CN117173373A - 一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，采集输变电设备的运行信息，并从所述运行信息中提取出所述输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息；步骤2，将步骤1中采集到的各类信息进行预处理，以实现所述各类信息在时间基准和空间基准上的统一；步骤3，采用符号化数据对步骤2中经过预处理后的各类信息进行二维或三维空间内的可视化表达，以实现所述输变电设备全要素的全景展示；步骤4，采用机器算法对所述输变电设备中的单个设备的运行状态、时间演变、空间演变进行分析，生成分析报告，并为所述单个设备在所述全景展示中添加数据标签。

Description

一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，更具体的，涉及基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统。

背景技术

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

通过数字孪生电网体系的构建，可建立现实电网空间到虚拟电网空间的映射，实现对现实空间中设备或系统状态的实时感知，并利用承载指令的数据回馈到设备或系统指导其决策，从而使电网运行、管理和服务由实入虚；另外，还可在虚拟空间进行电网的建模、仿真、演绎和操控，达到以虚控实的目的，从而加强电网的自我感知、自我决策和自我进化能力，支撑电网各项业务数字化运营。

目前，数字孪生电网体系的构建已经能够将全景多角度的对电网模型进行展示。但是，电网中的各类工作人员，如调度人员、运维人员、检修人员等仍然不能根据其自身需要，从孪生模型中便利的获取到电网运行过程中的分析数据。

此外，在目前的数字孪生电网体系中，用户通常是通过调阅设备资料的方式来得到各类设备的状态参数、运行信息的，而实际上，大量用户希望通过更为更为直观的可视化方式来获得这些参数信息和状态信息，并在此基础上，从整体层面上对于电网的运行状态实现深度理解，并相应的获取到调度、运维等的相关工作策略。

更进一步的，输变电设备全景展示过程中，更多的是通过三维可视化符号来实现的虚拟展示，而输变电设备的实景视频与影像中所包含的重要信息虽然能够更准确的展示电网运行状态，以及异常操作情况，但目前来说，并不存在一种能够将输变电设备的实景视频与影像中包含的重要信息融合进电网三维虚拟场景中的方法。这导致三维虚拟场景中大量重要信息的缺失，且这种缺失导致三维虚拟场景在时间或空间跨度上的运行数据、状态变更难以得到有效溯源，电网状态无法得到真实的跟踪和虚拟同步。

针对上述问题，亟需一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统，通过提取输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息，经过时间维度与空间维度上的统一校准，实现输变电设备全要素的全景展示。

本发明采用如下的技术方案。

本发明第一方面，涉及一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，方法包括以下步骤：步骤1，采集输变电设备的运行信息，并从运行信息中提取出输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息；步骤2，将步骤1中采集到的各类信息进行预处理，以实现各类信息在时间基准和空间基准上的统一；步骤3，采用符号化数据对步骤2中经过预处理后的各类信息进行二维或三维空间内的可视化表达，以实现输变电设备全要素的全景展示；步骤4，采用机器算法对输变电设备中的单个设备的运行状态、时间演变、空间演变进行分析，生成分析报告，并为单个设备在全景展示中添加数据标签。

优选的，输变电设备的运行信息至少包括输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据，以及输变电设备的实景视频与影像信息。

优选的，从运行信息中提取出所述输变电设备的空间定位信息还包括：从输变电设备的台账、巡查记录、历史状态数据中提取输变电设备的初步位置；基于输变电设备的初步位置，调用相应的输变电设备的实景视频与影像信息；从输变电设备的实景视频与影像信息中提取输变电设备的特征部位，从而实现对输变电设备的定位；将对输变电设备的定位作为输变电设备的空间定位信息。

优选的，从运行信息中提取出输变电设备的语义特征信息还包括：从输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据中提取与输变电设备相关的语义信息；采用机器学习对语义信息中的输变电设备的属性特征进行提取，从而生成语义特征信息。

优选的，从运行信息中提取出输变电设备的空间属性特征上的时态变化信息还包括：从输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据中提取出对应于输变电设备实时状态的时间；从实景视频与影像信息中提取出视频帧的时间和影像的拍摄时间。

