淺談基于電網(wǎng)管理的三維GIS平臺設(shè)計與實現(xiàn)論文

1、淺談基于電網(wǎng)管理的三維 GIS 平臺設(shè)計與實現(xiàn)論文 隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展， 數(shù)字化的圖形技術(shù)取得了重大進步， 3D顯示技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)在汽車、社會建筑設(shè)計、城市和數(shù)字地 球等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 國內(nèi)電力企業(yè)信息化起步早， 發(fā)展速度 快，電網(wǎng)運行管理領(lǐng)域已建立了各種高水平的應(yīng)用系統(tǒng)。 在電網(wǎng)管理 的可視化應(yīng)用管理方面， 目前使用的是單線圖和地理信息地圖的組合 模型，通過該網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)， 獲得了電網(wǎng)的實時信息和位置信息來 監(jiān)視電力傳輸和分配， 輔以各種不同的監(jiān)測裝置， 提升了電網(wǎng)信息化 管理水平。1 我國三維G工S研究現(xiàn)狀 目前我國的三維顯示和虛擬顯示技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用主要集中在配電系

2、統(tǒng)中， 尚未真正實現(xiàn)三維顯示。 目前比較成熟的系統(tǒng)都是 基于GIS系統(tǒng)的二維應(yīng)用，通常用點和線表示電氣設(shè)備，不能表示設(shè) 備內(nèi)部本身的結(jié)構(gòu)， 在其空間性能分析方面的局限性較大。 目前正在 進行的是三維網(wǎng)格顯示區(qū)域方面的研究， 暫時尚未延伸到整個城市電 網(wǎng)管理。考慮到城市電網(wǎng)中大量的電力接收端，完成對需電方的輸供電 任務(wù)成為電網(wǎng)的主要工作。 電力規(guī)劃布局將直接影響到城市的供電可 靠性，經(jīng)濟性和可擴展性。通過 3D GIS在電網(wǎng)信息領(lǐng)域的建設(shè)，充 分利用三維空間信息服務(wù)功能，借鑒地理信息系統(tǒng)的成熟應(yīng)用集成， 可以提供信息顯示和快速分析，準確和直觀展現(xiàn)完整的城市電網(wǎng)。2 整體架構(gòu)三維地理信息系統(tǒng)可以收

3、集， ，匯總各電力設(shè)備在電網(wǎng)的信息， 以地理坐標(biāo)為基礎(chǔ)， 實現(xiàn)綜合電網(wǎng)基于城市地貌和建筑特色的信息模 型組合，然后將這些模型一起通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布， 使用戶可以快速和完整 查詢城市電網(wǎng)的歷史、 現(xiàn)狀和規(guī)劃的各種宏觀和微觀情況。 在平臺上， 城市電網(wǎng)，電網(wǎng)變電站設(shè)備和城市建筑物之間的空間位置關(guān)系完全與 實際情況對應(yīng)， 空間的三維坐標(biāo)和任意點之間可以被測量， 從而再現(xiàn) 真正三維的城市電網(wǎng)的景觀。 三維地理信息系統(tǒng)具有多級結(jié)構(gòu)， 包括 模型層，表示層，綜合查詢和分析層和應(yīng)用管理層。三維地理信息系統(tǒng)使用客戶機 /服務(wù)器和瀏覽器 /服務(wù)器的組合 結(jié)構(gòu)，同時支持單機和網(wǎng)絡(luò)平臺。 該服務(wù)器采用了流行的數(shù)據(jù)集中方

