CN109525192B - 利用三维立体建模实现监控光伏电站的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用三维立体建模实现监控光伏电站的方法，为光伏电站的光伏组件安装用于采集指定目标数据的数据采集器，数据采集器通过有线或无线的通信将指定目标数据传输到服务器。在GUI应用程序开发框架QT平台上建立光伏组件的三维模型：构建窗口用来渲染光伏组件的3D模型、构建与窗口用来请求光伏组件的目标数据；导入绘图协议开发的3D显示库，进行三维模型的裁剪；创建3D渲染器，创建场景；建立3D渲染器和QT开发平台之间的通信，集成三维模型内容到QT平台应用中，在可视化的三维体系中模拟组件的工作行为，精确地监控组件是运行状态或是故障状态。

Description

利用三维立体建模实现监控光伏电站的方法
技术领域
本发明主要涉及到光伏发电的技术领域，确切地说，针对于光伏电站中数量庞大的光伏组件使用了三维立体建模的方案来监控电池运行状态，目的在于能够在可视化的三维体系中模拟电池的运行行为，最终实现监控光伏电站。
背景技术
考虑到光伏电站监控电池的压力，非常有必要建立一套合理的监控和通信机制，通过这种监控机制能够从电池板上抽取电池板的参数数据，并将数据反馈到业主或用户。传统的监控手段有人工记录和具备数据采集功能的电子设备记录，数据汇聚后，当前的办公自动化软件能够对所列举的参数数据进行比对展示，常用的有EXCEL列举展示，并依据记录和展示的数据来供业主或用户参考。传统方案的劣势是：因为数据的海量程度，无法处理庞大的电池阵列对应的数据量，即便某些组件失效或产生故障，却因为数据的参考模式不够直接和直观，导致电池故障的产生到故障被解决之间的严重时间滞后。
光伏发电的基本类型包括直流光伏发电系统，主要是：太阳能电池阵列、直流负载和蓄电池组、控制器，控制器分别控制太阳能电池方阵、直流负载和蓄电池组。光伏发电的基本类型还包括直流电到交流电的发电系统，主要是：太阳能电池阵列、控制器、直流负载以及直流/交流逆变器、交流负载和蓄电池组。光伏发电还可以与风能、热能等其他形式的能源接口进行优势互补，来集成混合能源发电系统。无论哪种发电类型，最基本的架构无法脱离太阳能电池阵列而单独存在，光伏电池板（PV组件）阵列简称光伏组件阵列是发电系统的核心部件，光伏电池板的产品品质和日常的运行维护决定了发电系统的整体发电效率，也是优化电站投资回报率的基本因素。光伏组件阵列将太阳的光照辐射转换为直流电压源，再通过逆变器将直流电转换成可以并网到公共电网的交流电或转换成分离于公共电网而单独使用的分离交流电。根据电站容量规模，光伏组件阵列可以采用几十片构成的电池串组，大型光伏电站的光伏组件阵列会超过十万片组件。电池的电压电流、功率及温度和发电量、甚至环境因素等参数是光伏发电系统中很重要的一个环节。
光伏电池的工作参数是电站进行三维建模的依据。对于监控电池项目的要求，先了解当前主流的3D显示技术。人类之所以能感受到立体视觉且对立体物的感受更直观，是因为人类的双眼是横向并排，双眼之间大约有5至6.5公分的间隔距离，因此与单眼所看到的影像会有些微差异，这个差异被称为视差，大脑会解读双眼的视差并藉以判断物体远近而产生立体视觉。由于人眼的构造问题，为了产生立体感，不管是裸眼还是戴眼镜都是通过让两只眼分别输入不同的图像，让画面拥有纵深感。如果利用人眼立体视觉现象制作电站的各个电池的场景，基于左右眼看到的东西有差异，然后通过光学聚焦的原理和色彩比例分配原理，使我们便能感觉到组件是立体的。本申请主张用户在使用手机等设备时可以通过改变屏幕上显示的内容，获得对屏幕显示的电池内容具有景深的显示效果。
发明内容
在某一个非限制性的可选实施例中，本申请主要披露了一种利用三维立体建模实现监控光伏电站的方法，包括以下步骤：a、为光伏电站的光伏组件安装用于采集指定的目标参数信息的数据采集器，数据采集器通过有线或无线的通信方式将目标参数信息传输到服务器；b、在图形用户界面应用程序开发框架的开发平台上建立光伏组件的三维模型：构建第一窗口至少用来创建光伏组件的3D元素和渲染3D模型；以及构建与第一窗口叠加的且用来向服务器请求光伏组件的目标参数信息的第二窗口；c、导入可运行于浏览器中的3D显示库，进行3D模型的裁剪；d、创建基于支持浏览器的脚本语言编写的3D渲染引擎；e、建立开发平台与3D渲染引擎之间的通信，集成至少带有目标参数信息的3D模型内容到开发平台所开发的应用程序中。
