CN102831307B - 基于三维gis技术的电网可视化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三维GIS技术的电网可视化系统和方法，根据要加载的场景所包括的对象类型的不同将要加载的模型分为不同的模型加载子任务，并将所述多个子任务通过多线程的方式并行调取模型文件，提高加载速度；同时，在根据加载的对象种类将加载任务划分为不同模型加载子任务的基础上，每一种类的对象的模型文件只需读取一次，而且，这种模型文件的重复使用不限于一个客户端加载任务中，不同客户端同样能复用已读取的模型文件，这样充分考虑电力设备种类有限、规格相对一致的特点，避免了同一种类模型文件的反复读取，能显著提高加载效率，保证快速加载，保证客户端能实时浏览。

Description

基于三维GIS技术的电网可视化系统及方法

技术领域

本发明涉及一种三维地理信息系统，具体涉及一种基于三维地理信息技术的电网可视化系统及方法。

背景技术

GIS即地理信息系统（Geographic Information System），地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单的说，GIS是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为数据储存和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时技术。

随着电网电压等级的提高和规模的扩大，电网商业化运营的逐步实施，对城市配电的建设和维护都提出了新的要求。在城市配电行业，二维GIS技术在生产、运行和管理方面已得到深入广泛的应用，并取得较好的效果。但在实际工作中二维GIS在信息表现上的不足逐渐暴露。例如，二维GIS在不同层中以点、线、面等符号表征不同类型的实际地物，其最大缺点是几何图形简单，不能真正反映线路、杆塔等电力设备设施周围的地形地貌。二维GIS无法表现变电站内部的一次和二次设备及其拓扑连接的细节，也无法表现输配电线路沿线的地理环境及其与输配电线路设备之间的空间位置关系。尽管现有的一次接线图、二次接线图能表示变电站内部设备的连接关系，但那只是一种拓扑连接的示意，并不能反映设备之间空间上的相对关系。当电网需要进行改建或者扩建时，二维GIS系统无法反应电力设备和周围对象之间的空间位置关系，还需要改建扩建施工者到电网现场进行测量获取上述空间位置数据，费时费力，不利于改建或者扩建工作的顺利进行。而三维GIS系统即可满足上述需求。

中国专利文献CN102323996A公开了基于三维GIS技术的输电线路可视化状态系统，该系统由地理信息数据展示模块，设备模型数据展示模块和状态数据展示模块三部分组成，其中，地理信息数据展示模块采用了基于金字塔结构的数据存储技术和动态LOD技术，设备模型数据展示模块采用了渐进式传输与顶点式相结合的方式，实现高精度在线设备模型快速浏览；设备数据展示模块采用了粒子系统实现状态数据展示；该系统以三维GIS技术为基础，通过对海量空间信息的多角度、全方位展现，实现输电线路走廊的三维地景仿真和输电设备状态的三维展示，从而为提升电力设备运行管理的精细化、科学化、智能化水平提供信息支撑。该专利文献实时采集电网数据实时完成模型建立，这样，需要对场景中包含的每一个对象进行建模、加载，建模、加载工作量大，展示速度相对较慢。

一般而言，三维GIS中涉及的地理事务和景观对象信息纷繁复杂，数据十分庞大；而作为电网信息系统，其要显示的为包括变电站、架空线路、电缆线路、配电室等有限种类的电力设备；而且上述电力设备宏观上都沿着输电配电线路成线性排列，各种浏览也基本都基于当前浏览场景沿着输电配电线路向前或者向后进行浏览；上述专利文献重点从建模过程中用到的数据存储方式和传输形式保证快速浏览，但是未充分考虑和利用电力设备种类有限，规格相对一致的特点，要对每一个对象进行建模、加载，建模、加载工作量大，其浏览速度还有待于进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的基于三维GIS技术的可视化状态系统对每一个对象都要实时建模和加载带来的加载速度相对较慢的技术问题，进而提供一种充分利用电力设备种类单一特点实现实时可视化的基于三维地理信息技术的电网可视化系统及方法。

为解决本发明的上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于三维GIS技术的电网可视化方法，包括如下步骤：

S01,客户端接收要显示的场景信息，形成场景加载指令并传输给服务器;