4、式，集中管理空間數(shù)據(jù)，方便了系統(tǒng)的維護和更新。使用標(biāo)準的客戶 端的模塊化設(shè)計， 不同的軟件模塊在不同的業(yè)務(wù)部門使用。 瀏覽器使 用的客戶機使用常用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，就可以實現(xiàn)在 WEBE維信息的訪問 和漫游服務(wù)。系統(tǒng)設(shè)計包含 4層:分別是模型層、 表示層、綜合查詢與分析層 及應(yīng)用管理層。2.1 模型層模型層具有以下功能 :城市三維建模， 包括各種建筑物、 地形道 路及各種設(shè)施 ;三維電網(wǎng)建模，包括架空線路、電纜井及變電站的相 關(guān)設(shè)備等虛擬現(xiàn)實和視景仿真。2.2 表示層表示層實現(xiàn)城市配網(wǎng)的三維鳥瞰、三維漫游以及電網(wǎng)運行狀態(tài)和電網(wǎng)規(guī)劃的全面展示， 包括潮流及功率棒圖、 負荷分布圖及電壓等 勢圖等。2.3

5、 綜合查詢與分析層綜合查詢和分析層可對城市配網(wǎng)多維度“切片”的查詢，包括 設(shè)備和電網(wǎng)歷史信息、發(fā)展信息、基本參數(shù)、資產(chǎn)單位和城市電網(wǎng)層 的分析，也可以顯示和分析功率流和負載分配的合理性。2.4 應(yīng)用管理層應(yīng)用管理層利用視景仿真和動態(tài)景觀漫游等幾種方式完成電網(wǎng) 優(yōu)化方案操作評價和規(guī)劃方案審查評估。 該平臺作為城市的電網(wǎng)協(xié)同 工作和預(yù)警管理平臺，可以迅速定位電網(wǎng)運行的目標(biāo)場景。3 三維G工S功能設(shè)計三維GIS開發(fā)基于虛擬仿真系統(tǒng)，設(shè)計時應(yīng)考慮三維漫游，并 滿足3D預(yù)警模型和查詢操作的同時，充分利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)共享成果， 同時3D模型和仿真平臺也可為其他系統(tǒng)提供調(diào)用服務(wù)。3.1三維GIS界面設(shè)計系統(tǒng)C

6、/S端界面包括菜單欄，工具欄，圖形化的導(dǎo)航工具區(qū)和圖形建模操作區(qū)。界面風(fēng)格可以滿足自定義模板的用戶需求。在該平臺上，3D場景可任意角度漫游、縮放、旋轉(zhuǎn)和三維空間獨特的鳥瞰盤旋和系統(tǒng)定位等操作，同時提供全景透視、全屏、指南 等功能。由于三維地理信息系統(tǒng)相關(guān)模塊功能的需要，產(chǎn)生大量業(yè)務(wù)屬 性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被存儲在相關(guān)的業(yè)務(wù)屬性表單中。 按照不同的類別， 相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)被分為建筑物屬性數(shù)據(jù)， 纜線屬性數(shù)據(jù)和管道屬性數(shù) 據(jù)等。隨著數(shù)據(jù)庫的文件系統(tǒng)管理方式不斷趨向靈活，輕便，系統(tǒng)可 以支撐快速和強大的三維地理信息系統(tǒng)。 根據(jù)面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模 型的思想，該層結(jié)構(gòu)基于類、層和工作區(qū)域中進行組織。4 功能

7、模塊實現(xiàn)4.1 系統(tǒng)管理模塊系統(tǒng)管理模塊能完成對用戶使用權(quán)限的設(shè)置，完成用戶增加、 修改和刪除等功能。系統(tǒng)可根據(jù)不同人員權(quán)限，提供不同的功能，并 可以實現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)人員對應(yīng)的圖形操作、數(shù)據(jù)庫操作等功能。4.2 綜合展示模塊4.2.1 多視點定義和、二維與三維切換、鳥瞰圖操作該模塊用于實現(xiàn)三維鳥瞰圖漫游的各種功能，如在幾個觀察視 點中選擇在當(dāng)前視圖的預(yù)定地面投影， 顯示當(dāng)前漫游的位置， 實現(xiàn)快 速移動，定位操作的功能。除了 3D場景窗外，系統(tǒng)還可以實現(xiàn)2D場景圖形窗口展示功能。 二維和三維窗口可以實現(xiàn)相關(guān)的窗口界面切換，2D和3D場景轉(zhuǎn)換可以互相提供對應(yīng)場景的當(dāng)前位置。4.2.2 場景操作該模塊

