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【摘 要】随着我国经济的不断发展，地下电缆的使用量也飞速增长。地下电缆作为城市基础设施的重要组成部分，与环境保护和人民的生活密切相关。科学准确的地下电缆资料是城市规划建设和发展的基础信息，对保证人民的正常生产、生活和社会发展具有重大意义。本文就三维可视化技术在地下电缆的运维与管理中的应用做了简要的分析，目的是希望能够建立和完善城市地下电缆的信息系统，以实现高效管理、规划和设计地下电缆。
【关键词】地下电缆；运维管理；三维可视化系统
我国电力企业信息化进程起步较早且发展速度较快，电网运行管理领域已建立了电网能量管理系统、配电管理系统、电网地理信息系统以及管理信息系统等高层次应用系统，但在可视化方面较为普遍采用的是单线图和二维地图相结合的模式。在高压、超高压电网的规划、运行、调度方面已开始应用三维可视化的技术手段，而在城市配网的三维可视化应用则处于起步阶段。
1.地下电缆运维管理现状
随着电力公司的不断建设与发展，电力设施数量越发变得庞大，尤其是地下电缆，它们纵横交错构成了十分复杂的地下电缆设施系统。在电缆的生产管理中，很重要的部分是对电力设施的管理。对于这样一个庞大系统的管理，如果采用手工管理方式，作为管理依据的文字档案及图形档案都存在纸介质上，数据和图纸是分离的，数据和图纸的更新很困难，一致性难以保证。手工进行数据检索，由于数据量大，信息分散，检索效率很低，几乎不可能根据所存数据进行综合分析，使得在规划或改造地下设施及管线时心中无数、图上无据。往往只能依赖具有一定实践经验或经历的工程、维护人员充任“活地图”，给地下设施建设、管理与维护带来极大困难。另外由于地下电缆的资料残缺不全、精度不高或与现状不符，造成在施工中时常发生挖断或挖坏地下管线，酿成地下设施损毁事故也屡屡发生，由此造成事故的直接与间接经济损失不可估量。
研究和采用新技术管理电网地下设施以替代传统落后的管理模式，使得地下电缆网络规划、建设与管理步入规范化、自动化、科学化的轨道，已成当务之急。对信息的处理和分析，计算机有得天独厚的优势，且三维可视化技术应用日趋成熟，因此，用计算机三维可视化技术实现地下电缆管理，不仅是迫切的需要，而且也是切实可行的。
2.三维可视化技术
三维可视化是用于显示描述和理解地下及地面诸多地质现象特征的一种工具，广泛应用于地质和地球物理学的所有领域。三维可视是描绘和理解模型的一种手段，是数据体的一种表征形式，并非模拟技术。它能够利用大量数据，检查资料的连续性，辨认资料真伪，发现和提出有用异常，为分析、理解及重复数据提供了有用工具，對多学科的交流协作起到桥梁作用。
20世纪60年代发展起来的基于计算机的地理信息系统开始形成时，就利用计算机图形软硬件技术，把地理空间数据的图形显示与分析作为基本的不可缺少的功能，GIS可视化要早于科学计算可视化的提出。GIS可视化早期受限于计算机二维图形软硬件显示技术的发展，大量的研究放在图形显示的算法上，如画线、颜色设计、选择符号填充、图形打印等。继二维可视化研究后，进一步发展为对地学等值面（如数字高程模型）的三维图形显示技术的研究，它是通过三维到二维的坐标转换、隐藏线消除、隐藏面消除、阴影处理、光照模型等技术，把三维空间数据投影显示在二维屏幕上。随着全球变化、区域可持续发展和环境科学等的发展，时间维越来越被重视。GIS可视化着重于技术层次上，例如数据模型（空间数据模型、时空数据模型）的设计，二维、三维图形的显示，实时动态处理等，目标是用图形呈现地学处理和分析的结果。
