CN111091609A - 一种基于三维动态建模的变电站现场作业管控系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三维动态建模的变电站现场作业管控系统和方法，该方法包括如下步骤：变电站三维动态建模；精确定位；基于三维数字化模型，通过智能识别和预警对作业现场进行智能化管控；基于三维数字化模型，通过虚拟现实系统对典型生产作业及安全事故的实景预演和设备仿真培训。本发明为现场作业工作、人员培训工作提供可视化数据支撑；实现人员、设备的实时定位和轨迹查看，为远方智能管控提供可视化技术支撑；为现场作业安全提供智能管控手段，实现作业任务预案的动态模拟，典型作业、安全事故的动态预演，典型设备的解体、复装仿真模拟，为现场作业提供可视化模拟方案，降低作业风险，提供沉浸式培训体验，提高培训效率。

Description

一种基于三维动态建模的变电站现场作业管控系统和方法

技术领域

本发明涉及一种现场管控方法，尤其是一种基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法，还涉及该管控系统。

背景技术

无人化、少人化和集控站等新型管理模式已逐步推行，然而，无人值守变电站作为一种新型的管理模式，虽然在名称上带有“无人”的字眼，但事实上这种先进的管理模式同样需要人员进行管理，而且由于运维管理模式的改变，传统的安全生产管理模式仍未得到改变，基于三维动态建模的现场作业管控方法研究仍然是空白。

1.传统的生产作业现场管控从进出站管理、人员资质审查、工作票办理、作业许可、作业现场安全管控至作业终结全过程仍主要依靠人工审查，人员精力、配置直接影响整个作业现场安全管控质量。

2.进出站管理进站时主要由保安通电话与巡维中心值班负责人联系，值班负责人根据作业计划决定作业人员是否可以进站；如果能够进站，则保安会用纸质方式进行进出站的登记，这种方式给运行值班造成了电话繁忙、进站登记手段落后、存在进出站作业人员与安监备案人员不符的弊端，特别预试定检、改扩建等大型项目施工过程中，临时作业人员频繁变动给运维人员现场作业管控带来巨大压力。进站后运行人员根据身份证及备案资料进行工作班人员的资质审查，对工作负责人进行安全交底后，由工作负责人对现场工作班成员进行安全交代后开展现场作业。

3.在第二种工作票不需要值班人员现场办理安全措施时，可使用电话许可的方式。电话许可模式下运维人员对现场作业管控难度尤为突出，在当前作业现场频繁失去管控，习惯性违章大量存在的安全生产风险居高不下的严峻考验下，绝大部分运行单位为了严控现场安全，基本都安排运行人员到站进行作业管控工作，站多人少人力资源配置不足矛盾日益凸显。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法。本发明的技术方案具体如下：

一种基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法，包括如下步骤：

步骤（1）、变电站三维动态建模

步骤（2）、精确定位

基于步骤（1）的变电站三维数字化模型，结合北斗定位装置，对设备、巡检点、缺陷、隐患、危险点及工作人员位置的全景信息精确定位和三维可视化展现，建立以位置为中心的变电站全景信息模型；基于步骤（1）的变电站三维数字化模型，与SCADA系统的集成，对设备远方倒闸操作顺控步骤及状态进行精确定位、三维可视化校核；

步骤（3）、基于三维数字化模型，通过智能识别和预警对作业现场进行智能化管控；

步骤（4）、基于三维数字化模型，通过虚拟现实系统对典型生产作业及安全事故的实景预演和设备仿真培训。

进一步地，步骤（1）中，变电站三维动态建模的具体步骤如下：

1.1、形成变电站对象基础数据库

收集不同来源的设计资料图纸资料，并将收集到的资料以变电站编码规则为主导，形成变电站对象基础数据库；

1.2、建立状态信息数据库

按照状态信息分类建立信息数据库；

1.3、根据全站布置建立基础三维模型

根据竣工图纸及厂家供货图，在三维中搭建变电站全站三维基础模型，基础模型将以变电站编码导则为对象名称，为后续形成信息化三维模型提供准备；

1.4、根据变电站设计编码建立信息化关系

建立信息化模型对象关系，将步骤1.1中的变电站对象基础数据库，步骤1.2中的信息数据库和步骤1.3中的基础三维模型形成关联关系数据库，以变电站编码为关联关系，在关联关系建立后原三维基础模型能够通过关系数据库将步骤1.1中的变电站对象基础数据库和步骤1.2中的信息数据库中的信息进行关联检索；

