輸變電三維可視化系統及使用方法與流程
2023-10-08 10:01:19 2
本發明涉及三維可視化系統技術領域，是一種輸變電三維可視化系統及使用方法。
背景技術：
目前，變電站多為無人值守變電站，變電站在長期運行中，由於各種客觀原因造成對變電站設施和電網的運行、管理方面有所不便，具體表現在：不能實現變電站站區環境及變電站內設施的三維仿真（三維全息影像），不能實現基於三維仿真系統實現三維一體應用，不能實現運行參數的可視化，不能實現變電站現場異常監控功能。不能與各業務系統集成，實現三維綜合監控。隨著經濟建設的進展,我國電力工業得到迅速的發展,電力系統輸電容量不斷擴大,電力網絡結構更為龐大、複雜,推動了變電站的飛速發展。變電站作為電力系統的主要組成部分，其日常檢測與維護的有效性和電力系統安全運行密切相關。先進的檢測技術與高素質運維人員可提高變電站的運行可靠性，而變電站環境的特殊性制約著電氣設備距離檢測與運維人員上崗培訓。特別在變電站培訓方面，加拿大等國家已經開發了基於虛擬實境變電站仿真培訓系統，國內變電站培訓仿真系統主要以接線圖、數字圖表、設備照片和現場錄像等常規多媒體方式作為表現手段，其真實感、臨場感和表現力等都有待改進。
技術實現要素：
本發明提供了一種輸變電三維可視化系統及使用方法，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決現有的輸電設備和變電站站內設備的控制平臺不能與各業務系統集成，實現三維綜合監控問題。
本發明的技術方案之一是通過以下措施來實現的：輸變電三維可視化系統包括三維可視化平臺系統單元、生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、地理信息系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元和三維模型基因庫，所述生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、地理信息系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元均與三維模型基因庫通信連接，三維模型基因庫與三維可視化平臺系統單元電連接。
下面是對上述發明技術方案的進一步優化或/和改進：
上述還包括接口服務單元，所述接口服務單元的第一I/O接口分別與生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、地理信息系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元通信連接，接口服務單元的第二I/O接口與三維模型基因庫電連接。
上述所述接口服務單元的第一I/O接口分別與生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、地理信息系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元通過web service通信連接。
上述三維可視化平臺系統單元包括三維實景採集模塊、三維數據管理模塊、數據展示可視化模塊和三維輔助決策模塊，所述三維實景採集模塊與三維數據管理模塊電連接，所述三維數據管理模塊與數據展示可視化模塊電連接，所述數據展示可視化模塊與三維輔助模塊電連接，所述數據展示可視化模塊、三維實景採集模塊、三維數據管理模塊和三維輔助決策模塊均與三維模型基因庫通信連接。
上述所述三維可視化平臺系統單元還包括三維場景定位報警模塊，三維場景定位報警模塊分別與數據展示可視化模塊、三維輔助決策模塊電連接。
上述還包括簡訊平臺，所述簡訊平臺與三維輔助決策模塊通過web service通信連接。
本發明的技術方案之二是通過以下措施來實現的：一種上述輸變電三維可視化系統的使用方法，包括以下步驟：
第一步，通過三維實景採集模塊採集獲取輸電線路和變電站站內外場景的三維雷射點雲數據，並將數據存至三維模型基因庫，之後進入第二步；
第二步，基於地理信息系統單元對獲取的數據進行分析處理，具體包括以下過程：
（1）數據整理：對包含圖紙、照片、數據的建築數據信息進行分類、備份；
（2）數據轉化及錄入：在確認數據的正確性和完整性後，根據收集到的數據進行整理，確定命名規則和分組規則；之後進入第三步；
第三步，對轉化後的數據建立設備數位化臺帳，對三維場景中的變電站設備、建築、輸電廊道結合真實地形繪製基礎環境，建立與現場一致的輸變電三維可視化模型，之後進入第四步；
第四步，通過對生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元進行數據調用，在三維可視化平臺系統單元上實時顯示設備的運行參數、自動巡視、異常監控、信息檢索及數據查詢，之後進入第五步；
第五步，按照輸變電三維可視化系統預定的規則，分不同的級別和類型進行預警和報警，具體告警過程如下：
（1）三維輔助決策模塊通過聯動分析、查詢相關的原始數據得到診斷分析結果；