S02，服务器接收所述场景加载指令，并将场景中包含的对象根据类型进行分解，获得不同的三维模型加载子任务，通过访问三维模块文件寻址信息表获取所述三维模型文件的存储位置，进而并行读取每个模型的三维模型文件，完成每一种类型的首个对象的模型文件的读取并输出；

S03，服务器接收步骤S02中读取的模型文件，同一种类的其它不同对象的模型直接使用首个对象的已读取的模型文件；

S04，服务器提取每一个对象的模型文件结合至GIS信息中生成三维场景图并输出给客户端。

在所述步骤S04之后还包括模型预加载的步骤，具体是客户端在显示当前场景的同时，服务器根据已经加载的电网设备和相应电网设备之间的连接关系，确定该客户端请求的当前场景的前一个场景和后一个场景信息，并预先加载当前场景的前一个场景和后一个场景需要的模型文件并输出。

所述步骤S02中还包括根据对象占整个场景的比例选择对象的相应颗粒度模型文件的步骤。

所述步骤S04之后，还包括如下步骤：

S05，客户端判断是否接收进一步显示对象附属信息的指令，如接收到，则将该指令输出并转入S06；

S06，服务器接收步骤S05的指令请求，先读取对象的索引文件，根据对象的索引找出该对象的附属信息的存储位置，然后根据该存储位置从数据库中读取该对象的附属信息并输出。

所述索引包括对象的名称和ID。

一种基于三维GIS技术的电网可视化系统，包括：

数据库，存储有三维地理信息、电网设备数据、各类三维模型文件寻址信息表，其中，三维模型文件寻址信息表存储有各类三维模型文件的存储位置信息；

客户端，接收要显示的场景信息并传输给服务器；同时，接收所述服务器输出的场景数据并进行显示；

服务器，根据场景信息调用模型文件并输出；

所述服务器进一步包括：

计算分解运算模块，用于根据场景所包括的对象的类型的不同将要加载的模型分为不同的模型加载子任务，并将所述多个模型加载子任务通过多线程的方式并行调取模型文件并输出，调取模型文件具体是先从数据库中的所述三维模型文件寻址信息表获取三维模型文件的存储位置，然后再从读取模型文件；

加载结果重用模块，接收计算分解运算模块已调取的模型文件，同一类型的其它不同对象直接使用已读取的模型文件；

加载组合模块，将各个对象的模型文件结合至GIS信息中生成三维场景图并输出。

所述服务器还包括场景预加载模块，根据已经加载的电网设备和相应电网设备之间的连接关系，确定客户端请求的当前场景的前一个场景信息和后一个场景信息，并预先加载当前场景的前一个场景和后一个场景需要的模型文件并输出。

同一个对象的所述三维模型文件包括不同颗粒度的多个三维模型文件。

所述服务器中还存储有索引文件，所述索引文件存储有对象与对象对应的三维地理信息数据或者电网设备数据的组成的附属信息的存储位置的映射关系。

所述索引文件中的索引包括对象的名称和ID。

本发明的技术方案具有如下优点：

本发明基于三维GIS技术的电网可视化系统和方法，根据要加载的场景所包括的对象类型的不同将要加载的模型分为不同的模型加载子任务，并将所述多个子任务通过多线程的方式并行调取模型文件，提高加载速度；同时，在根据加载的对象种类将加载任务划分为不同模型加载子任务的基础上，每一种类的对象的模型文件只需读取一次，同一种类的对象的模型文件无需重复加载，只需要使用首次读取的模型文件即可，而且，这种模型文件的重复使用不限于一个客户端加载任务中，不同客户端同样能复用已读取的模型文件，这样充分考虑电力设备种类有限、规格相对一致的特点，避免了同一种类模型文件的反复读取，减少对磁盘中模型文件的读取次数，将加载工作量有效减少，能显著提高加载效率，保证快速加载，保证客户端能实时浏览。

通过设置三维模型文件寻址信息表，可一次性从模型文件里获取模型的全部信息，无需传统模型加载中的多次读取磁盘操作，提高磁盘读取速度。

设置场景预加载模块，可在显示当前场景的同时，由后台服务器预先加载预当前场景的前一个场景和后一个场景中的对象的模型文件，在下一场景显示请求到达时，可即时显示下一场景，能大大提高显示的实时性。