1.5、利用可视化交互技术实现全息全景可视化

利用三维可视化，基于三维基础模型和关联信息库实现各类信息在三维实景中的可视化展现和实时交互；

1.6、利用三维激光雷达扫描和虚拟现实系统，完成变电站1:1的三维实景精细化扫描和全息建模，结合厘米级北斗卫星精确定位，与调度自动化系统及4A系统进行实时对接，对设备、巡检点、缺陷、隐患、危险点及工作人员位置的精确定位和三维可视化展现。

进一步地，步骤1.2中，信息数据库包括设备元器件、管道电缆、在线监测、检修运维标准信息数据库；其中，管道电缆信息数据库包括：管道及在线编码信息、材料信息、颜色信息、介质信息、空间信息；设备元器件信息数据库包括：设备编码信息、设备连接信息、电压等级信息、规格信息；线监测信息数据库包括：油色谱在线监测数据、避雷器在线监测数据、互感器在线监测数据、GIS设备在线监测数据；检修运维标准数据库包括：设备巡检项目、标准、巡检周期。

进一步地，步骤（2）中，倒闸操作的精确定位和三维模拟的具体过程如下：

2.1、采集设备动作信息

2.2、精细化建模，设计和校对设备模型分合动作动画

2.3、建立模型与设备动作遥信信号关系

建立设备模型与SCADA设备分合遥信信号的关系数据库；三维实景建模系统内变电站设备状态通过调度自动化“四遥信号”实时对应改变，对现场设备远端模拟可视化的同时三维实景建模系统通过运算自动识别站内带电设备，为现场智能作业管控提供数据支撑；

2.4、倒闸操作过程模拟

通过与调度系统预令对接并生成信号序列，系统接收到分合信号后，通过查询与设备模型的关联关系，对顺控倒闸操作过程中各步骤对应设备的位置智能进行识别和定位，并进行分合动作模拟；

通过三维数字化模型与SCADA系统的集成，对设备精细化建模及动作情况进行实时、三维模拟，对设备远方倒闸操作程序化操作步骤及状态进行精确定位、三维可视化校核；同时三维实景建模系统通过与调度自动化系统数据交互，实施检核，使得正常情况下三维实景建模系统内设备状态与实际设备状态一致；

三维实景建模系统通过断路器、隔离开关和接地开关的位置状态，自动识别设备带电情况，并以不同颜色区分，同时与北斗差分精确定位系统配合，完成人体与带电设备距离测算，自动告警功能，辅助现场作业管控。

进一步地，步骤（3）中，作业预案三维预演方法具体如下：

3.1、安措工具建模

将所有安措所用的工器具建模，工具包括围栏、红幔布、工作牌、警示牌、警示；

3.2、通过三维可视化模拟安全布置

3.3、通过三维可视化进行危险点、风险模拟分析，通过点交互实现定位并建立危险点、风险三维标识；

3.4、所有安措模型、危险点位置添加好之后，利用坐标系转换算法模型得到安措模型、危险点的实际定位坐标并存入现场作业信息库，为现场安全作业建立数据基础。

进一步地，步骤（3）中，现场安全区域及措施的智能识别和预警方法按以下进行：

将可穿戴设备与作业预演信息库对接，获取危险点、安措信息的位置信息获取；计算可穿戴设备坐标与危险点、安措、带电设备的坐标的距离；作业人员靠经危险点时，通过可穿戴设备进行预警；作业人员靠近安措点时，实现远方可视化监督；作业人员靠经带电设备时，通过安全距离判断比对，对作业人员进行提醒。

进一步地，步骤（4）中，对典型生产作业及安全事故的实景预演和设备仿真培训按以下进行：

4.1、采集典型作业案例、安全事故信息和典型设备的信息，信息包括文件、图像、视频信息；

4.2、建模

对典型作业和安全事故内容分解，对预演过程中涉及的人员行为、工器具、设备进行建模工作；对典型设备结构进行精细化建模；

4.3、实景动画模拟

通过三维交互实现典型作业、安全事故在三维场景中的全程可视化模拟，并将模拟数据并存入典型数据库；对典型设备进行拆解和复装交互；

4.4、虚拟现实效果处理，使得图形效果在虚拟现实设备中得以展现；

4.5、现场作业实时管控

采集入站作业人员图像信息，自动比对“两种人”管理系统人员台账；自动读取4A系统工作票关键信息，自动定位作业地点，作业范围非五防类锁具在计划时间段自动开锁授权，通过北斗定位功能，在三维模拟场景中实时展现作业人员位置及活动轨迹。

