CN117610206A - 一种通过监测数据驱动的架空线路数字孪生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种监测数据驱动的架空线路数字孪生方法，主要由架空线路监测器、汇集转发器、服务器端程序、用户端3D展示程序组成；所述的架空线路监测器包含加速度传感器、算法芯片、无线传输芯片和辅助电路，其特征是算法芯片中载有包含FFT算法，能把加速度传感器的数据提炼出频谱，再通过无线传输芯片上传给汇集转发器，再上传给服务器，服务器端保存有架空线路的3D模型，用户端3D展示程序包含驱动模型做3D动画的程序，能根据频谱数据驱动3D动画；让用户更直观地观察架空线路的姿势和状态变化。与己有技术相比，本发明的数字孪生方法更能动态实时地展示架空线路真实的运行状态，通过频谱和加速度矢量作为核心数据，效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及电力网路中使用的架空线路的数字孪生技术，特别是涉及导线、悬垂线夹、耐张线夹、绝缘子金具串、杆塔的舞动、振动、风偏的3D演示，属于电力传输监测再现的技术领域。
背景技术
架空电力线路中的导线、悬垂线夹、耐张线夹、绝缘子金具串、杆塔在运行过程中因风、雨雪外力的作用会发生振动、舞动或断线、倒塔事故，因此对这些设备设施进行监测是一个很重要的需求，传统的视频监测观察角度单一，不能全面的反应其中的关键信息，且成本较高；而通过安装各种传感器，特别是运动状态传感器是比较经济的方法，但监测的数据显示起来不直观，不形象。传统的通过大型计算机仿真计算来实现数字孪生的方法则不能反应当前电力线路的真实运动状态，也不方便用户通过移动端设备查看。随着数字孪生技术的发展，用3D的方式显示架空电力线路的各种设备设施的运动状态将成为可能。但只有把监测数据进行提炼压缩，才能具有经济性和可行性，并且需要研究出利用压缩数据高度复原运行实况的方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种通过监测数据驱动的架空线路数字孪生方法。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种通过在多个关键节点安装监测器，把监测数据特别是运动状态有关的数据提炼压缩再上传，然后再通过3D动画的方式还原展现在用户端软件中，方便用户观察的方法。
本发明采用的技术方案是：
本发明涉及一种监测驱动的架空线路数字孪生方法，包括监测器、汇集转发器、服务器端程序、3D模型数据库、用户端程序；所述的监测器覆盖了架空线路的主要运动节点，包括但不限于架空导线监测器、悬垂线夹监测器、耐张线夹监测器、绝缘子金具串监测器、杆塔监测器；所述的监测器把监测到的数据上传给附近的汇集转发器，再上传到服务器程序中保存；所述的3D模型数据库中保存有架空线路的3D模型数据，所述的用户端程序设有参数驱动型3D动画程序，能根据监测数据驱动3D模型做相对应的3D动画。
其中，所述的监测器包含加速度传感器、算法芯片、无线传输芯片和辅助电路，所述的算法芯片中载有包含FFT傅里叶快速转换算法的程序，能高效地把加速度传感器获得的数据提炼成频谱和加速度矢量信息，然后加上时间、设备id信息，通过无线传输芯片上传给附近的汇集转发器，再上传到服务器程序中保存。
其中，所述的3D模型数据库中的架空线路3D模型按运动节点做成了层级结构，所述用户端程度中的参数驱动型3D动画程序可以根据各个不同类型的监测器返回的频谱和加速度矢量信息，驱动各个模型节点做相应的3D动画，高度还原架空线路的运动实况。
其中，所述的3D动画程序包含了弹性结构和链状结构的运动衰减算法，可根据对象的弹性模量、剪切模量、密度、张力计算出监测器安装位置边上的质点的运动特征，包括但不限于频率、相位、强度、方向、轨迹，使整个架空线路的各部位的运动动画更为连贯和平滑
其中，所述的客户端程序在高度还原架空线路运动实况的同时，用户可以通过手势或鼠标改变观察角度和距离，调节模拟动画的速度，以及进行重播操作。
其中，所述的用户端程序还可以根据用户的操作，隐藏部分模型，显示模型的剖面，在屏幕上同时显示各种运动参数。
如上所述可知，具有上述特点的本发明通过监测数据驱动的架空线路数字孪生方法架空线路状态监测方法，与己有技术相比，具有的优点是：
(1)、全面、真实、形象地将架空线路的姿势和运动状态状态展示给用户，且运行用户从不同角度、距离观察细节。
(2)、采用了边缘计算的架构，数据先提炼后上传，大大减少了流量、服务器端的内存占用和运算负荷，大幅减少了系统运行成本。
(3)、采用了频率、强度和加速度矢量作为3D动画的驱动参数，既精简了程序，又能高度还原运动的特点，满足了在移动端设备上演示的需求。
附图说明
图1为本发明通过监测数据驱动的架空线路数字孪生方法的系统构成图；
图2为本发明的数据处理逻辑图；
图3为本发明的模型节点与动画驱动示意图；
图4为本发明的互交事件监控程序示意图。
具体实施方式
为了使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明，以避免不必要地混淆本发明的概念。
