CN101359405A - 一种用于电力系统的三维仿真系统的架构方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电力系统的三维仿真系统的架构方法，该方法包括以下步骤：三维场景的设计；三维地形的表现；三维模型设计及合成；三维模型管理方式的设计；交互式场景控制的模块设计。与现有技术相比，本发明具有先进性、创新性、实时性、扩展性、可维护性、安全性等优点。

Description

一种用于电力系统的三维仿真系统的架构方法

技术领域

本发明涉及电力数字化综合管理系统，尤其涉及一种用于电力系统的三维仿真系统的架构方法。

背景技术

我国电力企业的信息化从20世纪60年代起步，从应用的过程来看可分为四个阶段，20世纪60～70年代为第一阶段，最初主要集中在发电厂和变电站自动监测/监制方面；20世纪80～90年代为第二阶段，该阶段开始进入电力系统专项业务应用，涉及电网调度自动化、电力负荷控制、计算机辅助设计、计算机仿真系统等应用开始深入广泛开展，某些应用达到了较高的水平，而计算机管理信息系统则刚刚起步，并经历了失败较多的痛苦过程；20世纪末进入了第三阶段，电力信息技术进一步发展到综合应用，由操作层向管理层、决策层延伸，各级电力企业建立管理信息系统，实现管理信息化。但从传统工业应用来看，电力信息资源的开发尚处于刚刚起步及发展的阶段，目标是形成集中、统一、稳定的信息采集渠道，基本建成覆盖全行业各门类的电力信息资源共享体系。目前，电力企业在信息化基础建设基本完成的前提下，企业管理信息化方面引入了所谓的“一体化”、“数字化电网”、“数字化供电局”、“电力EAM”、“电力ERP”等先进概念，进入为提高企业发展、市场的竞争、产业水平，推进企业科技创新、机构创新、体制创新的信息化阶段。

随着电网规模的扩大和供电能力的加强，各行各业对电力供应需求不断提高，配电网的重要性日益突出。我国作为经济高速发展中的国家，在对发电厂和输电网的大规模建设基本完成之后，近几年又进行了大规模的城乡电网改造，使我国配电网得到了很大的改善，配电网硬件设施和网络架构明显加强，电网的安全、经济运行有了切实的保障，广大电力用户对电能质量和供电服务，则相应提出了更高的要求，供电部门如果还靠原有的人工化、粗放型的管理方式，已经无法实现科学和高效的管理。洋山港作为中国新兴的深水港口，其独特的地理位置决定了它的迅猛发展。自2005年洋山港一期工程开港后至现在我们发现，原先的电力规划建设已不能满足最新的发展需求。面对高速发展的港口建设，电力供应作为先行条件也须有战略眼光来为洋山港的建设和投运服务。

供电部门基础设备建设、硬件设备投运的同时，一个以改善客户服务为手段、以提高经济效益为目的的新型管理体系和工作流程亟待建立。

配网管理体制的改革，对相应的计算机应用系统提出了新的更高的要求。为此，我们提出在各种涉及配网应用系统的基础上，开发面向配网运行的综合应用系统(以下简称配网管理系统)，为配电网生产、运行、检修管理服务，进而实现配电网生产、运行、检修管理的自动化，并为企业市场营销提供良好的技术支持。配网管理系统是配电网实现科学管理的有效途径，代表着配网管理技术发展的方向。

建立配网管理系统，给配网管理的确带来了许多益处，在纷繁复杂的配网管理工作中，初步规范了内部业务管理流程，缩短停电抢修时间，提高供电可靠性，是投资少，见效大的方案。只有按照现代化管理理念和面向用户服务的要求，通过计算机应用系统集成与信息共享，实现配电网运行、抢修和服务等生产全过程的计算机科学管理，才能进一步改善服务质量，提高供电可靠率，提高供电企业的综合经济效益。

作为国内的电力企业，长期以来，在输电网与配电网自动化系统的管理上始终不能够做到输配一体。往往是在需要的时候，通过有限的信息传递方式进行接口完成数据的交换。结果是无论是数据实时性，还是互操作性都不是很理想。

同时，信息化给电力企业带来了许许多多的应用系统。这些系统在实施过程中各自独立。要么需要在运营管理过程中重复输入数据，或者依靠各种系统间接口完成数据交换。而这些接口基本上都是各系统之间自行协商制定形成的。系统各自独立、接口纷繁芜杂给电力企业的信息化水平提高带来了一定层度上的阻碍。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种具有先进性、创新性的用于电力系统的三维仿真系统的架构方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于电力系统的三维仿真系统的架构方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)三维场景的设计；

