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[摘 要]随着计算机技术的发展和智能电网建设需求的不断提高，实现电网管理的三维可视化操作，能够有效提升电力企业的运营效率和管理层次。本文介绍了三维可视化技术的基本概念，分析了三维电力综合管理信息系统的框架层次，最后结合电力行业自身特点，探讨了三维可视化技术的应用前景。
[关键词]三维可视化技术 系统平台框架 电力线巡检 数据库 多源数据统一
中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
三维可视化技术是通过将计算机视觉、图形图像处理和数据库技术等多门学科融为一体，建立物体的三维空间模型，以求更为清晰 的描述对象特征的方法，该技术应用于电力行业，对于提高电网管理的直观性和可靠性，具有重要的意义。“十二五”期间，国内许多省份和地市均已对行政区划内的35KV、110KV和220KV架空电力线路以及地下埋设的电缆线进行了全面的部件普查，经过实地测绘与调查，建立了较为完备的电力线路信息数据库，为利用三维可视化技术进行建模分析提供了数据基础。
1 三维可视化技术
三维可视化（3D Visualization）兴起于20世纪80年代中期，结合计算机数据处理、图像显示技术，利用三维数据直观高效的表达数据体网络中的数据信息，能够利用大规模数据，检核数据资料的连续性，提出和发现数据异常，为数据解析和控制管理提供辅助参考。
三维电力综合管理信息系统是在电力部件普查成果基础上建立的数据可视化平台，在该系统平台可方便的查询电力线的ID编号、线路名称、权属单位、KV等级、电力线走向、架空高度、和管网埋深断面等情况，实现管线属性信息数据与空间地理数据的融合，直观全面的反映电力线路的分布情况，为电力线路综合管理提供辅助决策依據。
2 系统框架与功能分析
三维电力综合管理信息系统平台的基础数据为普查获取的电力部件（X，Y，Z）地理信息数据（GIS标准格式）、权属调研资料和拍摄获取的影像数据等，通过将这些数据统一封存于关系型数据库（例如SQLServer 或Oracle）中，然后以ArcGIS Engine作为二次组件开发平台对基础信息数据库进行访问，实现对空间数据与属性数据的调用和存取。
综合管理系统平台主要由基础数据库、模型展示层、系统应用层和数据维护层等架构形式，采用B/S（浏览器/服务器）与C/S（客户机/服务器）结合的形式，发挥两种软件体系结构的优势，既能降低系统管理后台的通信压力，又能优化三维模型展示的开放性。
基础数据库（Basic Database）是整个三维电力综合管理信息系统的核心，用于组织、存储和管理整个电力系统元素数据信息，通过数据组织、空间索引和多源数据集成管理，实现多用户、多模块间信息共享，减小数据的冗余程度，同时采用关系型数据库既能保持数据的逻辑与物理独立性，又能实现电力行业数据的集中封装控制，确保其可维护性与安全性。
模型展示层（Models Display）采用空间虚拟内插技术建立区域内的数字地面模型DTM，然后用OpenGL建模技术，将基础数据库内的关于电力部件与设施的空间信息数据，实现复杂场景的点、线、面构建，最后在元素模型上添加电力设施权属、名称、线路级别等属性信息，实现电力系统部件的动态三维漫游展示和属性查看功能；外置终端设备可搭载PDA手持移动设备进行电力线路巡检和数据采集，匹配GIS电子地图和GPS定位信息，利用无线移动网络（CDMA/GPRS），将终端获取的数据信息快速上传至后台服务器，后台服务器经过与三维可视化系统数据库内的基础信息进行联合处理，生成辅助决策建议，最终经管理者授权，再将决策信息回传至手持客户端，实现巡线业务管理、线路故障实时上报、数据信息双向通讯、实时遥控指挥等管理功能。
系统应用层（System Application）可实现该电力设施的三维场景定位、设施信息属性检索、POI标记等基本空间属性操作功能，同时又可为电力线路规划提供辅助决策功能，包括电力线缆路径优化选择、断面图绘制、预估工程量、交叉地物统计等功能， 系统保留的开放API（Application Programming Interface）接口也可根据后期管理需求，开发和完善一些API应用程序，比如通过设计图纸与线路模型间的属性关联，实现电力线路归档信息资料管理功能，完成变电站与线路的分类存档。
数据维护层（Data Maintenance）根据系统的权限设定，建立访问、维护日志，对新近建设的线路模型完成数据导入、影像资料加工、线路信息编辑修改等，保证整个系统的现势性更新。