现在结合附图所示的优选实施例对本发明的结构作进一步描述。
由图1到图3可知，本发明一种通过远程监测驱动的架空线路数字孪生方法主要由监测器1、汇集转发器2、服务器端程序3、3D模型数据库4、用户端3D展示程序5组成；所述的监测器1覆盖了架空线路的主要运动节点，包括但不限于架空导线监测器、悬垂线夹监测器、耐张线夹监测器、绝缘子金具串监测器、杆塔监测器；所述的监测器1把监测到的数据上传给附近的汇集转发器2，再上传到服务器程序3中保存；所述的3D模型数据库4中保存有架空线路的3D模型数据，所述的用户端3D展示程序5设有参数驱动型3D动画程序，能根据监测数据驱动3D模型做相对应的3D动画。
由图2可知，所述的监测器1包含加速度传感器11、算法芯片12、无线传输芯片13和辅助电路，所述的算法芯片12中载有包含FFT傅里叶快速转换算法的程序，能高效地把加速度传感器11获得的数据提炼成频谱和加速度矢量信息，然后加上时间、安装位置、设备id信息，通过无线传输芯片13上传给附近的汇集转发器2，再上传到服务器程序3中保存。
由图3可知，所述的3D模型数据库4中的架空线路3D模型按运动节点做成了层级结构，所述用户端程度5中的参数驱动型3D动画程序可以根据各个不同类型的监测器1返回的频谱和加速度矢量信息，驱动各个模型节点做相应的3D动画，高度还原架空线路的运动实况。
由图3可知，所述的3D动画程序4包含了弹性结构和链状结构的运动衰减算法，可根据对象的弹性模量、剪切模量、密度、张力计算出监测器安装位置边上的质点的运动特征，包括但不限于频率、相位、强度、方向、轨迹，使整个架空线路的各部位的运动动画更为连贯和平滑。
由图4可知，在客户端程序5高度还原架空线路运动实况的同时，用户可以通过手势或鼠标改变观察角度和距离，调节模拟动画的速度，以及进行重播操作。
由图4可知，所述的用户端程序5还可以根据用户的操作，隐藏部分模型，显示模型的剖面，在屏幕上同时显示各种运动参数。
本发明所述的一种通过监测数据驱动的架空线路数字孪生方法与已有技术相比，通过在架空线路的关键节点安装监测器，并将监测到的加速度速度提炼成频率、强度和加速度矢量方向，上传给服务器，再驱动客户端3D动画还原运动状态，数据先提炼后上传，大大减少了流量、服务器端的内存占用和运算负荷，大幅减少了系统运行成本，而且全面、真实、形象地将架空线路的姿势和运动状态高度还原，以可以交互的方式展示给用户，让用户从不同角度、距离观察细节，并满足了在移动端设备上演示的需求优点。
本发明一种通过监测数据驱动的架空线路数字孪生方法在本说明书中仅说明一些优选实施例，并不是对其限制。该专业技术人员根据本发明构思和原理可以增加监测的内容，展示更多的信息，如温度、电流、电场分布；若本质上还是通过监测频谱数据来驱动3D动画实现数字孪生，应仍属于本发明的保护范围。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种通过监测数据驱动的架空线路数字孪生方法，其特征是：包括监测器、汇集转发器、服务器端程序、3D模型数据库、用户端3D展示程序；所述的监测器覆盖了架空线路的主要运动节点，包括但不限于架空导线监测器、悬垂线夹监测器、耐张线夹监测器、绝缘子金具串监测器、杆塔监测器；所述的监测器把监测到的数据上传给附近的汇集转发器，再上传到服务器程序中保存；所述的3D模型数据库中保存有架空线路的3D模型数据，所述的用户端3D展示程序设有参数驱动型3D动画程序，能根据监测数据驱动3D模型做相对应的3D动画。
2.根据权利要求1所述的一种通过监测驱动的架空线路数字孪生方法，其特征是：所述的监测器包含加速度传感器、算法芯片、无线传输芯片和辅助电路，所述的算法芯片中载有包含FFT傅里叶快速转换算法的程序，能高效地把加速度传感器获得的数据提炼成频谱和加速度矢量信息，然后加上时间、安装位置、设备id信息，通过无线传输芯片上传给附近的汇集转发器，再上传到服务器程序中保存。
3.根据权利要求1所述的一种通过监测驱动的架空线路数字孪生方法，其特征是：所述的3D模型数据库中的架空线路3D模型按运动节点做成了层级结构，所述用户端程度中的参数驱动型3D动画程序可以根据各个不同类型的监测器返回的频谱和加速度矢量信息，驱动各个模型节点做相应的3D动画，高度还原架空线路的运动实况。
4.根据权利要求1所述的一种通过监测驱动的架空线路数字孪生方法，其特征是：所述的3D动画程序包含了弹性结构和链状结构的运动衰减算法，可根据对象的弹性模量、剪切模量、密度、张力计算出监测器安装位置边上的质点的运动特征，包括但不限于频率、相位、强度、方向、轨迹，使整个架空线路的各部位的运动动画更为连贯和平滑。
5.根据权利要求1所述的一种通过监测驱动的架空线路数字孪生方法，其特征是：在客户端程序高度还原架空线路运动实况的同时，用户可以通过手势或鼠标改变观察角度和距离，调节模拟动画的速度，以及进行重播操作。
6.根据权利要求1所述的一种通过监测驱动的架空线路数字孪生方法，其特征是：所述的用户端程序还可以根据用户的操作，隐藏部分模型，显示模型的剖面，在屏幕上同时显示各种运动参数。
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