上述的方法，其中：构建的光伏组件的三维几何体用OBJ三维模型格式文件表示，该OBJ三维模型格式文件的附属MTL材质模板库文件描述了光伏组件的材质信息和纹理信息；该OBJ三维模型格式文件及该MTL材质模板库文件存放在服务器待调用。
上述的方法，其中，步骤b中：图形用户界面应用程序开发框架平台为QT平台；利用基于QT平台下的QML脚本语言建立第一和第二窗口（即第一和第二代码块）。
上述的方法，其中，步骤c中：可运行于浏览器中的3D显示库是基于WEBGL绘图协议而使用JavaScript编写开发的库THREE.JS。
上述的方法，其中，步骤d中：使用JavaScript语言创建基于Canvas元素的3D渲染引擎或所谓的3D渲染器。
上述的方法，其中，步骤d中：使用3D渲染引擎创建场景、摄像机、光源，并从服务器下载3D模型和材质信息。
上述的方法，其中，步骤e中：利用JavaScript语言来建立基于QML脚本语言下带有第一和第二窗口的应用程序与所述的3D渲染引擎之间的通信。
上述的方法，其中，在QT的开发平台上设计光伏组件的目标参数信息不在规范范围内时其3D模型的颜色也随之改变。如实际温度不在温度范围内，低温或者高温都有可能触发模型的颜色改变。如实际电压不在电压范围内，低压或者过压都有可能触发模型的颜色改变。如实际电流不在电流范围内，低电流或者过流都有可能触发模型的颜色改变。
上述的方法，其中：每一个光伏组件均有唯一的编号，通过应用程序中3D模型所显示的编号实现精确的在实际地理位置上定位光伏组件。由于光伏组件阵列在光伏电站的分布是海量的，尤其是集中式电站，如果某个或某几个光伏组件发生了故障，我们试图以人工的方式去布局了大量光伏组件的实际地理位置去辨别和寻找/寻址/定位发生了故障了那些光伏组件，显然是费时费力的，或许在花费大量精力定位故障后，却因为没有及时去解除故障而引发灾乱性事故，譬如，光伏组件在发生热斑效应严重的位置局部温度可能较高也即相当于是火灾源头。相反，如果光伏组件的3D模型的颜色改变则意味着它的某几项参数是异常的，目标参数信息不在规范范围内时导致模型的颜色改变能够非常及时的在应用程序APP上反映出来，依据颜色改变的模型的编号可以直接追溯其地理位置。因此跟传统的光伏电站的监控不同，三维建模来可视化的监控的效果非常卓越。
上述的方法，其中：利用兼容于超文本标记语言HTML5规范的Canvas元素创建3D渲染引擎。上述的方法，其中：在三维仿真平台上调整光伏组件的空间位置，三维仿真平台通过不同的颜色显示光伏组件不同的工作状态；根据不同光伏组件的编号和数据库中的编号一一对应，达到不同光伏组件监测信息的实时显示。
上述的方法，其中：通过三维仿真平台实现精确的查找每一个光伏组件，在三维模型上对不同类型的目标数据进行显示策略的切换，模拟光伏组件的运行状态。
在某一个非限制性的可选实施例中，上述的方法，其中，以带有触控屏的显示设备为例来阐释说明：手指或触屏笔的触控物体在触控屏上划动时，装载有图形用户界面应用程序开发框架的开发平台QT开发的应用程序APP的显示设备（如Android设备或IPHONE手机）将这些触控物体所滑动的二维坐标记录下来，从而通过本申请的算法更新3D渲染引擎的渲染，这里更新渲染的算法是指：手指这些类似的触控物体在触控屏上划动直至触摸处有个Canvas3D渲染引擎的光源，则建立该处光源与电池板物体或说光伏组件物体之间的连接，光源主要是给一个光伏组件三维物体提供动态光，如果光源和光伏组件物体中间有障碍物，则表征手指划动而点击或触摸到了电池板或光伏组件，通过分析被点击到的光伏组件的唯一编号/序号，此时还触发发送请求该电池板或光伏组件的唯一编号/序号给服务器，使得服务器将响应后将相应的目标数据信息发送给客户端（如装载有QT平台所开发的应用程序APP的显示设备）。客户端得到目标数据信息之后即可显示在三维的光伏组件上。从而不仅模拟光伏组件的运行还更新了渲染。
附图说明
为使上述目的和特征及优点能够更加明显易懂，下面结合附图对具体实施方式做详细的阐释，阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本申请的特征和优势将显而易见。
