配電網可視化系統三維GIS技術設計的應用分析

深圳供電局有限公司 史 紀 趙 歡 李穎杰

1 三維GIS技術

三維GIS技術利用立體化造型技術傳達地理空間現象，不僅能展示出空間對象平面關系，還能夠展示垂向關系，在特有三維空間內科學分析和操作空間對象。三維GIS技術涉及到二維傳統功能，同時包含以下要點：一維、二維對象。針對傳統二維對象放置到三維立體空間內，存儲幾何位置，管理空間拓撲關系；三維GIS技術以空間數據庫為主。三維空間數據庫有助于空間對象管理與維護。三維GIS技術與二維GIS技術、CAD技術存在明顯不同；三維空間分析功能：空間分析具備三維化水平。在空間內部操作和分析三維對象，整個三維GIS技術功能強大。

1.1 GIS基礎數據

數字高程模型屬于通用空間數據結構，遵循采集地面高程、建設規則格網高程數據對裸地表地形圖進行描述。在三維GIS系統中數字高程模型屬于重要組成，數據獲取如下：其一，彩色地形圖定向影像套合之后可以提取等高線。利用標準算法插值可以形成數字高程模型；其二，將等高線矢量數據轉變為TIN，將其轉變為數字高程模型。通過修正、融合方式獲取標準數字高程模型。數字表面模型包含建筑物、電力線路、樹木等，激光雷達點云數據屬于數字表面模型。數字正射影像針對航空像片實施微分糾正，同時消除變形影像，特別是地形起伏、影像傾斜，極易引發變形問題，是一種重要的柵格數據。矢量數據包含送電線路走廊、變電站、地物標識等數據。

1.2 海量三維數據處理

注重管理海量數據，存儲、讀取影像數據。在存儲和讀取影像數據時會極大影響系統運行效果。針對海量數據三維場景因素包含如下：幾何數據量大；紋理數據量大；地物數量多。影像數據管理可以處理影像數據讀取速度慢、傳輸數據多的問題。管理影像數據時，合理應用影像分塊技術，通過視點相關LOD技術能夠在服務器端建立金字塔模型，通過空間索引對影像數據進行存儲、管理、傳輸，同時實現無縫拼接，優化管理影像信息，快速瀏覽客戶端[1]。

2 配電網可視化系統分析與設計

在設計系統時首先關注設計系統架構。架構開發時合理應用C/S、B/S結構，前者能夠利用硬件環境優勢，合理分配服務端、鏈接端，以此降低通信開銷。結合C/S、B/S結構能夠發揮出應用優勢。系統設計必須關注穩定性、可靠性要求。信息協調難度較大時會浪費較多人力與物力。系統設計期間綜合考慮到多方面因素，全面提升系統穩定性。在系統設計時還應遵循可擴展性原則，投入資金成本，展示出復雜結構。當開發周期較短時無需滿足功能要求。系統設計期間合理應用人力、物力資源，以此滿足組織架構調整要求，適應系統功能需求，轉變流程重組需求，對開發人員的技能要求比較高。

2.1 系統分析

系統建設目標采用開放式信息技術框架，以數字地球為載體，將數字高程模型、高精度三維電網、高分辨率影像數據作為技術應用基礎。同時以三維地理信息系統為平臺，注重建設三維場景[2]。利用地理信息系統可以展示出數據組織、空間分析、測算功能。對基礎信息、變電站數據、影像數據、電網數據整合在一起，為電網規劃建設、設計管理，提供科學化決策服務。

2.2 系統體系結構

系統設計應全面發揮出三維GIS技術的輔助作用，基于數據共享、資源整合等方式，深入分析信息資源、空間數據保密性與安全性。系統應用先進SOA體系架構，注重三維空間電力信息相關問題，將其作為基礎，注重電網信息服務平臺建設，并且連接電網生產管理系統，實現屬性數據共享，同時維護數據完整性，做好電網規劃、功能模塊整合。開發環境為Microsoft.Net，采用NET、SOA技術，共同形成信息集成技術[3]。利用業務服務器，注重業務數據管理，同時對用戶業務服務請求做出響應，同時包含屬性查詢、電網查詢、專題圖顯示等。通過地圖服務器高效管理數字高程模型、數字正射影像，同時響應用戶空間服務請求，涉及到影像縮放、空間定位分析、場景渲染等。

2.3 屬性數據庫

建設模型屬性信息數據庫，與空間數據庫、屬性數據庫結合在一起，基于三維環境對目標信息查詢予以支持。組織設計表結構優化，可以在數據庫內存儲屬性數據，同時應用SQLServer 2000[4]。借助開放數據庫互連技術對關鍵字段進行定義，同時對數據信息進行遠程操作，做好數據信息存儲工作。

2.4 配電網可視化系統三維功能

三維場景顯示。在目標范圍內注重地表特征、配電網處理，建設三維模型形象化，同時提供三維立體模型圖、桿塔定位圖、斷面圖。在三維場景內做好漫游、旋轉、縮放等操作；查詢功能。注重查詢輸電線路數據資料，涉及到多種設備屬性，如起止點、連接方式、電壓等級、導線型號、路徑長度等，觀察三維場景內的耐張段。注重線路漫游查詢，對跨越物予以統計管理。

圖1 配電網可視化系統框架圖

二維、三維一體化。結合二維GIS子系統，可以在二維、三維系統內促進數據信息互動。通過二維圖精確定位，做好桿塔、線路設備管理與控制；模擬分析。采用模擬演示可以掌握洪水災害、輸電線路設備的不良影響，合理選擇搶修路線，同時做好路口信息標注，準確模擬現場施工。

3 系統功能用例

基本功能模塊。在配電網可視化系統中總體功能模塊涉及內容較多，如三維基礎功能、查詢歸檔信息、更新維護數據、設計輔助功能、安全管理權限。

三維高級功能。建設矢量地理信息，設置緩沖障礙物半徑，智能規劃和選擇線路。系統通過多線路路徑選擇出最佳線路，評估輸電線路的不良影響。在規劃設計中規避特殊地質、不良地質，同時提供告警信息。排塔定位模塊屬于系統獨立開發模式，可體現在二維平面、三維場景、排塔定位模塊，以此實現系統聯動操作。注重現場調繪，準確定位終勘。在線路走廊范圍內可將建筑、橋梁作為矢量立方體，在三維場景內讀取，便于空間測量。在三維實體內對各類金具進行模擬拆分和組裝，同時查看絕緣子串材料消耗量，注重材料三維標注，提供金具二維組裝施工圖，補充和修改圖形文件、數據庫。

系統運行作業流程。在可行性研究、初步設計階段，建設工程項目工程數據遵循流程建設，需存儲到本地計算機內。項目經理派遣設計人員將數據存儲到系統服務器內，同時下載到本地計算機內。