优选的，实现各类信息在时间基准上的统一还包括：定义数字孪生底座的UTC时间，将输变电设备实时状态的时间、视频帧的时间和影像的拍摄时间与所述UTC时间进行对齐；或者，采用数字孪生底座的UTC时间对获取实景视频与影像信息的实景相机设备的设备时间进行校准。

优选的，实现各类信息在空间基准上的统一还包括：根据实景相机设备的位置、角度信息来定义实景视频与影像信息的空间属性，并将空间属性与数字孪生底座的三维空间坐标进行关联；基于所述空间属性、以及关联对实景视频与影像信息进行缩放、平移和旋转，以实现实景视频与影像信息在虚拟孪生场景中的对齐。

优选的，将空间属性与数字孪生底座的三维空间坐标进行关联还包括：采用全自动或半自动的坐标对齐方法提取出实景视频与影像信息中的特征几何结构；将实景视频与影像信息中的特征几何结构与虚拟孪生场景中的特征几何结构进行匹配；基于匹配结果生成相似变换矩阵，从而赋予实景视频与影像信息的单位尺度，并基于单位尺度在缩放实景视频与影像信息的尺度后，采用相似变换矩阵刻画空间属性与所述数字孪生底座的三维空间坐标之间的关联关系，以及基于关联关系对实景视频与影像信息的平移和旋转；从相似变换后的实景视频与影像信息中提取目标设备，并显示在虚拟孪生场景中。

优选的，符号化数据为二维或三维的可视化符号；并且，可视化符号的色相、亮度、纹理基于预处理后的空间定位信息实现变化；可视化符号为动态符号，动态标符号的颜色、形状和样式基于预处理后的各类信息中所包含的质量差异、数量等级、空间不确定性特征实现定义；可视化符号上还附属有数据标签，数据标签用于对分析报告中的参数信息进行展示，或提供分析报告在虚拟孪生场景中的获取方式。

本发明第二方面，涉及一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示系统，系统用于实现本发明第一方面中方法的步骤；并且，系统包括提取模块、统一模块、展示模块和标签模块；其中，提取模块，用于采集输变电设备的运行信息，并从运行信息中提取出输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息；统一模块，用于将提取模块中采集到的各类信息进行预处理，以实现各类信息在时间基准和空间基准上的统一；展示模块，用于采用符号化数据对统一模块中经过预处理后的各类信息进行二维或三维空间内的可视化表达，以实现输变电设备全要素的全景展示；标签模块，用于采用机器算法对输变电设备中的单个设备的运行状态、时间演变、空间演变进行分析，生成分析报告，并为单个设备在全景展示中添加数据标签。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中的一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统，通过提取输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息，经过时间维度与空间维度上的统一校准，实现输变电设备全要素的全景展示。本发明确保电网工作人员根据自身需求从电网数字孪生模型中便利的获取到电网运行过程中的分析数据，将深层次的设备属性信息以可视化方式实现全景展示，并将输变电设备的实景视频与影像中所提供的重要信息融入全景展示，极大提升了孪生设备全景展示的深度、信息的丰富程度和信息交互过程中的友好度。

本发明的有益效果还包括：

1、采用时间基准和空间基准上的统一技术，确保了预处理后的各类信息能够准确的反应电网中的真实情景，克服了数据采集过程中的时间偏差和空间偏移，保证各类信息能够良好融合至数字孪生底座中，实现全景展示的准确性、统一性和实时性。

2、方法采用了符号化数据来实现输变电设备全要素的展示，符号化数据能够从颜色、形状和样式等多种不同角度来根据各类信息进行重新定义与修改，确保可视化场景中信息的丰富度，确保了电网工作人员能够从整体层面上对于电网的运行状态实现深度理解，并相应的获取到调度、运维等的相关工作策略。

3、输变电设备的全景展示的同时，不仅能够将设备的各项参数、实时状态采用恰当的方式合理展示在全景界面中，而且能够对输变电设备的运行情况生成分析报告，这一分析报告可以跨越时间、空间，为设备的未来运行、检修、维护和调度提供有价值的建议，且这种建议也能够以数据标签的方式展示在全景界面中，方便用户的随时调取和参阅。这为各类电网工作人员提供了极大的便利，确保了工作效率，节约了人为分析或跨系统调取信息的劳动量。

