基于三維全景的電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)研究與應(yīng)用分析

薩仁高娃 喬盟 李鐸 張前 李鵬恩

【摘要】? ? 我國(guó)提出數(shù)字中國(guó)戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，落實(shí)國(guó)家決策部署，提出建設(shè)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(tái)，優(yōu)化系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，服務(wù)于工程評(píng)審與基建施工，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】? ? 三維全景? ? 電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)? ? 研究應(yīng)用

近年來(lái)，關(guān)于建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程加快，以新型數(shù)字技術(shù)為代表，全面促進(jìn)電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。國(guó)網(wǎng)企業(yè)發(fā)展中，注重輸變電三維設(shè)計(jì)、工程數(shù)據(jù)中心建設(shè)。為了積極響應(yīng)數(shù)字電網(wǎng)要求，提升工程技術(shù)與管理效果，建立高度統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范，應(yīng)當(dāng)制定電網(wǎng)建設(shè)方案。按照數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)，共享電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，保障數(shù)據(jù)權(quán)威性與唯一性。建設(shè)電網(wǎng)三維數(shù)字化應(yīng)用性，需要應(yīng)用可視化技術(shù)、信息化技術(shù)，集中管理電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與施工。

一、三維全景電網(wǎng)技術(shù)

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(chǎng)景時(shí)，應(yīng)用金字塔結(jié)構(gòu)合理分層影響。金字塔模型屬于多層次模型，在建設(shè)金字塔模型時(shí)，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(jié)構(gòu)。從上述結(jié)構(gòu)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(dāng)場(chǎng)景范圍比較小時(shí)，秩序?qū)Ω叻直媛蔬M(jìn)行加載，提升三維場(chǎng)景繪制效率。通過(guò)四叉樹(shù)索引方式，刻意提升空間查詢效率。為了提升系統(tǒng)運(yùn)行效率，需要應(yīng)用視點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

1.2電網(wǎng)設(shè)備高精建模與渲染

對(duì)于電網(wǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，具備較高三維可視化程度，按照桿塔與變電站設(shè)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(xì)表、基礎(chǔ)配置表、結(jié)構(gòu)圖等。絕緣子資料包含絕緣子設(shè)備圖;變電站建模，涉及到電氣主接線圖、總平面布設(shè)圖、電壓登記配電裝置間隔圖。當(dāng)前，三維建模格式多為3DS格式，利用格式轉(zhuǎn)換方式，可以在系統(tǒng)中實(shí)行三維渲染，加強(qiáng)三維展示效果。

1.3電網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)一體化整合

當(dāng)前，電力企業(yè)部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以獨(dú)立方式為主，數(shù)據(jù)管理難度大。因此，建設(shè)數(shù)據(jù)中心，優(yōu)化整合業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，不僅可以簡(jiǎn)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(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，獲取共享數(shù)據(jù)源，同時(shí)可以將業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，優(yōu)化整合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。為了提升數(shù)據(jù)訪問(wèn)效率，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性，需要做好數(shù)據(jù)中心服務(wù)器熱備。

1.4空間信息與數(shù)據(jù)融合

長(zhǎng)期以來(lái)，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)表達(dá)以文字、表格方式為主，無(wú)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(shù)，可以借助電網(wǎng)空間信息、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)二者融合發(fā)展。密切觀察電網(wǎng)工程空間位置。技術(shù)人員利用電網(wǎng)設(shè)備模型，能夠?qū)I(yè)務(wù)信息進(jìn)行查詢與管理。空間信息與業(yè)務(wù)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(shè)方案

2.1方案架構(gòu)

電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺(tái)架構(gòu)，可以劃分為數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、數(shù)據(jù)管理層、基礎(chǔ)設(shè)施層。應(yīng)用服務(wù)層等，同時(shí)包含信息安全防護(hù)體系、信息化標(biāo)準(zhǔn)體系。圖1為三維數(shù)字化平臺(tái)架構(gòu)。應(yīng)用層、應(yīng)用服務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、用戶層相互分離，可以有效擴(kuò)展系統(tǒng)。通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)、三維數(shù)字化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以移交接收輸變電工程成果，同時(shí)做好集中化管理、三維可視化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，從根本上促進(jìn)輸變電工程數(shù)據(jù)體系建設(shè)，同時(shí)為輸變電工程數(shù)據(jù)提供支持，實(shí)行全生命周期管理。服務(wù)器端，能夠存儲(chǔ)和發(fā)布電網(wǎng)設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)頁(yè)形式，確保客戶端訪問(wèn)獲取可視化場(chǎng)景、功能深化應(yīng)用。執(zhí)行數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用功能，可以集中化管理電網(wǎng)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)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(guò)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(wù)、數(shù)據(jù)支撐服務(wù)，有效支持?jǐn)?shù)字電網(wǎng)工程建設(shè)。