图1是对庞大电池组件阵列所构成的光伏电站进行三维建模的方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合各实施例，对本发明的方案进行清楚完整的阐述，所描述的实施例仅是本发明用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本发明的保护范围。
在光伏发电领域，光伏组件或光伏电池是发电的核心部件，太阳能电池板在主流技术的方向分为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池等，大型的集中式光伏电站采用的电池组件的数量庞大，小型的分布式户用型小型电站采用的电池组件的数量相对较少。硅电池在该领域要求的使用年限高达二十多年的寿命，所以对电池的实时性和持久性监测是必不可少的。很多内部和外部因素都会导致光伏组件的发电效率低下，光伏组件自身之间的制造差异或安装差异或阴影遮挡或最大功率追踪适配度等因素都会引起转换效率降低。以典型的阴影遮挡为例，如果部分光伏组件被云朵或建筑物或树影或污垢等类似情况遮挡后，这部分组件就会由电源变成负载而不再产生电能，光伏组件在发生热斑效应严重的位置局部温度可能较高，有的甚至超过150℃，导致组件局部区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、玻璃炸裂、腐蚀等永久性破坏，给光伏组件的长期安全性和可靠性造成极大地的隐患。光伏电站/系统亟待解决的问题就是：能够实时地或周期性的观察每一块被安装的光伏电池板的工作状态，能对电池的过温、过压、过流和端子短接及电弧故障等异常情况进行预警，这对发生异常的电池采取类似于主动安全关断或其他的应急措施显得尤为重要。无论是集中式还是分布式光伏电站，基于采集光伏组件的工作参数数据对于判断和识别那些存在潜在问题的组件是十分必要的。本领域的技术人员还知道利用组件在单位时间内抽取的各种类型的数据建立大数据模型，是深入了解电池特性的极其重要的真实信息，由于电池的硅材料属于容易发生衰减的材质，衰减程度是判断不同供应商的电池品质和质量的依据，而提供数据挖掘分析、实时监控、远程诊断、使优质电站业主和投资商能及时迅速全面掌握电站运行情况，都是基于组件的参数监控。
在可选但非限制性的实施例中，关于光伏组件阵列三维建模的方式，可以从光伏电站中光伏组件阵列的安装位置等紧密相关的因素来考虑：根据被建模组件周边所布局的用于进行摄像的多台立体照相机来拍摄被建模组件的被摄体，基于拍摄得到的多方位立体图像创建被摄体的三维模型（3-Dimensional Model）。
在可选但非限制性的实施例中，关于光伏组件阵列三维建模的方式，可以从光伏电站中光伏组件阵列的布置密度等紧密相关的因素来考虑：根据改变针对所述的被建模组件的摄像位置而拍摄到的多个立体图像来创建多个三维模型，藉此通过合成前述所创建的多个三维模型来创建被建模组件的高精度三维模型。
在可选但非限制性的实施例中，关于光伏组件阵列三维建模的方式，可以从光伏电站中光伏组件阵列是否是可移动的等相关的因素来考虑：使拍摄用的照相设备按照被建模组件在移动前和移动后的方式进行移动式拍摄，并且利用在移动前和移动后由照相设备拍摄到的一系列图像，来生成拍摄到的对象物也即被建模组件的三维图像。
在可选但非限制性的实施例中，三维立体照相机具备用于实现常规的立体照相机的功能的构成，可由三维立体照相机拍摄每一个光伏组件的多个图像组，由三维立体照相机将所有光伏组件被拍摄到的多个图像组合成三维模型。用三维立体照相机拍摄光伏组件的最大优势是在布局有光伏组件阵列的地点进行高空拍摄，能够得到各个组件的地理位置关系而且如果不需要详细了解各个光伏组件的实际地理位置信息，仅仅是相对比较粗略地绘制组件的三维模型：已知的软件例如CAD软件也可以构件光伏组件的三维实体。实际上当前的三维设计软件层出不穷，典型Intergraph、Bentley、Autodesk等三维设计软件能够满足设计光伏组件三维实体的需求。某些三维实体还可以利用辅助的建模软件来渲染如先利用CAD软件构建三维实体再用Maya/3DS Max等建模软件进行渲染。