CN116720242A - 一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统 - Google Patents

一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统 Download PDF

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王亮
王平平
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王睿娟
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Abstract

本发明公开一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，涉及电力设备监测领域，该监测系统包括：获取模块与仿真模块连接；获取模块用于从电缆精细化管理平台实时获取电缆隧道内设备的运行数据，并将运行数据发送给仿真模块；构建模块与仿真模块连接；构建模块用于根据电缆隧道图像数据构建电缆隧道三维模型；仿真模块用于接收运行数据，将运行数据输入电缆隧道三维模型，对电缆隧道进行实时监测。本发明能够实时对电缆隧道进行监测。

Description

一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统
技术领域
本发明涉及电力设备监测领域，特别是涉及一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统。
背景技术
针对电力电缆设备，现有在线监测技术有效手段较少，电缆本体状态及通道环境监测体系尚未形成，监测装置及传感器运行不稳定，配置标准不高，应用率低，缺陷检出率低，难以满足现场应用要求。高压电缆及通道移动巡检技术应用仍处于起步阶段，体系架构尚不完善，状态感知技术手段缺失，巡检智能化水平有待提升，运检大数据接入、融合处理及分析诊断能力薄弱。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，能够实时对电缆隧道进行监测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，所述监测系统包括获取模块、构建模块和仿真模块；
所述获取模块与所述仿真模块连接；所述获取模块用于从电缆精细化管理平台实时获取电缆隧道内设备的运行数据，并将所述运行数据发送给所述仿真模块；
所述构建模块与所述仿真模块连接；所述构建模块用于根据电缆隧道图像数据构建电缆隧道三维模型；
所述仿真模块用于接收所述运行数据，将所述运行数据输入所述电缆隧道三维模型，对所述电缆隧道进行实时监测。
可选地，所述构建模块包括数据获取子模块和模型构建子模块；
所述数据获取子模块与所述模型构建子模块连接；所述数据获取子模块用于获取所述电缆隧道图像数据，并将所述电缆隧道图像数据发送给所述模型构建子模块；所述电缆隧道图像数据包括三维空间点云数据、电缆隧道的照片数据和电缆隧道的测绘数据；
所述模型构建子模块与所述仿真模块连接；所述模型构建子模块用于根据所述三维空间点云数据和所述照片数据构建电缆隧道三维模型，并将所述电缆隧道三维模型发送给所述仿真模块。
可选地，应用三维激光雷达扫描所述电缆隧道得到所述电缆隧道的三维空间点云数据。
可选地，应用相机对所述电缆隧道进行拍照得到所述电缆隧道的照片数据。
可选地，所述构建模块用于根据电缆隧道图像数据应用3DStudioMax构建电缆隧道三维模型。
可选地，所述仿真模块包括空间划分子模块、数据接入子模块和动态仿真子模块；
所述空间划分子模块与所述构建模块连接，用于将所述电缆隧道三维模型按照电缆隧道的防火区间进行划分，得到多个网格管理空间；
所述数据接入子模块与所述动态仿真子模块连接；所述数据接入子模块用于接收所述运行数据，并将所述运行数据发送给所述动态仿真子模块；