2.2整體功能

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

2.3關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

第一，地理信息系統(tǒng)、綜合基礎(chǔ)信息平臺(tái)：通過(guò)遙感數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)，可以采集基礎(chǔ)地理影像，建立數(shù)字高程模型，糾正和配準(zhǔn)遙感影像，科學(xué)處理影像數(shù)據(jù)。按照空間四叉樹(shù)原理，搭建空間數(shù)據(jù)金字塔，建設(shè)高效索引機(jī)制，通過(guò)瓦片文件方式，存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)信息。第二，建設(shè)層級(jí)電網(wǎng)：地理信息數(shù)據(jù)豐富，可以將電力設(shè)備模型納入到庫(kù)中，包括防震錘、間隔棒、絕緣子串、桿塔與變電站。遵循業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系，通過(guò)回路單位，組織層級(jí)電網(wǎng)明細(xì)入庫(kù)，初步檢測(cè)、提示和校驗(yàn)不合理數(shù)據(jù)。通過(guò)電力引擎渠道，建設(shè)三維電網(wǎng)成果。建設(shè)電網(wǎng)成果后，注重成果優(yōu)化處理，建立動(dòng)態(tài)導(dǎo)線索引、優(yōu)化多細(xì)節(jié)層次。第三，建立動(dòng)態(tài)導(dǎo)線：為了確保電網(wǎng)成果加載、渲染效率，通過(guò)多元技術(shù)與算法，創(chuàng)建和渲染導(dǎo)線，以此達(dá)到實(shí)際應(yīng)用效果。涉及到以下內(nèi)容：首先，四叉樹(shù)動(dòng)態(tài)索引：針對(duì)參數(shù)化模型，實(shí)行四叉樹(shù)動(dòng)態(tài)索引與創(chuàng)建，包括導(dǎo)線、隧道、電纜工井、電纜線路等，同時(shí)按照尺度范圍，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行瓦片分塊。在三維場(chǎng)景中，采用實(shí)時(shí)窗口調(diào)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)渲染和加載，維護(hù)三維場(chǎng)景穩(wěn)定性。其次，懸鏈線算法：在送電線路中，受到導(dǎo)線剛性影響后，鄰近桿塔間導(dǎo)線，出現(xiàn)明顯弧垂問(wèn)題，從而形成弧線。合理選擇弧垂公式，關(guān)注電線應(yīng)力誤差、電線交叉跨越物間距誤差問(wèn)題。再者，貝塞爾曲線插值算法：確保導(dǎo)線弧度流暢性、渲染效果。第四，多細(xì)節(jié)層次渲染技術(shù)：多細(xì)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(shí)聯(lián)合網(wǎng)格簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)拓?fù)淦⒔Y(jié)構(gòu)面數(shù)量，避免影響視覺(jué)效果，降低數(shù)據(jù)復(fù)雜度，減少IO吞吐量，同時(shí)可以提升多面體數(shù)據(jù)訪問(wèn)、渲染效率。

2.4試點(diǎn)現(xiàn)狀與總結(jié)