WEB-3D技术是基于互联网的3D仿真展示技术，实现对庞大数据的精密压缩，形成立体化的3D页面从而使浏览者通过普通 PC 和网络环境就能顺畅的浏览网上三维虚拟场景。虚拟现实技术的基础是三维建模，三维建模软件：美国Autodesk公司的3DMax是Autodesk 公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，集造型、渲染和制作模型于一身，它符合本申请光伏组件效果图和三维模型制作中使用的需求，该软件能够满足组件产品的基本展示并且还能够部分实现三维模型与光伏组件的目标工作参数数据、现场真实信息等的交互功能。绘图引擎的类型很多：实质上3DMax可以用作展示并操作三维模型的三维设计工具，这里的展示就是在视觉上对三维模型予以显示并获得光伏组件的现场体验，这里的操作是指能够在三维设计工具中按照三维设计工具的预定规范来操纵三维模型，放大或缩小三维模型或拖曳模型、定义属性等都属于操作的范畴，计算机设备或移动终端可通过三维设计工具/平台来访问服务器上保存的目标工作参数数据，从而在三维设计工具/平台上撷取所有光伏组件的目标工作参数。注意这里访问服务器既可以是通过直接安装于设备上的软件带有的数据传输功能来访问，还可以利用网页等工具访问服务器。在其他的可选的绘图引擎的类型中：所谓的Sun3D是另一种在网页上运行三维应用程序的基础软件技术并且相关内容详见中国发明专利ZL200710118906.3，该产品解决了三维数据的大比例压缩和网络传输问题，让三维技术可以在网页和移动终端上普遍应用，基于Web-3D三维网页的应用包含三维建模、数据压缩、网络传输、实时渲染、代码逻辑等环节，而上文提及的该Sun3D实现了后面四个环节，为第一个环节提供了通用的数据接口，它作为展示并操作三维模型的三维设计工具或平台，只要导入三维建模的模型即可，也解决了三维模型的数据传输问题。因此，本申请的目的之一是三维建模，在预制完成光伏电站涉及到的光伏阵列中的各个光伏组件的三维实体之后，再利用带有可以展示并操作三维模型的三维设计工具或平台的计算机设备或移动终端设备来显示三维模型。
在可选但非限制性的实施例中，数据采集模块/数据传感器或数据采集器将光伏电池的电压和电流、功率以及温度和发电量等等一系列的相关指定工作参数/目标参数信息进行采集，注意采集这些各种类型的工作参数的数据采集模块/数据传感器或数据采集属于现有技术，现有技术兼容于本申请。例如：电压有电压采集器/传感器/检测器，电流有电流采集器/传感器/检测器，温度有温度采集器/传感器/检测器等，以此推类。目标工作参数也还可以包括通过环境监测仪来侦测到的光伏组件所处的周边环境因素数据：环境温度以及湿度、风速、光照和气压等，环境监测仪也属于数据采集器的一种。前文介绍电压采集模块和电流采集模块和功率采集模块及温度采集模块和发电量采集模块等各个参数的采集模块属于现有技术，值得阐明的是，任何可采集电池这些目标工作参数的传感器或采集器均适用，本申请不对现有的电流或电压及温度等的具体采集方式单独阐释。
在可选但非限制性的实施例中，参见图1，涉及到的一种利用三维立体建模实现监控光伏电站的方法，其主要包括以下步骤：首先、为光伏电站的每一个光伏组件PV都安装用于采集指定的目标参数信息（例如上文所谓的电压和电流、功率、温度和发电量以及环境数据等等）的数据采集器（Data collector），数据采集器通过有线或无线的通信方式将目标参数信息传输到服务器（Server），如步骤S101。设备之间用有线的物理线直接相连虽然便捷性不是十分完美，但是能保障设备之间通信的稳定性和高效性，有线通信主要有电线载波或载频及同轴线、开关量信号线、RS232串口、RS485、USB通信。相对的无线通信主要无线RF433/315M、蓝牙、Zigbee、Z-ware、IPv6/6Lowpan等。当前广为通用的互联网WIFI和以太网也兼容于本申请的通信。移动无线通信技术发展到现在也逐步接入到通信系统中，随着通信资费下降及3G/4G无线模块成本下降，可以很方便直接与互联网通信，越来越多的设备采用移动网技术，同样这也兼容于本申请的通信。服务器属于能够管理数据资源并为用户提供服务的计算机设备，由于服务器需要响应服务请求并进行处理，因此服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。服务器的构成包括处理器和硬盘、内存、系统总线等，和通用计算机架构类似，由于需要提供高可靠的服务和响应而在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高，服务器在网络环境下包括文件服务，数据库服务，应用程序服务，WEB服务等。