4、本发明基于电网资源业务中台数字孪生底座，提供了输变电设备的全景数据展示与实景智能交互的方法步骤，解决了输变电主设备资产精益管理辅助决策的实景交互难题。同时，方法针对输变电主设备资产精益管理辅助决策的实景交互难题，基于数字孪生底座，提供了输变电主设备大数据的全景展示与分析，并在此基础上，提供了实景视频与影像同步到数字孪生底座的时空中，以实现时空基准自动统一。这种方法确保了基于实景式增强现实的输变电设备的人机智能交互，从而实现输变电设备管理过程中数字孪生数据的自适应补缺与异常校正，提升了电网业务部门的精细管理与辅助决策能力。

附图说明

图1为本发明一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法的步骤示意图；

图2为本发明一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示系统的模块构造示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，根据本发明中记载的实施例而获得的所有其它本发明中未记载的实施例，都应当属于本发明的保护范围。

图1为本发明一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法的步骤示意图。如图1所示，本发明第一方面，涉及一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，方法包括步骤1至步骤4。

步骤1，采集输变电设备的运行信息，并从运行信息中提取出输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息。

首先，本发明中的方法支持对于各类数据信息的采集和融合，从而将各种不同来源的数据内容增加至输变电设备的全景展示中。这里提及的数字孪生底座可以是建立在已有的电网资源业务中台中的相应功能。在该数字孪生底座下，可以包括数据服务平台与接口。通过数据服务平台，方法可以采集各种各样的设备信息，通过数据接口，方法也可以通过第三方的渠道来间接获得相应的设备信息。

优选的，输变电设备的运行信息至少包括输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据，以及输变电设备的实景视频与影像信息。

本发明中，输变电设备由输电设备和变电设备组成。其中，输电设备包括且不限于杆塔、输电线路等设备，而变电设备则可以包括各个层级变电站中的主要设备，例如变压器、断路器等设备。

而这些输变电设备的各类运行信息可以包括多种不同的数据内容，例如设备的运行台账信息。对于变压器来说，台账信息可以获得变压器的设备规格、型号名称、频率、额定容量、额定电压、空载损耗、短路损耗、短路阻抗、所在的变电站变电所、投运状态等参数，也可以获得检修的相关信息，如检修类型、检修内容、检修日期等等。对断路器来说，可以记录其实时的开闭状态以及状态变更的情况。对于杆塔来说，可以采集到杆塔型号、杆号、档距、海拔、经纬度等信息，以及绝缘子、拉线、防震锤等的布置情况，导线接补、地线接补的情况等等。

本发明中并不定义从台账中具体取得的数据内容，随着电网相关技术的发展，各类设备台账的格式也可能随之发生变化。但是，本发明中的方法能够将这些设备台账信息合理的采集，并根据台账中的内容来确定在三维可视化场景中具体如何应用符号化数据对这些内容进行定义和展示。

此外，巡查记录可以为输变电设备的各种巡查记录表的信息集合。电网工作人员通常会定期或不定期的对于各类输电设备、变电设备进行巡查。举例来说，对于主变压器，方法会巡检变压器的运行声音、异常气味、油温、油位、母线悬挂物、金具连接紧固程度、控制箱端子箱是否关严等内容。对断路器，巡查记录中会记载绝缘子是否存在裂纹、引线接触是否良好，分合闸指示是否准确等等。

这些巡查信息通常是以固定形式的表格来表征的，因此，方法也可以通过提取数据表中相应数据项的取值来判断某个设备中某项元件的真实状态，并在本发明后续步骤中将其反馈在相应的符号化数据上。

试验信息是指输变电设备在实际应用在电力系统前和应用的过程中所进行的各类试验的试验数据。举例来说，各类输变电设备需要进行停电检测试验、带电检测时间、例行项目试验等等。这些试验的方法、步骤、流程和采集到的具体数据内容都存在相关的行业标准。本发明中对于这些试验采集到的试验数据进行分析，以通过分析来得到试验数据中所包含的设备的参数、设备的运行信息，并能够通过其具体内容参与分析报告的生成，或者将设备参数参与到全景展示中。