系统内的四个框架层次，依据管理权限的差异，可实现数据流的单向/双向访问，封装的关系型数据库保证了数据的安全性和统一性。例如当某用户A仅有二级浏览权限时，其可通过三维可视化显示子模块，高空鸟瞰大区域内的电力线路走向与分布情况，查看高压变电站场区的三维模型场景；当某用户B有编辑一级权限时，可通过电子秘钥对电网运行情况进行二维、三维联动分析与数据综合统计，当发现某线路出线电力故障时，进行最短路径分析和缓冲区分析，并根据数据统计结果，发布突发情况应急指令。
3 电力三维可视化系统的要求
三维电力综合管理信息系统平台需要采集、整理、归纳和分析电力系统中每个部件设施的基本信息，并结合地理地形特点，建立起完整的综合电网管理三维模型，并以网络连接的形式将这些独立模型联结为统一整体。因此考虑到系统数据量随时间的不断完善和增加，该系统要具备以下几个特点：
（1）系统先进性。系统要能满足运营监管可视化、电力管线断面分析、电力线架设辅助规划、爆管缓冲区分析等基本功能，必须采用专用的电力系统模型和数据信息标准，比如IEC61970、IEC61968等系列标准，促进配网管理的分布式软件间的集成，采用开放式数据库连接ODBC（Open Database Connectivity），实现数据库的信息共享。
（2）系统实用性。在三维空间数据库支撑下，满足对电力元素的输入、存储、检索、显示、评估和预测等功能需求，提高行业管理的科学性与专业化程度；系统预留API开发接口，以满足电力行业实际需求为出发点，为后期开发提供兼容稳定的数据与应用程序接口。
（3）系统现势性。电力体系是连续不间断的电能量传输体系，元素基础数据也随着电力工程改造提升不断更新，该系统平台必须根据工程实际不定期更新数据库信息，维护系统的现势性。
4 结语
三维电力综合管理信息系统平台基于空间地理信息的数据与电力线路属性信息融合，实现电力部件的综合展示，直观形象的描述、检索、分析和管理电力线路运营情况，更加方便高效的发现电力设备损坏的线路，判断故障影响区间、提供线路修复的点位参考。
后期随着系统数据的不断完善与管理需求，用户可该可视化信息平台，配合 “手持PDA终端巡检系统”，实现巡查线路调度、运营状态监督、数据播发上传功能，建立起巡查点与三维电力综合管理信息系统的对接，提高电力线路巡检人员的工作效率，更好的完成故障实时报修，针对突发状况，建立起“一个数据平台、多个工作模块”的协同作业模式，利用现代数字通讯技术与信息控制技术，构建起“智能电网”，这对于电力系统实现智能化、数字化、信息化监管具有重要意义。
[关键词]三维可视化技术 系统平台框架 电力线巡检 数据库 多源数据统一
中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
三维可视化技术是通过将计算机视觉、图形图像处理和数据库技术等多门学科融为一体，建立物体的三维空间模型，以求更为清晰 的描述对象特征的方法，该技术应用于电力行业，对于提高电网管理的直观性和可靠性，具有重要的意义。“十二五”期间，国内许多省份和地市均已对行政区划内的35KV、110KV和220KV架空电力线路以及地下埋设的电缆线进行了全面的部件普查，经过实地测绘与调查，建立了较为完备的电力线路信息数据库，为利用三维可视化技术进行建模分析提供了数据基础。
1 三维可视化技术
三维可视化（3D Visualization）兴起于20世纪80年代中期，结合计算机数据处理、图像显示技术，利用三维数据直观高效的表达数据体网络中的数据信息，能够利用大规模数据，检核数据资料的连续性，提出和发现数据异常，为数据解析和控制管理提供辅助参考。
三维电力综合管理信息系统是在电力部件普查成果基础上建立的数据可视化平台，在该系统平台可方便的查询电力线的ID编号、线路名称、权属单位、KV等级、电力线走向、架空高度、和管网埋深断面等情况，实现管线属性信息数据与空间地理数据的融合，直观全面的反映电力线路的分布情况，为电力线路综合管理提供辅助决策依據。
2 系统框架与功能分析
三维电力综合管理信息系统平台的基础数据为普查获取的电力部件（X，Y，Z）地理信息数据（GIS标准格式）、权属调研资料和拍摄获取的影像数据等，通过将这些数据统一封存于关系型数据库（例如SQLServer 或Oracle）中，然后以ArcGIS Engine作为二次组件开发平台对基础信息数据库进行访问，实现对空间数据与属性数据的调用和存取。
综合管理系统平台主要由基础数据库、模型展示层、系统应用层和数据维护层等架构形式，采用B/S（浏览器/服务器）与C/S（客户机/服务器）结合的形式，发挥两种软件体系结构的优势，既能降低系统管理后台的通信压力，又能优化三维模型展示的开放性。