8、可以實現(xiàn)對場景各種操作和現(xiàn)場輸出。 利用鼠標(biāo)和鍵盤，可以從任何角度實現(xiàn)三維場景漫游。在三維空間中，實現(xiàn)實時漫游、 步行模式漫游和高空飛行模式漫游， 場景的可視區(qū)域縮放的模擬， 顯 示所有的場景， 顯示或隱藏的環(huán)境和建筑物， 可實現(xiàn)當(dāng)前場景輸出為 BMP等圖像。該移動通過鼠標(biāo)，鍵盤的點擊實現(xiàn)根據(jù)一定速度自由移 動。4.2.3 預(yù)設(shè)運動路徑定義 該模塊可以實現(xiàn)基于用戶視點的預(yù)設(shè)路徑，利用模型中的多視點的路線，包括高空鳥瞰街道周圍的整體模型和重點道路穿行等日。 用戶可以修改默認漫游路徑和速度， 并能將每一個預(yù)定義的運動路徑 增加音頻解說和背景音樂。4.2.4 漫游線路定制 系統(tǒng)的漫游路線生成時將該路

9、線設(shè)置漫游列表中，用戶可以方便地查看路線列表， 在列表中單擊， 系統(tǒng)會自動將漫游和路線保持一 致，使系統(tǒng)易于顯示場景。 系統(tǒng)還支持用戶自定義的飛行路徑，設(shè)置 飛行路線實現(xiàn)對重要設(shè)施觀察和環(huán)繞方向飛行。 支持實時節(jié)點的， 可 以設(shè)置路線參數(shù)， 實現(xiàn)人、車、船、飛機等任何模型在場景中的運動。5 信息交換接口設(shè)計接口具有高度的開放性， 符合一定的標(biāo)準需要支持不同的平臺，不同的應(yīng)用環(huán)境，其他系統(tǒng)和三維GIS可以通過3個層次實現(xiàn)服務(wù)調(diào) 用。5.1 數(shù)據(jù)庫訪問三維地理信息系統(tǒng)和其他系統(tǒng)可以互相讀取彼此的數(shù)據(jù)庫視圖，如涉及數(shù)據(jù)修改則開放存儲過程，則其他系統(tǒng)可以實現(xiàn)調(diào)用該過程。 數(shù)據(jù)訪問的關(guān)鍵詞需進行唯一標(biāo)識

10、約束。 對方服務(wù)調(diào)用應(yīng)當(dāng)控制訪問 數(shù)據(jù)庫的權(quán)限嘆5.2 Socket 通信三維GIS和其他系統(tǒng)可以相互開放 Socket端口與對方通信，采 用Socket通信方式在以下場合使用：三維GIS客戶端（其他系統(tǒng)本地 客戶端）;其他系統(tǒng)客戶端（本地三維GIS客戶端）;三維GIS服務(wù)器端 （固定地址的其他服務(wù)器端）；其他服務(wù)器商（固定地址的三維GIS服 務(wù)器端）; 使用 Socket 通信時，服務(wù)方應(yīng)提供固定地址 （或本地）和固 定端口。5.3 組件調(diào)用 三維地理信息系統(tǒng)和其他系統(tǒng)可以提供的組件或網(wǎng)絡(luò)組件的形 式為對方提供服務(wù)。 當(dāng)一個組件被調(diào)用時， 系統(tǒng)所提供的通信服務(wù)組 件應(yīng)具有低藕合的特點， 即服務(wù)方軟件在失去響應(yīng)的情況下， 不會導(dǎo) 致其他使用方軟件的有關(guān)閉和錯誤情況發(fā)生。系統(tǒng)為與其他系統(tǒng)之間實現(xiàn)共享連接，需設(shè)計開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng) 接口，按系統(tǒng)接口實現(xiàn)的方式，我們可以歸納為以下3類： 服務(wù)級共享類接