在线状态与环境监测信息可以包括一些输变电设备上部署的传感器。设备在正常运行时和故障前后，通常伴有“电、声、光、化、热”等多种特征信息。因此，通过对设备不同的特征信号开展带电检测或在线监测，感知和分析设备状态，可以发现和消除很多类型的设备缺陷和隐患，进而避免设备故障及由此引发的电网安全事故。

设备预警信息，可以为各类设备自主发出的预警信息，通过这些预警信息，方法能够判断设备处于哪些风险状态或故障状态。

历史状态数据则通常通过第三方数据库或电网资源业务中台中的存储模块来获取，这些内容支持方法不仅实时的生成电网三维场景，还能够获得到历史三维场景。

输变电设备的实景视频与影像信息可以基于电厂、变电站、输电线路上设置的各种实时监控设备来获得信息。例如，通过变电站中的监控摄像头，能够采集到设备实景图像，通过分析图像中的信息，方法可以判断运维人员是否进入了危险区域、某些设备状态是否存在异常、厂站中是否出现了异物等等。在现有技术中，这类信息并不能够合理的融合到虚拟三维场景中，为输变电设备的全景展示提供相应的信息，这就导致信息不全面，孪生结果不够准确的问题。

优选的，从运行信息中提取出输变电设备的空间定位信息还包括：从输变电设备的台账、巡查记录、历史状态数据中提取输变电设备的初步位置；基于输变电设备的初步位置，调用相应的输变电设备的实景视频与影像信息；从输变电设备的实景视频与影像信息中提取输变电设备的特征部位，从而实现对输变电设备的定位；将对输变电设备的定位作为输变电设备的空间定位信息。

可以理解的是，本发明中可以通过各种方式来获得设备的在三维孪生底座中的具体位置。通过设备的台账等信息，方法可以得到设备、或设备中的某个元件位于某个变电站或某条输电线路上。然后，通过调用相应的实景视频与影像信息中的内容来得到其具体位置。

本发明中，后续会具体描述是如何从实景视频与影像信息中分离出目标设备、目标元件的。这通常可以通过图像处理手段来实现目标提取。方法也支持在目标提取的同时，将实景视频与影像信息与三维孪生场景实现映射关系，从而得到目标元件的真实三维位置。

具体来说，本发明的步骤1中可以先从实景视频与影像中提取目标，步骤2中再对目标的位置进行转换。当然，本发明也不排除其他的实施顺序，或是同步的实施顺序，只要能够实现目标的提取和目标位置的精准确认都不被排除在本发明的技术方案范围之外。

容易想到的，这些真实的三维位置还可以用来对于台账信息、巡查记录等信息中一些存在错误或缺陷的内容进行反馈，从而根据这些信息的生成时间来有选择的修改其中的错误内容。

优选的，从运行信息中提取出输变电设备的语义特征信息还包括：从输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据中提取与输变电设备相关的语义信息；采用机器学习对语义信息中的输变电设备的属性特征进行提取，从而生成语义特征信息。

本发明中，各类信息与记录中还包括大量的语义信息，这些语义信息被采集后，方法可以充分的对其中的内容进行机器学习和语义提取，从而挖掘到与设备属性相关的内容。举例来说，上文提及的各种半格式数据包括台账、巡查记录，非格式数据包括试验信息等等。根据巡检单位的不同，巡查记录的格式可能千差万别，但是通过机器学习，方法能够获得巡查记录的实际内容。如某条巡查内容为“变压器母线有无悬挂物”，通过自然语言学习的方式，方法就可以得到这条巡查内容的实际含义，如果巡查结果对应为“是”或“否”，方法就能整理出变压器母线的实际状态参数，并将其反映为相应的符号化数据。

优选的，从运行信息中提取出输变电设备的空间属性特征上的时态变化信息还包括：从输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据中提取出对应于输变电设备实时状态的时间；从实景视频与影像信息中提取出视频帧的时间和影像的拍摄时间。

可以理解的是，本发明中，大量输变电设备在运行过程中的空间位置是罕见变化的。在确定某些设备的固定位置后，方法还可以通过不同信息中所提供的设备的状态信息，按照时间顺序对其内容进行排列，最终生成设备的状态演化结果。