基础数据库（Basic Database）是整个三维电力综合管理信息系统的核心，用于组织、存储和管理整个电力系统元素数据信息，通过数据组织、空间索引和多源数据集成管理，实现多用户、多模块间信息共享，减小数据的冗余程度，同时采用关系型数据库既能保持数据的逻辑与物理独立性，又能实现电力行业数据的集中封装控制，确保其可维护性与安全性。
模型展示层（Models Display）采用空间虚拟内插技术建立区域内的数字地面模型DTM，然后用OpenGL建模技术，将基础数据库内的关于电力部件与设施的空间信息数据，实现复杂场景的点、线、面构建，最后在元素模型上添加电力设施权属、名称、线路级别等属性信息，实现电力系统部件的动态三维漫游展示和属性查看功能；外置终端设备可搭载PDA手持移动设备进行电力线路巡检和数据采集，匹配GIS电子地图和GPS定位信息，利用无线移动网络（CDMA/GPRS），将终端获取的数据信息快速上传至后台服务器，后台服务器经过与三维可视化系统数据库内的基础信息进行联合处理，生成辅助决策建议，最终经管理者授权，再将决策信息回传至手持客户端，实现巡线业务管理、线路故障实时上报、数据信息双向通讯、实时遥控指挥等管理功能。
系统应用层（System Application）可实现该电力设施的三维场景定位、设施信息属性检索、POI标记等基本空间属性操作功能，同时又可为电力线路规划提供辅助决策功能，包括电力线缆路径优化选择、断面图绘制、预估工程量、交叉地物统计等功能， 系统保留的开放API（Application Programming Interface）接口也可根据后期管理需求，开发和完善一些API应用程序，比如通过设计图纸与线路模型间的属性关联，实现电力线路归档信息资料管理功能，完成变电站与线路的分类存档。
数据维护层（Data Maintenance）根据系统的权限设定，建立访问、维护日志，对新近建设的线路模型完成数据导入、影像资料加工、线路信息编辑修改等，保证整个系统的现势性更新。
系统内的四个框架层次，依据管理权限的差异，可实现数据流的单向/双向访问，封装的关系型数据库保证了数据的安全性和统一性。例如当某用户A仅有二级浏览权限时，其可通过三维可视化显示子模块，高空鸟瞰大区域内的电力线路走向与分布情况，查看高压变电站场区的三维模型场景；当某用户B有编辑一级权限时，可通过电子秘钥对电网运行情况进行二维、三维联动分析与数据综合统计，当发现某线路出线电力故障时，进行最短路径分析和缓冲区分析，并根据数据统计结果，发布突发情况应急指令。
3 电力三维可视化系统的要求
三维电力综合管理信息系统平台需要采集、整理、归纳和分析电力系统中每个部件设施的基本信息，并结合地理地形特点，建立起完整的综合电网管理三维模型，并以网络连接的形式将这些独立模型联结为统一整体。因此考虑到系统数据量随时间的不断完善和增加，该系统要具备以下几个特点：
（1）系统先进性。系统要能满足运营监管可视化、电力管线断面分析、电力线架设辅助规划、爆管缓冲区分析等基本功能，必须采用专用的电力系统模型和数据信息标准，比如IEC61970、IEC61968等系列标准，促进配网管理的分布式软件间的集成，采用开放式数据库连接ODBC（Open Database Connectivity），实现数据库的信息共享。
（2）系统实用性。在三维空间数据库支撑下，满足对电力元素的输入、存储、检索、显示、评估和预测等功能需求，提高行业管理的科学性与专业化程度；系统预留API开发接口，以满足电力行业实际需求为出发点，为后期开发提供兼容稳定的数据与应用程序接口。
（3）系统现势性。电力体系是连续不间断的电能量传输体系，元素基础数据也随着电力工程改造提升不断更新，该系统平台必须根据工程实际不定期更新数据库信息，维护系统的现势性。
4 结语
三维电力综合管理信息系统平台基于空间地理信息的数据与电力线路属性信息融合，实现电力部件的综合展示，直观形象的描述、检索、分析和管理电力线路运营情况，更加方便高效的发现电力设备损坏的线路，判断故障影响区间、提供线路修复的点位参考。
后期随着系统数据的不断完善与管理需求，用户可该可视化信息平台，配合 “手持PDA终端巡检系统”，实现巡查线路调度、运营状态监督、数据播发上传功能，建立起巡查点与三维电力综合管理信息系统的对接，提高电力线路巡检人员的工作效率，更好的完成故障实时报修，针对突发状况，建立起“一个数据平台、多个工作模块”的协同作业模式，利用现代数字通讯技术与信息控制技术，构建起“智能电网”，这对于电力系统实现智能化、数字化、信息化监管具有重要意义。