本发明还涉及的基于三维动态建模的变电站现场作业管控系统，包括三维可视化平台，三维可视化平台包括控制器和与控制器连接的存储单元和显示单元，控制器还与三维激光扫描仪、SCADA系统、北斗定位装置、网联网装置和安全预警装置连接；其中：

控制器采集三维激光扫描仪、SCADA系统、北斗定位装置、网联网装置的信息，基于建立的变电站三维数字化模型，结合北斗定位装置，对设备、巡检点、缺陷、隐患、危险点及工作人员位置的全景信息精确定位和三维可视化展现，建立以位置为中心的变电站全景信息模型；基于的变电站三维数字化模型，与SCADA系统的集成，对设备远方倒闸操作顺控步骤及状态进行精确定位、三维可视化校核；基于三维数字化模型，通过智能识别和预警对作业现场进行智能化管控；通过虚拟现实系统对典型生产作业及安全事故的实景预演和设备仿真培训。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

1.本发明基于三维全景数字化模型，综合利用北斗定位、虚拟现实、物联网等新一代智能技术，研究并拓展变电设备部件、现场运行检修规范、状态监测、作业人员及装备等变电站现场场景及状态的三维动态建模和可视化展现，构建变电站全息、动态的三维可视化信息模型，为生产作业方案预演、现场智能监督、远方可视化管控和新员工培训提供实时、可视的辅助决策支撑。

2.本发明实现电站三维数字化模型与SCADA系统的集成和联动，根据操作票内容，实现断路器、隔离开关开合、保护装置投退、电机电源等设备的精细化建模及动作情况的实时、三维模拟，实现设备远方倒闸操作顺控步骤及状态的精确定位、三维可视化校核。

3.本发明利用变电站三维数字化模型，实现一、二次电气设备位置拓扑、连接关系、运行状态、带电设备、端子电缆走向、线路分布、关联设备等的智能分析、三维动态建模和可视化展现技术，为作业现场勘查、施工方案编制及现场智能监督管控提供支撑。

4.本发明利用可穿戴的物联网、北斗精确定位等技术，基于变电站三维数字化模型，研究实现作业人员资质核验，带电设备位置、作业安全区域、危险点、作业行为等的智能定位、识别和可视化跟踪管理，支持安全距离的自动计算、分析和预警，替代人工完成“误入带电位置、防安全距离不足、防误操作、防习惯性违章”等生产作业现场的全过程智能管控和安全监护。

5.本发明建立变电站三维实景的生产作业预演和模拟考试平台，实现作业区域、安全警示牌、安全围栏、危险点等的模拟设置、现场智能校核和提醒，从而为生产作业模拟培训、考评、作业方案编制、施工过程监护等提供逼真的模拟交互和预演平台，提高变电站生产作业人员及设备的安全性，从而保障变电站安全运行。

本发明利用三维动态建模技术，实现变电现场设备技术台账、缺陷记录、在线监测信息、巡检标准等关键设备状态信息动态可视化展现，为现场作业工作、人员培训工作提供可视化数据支撑；利用精确定位技术，实现人员、设备的实时定位和轨迹查看，为远方智能管控提供可视化技术支撑；利用物联网智能感知技术，实现现场危险点、安措警示牌、带电设备安全距离等安全信息的智能感知和预警，为现场作业安全提供智能管控手段；利用虚拟现实技术，实现作业任务预案的动态模拟，典型作业、安全事故的动态预演，典型设备的解体、复装仿真模拟，为现场作业提供可视化模拟方案，降低作业风险，提供沉浸式培训体验，提高培训效率。

附图说明

图1为本发明的系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本发明一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的基于三维动态建模的变电站现场作业管控系统，包括三维可视化平台，三维可视化平台包括控制器和与控制器连接的存储单元和显示单元，控制器还与三维激光扫描仪、SCADA系统、北斗定位装置、网联网装置和安全预警装置连接；其中：