一实施例中，方法可以回放某个时间段内设备状态的变更过程。其他实施例中，方法也可以针对这些集成后的设备状态信息来生成完整的设备分析报告。这种方法就能够支持电网工作人员可追溯的得到设备的演进全过程，从而更好的针对设备的故障、风险、运行状态来预判未来的设备巡检策略、调度策略、停运或投用策略等等。

步骤2，将步骤1中采集到的各类信息进行预处理，以实现各类信息在时间基准和空间基准上的统一。

本发明中的方法在完成了各类数据的采集和提取后，还能够将各类信息进行预处理，从而将各类信息从时间和空间上实现关联与信息对齐，以确保各类信息能够真实有效的应用至电网孪生模型中。

优选的，实现各类信息在时间基准上的统一还包括：定义数字孪生底座的UTC时间，将输变电设备实时状态的时间、视频帧的时间和影像的拍摄时间与UTC时间进行对齐；或者，采用数字孪生底座的UTC时间对获取实景视频与影像信息的实景相机设备的设备时间进行校准。

本发明中，UTC时间可以为电网资源业务中台上的系统时间，数字孪生底座可以根据该时间来生成。而其他的数据来源设备或者数据采集设备则需要通过这种方式来实现数据内容的对齐或是根本设备时间的对齐。

优选的，实现各类信息在空间基准上的统一还包括：根据实景相机设备的位置、角度信息来定义实景视频与影像信息的空间属性，并将空间属性与数字孪生底座的三维空间坐标进行关联；基于空间属性、以及关联对实景视频与影像信息进行缩放、平移和旋转，以实现实景视频与影像信息在虚拟孪生场景中的对齐。

本发明一实施例中，方法难以通过其他方式来得到设备的空间准确位置，因此，本发明中对设备空间位置的对齐主要是通过实景视频与影像这一数据内容来实现的。

总的来说，方法可以采集实景相机的具体位置和当前角度，并得到实景视频与影像的位置，也就是前文中提及的空间属性。当然，本发明中实景相机的位置和角度并不一定是通过采集相机的参数得到的，也可以是通过视频帧或图像的信息标定来完成。

优选的，将空间属性与数字孪生底座的三维空间坐标进行关联还包括：采用全自动或半自动的坐标对齐方法提取出实景视频与影像信息中的特征几何结构；将实景视频与影像信息中的特征几何结构与虚拟孪生场景中的特征几何结构进行匹配；基于匹配结果生成相似变换矩阵，从而赋予实景视频与影像信息的单位尺度，并基于单位尺度在缩放实景视频与影像信息的尺度后，采用相似变换矩阵刻画空间属性与数字孪生底座的三维空间坐标之间的关联关系，以及基于关联关系对实景视频与影像信息的平移和旋转；从相似变换后的实景视频与影像信息中提取目标设备，并显示在虚拟孪生场景中。

本发明中，全自动或半自动的坐标对齐方法能够实现空间属性的获得。

本发明一实施例中，半自动的坐标对齐方法为利用事先在拍摄场景里摆放的3个及以上的标志物，根据标志物在实景场景与虚拟场景里的各自三维坐标，利用空间坐标变换原理求解出相应的坐标变换矩阵，实现实景场景和虚拟场景的对齐配准。

本发明又一实施例中，全自动的坐标对齐方法为首先对拍摄的实景视频/影像序列进行三维重建，并对重建的三维场景进行结构分析，提取出特征边、特征曲线和曲面等几何结构特征。然后，对虚拟场景同样进行结构分析，提取出特征边、特征曲线和曲面等特征几何结构，并利用特征匹配方法，将提取的实景中的特征几何结构与虚拟场景中的特征几何结构进行匹配。最后，再根据匹配得到同名几何结构，进行实景与虚拟孪生场景之间对应关系的求解，从而实现实景视频与影像和电网中台数字孪生底座的对齐配准。

同样的，如前文所述，对于实景相机拍摄的输变电设备的实时视频或影像，可利用计算机视觉与摄影测量的相关理论和方法，实现基于实景视频与影像的目标特征自动提取与几何信息实时量测。举例来说，方法支持利用SIFT、SURF等特征提取方法，对实景视频与影像进行特征点的提取。

采用现有技术中的多目视觉分析方法，多个图像采集设备采集到的视频或图像，也能够对相应的目标进行综合分析，得到图像中目标的深度信息、角度信息，以助于更精准的判定目标的三维位置。