所述动态仿真子模块用于根据电缆隧道的防火区间的设备信息将所述运行数据输入对应的各网格管理空间，对所述电缆隧道进行实时监测；所述设备信息包括各防火区的电缆本体、附属设施、监测设备的档案台账信息、监测设备的读数信息、环境监控系统信息、安防系统监控信息以及状态信息。
可选地，所述动态仿真子模块包括仿真单元和报警单元；
所述报警单元与所述数据接入子模块连接；所述报警单元用于接收所述运行数据，并根据所述运行数据和对应的预设阈值范围，生成报警信息；
所述仿真单元分别与所述数据接入子模块和所述报警单元连接；所述仿真单元用于接收所述报警信息，并根据电缆隧道的防火区间的设备信息将所述运行数据和所述报警信息输入对应的各网格管理空间，对所述电缆隧道进行实时监测。
可选地，所述仿真模块为三维可视化平台。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，通过电缆精细化管理平台实时获取电缆隧道内设备的运行数据，以及构建电缆隧道三维模型，并将运行数据在电缆隧道三维模型中进行实时仿真，实时对电缆隧道进行监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明高压电缆隧道数字孪生全景监测系统构建过程示意图；
图2为本发明高压电缆隧道数字孪生全景监测系统的功能模块示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的目的是提供一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，能够实时对电缆隧道进行监测。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图2所示，本发明一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，所述监测系统包括获取模块、构建模块和仿真模块。
所述获取模块与所述仿真模块连接；所述获取模块用于从电缆精细化管理平台实时获取电缆隧道内设备的运行数据，并将所述运行数据发送给所述仿真模块。
所述构建模块与所述仿真模块连接；所述构建模块用于根据电缆隧道图像数据构建电缆隧道三维模型。
所述仿真模块用于接收所述运行数据，将所述运行数据输入所述电缆隧道三维模型，对所述电缆隧道进行实时监测。
其中，所述构建模块包括数据获取子模块和模型构建子模块。
所述数据获取子模块与所述模型构建子模块连接；所述数据获取子模块用于获取所述电缆隧道图像数据，并将所述电缆隧道图像数据发送给所述模型构建子模块；所述电缆隧道图像数据包括三维空间点云数据、电缆隧道的照片数据和电缆隧道的测绘数据。
所述模型构建子模块与所述仿真模块连接；所述模型构建子模块用于根据所述三维空间点云数据和所述照片数据构建电缆隧道三维模型，并将所述电缆隧道三维模型发送给所述仿真模块。
进一步地，应用三维激光雷达扫描所述电缆隧道得到所述电缆隧道的三维空间点云数据。应用相机对所述电缆隧道进行拍照得到所述电缆隧道的照片数据。所述构建模块用于根据电缆隧道图像数据应用3DStudioMax构建电缆隧道三维模型。所述仿真模块为三维可视化平台。
在实际应用中，所述构建模块用于电缆隧道三维模型制作，所述仿真模块利用与三维场景搭建。
所述数据获取子模块即为数字孪生电缆廊道数据采集工作，是电力数字孪生管廊管理的前置工作内容，主要是对电力电缆隧道、管廊进行三维数据采集，为建立详尽的三维数据模型做准备。
具体地，通过三维激光雷达扫描，可获取电缆隧道整个场景的三维空间点云数据。在电缆隧道三维激光扫描的同时，铭牌等细节则利用高清相机拍照的方式获取。再利用3dmax结合采集到的电缆隧道激光点云和高清相机采集的照片数据，构建整体电缆隧道三维模型，并通过三维可视化平台搭建电缆隧道三维场景。
进一步地，构建的整体电缆隧道三维模型是在3DMax软件中构建的，搭建电缆隧道三维场景时，需要将三维模型的格式进行转换，转为三维可视化平台可导入的数据格式；采用的三维可视化平台是虚幻引擎5(UnrealEntity5)平台。