控制器采集三维激光扫描仪、SCADA系统、北斗定位装置、网联网装置的信息，基于建立的变电站三维数字化模型，结合北斗定位装置，对设备、巡检点、缺陷、隐患、危险点及工作人员位置的全景信息精确定位和三维可视化展现，建立以位置为中心的变电站全景信息模型；基于的变电站三维数字化模型，与SCADA系统的集成，对设备远方倒闸操作顺控步骤及状态进行精确定位、三维可视化校核；基于三维数字化模型，通过智能识别和预警对作业现场进行智能化管控；通过虚拟现实系统对典型生产作业及安全事故的实景预演和设备仿真培训。

本实施例的基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法，包括如下步骤：

步骤（1）、变电站三维动态建模

本实施例的针对220kV施甸变电站全息全景可视化的展现主要基于动态的三维信息化建模技术。动态三维信息化建模过程和可视化展现应用实现主要包括以下步骤：

1.1、形成变电站对象基础数据库

整理来自设计院、施工单位、设备厂商等不同来源的设计资料图纸资料：并将收集到的资料以变电站编码规则为主导，形成变电站对象基础数据库。

1.2、建立状态信息数据库

按照状态信息分类建立设备元器件、管道电缆、在线监测、检修运维标准等信息数据库。其中管道电缆元件信息数据库包括：管道及在线编码信息、材料信息、颜色信息、介质信息、空间信息；设备元器件信息数据库包括：设备编码信息、设备连接信息、电压等级信息、规格信息；线监测信息数据库包括：油色谱在线监测数据、避雷器在线监测数据、互感器在线监测数据、GIS设备在线监测数据等；检修运维标准数据库包括：设备巡检项目、标准、巡检周期等信息。

1.3、根据全站布置建立基础三维模型

根据竣工图纸及厂家供货图，在三维中搭建变电站全站三维基础模型，基础模型将以变电站编码导则为对象名称，为后续形成信息化三维模型提供准备。

1.4、根据变电站设计编码建立信息化关系

建立信息化模型对象关系，将1.1中变电站对象基础数据库，1.2中信息数据库和1.3基础三维模型形成关联关系数据库：以变电站编码为关联关系，在关联关系建立后原三维基础模型能够通过关系数据库将1.1和1.2中的信息进行关联检索。

1.5、利用可视化交互技术实现全息全景可视化

利用三维可视化技术，基于三维基础模型和关联信息库实现各类信息在三维实景中的可视化展现和实时交互。

1.6利用三维激光雷达扫描和虚拟现实技术，完成220kV施甸变电站1:1的三维实景精细化扫描和全息建模，结合厘米级北斗卫星精确定位，与调度自动化系统及4A系统进行实时对接，实现了设备、巡检点、缺陷、隐患、危险点及工作人员位置等全景信息的精确定位和三维可视化展现。

步骤（2）、精确定位

基于步骤（1）的变电站三维数字化模型，结合北斗定位装置，对设备、巡检点、缺陷、隐患、危险点及工作人员位置的全景信息精确定位和三维可视化展现，建立以位置为中心的变电站全景信息模型；基于步骤（1）的变电站三维数字化模型，与SCADA系统的集成，对设备远方倒闸操作顺控步骤及状态进行精确定位、三维可视化校核。

基于变电站三维数字化模型，结合厘米级北斗卫星精确定位和虚拟现实技术，实现了设备、巡检点、缺陷、隐患、危险点及工作人员位置等全景信息的精确定位和三维可视化展现，建立了以位置为中心的变电站全景信息模型，支持（安全）距离智能计算、判定和提醒。

通过三维数字化模型与SCADA系统的集成，可以实现断路器、隔离开关开合、保护装置投退、电机电源等设备的精细化建模及动作情况的实时、三维模拟，实现设备远方倒闸操作顺控步骤及状态的精确定位、三维可视化校核。具体步骤如下：

2.1、采集设备动作资料

收集断路器、隔离开关、保护装置投退压板、电机电源等设备的动作资料；

2.2、精细化建模

实现断路器、隔离开关、保护装置投退压板、电机电源等设备的精细化建模，设计和校对设备模型分合动作动画；

2.3、建立模型与设备动作遥信信号关系

建立断路器、隔离开关、保护装置投退压板、电机电源等设备模型与SCADA设备分合遥信信号的关系数据库；三维实景建模系统内变电站设备状态通过调度自动化“四遥信号”实时对应改变，包括软压板的远方投切，实现现场设备远端模拟可视化的同时三维实景建模系统通过运算自动识别站内带电设备，为现场智能作业管控提供数据支撑。

