淺談基于電網(wǎng)管理的三維GIS平臺設計與實(shí)現論文
隨著(zhù)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數字化的圖形技術(shù)取得了重大進(jìn)步，3D顯示技術(shù)和虛擬現實(shí)技術(shù)在汽車(chē)、社會(huì )建筑設計、城市和數字地球等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。國內電力企業(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用系統。在電網(wǎng)管理的可視化應用管理方面，目前使用的是單線(xiàn)圖和地理信息地圖的組合模型，通過(guò)該網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構，獲得了電網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息和位置信息來(lái)監視電力傳輸和分配，輔以各種不同的監測裝置，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)的應用主要集中在配電系統中，尚未真正實(shí)現三維顯示。目前比較成熟的系統都是基于GIS系統的二維應用，通常用點(diǎn)和線(xiàn)表示電氣設備，不能表示設備內部本身的結構，在其空間性能分析方面的局限性較大。目前正在進(jìn)行的是三維網(wǎng)格顯示區域方面的研究，暫時(shí)尚未延伸到整個(gè)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(guò)3D GIS在電網(wǎng)信息領(lǐng)域的建設，充分利用三維空間信息服務(wù)功能，借鑒地理信息系統的成熟應用集成，可以提供信息顯示和快速分析，準確和直觀(guān)展現完整的城市電網(wǎng)。
2整體架構
三維地理信息系統可以收集，整理，匯總各電力設備在電網(wǎng)的信息，以地理坐標為基礎，實(shí)現綜合電網(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(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)布，使用戶(hù)可以快速和完整查詢(xún)城市電網(wǎng)的'歷史、現狀和規劃的各種宏觀(guān)和微觀(guān)情況。在平臺上，城市電網(wǎng)，電網(wǎng)變電站設備和城市建筑物之間的空間位置關(guān)系完全與實(shí)際情況對應，空間的三維坐標和任意點(diǎn)之間可以被測量，從而再現真正三維的城市電網(wǎng)的景觀(guān)。三維地理信息系統具有多級結構，包括模型層，表示層，綜合查詢(xún)和分析層和應用管理層。
三維地理信息系統使用客戶(hù)機/服務(wù)器和瀏覽器/服務(wù)器的組合結構，同時(shí)支持單機和網(wǎng)絡(luò )平臺。該服務(wù)器采用了流行的數據集中方式，集中管理空間數據，方便了系統的維護和更新。使用標準的客戶(hù)端的模塊化設計，不同的軟件模塊在不同的業(yè)務(wù)部門(mén)使用。瀏覽器使用的客戶(hù)機使用常用網(wǎng)絡(luò )瀏覽器，就可以實(shí)現在WEB三維信息的訪(fǎng)問(wèn)和漫游服務(wù)。
系統設計包含4層:分別是模型層、表示層、綜合查詢(xún)與分析層及應用管理層。
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、地形道路及各種設施;三維電網(wǎng)建模，包括架空線(xiàn)路、電纜井及變電站的相關(guān)設備等虛擬現實(shí)和視景仿真。
2.2表示層
表示層實(shí)現城市配網(wǎng)的三維鳥(niǎo)瞰、三維漫游以及電網(wǎng)運行狀態(tài)和電網(wǎng)規劃的全面展示，包括潮流及功率棒圖、負荷分布圖及電壓等勢圖等。
2.3綜合查詢(xún)與分析層
綜合查詢(xún)和分析層可對城市配網(wǎng)多維度“切片”的查詢(xún)，包括設備和電網(wǎng)歷史信息、發(fā)展信息、基本參數、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應用管理層
應用管理層利用視景仿真和動(dòng)態(tài)景觀(guān)漫游等幾種方式完成電網(wǎng)優(yōu)化方案操作評價(jià)和規劃方案審查評估。該平臺作為城市的電網(wǎng)協(xié)同工作和預警管理平臺，可以迅速定位電網(wǎng)運行的目標場(chǎng)景。
3三維G工S功能設計
三維GIS開(kāi)發(fā)基于虛擬仿真系統，設計時(shí)應考慮三維漫游，并滿(mǎn)足3D預警模型和查詢(xún)操作的同時(shí)，充分利用現有的數據共享成果，同時(shí)3D模型和仿真平臺也可為其他系統提供調用服務(wù)。
3.1三維GIS界面設計
系統C/S端界面包括菜單欄，工具欄，圖形化的導航工具區和圖形建模操作區。界面風(fēng)格可以滿(mǎn)足自定義模板的用戶(hù)需求。
在該平臺上，3D場(chǎng)景可任意角度漫游、縮放、旋轉和三維空間獨特的鳥(niǎo)瞰盤(pán)旋和系統定位等操作，同時(shí)提供全景透視、全屏、指南等功能。
3.2三維GIS相關(guān)數據組織設計