本发明提供的高压电缆隧道数字孪生全景监测系统的构建过程如图1所示，具体包括任务梳理、现场踏勘、电缆隧道图像数据获取、点云数据拟合、成果粗核、三维建模、修饰纹理、导入可视化平台、关联台账、模型校核、补充采集、修改错误和提交成果。具体包括：
第一步：任务梳理；整理采集对象基础资料，梳理采集步骤，编制采集任务清单。
第二步：现场踏勘；对电缆廊道地上地下部分进行踏勘，核实采集范围，勘定采集重点及易遗漏项。
第三步：电缆隧道图像数据获取；包括拍照录像作业、激光扫描作业和地面采集作业；
其中，拍照录像作业具体为：对廊道内的采集对象进行高清拍摄采集。
激光扫描作业具体为：使用激光雷达进行点云扫描。
地面采集作业具体为：对廊道地面部分进行测量测绘作业。
第四步：点云数据拟合；将多期多块点云数据进行拼接拟合，形成完整点云成果。
第五步：成果粗核；与专责人员进行采集成果的初步核对、校验，进行初步成图。
第六步：三维建模；按照采集的基础数据进行标准化三维建模，生成通用三维格式数据模型。
第七步：修饰纹理；根据三维可视化平台要求，对模型纹理进行烘焙等处理。
第八步：导入可视化平台；将处理好的模型数据放置进入可视化平台软件。
第九步：关联台账；将模型中的对象与标准台账属性数据进行关联，并确认设备唯一ID。
第十步：模型校核；在可视化平台软件中，协同业主方电缆、隧道、通信人员进行模型校验。
第十一步：补充采集；对模型校核中发现的问题对象重新进行现场采集作业。
第十二步：修改错误；按照补充采集数据重新修改错误模型以及属性信息。
第十三步：提交成果；将修改完成的成果经业主方确认后提交，并完成作业。
作为一个具体地实施方式，所述仿真模块包括空间划分子模块、数据接入子模块和动态仿真子模块。
所述空间划分子模块与所述构建模块连接，用于将所述电缆隧道三维模型按照电缆隧道的防火区间进行划分，得到多个网格管理空间。
所述数据接入子模块与所述动态仿真子模块连接；所述数据接入子模块用于接收所述运行数据，并将所述运行数据发送给所述动态仿真子模块。
所述动态仿真子模块用于根据电缆隧道的防火区间的设备信息将所述运行数据输入对应的各网格管理空间，对所述电缆隧道进行实时监测；所述设备信息包括各防火区的电缆本体、附属设施、监测设备的档案台账信息、监测设备的读数信息、环境监控系统信息、安防系统监控信息以及状态信息。
进一步地，所述动态仿真子模块包括仿真单元和报警单元。
所述报警单元与所述数据接入子模块连接；所述报警单元用于接收所述运行数据，并根据所述运行数据和对应的预设阈值范围，生成报警信息。
所述仿真单元分别与所述数据接入子模块和所述报警单元连接；所述仿真单元用于接收所述报警信息，并根据电缆隧道的防火区间的设备信息将所述运行数据和所述报警信息输入对应的各网格管理空间，对所述电缆隧道进行实时监测。
在实际应用中，将电缆隧道三维虚拟场景划分为以防火区间为单元的各个网格管理空间，并从电缆精益化管理平台接入电缆相关的信息，在不同的级别进行不同维度的统计和展示。主要包括电缆隧道整体及各个防火分区的电缆本体及隧道内附属设施、监测设备的档案台账信息、监测读数信息、环境监控系统信息、安防系统监控信息状态信息以及各子系统相关告警信息等的展示。根据感知数据间的关联关系将不同类型数据分图层、分专题进行展示。对管廊内部设备进行部件级拆分和设备台账图属关联使设备三维模型的动作状态可以与现场设备的动作状态实时同步，实现设备状态实时动态仿真。
具体地，电缆隧道整体及各个防火分区的电缆本体及隧道内附属设施是三维模型数据；其他的数据从电缆精益化管理平台获取。感知数据包括接地电流、局部放电、光纤测温等设备监测数据以及温湿度监测、水位监测、有害气体监测、电子井盖监测、门禁监测等环境监控数据。关联关系是指接地电流和局部放电为电缆接头的监测数据，光纤测温为电缆线路的监测数据；不同类型包括上面罗列的各种类型的感知数据；分图层即不同类型的感知数据用不同的图层显示；分专题即分为设备本体监测专题和环境监控专题；部件级拆分是根据设备组成结构将设备整体三维模型拆分为由各个部件组成的三维模型；设备台账图属关联是将设备三维模型根据设备台账进行命名。不同的级别一般根据防火区间的阻燃级别将电缆隧道三维虚拟场景分为一级、二级、三级。