在可选但非限制性的实施例中，参见图1，其次、在图形用户界面应用程序开发框架的开发平台上建立光伏组件的三维模型。图形用户界面（GUI）应用程序开发框架在当前的开发环境下有很多，譬如QT是由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架，它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。这里Qt开发平台是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展（通常称为对象编译器（MetaObject Compiler））以及一些宏，开发平台Qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程。如步骤S102所示，本申请在图形用户界面应用程序开发框架的QT开发平台上建立光伏组件的三维模型，方法在于：构建第一窗口或称第一代码块，它至少用来创建光伏组件的3D元素和渲染3D模型，如使用QML构建第一窗口创建Canvas3D元素和渲染3D模型；以及构建与第一窗口叠加的且用来向服务器请求光伏组件的目标参数信息的第二窗口或称第二代码块，用于显示请求电池板的详细信息。在QT下用QML建立两个窗口，一个用来创建Canvas3D元素，渲染3D模型；另一个用来显示请求电池板的详细信息，二者关系为叠加关系，不影响两者的显示。另外，构建的光伏组件的三维几何体需要用OBJ三维模型格式文件表示，该OBJ三维模型格式文件的附属MTL材质模板库文件描述了光伏组件的材质信息和纹理信息，该OBJ三维模型格式文件及该MTL材质模板库文件存放在服务器待调用。光伏组件的建模、添加材质信息，纹理信息等事先需要按照业界的规范做好，导出OBJ模型，MTL数据和纹理图片，并存放到服务器中。在可选但非限制性的实施例中，所谓的OBJ（或.OBJ）是一种开放的几何定义文件格式并且它最初是由Wavefront Technologies公司开发，用以描述其AdvancedVisualizer动画包而开发的文件格式，在3D图形开发领域非常普及，该格式已被其他3D图形应用供应商采纳所审议是一种被绝大多数3D图形开发技术人员普遍公认的格式。注意OBJ文件格式为简单数据格式，它仅表现3D几何体，即顶点的位置、以顶点列表方式定义每个多边形的顶点、法向量和面的UV坐标，及纹理顶点。顶点默认以逆时针方向存储，不必显式声明法向。在3D计算机图形学中，最为普遍的几何体交换文件格式就是OBJ，而对应的考虑到OBJ文件不包含面的颜色定义信息，可以引用材质库，材质库的信息通常是储存在后缀是MTL（或. MTL）的独立文件中，关键字Mtllib即材质库的意思。 MTL文件则可以认为是OBJ的附属文件，用以描述几何体的表面的描影。
在可选但非限制性的实施例中，参见图1，再者，导入可运行于浏览器中的3D显示库并且进行3D模型的裁剪。例如导入WEBGL开发的three.js（第三方库），并进行功能的裁剪。WebGL（全写Web Graphics Library）是一种3D绘图协议，WebGL的优势是可以为HTML5的Canvas提供硬件3D加速渲染。Three.js是JavaScript语言编写的绘图协议WebGL的第三方库，提供了非常多的3D显示功能。如步骤S103所示，在平台中导入可运行于浏览器中的3D显示库即导入WebGL开发的第三方库three.js，从而可以利用它对三维模型进行按照期望方式进行裁剪，譬如当三维模型的局部区域因为移动或属于多余的部分而处于视为在可见的Three.js区域之外，就相当于进行视野裁剪。有时候会提到视景体的概念，视景体是一个几何体，只有在视景体内的物体才能被看见和视力识别到，而视景体之外的物体将被裁剪掉，去掉不必要的运算。业界在三维图形开发中利用的Three.js其实是一款运行在浏览器中的3D 引擎，可以用它创建各种三维场景包括了摄影机、光影、材质等各种对象，可以在它的上面看到许多精彩的演示。WebGL让技术人员可以在Canvas上实现3D效果，而Three.js则是适用的一款WebGL框架。运行于浏览器中的3D显示库——Three.js的功能作用可参考threejs.org。