当前三维可视化的方法主要有：三维图片与地形结合显示、基于OpenGL的地物显示及地形显示、基于DirectX的地物显示及地形显示等。
三维可视化处理是研究地理信息三维可视化系统的重要组成部分，其核心是三维可视化工具，利用三维可视化工具进行三维图形的开发是地理信息三维可视化系统研制过程中至关重要的一步。目前在国内外三维可视化的主要软件有：ArcInfo、ArcView、MapInfo、MapGIS、SuperMap、GeoStar、MapX组件、3DMAX、Wavefront、VRML等软件。具备简单、灵活的建模能力和编程方法的三维可视化软件中，应用最广泛的有以下三种：开放式的国际图形标准OpenGL、将三维世界带入网络平台的VRML（Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言）以及基于Java语言的三维图形技术Java 3D。
3.三维可视化信息系统
三维可视化信息系统是在三维图形数据库支撑下的可视管理系统，对有关三维图形数据库、关系数据库数据进行预处理、输入、存储、查询检索、处理分析、显示、更新和提供应用技术的系统。三维数字化地下电缆信息系统的建成，实际上是在计算机中建立了一座在数据仓库支持下的信息化地下电缆，从目前的技术水平来看，除了不能模拟仿真真实的工艺过程以外，其物理的和逻辑的形式与真实的地下电缆并无本质的区别。
三维可视化信息系统能够实现如下功能：
（1）实现分层管理功能，如：地下电缆、地上建筑以及厂区、生活区的地理与人文信息管理。
（2）实现检索查询功能，如：地下电力设施、地上建筑的建设情况，维护、维修记录，设计数据、安装调试数据等庞大的属性查询功能。
（3）实现空间分析功能，如：管道长度、面积计算、空间测距、任意剖面分析等功能。
（4）实现三维图形浏览功能，如：不同视角、不同层面展示地下电缆形状，展示丰富、逼真的走线及交错内容。
3.1地下电缆可视化
地下电缆等电力设施设备，敷设在地面以下，且电缆沟空间狭小，不容易展示。系统提供了快速制作电缆沟、电缆模型的工具，只要确定电缆沟的宽度、深度等参数，并结合地面高程，可快速制作出不同长度的电缆沟，并可选择是否安装侧挂，添加电缆、开关控制等。制作的电缆沟提供一个特定的开关功能，可以由用户自由选择是否开启地下展示模式。开启后，电缆沟上方的地面将打开，可以从多个角度查看沟内设备，并可以调整光照强度，增加视觉效果。
3.2电缆隧道可视化
电缆隧道相对空间较大，甚至可以允许工程师进入检查。而且每隔一定距离都会有出入口。因此根据电缆隧道的特性，对电缆隧道内容进行精细建模，真实反应电缆隧道内部的空间结构、侧挂的位置、电缆的走向等，用户可以在隧道出入口处模拟进入隧道内部查看的结果，全方位查看电缆隧道内部结构设施。另外系统还提供特定开关功能，打开隧道上层结构，以便整体查看隧道内部结构。
3.3线路及杆塔可视化
配网系统中线路及杆塔数量众多，而且多为架构部分，线路的走向和杆塔的分布跟地形地貌有着紧密的关系。针对这一特点，本系统在使用数字高程数据、影像数据、矢量电子地图数据制作地形三维，还原现场真实地形地貌的基础上，提供批量导入杆塔及自动摆放的算法，使得杆塔导入以后，根据地形的高程自动调整杆塔的高度；根据杆塔的类型、距离、位置，自动计算出杆塔之间的方位以及杆塔之间导线的弧垂度，并将线路分ABC三相用不同颜色增强显示。
4.结语