2.4倒闸操作过程模拟

通过与调度系统预令对接并生成信号序列，系统接收到分合信号后，通过查询与设备模型的关联关系，实现顺控倒闸操作过程中各步骤对应设备的位置智能识别和定位，并进行分合动作模拟。

通过三维数字化模型与SCADA系统的集成，可以实现断路器、隔离开关开合、保护装置投退、电机电源等设备的精细化建模及动作情况的实时、三维模拟，实现设备远方倒闸操作程序化操作步骤及状态的精确定位、三维可视化校核，同时三维实景建模系统通过与调度自动化系统数据交互，实施检核，实现正常情况下三维实景建模系统内设备状态与实际设备状态一致。三维实景建模系统通过断路器、隔离开关和接地开关的位置状态，自动识别设备带电情况，并以不同颜色区分，同时与北斗差分精确定位系统配合，完成人体与带电设备距离测算，自动告警功能，更好的辅助现场作业管控。

步骤（3）、基于三维数字化模型，通过智能识别和预警对作业现场进行智能化管控。

基于三维动态建模技术，实现作业预案的三维预演，综合物联网、可穿戴技术对作业人员进行安全信息预警，解决作业前准备不到位，作业过程风险不可视等问题，提升现场作业安全性。

3.1、作业预案三维预演

现场作业时要做大量的安全措施工作，比如设置临时围栏、布置标识牌等，且作业人员进行作业时，人员分散，设备分散，不利于管理和监护。在基于变电站三维实景实现进行作业任务的预演，可以设计出最直观最合理的安措方案，使得现场人员能清晰作业现场安全布置，确保现场人员安全。另一方面，可以实现在逼真场景中进行对危险点的预测、预演，继而实现在现场作业时有效地预防、预控。

运用三维动态建模技术，实现虚拟作业区域选择、虚拟安全措施、虚拟挂标识牌、虚拟装设接地线、设置虚拟安全围栏、危险点模拟分析和设备停电动作模拟。包括如下步骤：

3.11、安措工具建模

将所有安措所用的工器具建模（围栏、红幔布、在此工作牌、警示牌、警示带等；

3.12、三维模拟安全布置

利用三维可视化技术实现现场安全布置, 场景中的所有安全措施均可在右侧列表中集中显示，支持从列表到三维场景的快速定位；

3.13、危险点、风险模拟分析

利用三维可视化技术实现现场危险点、风险位置分析，场景中通过点交互实现定位并建立危险点、风险三维标识；

3.14、所有安措模型、危险点位置添加好之后，利用坐标系转换算法模型得到安措模型、危险点的实际定位坐标并存入现场作业信息库，为现场安全作业建立数据基础。

3.2、现场安全区域及措施的智能识别和预警技术

现场作业人员按照既定的三维作业预演方案进行作业时，可穿戴设备可以实时识别现场作业的危险点和安措信息并向作业人员预警。具体技术实现如下：

3.21、危险点、安措定位数据的实时获取

对可穿戴设备进行编程实现与作业预演信息库对接，实现危险点、安措信息的位置信息获取；

3.22、安全信息识别和预警

系统通过实时计算可穿戴设备坐标与危险点、安措、带电设备的坐标的距离可以实现作业人员和危险点、安措信息、带电设备的距离计算。作业人员靠经危险点时，系统智能识别并通过可穿戴设备进行预警；作业人员靠近安措点时，系统会向后台进行推送，实现远方可视化监督；作业人员靠经带电设备时，系统通过安全距离判断比对，对作业人员进行提醒。

步骤（4）、基于三维数字化模型，通过虚拟现实系统对典型生产作业及安全事故的实景预演和设备仿真培训。

变电工作场地所具有的高空、带电等特点，对工作人员人身安全能产生巨大威胁。在作业现场很多设备是带电的，有的甚至电压很高。如果发生失误，作业工作将会严重威胁员工的生命安全。通过虚拟现实技术， 基于变电站三维实景的典型生产作业及安全事故实景预演，可以提升作业人员对作业过程的熟悉程度以及对安全事故的处理能力。另一方面，利用虚拟现实可视实现典型设备的模拟仿真培训，实现设备结构、原理、拆解、复装等沉浸式体验可以提高作业人员设备熟悉程度，提高培训效率。包括如下步骤：