在可选但非限制性的实施例中，参见图1，然后，创建基于支持浏览器的脚本语言编写的3D渲染引擎或3D渲染器。使用Javascript语言创建Canvas3D渲染器，创建场景和摄像机，光源等，从服务器下载三维模型和材质信息，如步骤S104所示。在该步骤中必须阐释的是，Canvas是HTML5的组件，它像一块幕布/画布而可以用JavaScript在上面绘制各种图表、动画等，有了Canvas就不需要Flash了直接使用JavaScript完成绘图的绘制工作。在Canvas中，例如我们可以通过drawImage()的方法来绘制图片或视频文件。超文本标记语言HTML5的<Canvas>元素用于图形的绘制，通过各种兼容的脚本语言落日通常是JavaScript来完成，实质上<canvas> 标签只是图形容器，必须使用脚本来绘制图形。在本申请中利用HTML5的Canvas元素用来在网页/浏览器上绘制图形的主要优势在于：Canvas的特点是Canvas画布是一个矩形区域，可以控制其每一个像素来精确的完成画图，Canvas可使用兼容性的JavaScript来控制画图；Canvas具有直线和矩形以及圆和添加图像的方法来完成制图。
在可选但非限制性的实施例中，参见图1，其后，如步骤S105所示，还需要建立开发平台与3D渲染引擎之间的通信，集成至少带有目标参数信息的3D模型内容到开发平台所开发的应用程序中，前文阐释Canvas可使用兼容性的JavaScript来控制画图和考虑到显示库Three.js是JavaScript语言编写的绘图协议WebGL的第三方库，本申请的极佳优势是利用Javascript语言建立基于Javascript的3D渲染引擎与QT开发平台下所使用的Qml之间的通信，集成3D模型的内容到QT的应用中。本申请的QML是一种描述性的脚本语言，开发的文件格式以.qml结尾，支持Javascript形式的编程控制，它结合了QtDesigner UI和QtScript的优点。QtScript可以和Qt原生代码进行交互，而且作为脚本语言的开发工具QML可以在脚本里创建图形对象，并且支持各种图形特效以及状态机等，同时又能跟Qt写的C++代码进行方便的交互。
在可选的实施例中，本申请涉及的OpenGL —OpenGL Shading Language着色语言是用来在OpenGL中着色编程的语言，也即开发人员编写的短小的自定义程序，自定义程序是在图形卡的GPU图形处理单元上执行的，代替了固定的渲染管线的一部分，使渲染管线中不同层次具有可编程性。比如：视图转换、投影转换等。在可选但非限制性的实施例中，本申请涉及的GLSL—GL Shading Language的着色器代码主要是分成两个部分来执行：顶点着色器Vertex Shader和片断着色器Fragment，有时还会使用到几何着色器，负责运行顶点着色的是顶点着色器。在QT平台下使用QML语言实现3D技术的方案有：使用QT封装的QT 3D模块，通过各种渲染技术达到3D的交互场景，这种方式虽然可以跨平台，但是对机器的要求较高，在真机上运行速度很慢，基本无法达到理想的效果。另一种就是在QT平台下使用OpenGL，定制GLSL，从而根据不同性能的机器和调制渲染效果，但这种方法开发成本较高，而将这些3D技术使用到光伏电站管理系统的三维建模中，则更加困难。脚本语言Qml与WebGL结合实现QT开发平台下的三维建模的方案在于：WebGL（Web Graphics Library）是一种3D绘图协议，WebGL这种绘图协议可以为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染，这样Web开发人员就可以借助系统显卡来在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型了，还能创建较为复杂的导航和数据视觉化，这种技术目前仅限于网页浏览器层次的使用。