CN112287497A - 基于osg的三维电网潮流图可视化方法 - Google Patents

基于osg的三维电网潮流图可视化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于OSG的三维电网潮流图可视化方法，包括三维电力模型的生成、三维电网潮流图的搭建和与三维电网潮流图的交互三部分内容。本发明通过OSG三维图形引擎对三维厂站分布模型进行加载，对实际电网潮流图中厂站分布进行模拟，直观地展示厂站的空间分布信息，使调度人员能够一目了然掌握全局潮流图信息。通过改变厂站模型的渲染状态或加载不同的动画特效形象展示厂站实时信息，通过绘制附加动态纹理的线路形象展示电网潮流信息，改善了传统二维图元展示信息片面、单一的问题。通过键盘、鼠标事件实现和三维电网潮流图内部厂站或线路的人机交互，为调度人员提供浸入式地人机交互体验，提高电网智能化水平。

Description

基于OSG的三维电网潮流图可视化方法
技术领域
本发明涉及电力系统图形展示(可视化)技术，尤其涉及一种基于OSG的三维电网潮流图可视化方法。
背景技术
电网潮流图是电网监控调度系统中实时反映电网运行状态的实时画面，在该画面中集中展示了电网中厂站、线路的分布、潮流的跑动、线路负载、发电机有功出力、变电器负载等电网实时运行信息，是电力系统图形展示系统中辅助调度人员对电网进行实时监控分析的重要画面。
现有电网潮流图，局限于二维图元展示方式，只能通过颜色，形状，数字等方式来展示电网信息，这些展示方式单调，缺乏辨识度。并且很多电网信息在同一个图元中进行集成，导致图元设计复杂，图元展示不够直观形象，需要调度人员耗费一定的学习成本才能准确掌握电网潮流图中各类符号的准确含义，在人机交互友好性方面表现力差。此外，对于电网运行中实时信息的展示，二维的饼图，柱状图，热力图，跑动箭头等展示方式，受限于维度的局限性，无法在空间维度上对电网信息进行展示。而三维电网潮流图中的可视化展示方式，一方面对二维图表的展示方式提升了一个维度，使画面的展示内容变的更加直观形象，另一方面提供了更丰富的动画展示特效，为实现时间、空间等多模态下的电网全景监控展示提供了可能性。
OpenSceneGraph(简称OSG)是基于工业标准OpenGL的开源三维图形引擎，主要为图形图像应用程序的开发提供场景管理和图形渲染优化功能，能够便捷快速地创建高性能、跨平台的三维图形程序，进行场景的仿真模拟，并提供一系列便捷的接口实现人机交互服务。
利用三维图形引擎对电网潮流图进行仿真模拟，实现输电线路智能化、精细化管理，实现电网线路数字化建设，为电网监控提供真实直观的场景画面，便于调度人员进行分析决策。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于OSG的三维电网潮流图可视化方法，通过三维的电力模型代替二维图元，有效提升电网潮流图中各类电网对象的辨识度，通过改变电力模型的渲染属性或加载动画特效对潮流图中电网对象的实时监控信息进行可视化。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于OSG的三维电网潮流图可视化方法，包括步骤：
(1)构建三维厂站分布模型；
(2)利用OSG三维图形引擎加载三维厂站分布模型，生成三维电网潮流图；
(3)利用OSG的事件响应机制和漫游器设计人机交互事件，实现对三维电网潮流图的操作。
进一步地，所述步骤(2)又包括：
(2.1)使用OSG三维图形引擎加载三维厂站分布模型，读取实时厂站监控数据，对三维电网潮流图中的厂站实时信息进行可视化；