方法支持基于场景空间关系等约束，实现数字孪生底座中同名特征点的匹配寻找，进而基于单像空间后方交会或直接线性变换方法，计算出实景视频与影像所对应相机的内外方位参数解算。

方法可利用图像模式识别方法，事先制作输变电设备特定部位的实景影像模板，以实现实景视频与影像中这些特点部位的快速定位，及其几何特征(点、线、面)进行周期性的定时自动提取，再基于多视摄影测量原理，即实现这些重要部位的几何信息周期性自动解算。

但根据应用需求，可实现两种模式的几何信息量测：一是输变电设备上特定部位的周期性几何量测，二是输变电设备上任意部位的实时按需几何量测。

对于实时量测需求，则采用特征自动提取与人机交互相结合的半自动量测模式，对于操作人员所指定的设备区域，进行特征点自动提取、多视同名点匹配及三维空间坐标自动计算，进而实现所指定区域的几何信息实时按需获取。

步骤3，采用符号化数据对步骤2中经过预处理后的各类信息进行二维或三维空间内的可视化表达，以实现输变电设备全要素的全景展示。

本发明方法在统一各类信息的时间和空间基准后，就可以想办法将各类信息以尽量多、尽量全面且简约的方式实现在全景界面上的直接展示。

目前，电网三维孪生场景已经能够展示大量的电厂、电站和线路上的主要信息。但是，对于包含在前述各类信息中的设备参数、设备状态、下级元件等内容，目前的三维孪生场景并不能将其中重要的内容一一展示在全景界面中。如果电网工作人员需要一一调用的方式来查阅，一方面信息量巨大，导致工作人员难以记住，另一方面，也不能直观且综合的判断读取全网的各类状态，导致了实际工作中的障碍。

因此，本发明采用了一种符号化数据来实现更加丰富内容的全景展示。

优选的，符号化数据为二维或三维的可视化符号；并且，可视化符号的色相、亮度、纹理基于预处理后的空间定位信息实现变化；可视化符号为动态符号，动态标符号的颜色、形状和样式基于预处理后的各类信息中所包含的质量差异、数量等级、空间不确定性特征实现定义；可视化符号上还附属有数据标签，数据标签用于对分析报告中的参数信息进行展示，或提供分析报告在虚拟孪生场景中的获取方式。

举例来说，某条输电线路实时输电潮流的大小和方向是会变化的，这导致了输电线路这一元件在某个参数上数量等级的不同。因此，对应于该输电线路的可视化符号的内容也可以是不同的，例如符号的颜色、形状、样式等可以随之变化，从而更直观的显示差异。当然，方法也支持另一种表征方式，如数据标签，数据标签可以标注在线路上，实时的展示线路潮流的方向和潮流值。

类似的，根据前文提及的台账信息，举例来说，可以显示到某条线路上绝缘子的位置、编号，根据巡查记录能够得到该绝缘子的连接稳固与否，方法也可以根据这一条内容来判断绝缘子的连接质量，例如，设定绝缘子连接稳固与否的质量等级，然后采用不同颜色来表征这一质量差异。

另外，空间不确定性特征可以是通过一个或多个图像采集设备分析判断得到的设备位置。如前文所述，某些设备、元件可能只存在于单一视频或图像中，或者是根本没有被监控设备采集到，那么这些元件的位置信息可能并不足够准确。为此，方法也可以采用不同的可视化手段来表征元件的空间不确定性。

面向电网设备部门的规划、分析、运维和管理等业务人员，多形态的人机智能交互是实现电网中台数字孪生底座友好服务的关键。本方法能够引入先进的增强现实和智能交互技术，使业务操作人员获得高信息量、全方位的友好交互体验。例如，方法充分利用先进的地理信息引擎和可视化渲染和虚拟现实技术，实时、同步、直观展示电网输变电主设备的各类状态信息，为人机交互提供必须的各种信息支持。