现在使用WebGL的渲染方法而移植到QT开发平台中，与QML语言结合使用，开发成本大大降低，研发速度得以提升并且可轻松实现数据交互功能，触屏操作3D电站更加方便灵活。使用两种技术的移植和结合工作，可以构造组件的3D建模的立体结构，可以很直观的查看电站情况，而且点击相应电池板，也可以快速查看电池板的发电量等数据。先对组件建模、添加组件材质信息和纹理信息，导出OBJ模型、MTL数据和纹理图片，并存放到服务器中；使用QML建立两个窗口WINDOW，一个用来创建Canvas3D元素，渲染3D模型，另一个用来显示请求光伏电池板或光伏组件的详细信息（如各种目标参数数据），两个窗口的二者关系为相互叠加关系且相互不影响两者的显示；导入WebGL开发的three.js（第三方库），并进行三维模型的功能的裁剪；使用Javascript语言创建Canvas3D渲染器，创建场景，摄像机和光源等，从服务器下载模型和材质信息。建立Javascript与Qml之间的通信，集成前述的3D内容到QT应用中。例如开发3D行为和交互，以iPhone的App为例，手指在屏幕上划动，触发信号槽机制，将滑动的二维坐标（x，y）记录下来，并通过相应算法实现摄像头视角的转变，更新渲染。此外，在记录坐标的同时，触发相应算法（该算法的思想是：假设触摸到处有个光源，建立光源与电池板也即组件物体之间的连接，如果中间有障碍物则说明手指点到了某个电池板即组件上），通过分析电池板或组件的排布情况就可以断定电池板的序号，此时发送请求该电池板的序号给服务器，服务器就可以把相应的信息发送给客户端。客户端得到信息之后，即可显示在3D模型相应的位置。
以上通过说明和附图的内容，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言在阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (4)

1.一种利用三维立体建模实现监控光伏电站的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、为光伏电站的光伏组件安装用于采集指定的目标参数信息的数据采集器，数据采集器通过有线或无线的通信方式将目标参数信息传输到服务器；
b、在图形用户界面应用程序开发框架的开发平台上建立光伏组件的三维模型：
构建第一窗口至少用来创建光伏组件的3D元素和渲染3D模型；以及
构建与第一窗口叠加的且用来向服务器请求光伏组件的目标参数信息的第二窗口；
c、导入可运行于浏览器中的3D显示库，进行3D模型的裁剪；
d、创建基于支持浏览器的脚本语言编写的3D渲染引擎；
e、建立开发平台与3D渲染引擎之间的通信，集成至少带有目标参数信息的3D模型内容到开发平台所开发的应用程序中；
构建的光伏组件的三维几何体用OBJ三维模型格式文件表示，该OBJ三维模型格式文件的附属MTL材质模板库文件描述了光伏组件的材质信息和纹理信息；该OBJ三维模型格式文件及该MTL材质模板库文件存放在服务器待调用；
图形用户界面应用程序开发框架平台为QT平台；利用基于QT平台下的QML脚本语言建立第一和第二窗口；
可运行于浏览器中的3D显示库是基于WEBGL绘图协议而使用JavaScript编写开发的库THREE.JS；使用JavaScript语言创建基于Canvas元素的3D渲染引擎或者利用兼容于超文本标记语言HTML5规范的Canvas元素创建3D渲染引擎；
每一个光伏组件均有唯一的编号，通过应用程序中3D模型所显示的编号实现精确的在实际地理位置上定位光伏组件；
在一个显示设备中装载有QT平台所开发的应用程序APP，触控物体在显示设备的触控屏上划动时，利用装载应用程序APP的该显示设备将触控物体所滑动的二维坐标记录下来，从而通过算法更新3D渲染引擎的渲染；
所述算法是指：触控物体在触控屏上划动直至触摸处有个Canvas3D渲染引擎的光源，则建立该处光源与光伏组件三维物体之间的连接，光源是给光伏组件三维物体提供动态光，如果光源和光伏组件三维物体中间有障碍物，则表征触控物体划动而点击到了光伏组件三维物体，通过被点击到的光伏组件三维物体的唯一编号，还触发了发送该光伏组件三维物体的唯一编号给服务器，使得服务器响应后将相应的目标参数信息发送给该显示设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d中：