城市配电网络结构复杂、变化频繁，并且有越来越多的设施转入地下，因而利用三维可视化技术进行管理具有独特的优势，实现了在仿真地理场景上对架空线路、地下电缆及其各电力设施进行直观、精细的三维展示，并通过互操作接口融合SCADA、电缆分布式测温等系统的实时运行数据与历史数据，实现可视化监测和可视化操作，进一步支持配网的资产管理、配电管理、营销管理、规划管理等，形成高效、综合的运营平台，提升运行管理和服务水平，同事也为配网运行管理科学化和规范化提供了重要保障。
【关键词】地下电缆；运维管理；三维可视化系统
我国电力企业信息化进程起步较早且发展速度较快，电网运行管理领域已建立了电网能量管理系统、配电管理系统、电网地理信息系统以及管理信息系统等高层次应用系统，但在可视化方面较为普遍采用的是单线图和二维地图相结合的模式。在高压、超高压电网的规划、运行、调度方面已开始应用三维可视化的技术手段，而在城市配网的三维可视化应用则处于起步阶段。
1.地下电缆运维管理现状
随着电力公司的不断建设与发展，电力设施数量越发变得庞大，尤其是地下电缆，它们纵横交错构成了十分复杂的地下电缆设施系统。在电缆的生产管理中，很重要的部分是对电力设施的管理。对于这样一个庞大系统的管理，如果采用手工管理方式，作为管理依据的文字档案及图形档案都存在纸介质上，数据和图纸是分离的，数据和图纸的更新很困难，一致性难以保证。手工进行数据检索，由于数据量大，信息分散，检索效率很低，几乎不可能根据所存数据进行综合分析，使得在规划或改造地下设施及管线时心中无数、图上无据。往往只能依赖具有一定实践经验或经历的工程、维护人员充任“活地图”，给地下设施建设、管理与维护带来极大困难。另外由于地下电缆的资料残缺不全、精度不高或与现状不符，造成在施工中时常发生挖断或挖坏地下管线，酿成地下设施损毁事故也屡屡发生，由此造成事故的直接与间接经济损失不可估量。
研究和采用新技术管理电网地下设施以替代传统落后的管理模式，使得地下电缆网络规划、建设与管理步入规范化、自动化、科学化的轨道，已成当务之急。对信息的处理和分析，计算机有得天独厚的优势，且三维可视化技术应用日趋成熟，因此，用计算机三维可视化技术实现地下电缆管理，不仅是迫切的需要，而且也是切实可行的。
2.三维可视化技术
三维可视化是用于显示描述和理解地下及地面诸多地质现象特征的一种工具，广泛应用于地质和地球物理学的所有领域。三维可视是描绘和理解模型的一种手段，是数据体的一种表征形式，并非模拟技术。它能够利用大量数据，检查资料的连续性，辨认资料真伪，发现和提出有用异常，为分析、理解及重复数据提供了有用工具，對多学科的交流协作起到桥梁作用。
20世纪60年代发展起来的基于计算机的地理信息系统开始形成时，就利用计算机图形软硬件技术，把地理空间数据的图形显示与分析作为基本的不可缺少的功能，GIS可视化要早于科学计算可视化的提出。GIS可视化早期受限于计算机二维图形软硬件显示技术的发展，大量的研究放在图形显示的算法上，如画线、颜色设计、选择符号填充、图形打印等。继二维可视化研究后，进一步发展为对地学等值面（如数字高程模型）的三维图形显示技术的研究，它是通过三维到二维的坐标转换、隐藏线消除、隐藏面消除、阴影处理、光照模型等技术，把三维空间数据投影显示在二维屏幕上。随着全球变化、区域可持续发展和环境科学等的发展，时间维越来越被重视。GIS可视化着重于技术层次上，例如数据模型（空间数据模型、时空数据模型）的设计，二维、三维图形的显示，实时动态处理等，目标是用图形呈现地学处理和分析的结果。
当前三维可视化的方法主要有：三维图片与地形结合显示、基于OpenGL的地物显示及地形显示、基于DirectX的地物显示及地形显示等。