4.1、典型作业案例、安全事故信息和典型设备资料采集与收集，数据的采集主要类型包括文件、图像、视频等信息。

4.2、建立模型

通过对典型作业和安全事故内容分解，对预演过程中涉及的人员行为、工器具、设备进行建模工作；对典型设备结构进行精细化建模，以满足虚拟交互需求。

4.3、实景动画模拟

通过三维交互技术实现典型作业、安全事故在三维场景中的全程可视化模拟，并将模拟数据并存入典型数据库；利用三维交互技术实现典型设备的拆解和复装交互。

4.4、虚拟现实效果处理

利用虚拟现实技术实现模拟效果的虚拟现实处理，使得图形效果在虚拟现实设备中得以展现；对虚拟现实控制设备进行接口编程，实现典型作业、安全事故和设备操作的交互。

4.5、现场作业实时管控

运行管理平台对入站作业人员开展图像信息采集，自动比对“两种人”管理系统人员台账，甄别非“两种人”人员。自动读取4A系统工作票关键信息，联动视频自动定位作业地点，作业范围非五防类锁具在计划时间段自动开锁授权，通过北斗定位功能，在三维模拟场景中实时展现作业人员位置及活动轨迹。

本实施例利用海量点云数据快速构建变电站三维实景模型和位置拓扑关系，采取分块多站扫描来快速获取变电站整体空间信息的测量方法进行变电站三维场景建模。

首先进行外业数据采集，外业数据采集选用Riegl VZ系列长测程、高精度、高效率三维激光扫描仪，其主要技术参数如下表所示：

扫描采集的原始测量数据是多个不同坐标系下变电站的分块点云集合，为了得到变电站整体空间数据信息，需要对多个测站的数据进行数据配准。点云数据的配准精度直接影响后期成果的精度。数据配准就是把不同设站点采集的空间数据统一到一个坐标系下面，使之成为一个整体。每个测站点采集的数据都有一个独立的测站坐标系，就是要找出2个测站坐标系的关系，而这种关系就是空间坐标转换关系。

然后进行扫描数据处理，完成对整个变电站进行分部扫描工作之后就是数据处理过程，包括：点云去噪、点云拼接、坐标转换、点云数据输出、模型转换建立。

其中，点云去噪过程如下：

三维扫描仪对物体扫描过程中，由于测量时各种环境因素、电信号干扰和被测物体表面特征，如粗糙、材质纹理等，导致点云中存在着噪声，必须对测量数据进行光顺去噪处理；在旋转体测量中，会获得从多个方位测量的数据片，因为数据片重叠区域内的数据点不仅冗余，并且重合度不好，需要对重叠区域进行数据拼合。利用Riegl自带后处理软件RiscanPro便能很好的去除扫描过程中由于波长和反射率等因素影响而产生的噪点。从而保证数据拼接的精确性。

点云拼接的过程如下：

一般大面积地形或矿山测量数据拼接采用坐标匹配拼接法，而变电站扫描被测物体多为管状精细复杂物体，空间数据采用迭代最近点算法，该算法对于工业设备及模具等具有光滑自由曲面的表面，可取得很好的拼接效果，更适用于变电站的扫描。

点云数据输出的过程如下：

所有点云数据拼接完成以后便要输入到第三方数据处理软件中进行建模工作，本实施例使用的是pointcloud和3Ds Max。

Pointcloud是一款基于autoCAD绘图软件平台而扩展的能容纳大量点云数据并实时处理的插件式软件，它很好的解决了密集点云数据的大容量在导入autoCAD绘图软件中运算的冲突性，能轻松处理数以万计的点云数据。并且pointcloud还具备一些非常实用的依据三维点云建立实体模型的功能，包括常用的三维模型组件，如柱体、球体、管状体、长方体等立体几何图形的拟合；与模型组件相对应的点云匹配算法；几何体表面TIN多边形算法等等。

3Dmax三维建模软件具有功能强大、扩展性好、兼容性强的优点，其插件的加入更是一大亮点。另外。3Dmax建模软件还具有操作简单、容易上手等特点。一般变电站都只有单纯的二维平面图或设计图，而且设计当初一些涉及到交叉、跨越的三维信息很难在平面图上直接获取，设计中难免出现差错。导致后期建成的变电站在线路放线、母线连接及设备导线连接的时候往往考虑到实际情况而与设计图纸产生了偏差，这样后期变电站的维护和改建就存在很大难度。