(2.2)使用OSG三维图形引擎加载三维厂站分布模型，读取实时线路监控数据，对三维电网潮流图中的线路实时信息进行可视化。
进一步地，所述步骤(2.1)又包括：
(2.1.1)读取厂站负载信息，在三维厂站分布模型上添加不同颜色的纹理进行渲染，标识厂站的负载信息，对厂站负载信息进行可视化展示；
(2.1.2)读取厂站上下行信息，在三维厂站分布模型周围加载上行或下行的动画特效，标识厂站的上下行信息，对厂站上下行信息进行可视化展示；
(2.1.3)读取厂站告警信息，在三维厂站分布模型上添加告警标志牌，标识厂站的告警信息，对厂站告警信息进行可视化展示。
进一步地，所述步骤(2.2)又包括：
(2.2.1)使用OSG三维引擎中自带圆柱几何体标识线路，圆柱几何体两端连接不同的厂站标识线路的起始和结束，圆柱几何体半径标识线路潮流大小；
(2.2.2)在圆柱体上添加由起始厂站指向终止厂站的gif格式的动态纹理，标识三维电网潮流图中线路潮流方向。
进一步地，所述步骤(1)又包括：
(1.1)通过三维建模软件制作基本电力厂站的三维模型；
(1.2)在三维建模软件中导入SVG格式的地图文件，并进行缩放，移动，网格化，挤出等操作，生成三维地图模型；
(1.3)根据厂站的相对位置信息，在三维地图模型上的相应位置添加基本电力厂站的三维模型，生成三维厂站分布模型。
进一步地，所述步骤(3)又包括：
(3.1)利用OSG的事件响应机制，设置鼠标键盘事件，控制对三维电网潮流图的旋转，缩放，移动；
(3.2)利用OSG的事件响应机制，设置点选操作事件，控制鼠标对三维场景内部的厂站或线路进行交互操作；
(3.3)利用OSG的漫游器，设置相机事件，控制相机定位三维电网潮流图中某一厂站或线路；
(3.4)利用OSG的漫游器，更改相机位置，实现在三维电网潮流场景内的自动巡航漫游。
有益效果：本发明通过OSG三维图形引擎对外部的三维电力厂站模型进行加载，对实际电网潮流图中厂站分布进行模拟，直观地展示厂站的空间分布信息。通过对厂站模型颜色属性的动态渲染实时展示潮流图中厂站的负载变化，通过在厂站周围加载不同的动画，形象地展示潮流图中的告警信息以及厂站中变电站上下行信息。通过OSG实时绘制厂站之间线路分布，并结合线路上纹理的颜色和动画效果，直观形象地展示潮流跑动状况。
本发明将潮流图中的关键综合信息，通过生动形象的三维模型进行可视化展示，改善了传统二维图元可视化展示信息片面、单一的问题，使电网调度人员能够在电网控制系统中一目了然掌握各个厂站内运行状态，以及线路之间的潮流跑动状况。并且通过提供和三维场景中厂站线路进行人机交互接口，给调度人员带来浸入式的人机交互体验，提高电网智能化水平。
本发明可以有效节约用户的学习成本，增强用户的视觉体验；一定程度上满足调度机构在时间、空间等多模态下对电网运行状态进行全局高效监控的需求。
附图说明
图1是本发明所述的基于OSG的三维电网潮流图可视化方法的系统结构图；
图2是构造三维厂站分布模型的流程图；
图3是生成三维电网潮流图的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述的基于OSG的三维电网潮流图可视化方法，包括步骤：
步骤1：通过三维建模软件Blender制作基本电力三维厂站分布模型，具体流程如图2所示，其中包括：
步骤1.1：通过三维建模软件Blender制作电网潮流图中基本电力对象的三维模型，如变电站模型、发电厂模型等，保存为mtl+obj文件，其中，mtl文件存储模型的材质信息，obj文件存储模型的几何信息。
步骤1.2：在三维建模软件Blender中导入SVG格式的地图文件，对地图进行缩放、移动操作，将地图移动到场景中心，并保持合适的大小。然后通过网格化操作，将地图上曲线填充为几何体，最后通过挤出操作，将二维的地图在Z轴方向上延伸，生成三维地图模型。