三维可视化处理是研究地理信息三维可视化系统的重要组成部分，其核心是三维可视化工具，利用三维可视化工具进行三维图形的开发是地理信息三维可视化系统研制过程中至关重要的一步。目前在国内外三维可视化的主要软件有：ArcInfo、ArcView、MapInfo、MapGIS、SuperMap、GeoStar、MapX组件、3DMAX、Wavefront、VRML等软件。具备简单、灵活的建模能力和编程方法的三维可视化软件中，应用最广泛的有以下三种：开放式的国际图形标准OpenGL、将三维世界带入网络平台的VRML（Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言）以及基于Java语言的三维图形技术Java 3D。
3.三维可视化信息系统
三维可视化信息系统是在三维图形数据库支撑下的可视管理系统，对有关三维图形数据库、关系数据库数据进行预处理、输入、存储、查询检索、处理分析、显示、更新和提供应用技术的系统。三维数字化地下电缆信息系统的建成，实际上是在计算机中建立了一座在数据仓库支持下的信息化地下电缆，从目前的技术水平来看，除了不能模拟仿真真实的工艺过程以外，其物理的和逻辑的形式与真实的地下电缆并无本质的区别。
三维可视化信息系统能够实现如下功能：
（1）实现分层管理功能，如：地下电缆、地上建筑以及厂区、生活区的地理与人文信息管理。
（2）实现检索查询功能，如：地下电力设施、地上建筑的建设情况，维护、维修记录，设计数据、安装调试数据等庞大的属性查询功能。
（3）实现空间分析功能，如：管道长度、面积计算、空间测距、任意剖面分析等功能。
（4）实现三维图形浏览功能，如：不同视角、不同层面展示地下电缆形状，展示丰富、逼真的走线及交错内容。
3.1地下电缆可视化
地下电缆等电力设施设备，敷设在地面以下，且电缆沟空间狭小，不容易展示。系统提供了快速制作电缆沟、电缆模型的工具，只要确定电缆沟的宽度、深度等参数，并结合地面高程，可快速制作出不同长度的电缆沟，并可选择是否安装侧挂，添加电缆、开关控制等。制作的电缆沟提供一个特定的开关功能，可以由用户自由选择是否开启地下展示模式。开启后，电缆沟上方的地面将打开，可以从多个角度查看沟内设备，并可以调整光照强度，增加视觉效果。
3.2电缆隧道可视化
电缆隧道相对空间较大，甚至可以允许工程师进入检查。而且每隔一定距离都会有出入口。因此根据电缆隧道的特性，对电缆隧道内容进行精细建模，真实反应电缆隧道内部的空间结构、侧挂的位置、电缆的走向等，用户可以在隧道出入口处模拟进入隧道内部查看的结果，全方位查看电缆隧道内部结构设施。另外系统还提供特定开关功能，打开隧道上层结构，以便整体查看隧道内部结构。
3.3线路及杆塔可视化
配网系统中线路及杆塔数量众多，而且多为架构部分，线路的走向和杆塔的分布跟地形地貌有着紧密的关系。针对这一特点，本系统在使用数字高程数据、影像数据、矢量电子地图数据制作地形三维，还原现场真实地形地貌的基础上，提供批量导入杆塔及自动摆放的算法，使得杆塔导入以后，根据地形的高程自动调整杆塔的高度；根据杆塔的类型、距离、位置，自动计算出杆塔之间的方位以及杆塔之间导线的弧垂度，并将线路分ABC三相用不同颜色增强显示。
4.结语
城市配电网络结构复杂、变化频繁，并且有越来越多的设施转入地下，因而利用三维可视化技术进行管理具有独特的优势，实现了在仿真地理场景上对架空线路、地下电缆及其各电力设施进行直观、精细的三维展示，并通过互操作接口融合SCADA、电缆分布式测温等系统的实时运行数据与历史数据，实现可视化监测和可视化操作，进一步支持配网的资产管理、配电管理、营销管理、规划管理等，形成高效、综合的运营平台，提升运行管理和服务水平，同事也为配网运行管理科学化和规范化提供了重要保障。