而通过3Dmax则可以建立整个变电站及周边设施的实体三维模型，其渲染效果和立体效果也更加逼真，更加贴近实际，更便于管理者对整个变电站各个系统的全面管理。

对于结构相对复杂和精细的电力元件3Dmax尤为适用，利用密集的点云结构图绘制出电力元件的二维平面图，导入到3Dsmax后通过挤出、车削、放样等操作及编辑样条线、网格编辑等命令来实现复杂变电站元器件模型的建立。而整体模型的建立则是利用3Dmax模型库里的标准化建模设计出变电站元器件的整体框架模型；接着再通过编辑样条线、车削等基本命令来对每个元器件模型进行有针对性及更完善的详细建模和局部建模；最后通过挤出、编辑网格、外壳、锥化等命令来实现三维立体效果的变电站元器件模型。此外，还可通过适当加入辅助线等相关元素使模型的建立更加方便快捷。

建立构建元器件模型的通用图库，是变电站三维立体化平台建立的必要条件和过程。元器件模型图库的建立，不但可以让三维变电站整体模型规划和元器件模型设计简单充实，对于未来维护和规划三维变电站具有重要意义。

最终把变电站各个部分分步骤完成之后就可以在场景中进行拼合，这样就能得到整个变电站主要设备运行区域和周边建筑设施的完整三维模型，从而在三维浏览平台上呈现一个与实地场景完全一样的三维数据模型。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤（1）、变电站三维动态建模

步骤（2）、精确定位

基于步骤（1）的变电站三维数字化模型，结合北斗定位装置，对设备、巡检点、缺陷、隐患、危险点及工作人员位置的全景信息精确定位和三维可视化展现，建立以位置为中心的变电站全景信息模型；基于步骤（1）的变电站三维数字化模型，与SCADA系统的集成，对设备远方倒闸操作顺控步骤及状态进行精确定位、三维可视化校核；

步骤（3）、基于三维数字化模型，通过智能识别和预警对作业现场进行智能化管控；

步骤（4）、基于三维数字化模型，通过虚拟现实系统对典型生产作业及安全事故的实景预演和设备仿真培训。

2.根据权利要求1所述的基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法，其特征在于：步骤（1）中，变电站三维动态建模的具体步骤如下：

1.1、形成变电站对象基础数据库

收集不同来源的设计资料图纸资料，并将收集到的资料以变电站编码规则为主导，形成变电站对象基础数据库；

1.2、建立状态信息数据库

按照状态信息分类建立信息数据库；

1.3、根据全站布置建立基础三维模型

根据竣工图纸及厂家供货图，在三维中搭建变电站全站三维基础模型，基础模型将以变电站编码导则为对象名称，为后续形成信息化三维模型提供准备；

1.4、根据变电站设计编码建立信息化关系

建立信息化模型对象关系，将步骤1.1中的变电站对象基础数据库，步骤1.2中的信息数据库和步骤1.3中的基础三维模型形成关联关系数据库，以变电站编码为关联关系，在关联关系建立后原三维基础模型能够通过关系数据库将步骤1.1中的变电站对象基础数据库和步骤1.2中的信息数据库中的信息进行关联检索；

1.5、利用可视化交互技术实现全息全景可视化

利用三维可视化，基于三维基础模型和关联信息库实现各类信息在三维实景中的可视化展现和实时交互；

1.6、利用三维激光雷达扫描和虚拟现实系统，完成变电站1:1的三维实景精细化扫描和全息建模，结合厘米级北斗卫星精确定位，与调度自动化系统及4A系统进行实时对接，对设备、巡检点、缺陷、隐患、危险点及工作人员位置的精确定位和三维可视化展现。

3.根据权利要求2所述的基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法，其特征在于：步骤1.2中，信息数据库包括设备元器件、管道电缆、在线监测、检修运维标准信息数据库；其中，管道电缆信息数据库包括：管道及在线编码信息、材料信息、颜色信息、介质信息、空间信息；设备元器件信息数据库包括：设备编码信息、设备连接信息、电压等级信息、规格信息；线监测信息数据库包括：油色谱在线监测数据、避雷器在线监测数据、互感器在线监测数据、GIS设备在线监测数据；检修运维标准数据库包括：设备巡检项目、标准、巡检周期。

4.根据权利要求1所述的基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法，其特征在于：步骤（2）中，倒闸操作的精确定位和三维模拟的具体过程如下：