(2)三维地形的表现；

(3)三维模型设计及合成；

(4)三维模型管理方式的设计；

(5)交互式场景控制的模块设计。

所述的步骤(2)中三维地形的表现包括：

a.地形的建立；

b.平面地物表现。

所述的步骤(3)中三维模型设计及合成包括：

a.地形场景生成设计；

b.场景中工程的合成设计；

c.场景中地物、附属地物及各类标识、标注的合成设计。

所述的步骤(5)中交互式场景控制模块开发包括：

a.键盘控制；

b.鼠标控制。

与现有技术相比，本发明具有先进性、创新性、实时性、扩展性、可维护性、安全性等优点。

具体实施方式

实施例1

本发明一种用于电力系统的三维仿真系统的架构方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)三维场景的设计；

(2)三维地形的表现；

(3)三维模型设计及合成；

(4)三维模型管理方式的设计；

(5)交互式场景控制的模块设计。

洋山电网系统三维场景不但要直观、形象、系统表现整个洋山电网工程，更重要的是通过三维仿真平台可以对整个电网工程展示，三维仿真系统的建设首先要把整个洋山电网工程装进计算机而且可以对所有工程单元进行控制，这就要求三维场景中控制单元与实际工程控制单元一一对应，对洋山电网工程三维实体模型的建设提出了更高的要求，模型单元要实现数据驱动。

根据系统需求，洋山电网工程三维场景应具有以下功能：

实时生成场景，能够实现将场景数据实时生成图象，并各角度随意浏览整个洋山电网工程(平移、缩放、旋转)。场景控制的流畅性。仿真系统应用必须在建立灵活、流畅的场景控制基础之上，所以在场景控制方面必须进行相关算法的优化。

交互操作，直接在整个洋山电网工程场景中选取物体，获得各种信息，同时也可直接在场景中操作物体使其分解、剖析等。

增加画外音人声讲解、音乐和音效等手段，进一步帮助观者对所操作步骤更容易理解。

根据各种需求展示效果及状态，在洋山电网工程场景中可以设定定线飞行、不同时间动画等效果。

设计多种功能菜单，方便于使用者。控制平台提供了操作洋山电网工程三维场景的各种基本功能，使用户可以通过操作界面访问场景信息和控制场景浏览。其中包括通过各种触发机制，返回信息标志，查询场景空间信息，提供三维场景的交互式控制，提供场景的飞行浏览，提供工程的检索等功能。

可以检索和快速定位整个洋山电网工程相关信息。控制平台对于用户的检索要求必须快速的进行响应。

进行接口设计，与地理信息系统进行对接。接口模块设计主要是通过接口部分接受主程序提供的输入，并为调用它的主程序提供服务。

整个洋山电网工程场景中的物体在一定的条件下自动产生行为。可以具有动态行为：运动、变形、变色、光照等等。

为了整个洋山电网工程三维仿真系统能够打倒更好的运行效果，要求三维场景必须在中高档PC机中能流畅的运行。

一、三维场景的设计

洋山电网工程三维仿真系统中的三维场景是整个仿真系统的最基本要素，仿真体系中的视觉仿真(或叫环境仿真)几乎完全依靠三维场景的建设来实现。

洋山工程三维场景的设计原理就如同建设一个现实世界(或区域)的微缩模型，它要描绘出洋山范围内所有要表现的地球要素。三维仿真系统中三维场景就是利用先进虚拟现实技术、GIS技术、三维建模技术在计算机中建设现实实体模型，为虚拟调度环境提供空间仿真支持。三维仿真采用三维图形方式真实展现地貌，给人以身临其境的感受。同时结合视频、音频等手段，使整体展示系统是一次美妙的视听盛宴。

所显示的整个洋山电网工程三维地理环境图形以立体模型形式展示。所有数据信息以数据库存贮，可以整体调出展示，也可以独立调出，甚至分散结构等。

三维洋山电网工程地理环境展示不受规模限制。设计各种功能需求，操作方便，达到直观的可视化效果，体现现代高科技的魅力。

二、三维地形的表现

洋山三维地形的表现是三维场景建设的基础，直接影响场景的整体视觉效果。地形的表现主要包含以下两个方面的内容：

(1)地形的建立

洋山三维地形采用数字模型来建立。整个场景地形采用整体大场景与局部精细场景相结合的方式来表现。这样既能满足整体场景的连续性，也能满足局部场景精细度的要求。

(2)平面地物表现

洋山平面地物的表现方式采用不同分辨率地面纹理来表现。包括山体、地面、建筑物表面效果绘制等。不同分辨率结合的方式不影响场景的表现精度和功能，工作量很大。

三、三维模型设计及及合成

洋山三维地形工程通过精细三维数字模型来表现，工程通过精细三维数字模型来表现。

在虚拟场景建设软件环境下进行虚拟场景的合成。首先调入洋山三维地形模型，生成地形虚拟场景，然后再把洋山电网工程及地物三维模型按照数字地图的控制位置，逐个的调入，调整每个模型的大小和位置，然后再加上大量的附属地物完成虚拟场景的合成，生成洋山电网工程三维虚拟场景。