第一，試點(diǎn)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(shè)計(jì)、建設(shè)環(huán)節(jié)，將數(shù)據(jù)移交至運(yùn)行環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用功能。過(guò)程包含移交設(shè)計(jì)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(shí)可以提供數(shù)據(jù)共享、服務(wù)接口，有效加強(qiáng)數(shù)據(jù)共享服務(wù)，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(jī)、移交與審核，同時(shí)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(biāo)準(zhǔn)化移交規(guī)范，準(zhǔn)確移交成果數(shù)據(jù)。利用三維建模、三維設(shè)計(jì)、傾斜攝影、激光掃描等方式，注重電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)方案、設(shè)備設(shè)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(chǔ)與管理，檢核輸變電工程、數(shù)字化信息模型。第二，試點(diǎn)移交現(xiàn)狀：在項(xiàng)目試點(diǎn)期間，電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺(tái)，落實(shí)三維設(shè)計(jì)與移交規(guī)范，做好三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)教育與宣傳，確保設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位，可以深入理解和執(zhí)行三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。下屬各單位，移交試點(diǎn)工程三維數(shù)字化。按照相關(guān)統(tǒng)計(jì)可知，南方五省計(jì)劃移交電網(wǎng)工程40個(gè)，現(xiàn)移交工程共計(jì)35個(gè)，總移交率為87.5%。第三，總結(jié)試點(diǎn)情況：電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺(tái)，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、施工環(huán)節(jié)，可以集中化管理設(shè)計(jì)成果資料，共享設(shè)計(jì)成果。利用數(shù)字化、三維可視化方式，對(duì)電網(wǎng)工程三維設(shè)計(jì)成果資料進(jìn)行存儲(chǔ)與發(fā)布，在輸變電工程建設(shè)中，可以實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)成果應(yīng)用，對(duì)工程評(píng)審、基建施工、生產(chǎn)管控予以服務(wù)。在試點(diǎn)單位，建設(shè)電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺(tái)，可以完成基本目標(biāo)：首先，圍繞電網(wǎng)工程數(shù)字化，建立統(tǒng)一化規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn);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(wèn)題;再者，設(shè)計(jì)成果三維數(shù)字化表達(dá);通過(guò)走廊三維數(shù)字沙盤，開(kāi)展施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、輔助設(shè)計(jì)檢查，以此提升工程設(shè)計(jì)與評(píng)審準(zhǔn)確性與直觀性。同時(shí)，建立電網(wǎng)工程三維可視化資產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)管理、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)共享服務(wù)。最后，? ? 電網(wǎng)三維數(shù)字化應(yīng)用，從設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化管理與展示，同時(shí)為后期運(yùn)行監(jiān)管提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。在試點(diǎn)應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)提出各項(xiàng)解決問(wèn)題：第一，運(yùn)電網(wǎng)改造、配電網(wǎng)工程移交，必須明確標(biāo)準(zhǔn)范圍。同時(shí)對(duì)移交應(yīng)用業(yè)務(wù)予以規(guī)范。三維移交平臺(tái)，僅支持增量移交;第二，注重移交流程梳理與規(guī)范，細(xì)化竣工環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)來(lái)源。第三，生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)接臺(tái)賬方案，細(xì)化系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程中的職責(zé)問(wèn)題。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建設(shè)電網(wǎng)三維數(shù)字化平臺(tái)，通過(guò)云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，優(yōu)化電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與施工，集中化管理三維數(shù)字化，共享設(shè)計(jì)成果。共享共用資源，通過(guò)一體化理念，提升基建數(shù)字化水平，共享共用功能服務(wù)、數(shù)據(jù)資源，積累影像、地形等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。落實(shí)檔案查詢發(fā)布功能、空間分析功能，實(shí)時(shí)共享空間數(shù)據(jù)，為信息化項(xiàng)目實(shí)施打好基礎(chǔ)。加大多層次、多方向業(yè)務(wù)支撐流，合理應(yīng)用三維數(shù)字化，以此展示出二維、三維融合價(jià)值，滿足三維信息獲取需求。同時(shí)建設(shè)可視化展示系統(tǒng)，實(shí)行可視化管理。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]楊漾，敖知琪，劉佳，陳若，江瑾.面向數(shù)字電網(wǎng)的基于容器技術(shù)的邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)處理機(jī)制[J].南方電網(wǎng)技術(shù)：2021，02（33）：5-6.

[2]陳豐.發(fā)揮大數(shù)據(jù)價(jià)值，支撐數(shù)字化轉(zhuǎn)型——南方電網(wǎng)公司數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)探索與實(shí)踐[J].軟件和集成電路，2021，25（05）：61-62.

[3]李金保，劉曉蒙，葉青，譚曉天.三維數(shù)字化設(shè)計(jì)在變電站建設(shè)中的管理應(yīng)用研究[J].中國(guó)管理信息化，2019，22（18）：82-83.

[4]高揚(yáng)，賀興，艾芊.基于數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的智慧微電網(wǎng)多智能體協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略[J].電網(wǎng)技術(shù)：2021，03（14）：9-10.

[5]范江東，高瞻，鄭逸林，陳達(dá)強(qiáng).電網(wǎng)現(xiàn)代智慧供應(yīng)鏈數(shù)字物流體系構(gòu)建要素、演化及其實(shí)踐[J].物流技術(shù)，2021，40（02）：102-109.

[6]文江海，尚福瑞.基于電網(wǎng)資產(chǎn)統(tǒng)一身份編碼的基建數(shù)字化移交信息管理平臺(tái)建設(shè)及應(yīng)用[J].電力設(shè)備管理，2021，10（01）：153-154.

[7]李洪江，楊永昆，冉啟鵬.基于數(shù)字化虛擬推演的電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程三維可視化研究[J].機(jī)械與電子，2020，38（08）：33-37.