通过建立索引，在模型加载完毕需要进行附属数据显示时，只需要先通过索引，找出各个对象对应的附属数据的存储位置，再读取数据库中存储的数据，减少了对磁盘的读取次数，提高磁盘读取速度，保证更快处理加载任务，提高加载速度。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被理解，本发明将结合附图和具体实施方式对本发明的内容进行进一步的说明：

图1为本发明一个实施例的基于三维GIS技术的电网可视化系统的结构示意图；

图2为图1所示系统的工作流程图。

具体实施方式

参见图1所示，作为本发明一个实施例的一种基于三维GIS技术的电网可视化系统，包括：

数据库，所述数据库又进一步包括存储有三维地理信息的第一数据库和存储有电网设备数据的第二数据库，以及三维模型文件寻址信息表（图中未示出），其中，三维模型文件寻址信息表存储有各类模型的名称和其三维模型文件的地址信息，各类三维模型文件直接存储在服务器的硬盘里，各类三维模型包括场景中包含的任何类型对象的三维模型，比如楼宇、街道、变压器站、电线杆等的三维模型；服务器读取模型文件时，需要先从数据库里的三维模型文件寻址信息表中读出预定模型文件的存储位置，然后再一次性从磁盘里读出模型文件给客户端，完成一个模型的加载；所述索引文件存储有对象与对象对应的三维地理信息数据或者电网设备数据的组成的附属信息的存储位置的映射关系；索引文件（图中未示出），存储在服务器的硬盘中，存储有对象与对象对应的地理信息数据（比如，楼房的施工单位，建成年代等信息）或者电网设备数据（比如电线杆的维修记录已经其上绑定的电线的电气参数等）组成的对象的附属信息的存储位置的映射关系，在模型加载完毕显示过程中需要对某个对象的数据进一步显示时，比如通过鼠标点到某个对象上完成进一步显示附属信息的指令，此时客户端将显示附属信息的指令传输给服务器，服务器只需要先通过索引，找出对象对应的三维地理信息数据或者电网设备数据的存储位置，再从数据库中读取出相应的附属信息数据，减少了磁盘的读取次数，提高磁盘读取速度，保证更快处理加载任务，提高加载速度，通过设置初步加载显示模型组成的场景信息和二次加载附属信息的过程，即满足了快速客户端快速浏览的要求，同时对客户端感兴趣的对象的具体的附属信息通过二次操作进行后续加载也能满足客户需求；作为本发明的一个具体实施例，其中的电网设备数据根据电网现场的电力数据实时更新，比如第二数据库与电网现场的电力数据采集装置相连，实时采集更新电力设备数据；鉴于三维地理信息和电网设备数据结构本身差别大，分别存储能保证数据格式的统一，也便于复用现有的数据库；

客户端，一方面，接收要显示的场景信息并传输给服务器，向服务器发出显示预定场景的请求，启动加载工作；另一方面，在加载完成后，接收所述服务器加载后输出的场景数据并进行显示；本实施例中，以一个客户端为例；

服务器，作为本发明一个具体实施例，所述服务器为多核服务器，可以进行并行处理，提高服务器的并行处理能力；所述服务器接收所述客户端的发出的请求，并根据要加载的场景信息并进行加载后输出；所述服务器具体包括，

计算分解运算模块，用于根据场景所包括的对象的类型的不同将要加载的模型分为不同的模型加载子任务，每个模型加载子任务用于读取一个模型文件，并将所述多个子任务通过多线程的方式在所述服务器包括的多个核上并行运行，即并行读取模型文件，其中读取模型文件具体是先从数据库中的所述三维模型文件寻址信息表获取三维模型文件的存储位置，然后再从读取模型文件；加载前，还需要根据加载对象在场景中所占的比例，选出该对象对应颗粒度的模型文件；通过对对象的三维模型进行分层管理，在远端观察时，场景包括的对象较多，即采用颗粒度较大的粗糙模型，在近端观察时对象采用颗粒度较小的精细模型，这一既能满足从远至近、从模糊到清晰地视觉效果，又能极大提高系统的效率；