另外，方法利用基于视频几何重建与环境映照对齐的视频增强现实技术，对输变电设备的各类预想故障或需调整的部件虚拟增加到实景视频中，达到虚拟物体与现实实景视频场景的虚实无缝结合，实现多种区域空间、不同运行场景和不同时间尺度的人、机、物、数的虚实融合与可视化交互，方便设备运维管理等业务人员与电网中台数字孪生底座进行智能信息交互与组态模拟推演，提高其对电网设备运行特性的直观认知与调控能力。

具体来说，方法还可以通过动画技术加强静态信息特征的视觉感受，使用符号的色相、亮度、纹理的变化来突出描述空间定位，使用动态符号对地物的质量差异、数量等级、空间数据的不确定性特征进行可视化表达。

基于时态变化信息，方法可以确保动态符号在动态特征可视化上的真正实现，使用动态符号可对历史过程的再现、同步过程的实时跟踪监控等表现动态变化的信息进行可视化表达。

步骤4，采用机器算法对输变电设备中的单个设备的运行状态、时间演变、空间演变进行分析，生成分析报告，并为单个设备在全景展示中添加数据标签。

在生成全景界面后，方法还支持根据后台数据来得到分析报告。本发明中，不限制分析报告的来源，可以是从第三方数据平台接入的，也可以是电网资源业务中台上生成的。

方法支持基于设备的多元化运行信息，利用相关大数据分析理论和技术(聚类、关联、分类、预测等经典模式挖掘算法，机器学习、数据挖掘等新型智能数据分析算法)，对设备的运行状态及演变过程进行可视化分析，以形成分析报表、设备状态标签等各类数据产品。

目前，大量的分析报告单独存在，需要相关人员登录不同的平台来调阅。而本发明的方法将这些分析报告与全景界面中某个或某些设备一一对应，从而从设备角度来提供分析报告的调用与展示。

此外，方法也支持对数据分析结果进行校核，并将已校核的准确信息录入数据库，完成对输变电设备管理过程中数字孪生数据自适应补缺与异常校正，为电力设备的安全运行和维护管理提供数据支撑。

图2为本发明一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示系统的模块构造示意图。如图2所示，本发明第二方面，涉及一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示系统，系统用于实现本发明第一方面中方法的步骤；并且，系统包括提取模块、统一模块、展示模块和标签模块；其中，提取模块，用于采集输变电设备的运行信息，并从运行信息中提取出所述输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息；统一模块，用于将提取模块中采集到的各类信息进行预处理，以实现各类信息在时间基准和空间基准上的统一；展示模块，用于采用符号化数据对统一模块中经过预处理后的各类信息进行二维或三维空间内的可视化表达，以实现输变电设备全要素的全景展示；标签模块，用于采用机器算法对输变电设备中的单个设备的运行状态、时间演变、空间演变进行分析，生成分析报告，并为单个设备在全景展示中添加数据标签。

可以理解的是，基于数字孪生底座的输变电设备全景展示系统为了实现上述本申请实施例提供的方法中的各功能，包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本申请实施例可以根据上述方法示例对基于数字孪生底座的输变电设备全景展示系统进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

系统可以由一个或多个数据处理装置通信连接实现。装置包括至少一个处理器，总线系统以及至少一个通信接口。处理器由中央处理器、现场可编程逻辑门阵列、专用集成电路或其他硬件构成。存储器为只读存储器、随机存取存储器等构成。存储器可以是独立存在，通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。硬盘可以为机械盘或固态硬盘等。本发明实施例对此不作限定。上述实施例通常通过软件、硬件来实现。当使用软件程序实现时，可以以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。

在计算机上加载和执行计算机程序指令时，按照本发明中实施例所提供的流程来实现相应的功能。其中涉及的计算机程序指令可以是汇编指令、机器指令或者以编程语言实现编写的代码等等。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，采集输变电设备的运行信息，并从所述运行信息中提取出所述输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息；

步骤2，将步骤1中采集到的各类信息进行预处理，以实现所述各类信息在时间基准和空间基准上的统一；

步骤3，采用符号化数据对步骤2中经过预处理后的各类信息进行二维或三维空间内的可视化表达，以实现所述输变电设备全要素的全景展示；

步骤4，采用机器算法对所述输变电设备中的单个设备的运行状态、时间演变、空间演变进行分析，生成分析报告，并为所述单个设备在所述全景展示中添加数据标签。

2.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，其特征在于：

所述输变电设备的运行信息至少包括所述输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据，以及所述输变电设备的实景视频与影像信息。