（2）通過數據展示可視化模塊以文本告警框形式提示具體的告警區域/設備和告警信息，對告警區域三維場景定位；
（3）通過簡訊平臺將具體的告警區域/設備和告警信息發送給管理人員。
本發明通過三維雷射掃描與實地全景拍照技術獲取整個變電站三維建模所需的基礎資料。根據現場三維雷射掃描得到的點雲數據建立變電站的高精度三維模型，提供三維模型數據，便於用戶對變電站內的各項資產進行管理、升級、改造等工作。本發明模擬出輸變電的實際情況，能夠直觀地展現出輸電線路和變電站的具體情況，讓工作人員清楚、直觀的了解變電站工程規劃布局、生產運行、設備參數、輔助設施等一系列三維數位化信息，為變電站工程檢修和電網線路規劃設計、生產指揮、模擬運行、智能管理、科學研究及培訓教學提供良好的信息支撐，為全面提升變電站管理水平奠定堅實基礎。通過本發明對變輸電線路及變電站內設施的三維仿真，方便工作人員對輸變電設備和變電站設備的運行參數監控，通過變電站現場異常監控功能與各業務系統集成，實現對輸變電的三維綜合監控，有效提高工作效率。
附圖說明
附圖1為本發明實施例1的結構框圖。
附圖2為本發明實施例2的方法流程圖。
具體實施方式
本發明不受下述實施例的限制，可根據本發明的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述：
實施例1：如附圖1所示，輸變電三維可視化系統包括三維可視化平臺系統單元、生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、地理信息系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元和三維模型基因庫，所述生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、地理信息系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元均與三維模型基因庫通信連接，三維模型基因庫與三維可視化平臺系統單元電連接。這裡的生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、地理信息系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元均為現有公知的電網內部系統單元，輸變電三維可視化系統能夠實現三維基本操作、系統管理、PMS2.0數據接入展示、在線監測及預警接入、視頻監控接入、檢修仿真、運行工況輔助分析、計劃管理、六防圖疊加分析、應急輔助決策、大屏交互的功能。通過與生產管理信息系統單元（PMS）交互，在三維可視化平臺系統單元上實時顯示設備信息。採用三維虛擬仿真技術手段，可以直觀、準確、快速地為實時數據提供直觀的表現，電網的運維人員在該輸變電三維可視化系統基礎上查看和管理輸變電設備的實時狀態和運行參數將更加方便，定位更加準確。本發明的有益效果包括以下幾個方面：（1）提供三維可視化的界面，將抽象的概念表達直觀具體化，提供豐富直觀的手段；（2）彌補了2D沒有空間高度信息的缺點，可以進行多層次、多參數、多時相定位及查詢；（3）直觀的位置信息和環境信息，彌補了決策定位時2D系統只有位置，沒有周邊環境及設備運行的三維空間分布情況的缺點；（4）直觀、動感、交互性強，健全了原有系統只能通過單一手段來表現數據時的離散、不直觀的缺點。
本發明通過三維雷射掃描與實地全景拍照技術獲取整個變電站三維建模所需的基礎資料，根據現場三維雷射掃描得到的點雲數據建立變電站的高精度三維模型，提供三維模型數據，便於用戶對變電站內的各項資產進行管理、升級、改造等工作。本發明模擬出輸變電的實際情況，能夠直觀地展現出變電站的具體情況，讓工作人員清楚、直觀的了解變電站工程規劃布局、生產運行、設備參數、輔助設施等一系列三維數位化信息，為變電站工程檢修和電網線路規劃設計、生產指揮、模擬運行、智能管理、科學研究及培訓教學提供良好的信息支撐，為全面提升變電站管理水平奠定堅實基礎。通過本發明對變輸電線路及變電站內設施的三維仿真，方便工作人員對輸變電設備和變電站設備的運行參數監控，通過變電站現場異常監控功能與各業務系統集成，實現對輸變電的三維綜合監控，有效提高了工作效率。
可根據實際需要，對上述輸變電三維可視化系統作進一步優化或/和改進：
如附圖1所示，還包括接口服務單元，所述接口服務單元的第一I/O接口分別與生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、地理信息系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元通信連接，接口服務單元的第二I/O接口與三維模型基因庫電連接。
