和統計。

附件類型包括：電力工井三維模型、點位相關的照片、說明文檔、現場視頻，也應按照文件夾形式進行梳理，并與點位相關聯，用于查看瀏覽。

4.2 電力工井三維信息化系統功能的實現

WEB管理平臺下電力工井三維信息化系統功能主要包括以下幾個方面。

(1)登錄。用戶名由系統管理員分配，在登錄界面輸入用戶名獲取手機驗證碼后，進行登錄。系統根據用戶名對應的權限，自動分配對應的功能模塊。

(2)圖層管理。可以查看地圖資源地，底圖包括了標準地圖和衛星地圖，可以單擊進行切換，業務數據包含了工井信息散點圖和聚合圖數據，可以疊加顯示。

(3)工井信息管理。可以對電力工井信息進行篩選查詢，在搜索框中可輸入行政區及工井類型、編號等，對工井信息進行關鍵字查詢。

(4)附件管理。可查看與當前選中工井相關的

附件信息。可將三維模型數據和全景照片作為附件管理。

系統采用云服務器系統，不單獨購置主機。系統運行需要第三方軟件包含操作系統、數據庫軟件、地理信息應用軟件，如表1所示。

表1 系統軟件列表

5 結語

本文基于云技術，提出了一套解決電力工井三維信息化數據采集及應用系統建設的方法，可以優化并完善電力工井三維數據信息，構建與之匹配的數據與技術支撐體系，能為電力管網的安全運行和應急保障提供更好服務，對提升供電管理的智慧化水平意義重大。該系統以網絡為紐帶，基本實現了電力管網數據在各個系統中的共享共用，為管道施工、管網養護提供了準確的地理信息和坐標定位，也使電力管網基礎檔案資料管理提高到了一個新的水平，從而基本實現了電力管網的現代化管理。