加载结果重用模块，接收计算分解运算模块的已读取的模型文件，同一类型的其它不同对象直接使用改已经读取的模型文件；当然，加载结果重用不仅适用于同一客户端，不同客户端发出的不同请求，服务器在执行模型加载子任务之前，会判断缓存时是否存有相应模型文件，如果有模型文件，将直接将该模型文件加载到客户端，完成请求的响应；不同客户端的模型加载时存在复用基础的，服务器同样复用已经加载的模型文件，可大大减少重复读取模型文件的工作量，减少对磁盘的读取次数，进而提高加载效率；

加载组合模块，将各个对象的模型文件结合各自的GIS信息生成三维场景图并输出；

场景预加载模块，根据客户端正在显示的场景，服务器根据已经加载的电网设备和相应电网设备之间的连接关系，确定该客户端请求的当前场景的前一个场景和后一个场景信息，服务器主动在后台预先加载该场景的前一个场景信息和后一个场景中对象的模型文件，并将读取出的模型文件存在缓存中，暂时不输出；在相应的场景显示请求到达时，服务器可以即时响应请求，将模型文件结合至各自的GIS信息生成三维场景图并第一时间输出给客户端显示。

作为一个具体实施例，所述文件中的索引包括对象名称和ID，避免单一索引，可更方便快速地查找。

上述实施例中基于三维GIS技术的电网可视化系统的方法，参见图2所示，具体包括如下步骤：

S01,客户端接收要显示的场景信息，形成场景加载指令并传输给服务器;

S02，服务器接收所述场景加载指令，并按照如下步骤执行；

S021，将场景中包含的对象根据类型进行分解，获得不同类型的模型加载子任务；

S022，根据对象占整个场景的比例选择对象的相应颗粒度模型，获得不同的具体模型加载子任务，通过访问三维模块文件寻址信息表获取所述三维模型文件的存储位置，进而并行读取每个模型的三维模型文件，完成每一种类型的首个对象的模型文件的读取并输出；

S023,并行读取出模型文件的存储位置并读出模型文件，完成每一种类型的首个对象的模型的加载并输出；

S03，服务器接收步骤S02中读取的模型文件，同一种类的其它不同对象的模型直接使用首个对象的已读取的模型文件，直至完成所有对象的加载；

S04，服务器提取每一个对象的模型文件并结合GIS信息生成三维场景图并输出给客户端显示；

S041，服务器根据已经加载的电网设备和相应电网设备之间的连接关系，确定该客户端请求的当前场景的前一个场景和后一个场景信息，并预先加载当前场景的前一个场景和后一个场景包含的模型文件，并将加载结果暂存，在接到显示请求时，服务器第一时间将加载结果输出显示；当当前场景处在配电系统最前端和最后端时，只进行前一个场景或后一个场景的加载，直至当前浏览结束；

S05，客户端判断是否接收到进一步显示对象附属信息的指令；

S051,如有则将该指令输出给服务器；

S06，服务器接收步骤S05的指令请求，读取对象的索引进而从数据库中读出附属信息并输出到客户端显示；

作为本发明的一个实施例，所述索引为包括名称和唯一ID的多关键词索引，通过任一关键词都可完成检索，更方便检索。

此时已经完成一个典型的浏览过程，如客户端此时要浏览当前场景的前一个或者后一个相邻场景，则直接再发请求给服务器，服务器直接将缓存里暂存的预加载结果直接输出即可，完成快速浏览；如客户端关闭当前浏览页面，则整个浏览过程结束。

本发明基于三维GIS技术的电网可视化系统和方法，根据要加载的场景所包括的对象类型的不同将要加载的模型分为不同的模型加载子任务，并将所述多个子任务通过多线程的方式并行调取模型文件，提高加载速度；同时，在根据加载的对象种类将加载任务划分为不同模型加载子任务的基础上，每一种类的对象的模型文件只需读取一次，同一种类的对象的模型文件无需重复加载，只需要使用首次读取的模型文件即可，而且，这种模型文件的重复使用不限于一个客户端加载任务中，不同客户端同样能复用已读取的模型文件，这样充分考虑电力设备种类有限、规格相对一致的特点，避免了同一种类模型文件的反复读取，减少对磁盘中模型文件的读取次数，将加载工作量有效减少，能显著提高加载效率，保证快速加载，保证客户端能实时浏览。这样在进行电网扩建或者旧网改造时，本发明的系统可实时显示电网的三维位置关系，方便辅助设计，省时省力。