3.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，其特征在于：

从所述运行信息中提取出所述输变电设备的空间定位信息还包括：

从所述输变电设备的台账、巡查记录、历史状态数据中提取所述输变电设备的初步位置；

基于所述输变电设备的初步位置，调用相应的所述输变电设备的实景视频与影像信息；

从所述输变电设备的实景视频与影像信息中提取所述输变电设备的特征部位，从而实现对所述输变电设备的定位；

将对所述输变电设备的定位作为所述输变电设备的空间定位信息。

4.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，其特征在于：

从所述运行信息中提取出所述输变电设备的语义特征信息还包括：

从所述输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据中提取与所述输变电设备相关的语义信息；

采用机器学习对所述语义信息中的所述输变电设备的属性特征进行提取，从而生成所述语义特征信息。

5.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，其特征在于：

从所述运行信息中提取出所述输变电设备的空间属性特征上的时态变化信息还包括：

从所述输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据中提取出对应于所述输变电设备实时状态的时间；

从所述实景视频与影像信息中提取出视频帧的时间和影像的拍摄时间。

6.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，其特征在于：

实现所述各类信息在时间基准上的统一还包括：

定义所述数字孪生底座的UTC时间，将所述输变电设备实时状态的时间、视频帧的时间和影像的拍摄时间与所述UTC时间进行对齐；

或者，采用所述数字孪生底座的UTC时间对获取所述实景视频与影像信息的实景相机设备的设备时间进行校准。

7.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，其特征在于：

实现所述各类信息在空间基准上的统一还包括：

根据实景相机设备的位置、角度信息来定义所述实景视频与影像信息的空间属性，并将所述空间属性与所述数字孪生底座的三维空间坐标进行关联；

基于所述空间属性、以及所述关联对所述实景视频与影像信息进行缩放、平移和旋转，以实现所述实景视频与影像信息在虚拟孪生场景中的对齐。

8.根据权利要求7中所述的一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，其特征在于：

所述将所述空间属性与所述数字孪生底座的三维空间坐标进行关联还包括：

采用全自动或半自动的坐标对齐方法提取出所述实景视频与影像信息中的特征几何结构；

将所述实景视频与影像信息中的特征几何结构与所述虚拟孪生场景中的特征几何结构进行匹配；

基于匹配结果生成相似变换矩阵，从而赋予所述实景视频与影像信息的单位尺度，并基于所述单位尺度在缩放所述实景视频与影像信息的尺度后，采用相似变换矩阵刻画所述空间属性与所述数字孪生底座的三维空间坐标之间的关联关系，以及基于所述关联关系对所述实景视频与影像信息的平移和旋转；

从相似变换后的所述实景视频与影像信息中提取目标设备，并显示在所述虚拟孪生场景中。

9.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，其特征在于：

所述符号化数据为二维或三维的可视化符号；并且，

所述可视化符号的色相、亮度、纹理基于预处理后的所述空间定位信息实现变化；

所述可视化符号为动态符号，所述动态标符号的颜色、形状和样式基于所述预处理后的各类信息中所包含的质量差异、数量等级、空间不确定性特征实现定义；

所述可视化符号上还附属有数据标签，所述数据标签用于对所述分析报告中的参数信息进行展示，或提供所述分析报告在虚拟孪生场景中的获取方式。

10.一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示系统，其特征在于：

所述系统用于实现权利要求1-9任一项中所述方法的步骤；并且，

所述系统包括提取模块、统一模块、展示模块和标签模块；其中，

所述提取模块，用于采集输变电设备的运行信息，并从所述运行信息中提取出所述输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息；

所述统一模块，用于将所述提取模块中采集到的各类信息进行预处理，以实现所述各类信息在时间基准和空间基准上的统一；

所述展示模块，用于采用符号化数据对所述统一模块中经过预处理后的各类信息进行二维或三维空间内的可视化表达，以实现所述输变电设备全要素的全景展示；

所述标签模块，用于采用机器算法对所述输变电设备中的单个设备的运行状态、时间演变、空间演变进行分析，生成分析报告，并为所述单个设备在所述全景展示中添加数据标签。