步骤1.3：在三维地图模型上，根据厂站的相对位置信息，在三维地图模型上的相应位置添加变电站、发电厂等厂站模型，生成三维厂站分布模型，保存为mtl+obj格式的三维厂站分布模型文件输出。
步骤2：使用OSG三维图形引擎加载三维厂站分布模型，读取实时厂站监控数据，根据厂站的实时监控信息对三维厂站模型进行渲染，或在三维厂站模型的周围加载不同的动画特效展示相关电力信息，对三维电网潮流图中的厂站实时信息进行可视化。
具体流程如图3左半部分所示，其中包括：
步骤2.1：读取厂站负载信息，根据厂站负载的状态，在三维厂站模型上添加不同颜色的纹理进行渲染，标识厂站的负载状态，对厂站负载进行可视化展示。其中，贴有绿色纹理的厂站表示正常负载，贴有蓝色纹理的厂站表示负载过低状态，贴有红色纹理的厂站表示负载过高状态。
步骤2.2：读取厂站上下行信息，在三维厂站模型周围添加上行或下行的动画特效，标识厂站的上下行状态，对厂站上下行信息进行可视化展示。其中，上行或下行的动画特效可以通过Blender三维建模软件进行制作，保存为fbx格式文件，并使用OSG三维图形引擎进行加载。
其中，首先通过厂站的名称，获取该厂站中心点在三维电网潮流图中的位置，然后使用OSG读取fbx格式的上行或下行动画特效，在厂站中心点位置上加载动画模型，展示厂站上下行信息。
步骤2.3：读取厂站告警信息，根据实时告警信息，在三维厂站分布模型中定位到对应的厂站，在厂站上方添加旋转的告警标志牌，标识厂站告警信息，对实时告警信息进行可视化展示。
其中，带旋转特效的告警标志牌可以通过blender三维建模软件进行制作，保存为fbx格式文件，并可在三维电网潮流图中加载。具体加载过程包括，首先获取有告警信息的厂站的名称，计算该厂站模型的球状包围盒信息，包括球状包围盒的中心点坐标以及半径。球状包围盒中心点坐标的xy轴坐标不变，z轴坐标加上包围盒半径作为告警标志牌的坐标。在该位置上加载fbx格式的旋转告警标志牌，对厂站的告警信息进行可视化。
步骤3：使用OSG三维图形引擎加载三维厂站分布模型，读取实时线路监控数据，根据潮流线路信息，在三维厂站分布模型上使用OSG三维图形引擎绘制圆柱几何体代表线路，动态纹理表示潮流跑动的方向，对三维电网潮流图中的线路实时信息进行可视化。
具体流程如图3右半部分所示，其中包括：
步骤3.1：根据潮流线路信息，使用OSG三维引擎中自带圆柱几何体标识线路，其中圆柱几何体两端连接不同的厂站标识线路的起始和结束，圆柱几何体半径标识线路潮流大小；
步骤3.2：在标识线路的圆柱几何体上添加从由起始厂站指向终止厂站的gif格式的动态纹理，对标识线路的圆柱进行渲染，代表三维电网潮流图中线路上的潮流跑动信息。
如图3所示，结合步骤2和3生成三维电网潮流图，利用OSG的事件响应机制与三维电网潮流图进行人机交互。
步骤4：利用OSG的事件响应机制和漫游器，设计人机交互事件，实现对三维电网潮流图的操作。其中包括：
步骤4.1：利用OSG的事件响应机制，设置鼠标、键盘事件，控制对三维电网潮流图的旋转，缩放，移动。通过键盘上W、S、A、D键实现对三维电网潮流图向上、下、左、右四个方向的旋转。通过鼠标的滚轮事件，实现对三维电网潮流图的放大和缩小。通过鼠标的左键长按事件，实现对三维电网潮流图的移动拖拽。
步骤4.2：利用OSG的事件响应机制，设置点选操作事件，控制鼠标可以对三维场景内部的厂站或线路进行交互操作。具体地，通过鼠标的右键点击事件，实现对三维电网潮流图内部厂站或线路的点选及取消点选。