由于三維地理信息系統相關(guān)模塊功能的需要，產(chǎn)生大量業(yè)務(wù)屬性數據，這些數據被存儲在相關(guān)的業(yè)務(wù)屬性表單中。按照不同的類(lèi)別，相關(guān)的屬性數據被分為建筑物屬性數據，纜線(xiàn)屬性數據和管道屬性數據等。
隨著(zhù)數據庫的文件系統管理方式不斷趨向靈活，輕便，系統可以支撐快速和強大的三維地理信息系統。根據面向對象的空間數據模型的思想，該層結構基于類(lèi)、層和工作區域中進(jìn)行組織。
4功能模塊實(shí)現
4.1系統管理模塊
系統管理模塊能完成對用戶(hù)使用權限的設置，完成用戶(hù)增加、修改和刪除等功能。系統可根據不同人員權限，提供不同的功能，并可以實(shí)現不同的業(yè)務(wù)人員對應的圖形操作、數據庫操作等功能。
4.2綜合展示模塊
4.2.1多視點(diǎn)定義和編輯、二維與三維切換、鳥(niǎo)瞰圖操作
該模塊用于實(shí)現三維鳥(niǎo)瞰圖漫游的各種功能，如在幾個(gè)觀(guān)察視點(diǎn)中選擇在當前視圖的預定地面投影，顯示當前漫游的位置，實(shí)現快速移動(dòng)，定位操作的功能。
除了3D場(chǎng)景窗外，系統還可以實(shí)現2D場(chǎng)景圖形窗口展示功能。二維和三維窗口可以實(shí)現相關(guān)的窗口界面切換，2D和3D場(chǎng)景轉換可以互相提供對應場(chǎng)景的當前位置。
4.2.2場(chǎng)景操作
該模塊可以實(shí)現對場(chǎng)景各種操作和現場(chǎng)輸出。利用鼠標和鍵盤(pán)，可以從任何角度實(shí)現三維場(chǎng)景漫游。在三維空間中，實(shí)現實(shí)時(shí)漫游、步行模式漫游和高空飛行模式漫游，場(chǎng)景的可視區域縮放的模擬，顯示所有的場(chǎng)景，顯示或隱藏的環(huán)境和建筑物，可實(shí)現當前場(chǎng)景輸出為BMP等圖像。該移動(dòng)通過(guò)鼠標，鍵盤(pán)的點(diǎn)擊實(shí)現根據一定速度自由移動(dòng)。
4.2.3預設運動(dòng)路徑定義
該模塊可以實(shí)現基于用戶(hù)視點(diǎn)的預設路徑，利用模型中的多視點(diǎn)的路線(xiàn)，包括高空鳥(niǎo)瞰街道周?chē)恼w模型和重點(diǎn)道路穿行等日。用戶(hù)可以修改默認漫游路徑和速度，并能將每一個(gè)預定義的運動(dòng)路徑增加音頻解說(shuō)和背景音樂(lè )。
4.2.4漫游線(xiàn)路定制
系統的漫游路線(xiàn)生成時(shí)將該路線(xiàn)設置漫游列表中，用戶(hù)可以方便地查看路線(xiàn)列表，在列表中單擊，系統會(huì )自動(dòng)將漫游和路線(xiàn)保持一致，使系統易于顯示場(chǎng)景。系統還支持用戶(hù)自定義的飛行路徑，設置飛行路線(xiàn)實(shí)現對重要設施觀(guān)察和環(huán)繞方向飛行。支持實(shí)時(shí)節點(diǎn)的編輯，可以設置路線(xiàn)參數，實(shí)現人、車(chē)、船、飛機等任何模型在場(chǎng)景中的運動(dòng)。
5信息交換接口設計
接口具有高度的開(kāi)放性，符合一定的標準需要支持不同的平臺，不同的應用環(huán)境，其他系統和三維GIS可以通過(guò)3個(gè)層次實(shí)現服務(wù)調用。
5.1數據庫訪(fǎng)問(wèn)
三維地理信息系統和其他系統可以互相讀取彼此的數據庫視圖，如涉及數據修改則開(kāi)放存儲過(guò)程，則其他系統可以實(shí)現調用該過(guò)程。數據訪(fǎng)問(wèn)的關(guān)鍵詞需進(jìn)行唯一標識約束。對方服務(wù)調用應當控制訪(fǎng)問(wèn)數據庫的權限嘆
5.2 Socket通信
三維GIS和其他系統可以相互開(kāi)放Socket端口與對方通信，采用Socket通信方式在以下場(chǎng)合使用:三維GIS客戶(hù)端(其他系統本地客戶(hù)端);其他系統客戶(hù)端(本地三維GIS客戶(hù)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(shí)，服務(wù)方應提供固定地址(或本地)和固定端口。
5.3組件調用
三維地理信息系統和其他系統可以提供的COM組件或網(wǎng)絡(luò )組件的形式為對方提供服務(wù)。當一個(gè)組件被調用時(shí)，系統所提供的通信服務(wù)組件應具有低藕合的特點(diǎn)，即服務(wù)方軟件在失去響應的情況下，不會(huì )導致其他使用方軟件的有關(guān)閉和錯誤情況發(fā)生。
系統為與其他系統之間實(shí)現共享連接，需設計開(kāi)發(fā)相應的系統接口，按系統接口實(shí)現的方式，我們可以歸納為以下3類(lèi):服務(wù)級共享類(lèi)接口、功能級共享類(lèi)接口、數據級共享類(lèi)接口。
6結束語(yǔ)
由于三維GIS中的應用是一個(gè)新興的應用領(lǐng)域，企業(yè)受有限的人力、財力等方面制約，三維GIS將是一個(gè)長(cháng)期的持續改進(jìn)過(guò)程。只要不斷地探索和創(chuàng )新，積極推廣使用，并逐步完善功能，隨著(zhù)企業(yè)信息化不斷加快和自動(dòng)化技術(shù)成熟，三維GIS的成熟應用在不久的將來(lái)會(huì )成為現實(shí)。
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