作为一个具体地实施方式，仿真模块用于电缆隧道的运行管理。基于全要素场景服务，从电缆精益化管理平台将电网系统设备的运行数据和监测数据、环境的监测数据、人员的实时位置和作业状态等动态数据实时映射到电缆隧道三维模型上，实现“一张图”看管廊电力管线运行环境全局和全时态。设备分析模块主要辅助运维人员进行设备状态评估和异常诊断分析。根据目前的设备监测状态对设备进行轮巡统计，具体地，目前的设备监测状态同步电缆精益化管理平台数据信息，对于设备实时监测数据出现异常情况或满足既定的预警/报警条件时，系统自动推送告警信息并在场景中进行高亮渲染或闪烁；具体地，系统以文字的形式在前端页面上显示告警信息，用户在三维场景内进行拾取/交互后显示其详细信息。进一步地，设备实时监测数据是从电缆精益化管理平台获取的，主要是设备状态相关的监测数据，而预警条件也是从电缆精益化管理平台中获取得到，各种监测数据对应的预警条件不同。
对井内及管道内的环境、土壤、设备表面的湿度、温度、有害气体含量等环境要素进行实时监测，使电缆受潮、腐蚀、虫害、损伤等巡检内容能够通过视频流方式即时展示，例如，文档里面已写是视频流，即前端页面显示视频画面的形式；以远程巡检代替下井踏勘，通过三维视频融合技术，实现三维模型与环境、人员动态即人员的视频监控影像；信息的无缝融合，实时查看变电站环境状态，环境状态包括通过三维视频融合技术，可以查看变电站中的天气状态、人员动态等环境状态。同时在安防方面对井内门禁、井盖安全等专题利用输电反外力视频对输电通道环境进行实时监视，支持通过人工视频巡视及智能视频识别手段对通道安全隐患进行识别及监视，并结合移动作业现场看护，工作人员直接到现场进行查看，提升输电通道反外力防护水平。其中，人工视频巡视即通过人工调取变电站相关的视频对变电站进行巡视；智能视频识别手段指的是对视频画面进行人工智能识别。
作为一个具体地实施方式，所述监测系统还包括远程巡检模块；在管廊内作业工作票信息与已有基础台账管理的基础上，基于巡检智能穿戴设备、电缆设备精细化三维模型和空间分析等技术，可以对检修作业全过程进行实时监测，包括人员行动识别，人员特征识别等，提高现场实际检修作业的效率，避免检修作业过程中的安全问题，实现全过程管理与智能化分析作业中存在的实时风险，智能化分析的作业预案制定。具体地，人员穿戴巡检智能设备后，可以获取到人员的实时位置和身体状态，通过空间分析可以实时计算人员与电缆设备三维模型之间的距离，超出安全距离会告警；人员身体状态有问题时也会告警。
在管理日常巡检任务的基础上，同时实现虚拟巡视功能，根据远程巡视作业计划或临时定制化计划，通过虚拟巡视对各巡视点位以设备或区域视角进行轮巡，详细展示设备或区域的详细情况以现有设备在线情况可视化出本次巡视覆盖度，生成巡视报告模板，对选取内容进行监测数据提取、可以进行智能化分析或接入分析接口得到是否存在缺陷隐患的结论，并将结果巡视报告形成文档，推送至系统即时查看界面并同步系统的作业展示列表。也可直接推送给有关人员通讯工具，可以形成巡视动画模拟过程并保存其对应视频格式进行归档管理。
本发明提供了一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，该系统在电缆隧道场景搭建的基础上，实现了电缆设备全景监视(设备总览、环境总览、安防总览)、隧道运行管理(设备状态监测、状态预测、状态告警、健康评估)和远程巡检(巡视作业管理、巡视任务管理和巡视报告管理)等功能。
相比于现有技术，本发明提供的高压电缆隧道数字孪生全景监测系统具有以下优势：
以电缆网设备数据及空间信息作为支撑，将一个个电缆网监控信息孤岛连接在一起，将多种电缆网运行状态监控系统功能整合应用，建设一个安全可靠、实时动态、深度融合的监测系统，实现电缆隧道的集中监测与控制；进而全方位开展状态监测工作，逐步实现电缆网系统的状态检修，形成全新的电缆专业运行管理模式，为电缆网高可靠性、高质量的供电提供保障，满足电网生产运行管理和指挥决策的智能运营，稳步推进专业精益化管理工作。具体包括：
(1)打破信息孤岛，实现电缆网在线监测系统和环境监测系统集中、标准的接入和控制。
(2)实现日常生产工作的指挥、调度，全面提高发展的质量和效率。