步骤4.3：通过OSG漫游器，设置相机事件，控制相机能够移动到三维电网潮流图中某一厂站或线路正上方，实现对三维电网潮流图内部厂站或线路的定位。具体实现包括首先外部传入需要定位的厂站或线路的名称，然后OSG通过NodeVisitor(节点访问器)遍历场景内节点查询相应的厂站或线路节点，获取该厂站或线路在场景内坐标，最后相机移动到潮流图中该节点正上方，实现对厂站或线路的定位。
步骤4.4：通过OSG漫游器，自动更改相机位置实现在三维电网潮流图内巡航漫游。首先获取漫游路径，通过鼠标双击事件，获取鼠标和三维场景内交点，存储交点的坐标信息到.path文件。然后OSG设置键盘交互事件，点击键盘中F键读取.path文件，OSG相机按照.path文件的坐标信息，依次移动到相应位置实现在三维场景内巡航漫游。最后点击键盘中H键，结束漫游，OSG相机回到初始位置，三维电网潮流图场景恢复初始视图。

Claims (6)

1.一种基于OSG的三维电网潮流图可视化方法，其特征在于，包括步骤：
(1)构建三维厂站分布模型；
(2)利用OSG三维图形引擎加载三维厂站分布模型，生成三维电网潮流图；
(3)利用OSG的事件响应机制和漫游器设计人机交互事件，实现对三维电网潮流图的操作。
2.根据权利要求1所述的基于OSG的三维电网潮流图可视化方法，其特征在于，所述步骤(2)又包括：
(2.1)使用OSG三维图形引擎加载三维厂站分布模型，读取实时厂站监控数据，对三维电网潮流图中的厂站实时信息进行可视化；
(2.2)使用OSG三维图形引擎加载三维厂站分布模型，读取实时线路监控数据，对三维电网潮流图中的线路实时信息进行可视化。
3.根据权利要求2所述的基于OSG的三维电网潮流图可视化方法，其特征在于，所述步骤(2.1)又包括：
(2.1.1)读取厂站负载信息，在三维厂站分布模型上添加不同颜色的纹理进行渲染，标识厂站的负载信息，对厂站负载信息进行可视化展示；
(2.1.2)读取厂站上下行信息，在三维厂站分布模型周围加载上行或下行的动画特效，标识厂站的上下行信息，对厂站上下行信息进行可视化展示；
(2.1.3)读取厂站告警信息，在三维厂站分布模型上添加告警标志牌，标识厂站的告警信息，对厂站告警信息进行可视化展示。
4.根据权利要求2所述的基于OSG的三维电网潮流图可视化方法，其特征在于，所述步骤(2.2)又包括：
(2.2.1)使用OSG三维引擎中自带圆柱几何体标识线路，圆柱几何体两端连接不同的厂站标识线路的起始和结束，圆柱几何体半径标识线路潮流大小；
(2.2.2)在圆柱体上添加由起始厂站指向终止厂站的gif格式的动态纹理，标识三维电网潮流图中线路潮流方向。
5.根据权利要求1所述的基于OSG的三维电网潮流图可视化方法，其特征在于，所述步骤(1)又包括：
(1.1)通过三维建模软件制作基本电力厂站的三维模型；
(1.2)在三维建模软件中导入SVG格式的地图文件，并进行缩放，移动，网格化，挤出等操作，生成三维地图模型；
(1.3)根据厂站的相对位置信息，在三维地图模型上的相应位置添加基本电力厂站的三维模型，生成三维厂站分布模型。
6.根据权利要求1所述的基于OSG的三维电网潮流图可视化方法，其特征在于，所述步骤(3)又包括：
(3.1)利用OSG的事件响应机制，设置鼠标键盘事件，控制对三维电网潮流图的旋转，缩放，移动；
(3.2)利用OSG的事件响应机制，设置点选操作事件，控制鼠标对三维场景内部的厂站或线路进行交互操作；
(3.3)利用OSG的漫游器，设置相机事件，控制相机定位三维电网潮流图中某一厂站或线路；
(3.4)利用OSG的漫游器，更改相机位置，实现在三维电网潮流场景内的自动巡航漫游。
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