作为本发明的其他实施例，所述索引也可以为包括对象名称和ID中的一个的单一索引，同样能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为本发明的其他实施例，所述的多核服务器也可为现有技术中的服务器集群代替，通过多个服务器的多个CPU执行并行处理，同样能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明权利要求的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种基于三维GIS技术的电网可视化方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01,客户端接收要显示的场景信息，形成场景加载指令并传输给服务器;

S02，服务器接收所述场景加载指令，并将场景中包含的对象根据类型进行分解，获得不同的三维模型加载子任务，通过访问三维模块文件寻址信息表获取所述三维模型文件的存储位置，进而并行读取每个模型的三维模型文件，完成每一种类型的首个对象的模型文件的读取并输出；

S03，服务器接收步骤S02中读取的模型文件，同一种类的其它不同对象的模型直接使用首个对象的已读取的模型文件；

S04，服务器提取每一个对象的模型文件结合至GIS信息中生成三维场景图并输出给客户端；

在所述步骤S04之后还包括模型预加载的步骤，具体是客户端在显示当前场景的同时，服务器根据已经加载的电网设备和相应电网设备之间的连接关系，确定该客户端请求的当前场景的前一个场景和后一个场景信息，并预先加载当前场景的前一个场景和后一个场景需要的模型文件并输出。

2.根据权利要求1所述的基于三维GIS技术的电网可视化方法，其特征在于：所述步骤S02中还包括根据对象占整个场景的比例选择对象的相应颗粒度模型文件的步骤。

3.根据权利要求2所述的基于三维GIS技术的电网可视化方法，其特征在于：所述步骤S04之后，还包括如下步骤：

S05，客户端判断是否接收进一步显示对象附属信息的指令，如接收到，则将该指令输出并转入S06；

S06，服务器接收步骤S05的指令请求，先读取对象的索引文件，根据对象的索引找出该对象的附属信息的存储位置，然后根据该存储位置从数据库中读取该对象的附属信息并输出。

4.根据权利要求3所述的基于三维GIS技术的电网可视化方法，其特征在于：所述索引包括对象的名称和ID。

5.一种实现如权利要求1所述方法的基于三维GIS技术的电网可视化系统，其特征在于，包括：

数据库，存储有三维地理信息、电网设备数据、各类三维模型文件寻址信息表，其中，三维模型文件寻址信息表存储有各类三维模型文件的存储位置信息；

客户端，接收要显示的场景信息并传输给服务器；同时，接收所述服务器输出的场景数据并进行显示；

服务器，根据场景信息调用模型文件并输出；

所述服务器进一步包括：

计算分解运算模块，用于根据场景所包括的对象的类型的不同将要加载的模型分为不同的模型加载子任务，并将所述多个模型加载子任务通过多线程的方式并行调取模型文件并输出，调取模型文件具体是先从数据库中的所述三维模型文件寻址信息表获取三维模型文件的存储位置，然后再从读取模型文件；

加载结果重用模块，接收计算分解运算模块已调取的模型文件，同一类型的其它不同对象直接使用已读取的模型文件；

加载组合模块，将各个对象的模型文件结合至GIS信息中生成三维场景图并输出;

所述服务器还包括场景预加载模块，根据已经加载的电网设备和相应电网设备之间的连接关系，确定客户端请求的当前场景的前一个场景信息和后一个场景信息，并预先加载当前场景的前一个场景和后一个场景需要的模型文件并输出。

6.根据权利要求5所述的基于三维GIS技术的电网可视化系统，其特征在于：同一个对象的所述三维模型文件包括不同颗粒度的多个三维模型文件。

7.根据权利要求6所述的基于三维GIS技术的电网可视化系统，其特征在于：所述服务器中还存储有索引文件，所述索引文件存储有对象与对象对应的三维地理信息数据或者电网设备数据的组成的附属信息的存储位置的映射关系。

8.根据权利要求7所述的基于三维GIS技术的电网可视化系统，其特征在于：所述索引文件中的索引包括对象的名称和ID。

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