本發明提供良好的接口服務單元，以滿足不同用戶的個性化需求。通過接口服務單元可以充分提取各類數據資源，與各類服務接口相連接使用，該接口服務單元充分預留相應功能接口，保障今後各類系統接入而不影響平臺性能。通過與現有系統單元，即生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、地理信息系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元進行連接，以達到查詢、調取、顯示、統計現有系統資料庫內容信息的目的，實現在三維模型上實時顯示設備的運行參數、自動巡視、異常監控、信息檢索及查詢、二三維模型結構關聯導，實現三維模型與運行數據的交匯，實現基於三維模型的運行參數監視可視化，實現自動對採集及識別的設備狀態信息進行判斷。
如附圖1所示，所述接口服務單元的第一I/O接口分別與生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、地理信息系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元通過web service通信連接。
如附圖1所示，三維可視化平臺系統單元包括三維實景採集模塊、三維數據管理模塊、數據展示可視化模塊和三維輔助決策模塊，所述三維實景採集模塊與三維數據管理模塊電連接，所述三維數據管理模塊與數據展示可視化模塊電連接，所述數據展示可視化模塊與三維輔助模塊電連接，所述數據展示可視化模塊、三維實景採集模塊、三維數據管理模塊和三維輔助決策模塊均與三維模型基因庫通信連接。
這裡的三維實景採集模塊包括IMMS移動測圖系統和三維雷射掃描儀，採用IMMS移動測圖系統採集變電站的三維雷射點雲以及全景影像數據，結合三維雷射掃描儀獲取重點設置的細部三維點雲，在此雷射點雲與全景影像基礎上，進行輸電線路和變電站三維建模。採用IMMS能夠實現按需進行數據更新，IMMS也可用於反覆獲取相同場景的空間數據，並按照用戶的要求進行更新。IMMS能夠實現作業區域的高速掃描和空間數據獲取，一次獲取優於1cm精度的空間數據成果，通過控制點實現地理參考，創新的更新機制，實現按需進行數據更新，通過觸控螢幕能夠更簡單、便捷地進行操作，實時監測作業動態，避免漏採數據，無需進行長時間的初始化步驟，極大節省作業時間，相比傳統的採用地面三維雷射掃描儀的靜態數據獲取方式，IMMS移動測圖更節省時間和作業成本，更符合大量室內數據精確採集的實際需求。
如附圖1所示，所述三維可視化平臺系統單元還包括三維場景定位報警模塊，三維場景定位報警模塊分別與三維數據管理模塊、三維輔助決策模塊電連接。
如附圖1所示，還包括簡訊平臺，所述簡訊平臺與三維輔助決策模塊通過web service通信連接。這裡的三維輔助決策模塊用於接收三維場景定位報警模塊的報警信息，並將報警信息數據通過web service發送給簡訊平臺，簡訊平臺將報警信息以簡訊的形式發送給系統管理員，確保報警信息及時推送，有效節省了故障維護時間。
實施例2：如圖2所示，一種上述輸變電三維可視化系統的使用方法，包括以下步驟：
第一步，通過三維實景採集模塊採集獲取輸電線路和變電站站內外場景的三維雷射點雲數據，並將數據存至三維模型基因庫；這裡維雷射點雲數據是採集獲取的變電站周邊輸電線路廊道1000米帶寬，長5公裡的正攝影像圖、DEM、DSM。
第二步，基於地理信息系統單元對獲取的數據進行分析處理，具體包括以下過程：
（1）數據整理：對包含圖紙、照片、數據的建築數據信息進行分類、備份；
（2）數據轉化及錄入：在確認數據的正確性和完整性後，根據收集到的數據進行整理，確定命名規則和分組規則；之後進入第三步；
第三步，對轉化後的數據建立設備數位化臺帳，對三維場景中的變電站設備、建築、輸電廊道結合真實地形繪製基礎環境，建立與現場一致的輸變電三維可視化模型，之後進入第四步；
三維高精細建模的實施範圍包括：（1）變電站站區：對變電站站區進行三維雷射掃描，針對建築室內外三維精細建模，包括變電站大門、圍牆以及主控室、保護小室等主要建築物室內外；地面、內部道路、樹木草坪等；（2）變電站主要設備：對變電站所有主要設備進行細部精細三維雷射掃描，進行外形結構三維精細建模，包括：線路、變壓器、斷路器、隔離開關、CT、PT、避雷器、電抗器、電容器等，這裡所有的設備三維模型僅為外形三維模型，不包含內部模型，設備部件沒有拆分。
在對變電站進行掃描建模過程中，用GPS選取至少三個特徵點，將大地坐標轉換成當地坐標。實際工作時，坐標採用WGS 84大地坐標系表示輸變電三維可視化模型的大地經度、大地緯度（用十進位），用1985高程基準表示大地高度。
第四步，通過對生產信息管理系統單元、電網調度系統單元、精益化管控系統單元、電能質量監測單元、輸變電設備狀態監測單元進行數據調用，在三維可視化平臺系統單元上實時顯示設備的運行參數、自動巡視、異常監控、信息檢索及數據查詢，之後進入第五步；
第五步，按照輸變電三維可視化系統預定的規則，分不同的級別和類型進行預警和報警，具體告警過程如下：
（1）三維輔助決策模塊通過聯動分析、查詢相關的原始數據得到診斷分析結果；
（2）通過數據展示可視化模塊以文本告警框形式提示具體的告警區域/設備和告警信息，對告警區域三維場景定位；
（3）通過簡訊平臺將具體的告警區域/設備和告警信息發送給管理人員。
以上技術特徵構成了本發明的實施例，其具有較強的適應性和實施效果，可根據實際需要增減非必要的技術特徵，來滿足不同情況的需求。