使用3D渲染引擎创建场景、摄像机、光源，并从服务器下载3D模型和材质信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e中：
利用JavaScript语言来建立基于QML脚本语言下带有第一和第二窗口的应用程序与所述的3D渲染引擎之间的通信。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在开发平台上设计光伏组件的目标参数信息不在规范范围内时其3D模型的颜色也随之改变。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110064862B (zh) * 2019-04-12 2021-08-24 中国大唐集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院 一种导汽管焊缝应力状态的网络监测平台
CN110098798A (zh) * 2019-06-11 2019-08-06 国家能源投资集团有限责任公司 监测光伏发电系统的方法及装置、系统
CN110351524A (zh) * 2019-07-19 2019-10-18 厦门尚为科技股份有限公司 三维可视化监控方法、装置、电子设备及可读存储介质
CN110516303A (zh) * 2019-07-24 2019-11-29 浙江兴土桥梁临时钢结构工程有限公司 基于轻量化bim的桥梁施工管理可视化方法及装置
CN111211929A (zh) * 2019-12-31 2020-05-29 深圳市优必选科技股份有限公司 故障定位方法、故障定位装置、控制设备及智能设备
CN112326039B (zh) * 2020-10-30 2022-02-15 宁夏大学 一种光伏电站巡检辅助系统
CN114626768B (zh) * 2022-05-16 2022-09-09 华能国际电力江苏能源开发有限公司 一种组件化、三维可视化跨平台生产实时监管系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014078002A1 (en) * 2012-11-14 2014-05-22 Sunrun, Inc. Method and system for optimizing the configuration of a solar power system
CN104617661A (zh) * 2015-02-27 2015-05-13 中盛新能源（南京）有限公司 一种光伏电站运维系统
US20160275212A1 (en) * 2015-03-19 2016-09-22 Solarcity Corporation Photo-voltaic (pv) modeling tool
CN106100579A (zh) * 2016-06-07 2016-11-09 国电南瑞南京控制系统有限公司 一种基于数据分析的光伏电站故障诊断方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014078002A1 (en) * 2012-11-14 2014-05-22 Sunrun, Inc. Method and system for optimizing the configuration of a solar power system
CN104617661A (zh) * 2015-02-27 2015-05-13 中盛新能源（南京）有限公司 一种光伏电站运维系统
US20160275212A1 (en) * 2015-03-19 2016-09-22 Solarcity Corporation Photo-voltaic (pv) modeling tool
CN106100579A (zh) * 2016-06-07 2016-11-09 国电南瑞南京控制系统有限公司 一种基于数据分析的光伏电站故障诊断方法

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