2.1、采集设备动作信息

2.2、精细化建模，设计和校对设备模型分合动作动画

2.3、建立模型与设备动作遥信信号关系

建立设备模型与SCADA设备分合遥信信号的关系数据库；三维实景建模系统内变电站设备状态通过调度自动化“四遥信号”实时对应改变，对现场设备远端模拟可视化的同时三维实景建模系统通过运算自动识别站内带电设备，为现场智能作业管控提供数据支撑；

2.4、倒闸操作过程模拟

通过与调度系统预令对接并生成信号序列，系统接收到分合信号后，通过查询与设备模型的关联关系，对顺控倒闸操作过程中各步骤对应设备的位置智能进行识别和定位，并进行分合动作模拟；

通过三维数字化模型与SCADA系统的集成，对设备精细化建模及动作情况进行实时、三维模拟，对设备远方倒闸操作程序化操作步骤及状态进行精确定位、三维可视化校核；同时三维实景建模系统通过与调度自动化系统数据交互，实施检核，使得正常情况下三维实景建模系统内设备状态与实际设备状态一致；

三维实景建模系统通过断路器、隔离开关和接地开关的位置状态，自动识别设备带电情况，并以不同颜色区分，同时与北斗差分精确定位系统配合，完成人体与带电设备距离测算，自动告警功能，辅助现场作业管控。

5.根据权利要求1所述的基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法，其特征在于：步骤（3）中，作业预案三维预演方法具体如下：

3.1、安措工具建模

将所有安措所用的工器具建模，工具包括围栏、红幔布、工作牌、警示牌、警示；

3.2、通过三维可视化模拟安全布置

3.3、通过三维可视化进行危险点、风险模拟分析，通过点交互实现定位并建立危险点、风险三维标识；

3.4、所有安措模型、危险点位置添加好之后，利用坐标系转换算法模型得到安措模型、危险点的实际定位坐标并存入现场作业信息库，为现场安全作业建立数据基础。

6.根据权利要求1所述的基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法，其特征在于：步骤（3）中，现场安全区域及措施的智能识别和预警方法按以下进行：

将可穿戴设备与作业预演信息库对接，获取危险点、安措信息的位置信息获取；计算可穿戴设备坐标与危险点、安措、带电设备的坐标的距离；作业人员靠经危险点时，通过可穿戴设备进行预警；作业人员靠近安措点时，实现远方可视化监督；作业人员靠经带电设备时，通过安全距离判断比对，对作业人员进行提醒。

7.根据权利要求1所述的基于三维动态建模的变电站现场作业管控方法，其特征在于：步骤（4）中，对典型生产作业及安全事故的实景预演和设备仿真培训按以下进行：

4.1、采集典型作业案例、安全事故信息和典型设备的信息，信息包括文件、图像、视频信息；

4.2、建模

对典型作业和安全事故内容分解，对预演过程中涉及的人员行为、工器具、设备进行建模工作；对典型设备结构进行精细化建模；

4.3、实景动画模拟

通过三维交互实现典型作业、安全事故在三维场景中的全程可视化模拟，并将模拟数据并存入典型数据库；对典型设备进行拆解和复装交互；

4.4、虚拟现实效果处理，使得图形效果在虚拟现实设备中得以展现；

4.5、现场作业实时管控

采集入站作业人员图像信息，自动比对“两种人”管理系统人员台账；自动读取4A系统工作票关键信息，自动定位作业地点，作业范围非五防类锁具在计划时间段自动开锁授权，通过北斗定位功能，在三维模拟场景中实时展现作业人员位置及活动轨迹。

8.一种基于三维动态建模的变电站现场作业管控系统，其特征在于：包括三维可视化平台，三维可视化平台包括控制器和与控制器连接的存储单元和显示单元，控制器还与三维激光扫描仪、SCADA系统、北斗定位装置、网联网装置和安全预警装置连接；其中：

控制器采集三维激光扫描仪、SCADA系统、北斗定位装置、网联网装置的信息，基于建立的变电站三维数字化模型，结合北斗定位装置，对设备、巡检点、缺陷、隐患、危险点及工作人员位置的全景信息精确定位和三维可视化展现，建立以位置为中心的变电站全景信息模型；基于的变电站三维数字化模型，与SCADA系统的集成，对设备远方倒闸操作顺控步骤及状态进行精确定位、三维可视化校核；基于三维数字化模型，通过智能识别和预警对作业现场进行智能化管控；通过虚拟现实系统对典型生产作业及安全事故的实景预演和设备仿真培训。

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