(1)地形场景生成设计

将不同分辨率的各种模型数据经过转换、处理、编辑等工作建立三维地形对象。然后在洋山地形上贴上经过处理的纹理，生成整个洋山电网工程地形场景。

(2)场景中工程的合成设计

洋山三维地形工程在场景中的合成要考虑工程之间的关系、工程与地形之间的相对位置关系等，合成中要考虑多种合成方式、方法，还应结合数字模型、卫星影像等作为参照，使工程在合成过程中保持正确的平面位置信息，以及合理的相对位置。

(3)场景中地物、附属地物及各类标识、标注的合成设计

洋山非工程类的地物包括了如桥梁、建筑物等各类模型，附属地物包括了如树木、植被、花草等模型，另外还包括大量的标识、标注等，由于非工程类的地物模型数量巨大，所以合成量也非常巨大，它们的合成设计除了要寻找多种参照外，还需要考虑大量的附属地物和标识的真实及美观效果。

四、三维场景管理方式的设计

如何对洋山电网工程虚拟场景进行有效管理是系统开发成败的关键。虚拟场景数据是海量的，海量数据大致可分为两类，一类是洋山地域广度意义上的，一类是洋山细节精细程度上的。从广度意义上来说，海量数据指地域跨度非常大的数据量，从细节意义上来说，海量数据指那些接近真实视觉效果的数据。虚拟场景管理方式的设计不但要满足系统数据量的要求，而且还要满足系统浏览查询速度的要求。

场景的运行浏览采用空间检索方式和载入功能，从而实现了海量数据的存储和快速浏览。

五、交互式场景控制模块开发

洋山电网工程交互式场景控制是仿真系统的基本功能，它提供不同方向的移动和旋转、缩放等功能，系统根据不同用户的习惯提供两种方式进行控制。

(1)键盘控制

键盘操作  采用用户比较熟悉的方向键控制交互场景的前、后、左、右四个方向的移动。

(2)鼠标控制

通过不同控制功能的选择，拖动鼠标键可以移动、放大缩小和旋转洋山电网工程场景。

系统性能指标

由于三维场景数据是海量的，三维仿真系统从应用角度主要面对的是调度人员和决策人员，从性能上需要良好的人机交互性，快捷的系统响应速度，实时的浏览效果，快速的节点查询，无级缩放的三维场景；表现直观，操作灵活方便，具有声音或醒目的操作提示功能，避免误操作。

三维仿真系统面对的是调度人员和决策人员，对于用户的任意操作，系统都应该快速的进行应答，对于大部分的触发命令和浏览操作，系统地响应速度为实时展现；对于查询操作，结果显示过程应为实时。

系统对于海量三维数据的浏览应该是平滑的、无级缩放的过程。对于不同分辨率的地形和影像的载入和对不同数量和精度的三维模型的载入应该是平滑的。

系统能够运用加载技术等先进的动态平衡载入技术进行系统性能优化，满足系统在浏览操作过程中，不同分辨率的地形和影像能够平滑的进行显示。

在虚拟环境建设中，性能上必须保证工程控制单元与现实工程控制单元一一对应，同时可以实现数字驱动，通过监控系统及工程专用计算机网络能实现虚拟与现实的互动。

Claims (4)

1.一种用于电力系统的三维仿真系统的架构方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)三维场景的设计；

(2)三维地形的表现；

(3)三维模型设计及合成；

(4)三维模型管理方式的设计；

(5)交互式场景控制的模块设计。

2.根据权利要求1所述的一种用于电力系统的三维仿真系统的架构方法，其特征在于，所述的步骤(2)中三维地形的表现包括：

a.地形的建立；

b.平面地物表现。

3.根据权利要求1所述的一种用于电力系统的三维仿真系统的架构方法，其特征在于，所述的步骤(3)中三维模型设计及合成包括：

a.地形场景生成设计；

b.场景中工程的合成设计；

c.场景中地物、附属地物及各类标识、标注的合成设计。

4.根据权利要求1所述的一种用于电力系统的三维仿真系统的架构方法，其特征在于，所述的步骤(5)中交互式场景控制模块开发包括：

a.键盘控制；

b.鼠标控制。