(3)优化业务流程，实现依据设备状态及生产承载能力统筹安排生产任务。
(4)实现电缆网安全风险的全过程管控。
(5)改善电缆隧道监测及运维仍处在被动管理模式的局面，实现电缆网的主设备及运行环境的在线监测。
(6)实现电缆专业各项安全生产指标的分析评估。
(7)实现对电缆设备及环境状况的科学评估及分析。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，其特征在于，所述监测系统包括获取模块、构建模块和仿真模块；
所述获取模块与所述仿真模块连接；所述获取模块用于从电缆精细化管理平台实时获取电缆隧道内设备的运行数据，并将所述运行数据发送给所述仿真模块；
所述构建模块与所述仿真模块连接；所述构建模块用于根据电缆隧道图像数据构建电缆隧道三维模型；
所述仿真模块用于接收所述运行数据，将所述运行数据输入所述电缆隧道三维模型，对所述电缆隧道进行实时监测。
2.根据权利要求1所述的高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，其特征在于，所述构建模块包括数据获取子模块和模型构建子模块；
所述数据获取子模块与所述模型构建子模块连接；所述数据获取子模块用于获取所述电缆隧道图像数据，并将所述电缆隧道图像数据发送给所述模型构建子模块；所述电缆隧道图像数据包括三维空间点云数据、电缆隧道的照片数据和电缆隧道的测绘数据；
所述模型构建子模块与所述仿真模块连接；所述模型构建子模块用于根据所述三维空间点云数据和所述照片数据构建电缆隧道三维模型，并将所述电缆隧道三维模型发送给所述仿真模块。
3.根据权利要求2所述的高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，其特征在于，应用三维激光雷达扫描所述电缆隧道得到所述电缆隧道的三维空间点云数据。
4.根据权利要求3所述的高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，其特征在于，应用相机对所述电缆隧道进行拍照得到所述电缆隧道的照片数据。
5.根据权利要求1所述的高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，其特征在于，所述构建模块用于根据电缆隧道图像数据应用3DStudioMax构建电缆隧道三维模型。
6.根据权利要求1所述的高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，其特征在于，所述仿真模块包括空间划分子模块、数据接入子模块和动态仿真子模块；
所述空间划分子模块与所述构建模块连接，用于将所述电缆隧道三维模型按照电缆隧道的防火区间进行划分，得到多个网格管理空间；
所述数据接入子模块与所述动态仿真子模块连接；所述数据接入子模块用于接收所述运行数据，并将所述运行数据发送给所述动态仿真子模块；
所述动态仿真子模块用于根据电缆隧道的防火区间的设备信息将所述运行数据输入对应的各网格管理空间，对所述电缆隧道进行实时监测；所述设备信息包括各防火区的电缆本体、附属设施、监测设备的档案台账信息、监测设备的读数信息、环境监控系统信息、安防系统监控信息以及状态信息。
7.根据权利要求6所述的高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，其特征在于，所述动态仿真子模块包括仿真单元和报警单元；
所述报警单元与所述数据接入子模块连接；所述报警单元用于接收所述运行数据，并根据所述运行数据和对应的预设阈值范围，生成报警信息；
所述仿真单元分别与所述数据接入子模块和所述报警单元连接；所述仿真单元用于接收所述报警信息，并根据电缆隧道的防火区间的设备信息将所述运行数据和所述报警信息输入对应的各网格管理空间，对所述电缆隧道进行实时监测。
8.根据权利要求1所述的高压电缆隧道数字孪生全景监测系统，其特征在于，所述仿真模块为三维可视化平台。
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