瀑布沟水电站三维综合管网信息系统初探

宋 柯，葛 嘉

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

瀑布沟水电站三维综合管网信息系统初探

宋 柯，葛 嘉

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

根据瀑布沟水电站设备量大，管系复杂、厂区管理要求高的特点，研究建立一套以计算机网络为载体，借助地理信息技术（G IS）和3D虚拟现实技术为应用平台的信息系统，实现对电厂各种管线、设备、厂房等涉及地理位置的信息实现集中化、可视化管理，实现全厂范围内的数据共享，为生产经营管理者提供现代化的管理手段和科学及时的决策支持。

地理信息技术；管网；三维

0 引言

近年来，随着大规模、大容量电站的不断涌现，电力生产过程的高度自动化以及管理手段数字化，使得建设数字化电站成为发展趋势，并引领电力行业发展潮流。作为中国国电集团公司最大的水电站，要达到“行业一流，系统样板”的管理要求，实现“运维合一，大倒班”电力生产模式，瀑布沟水电站的安全经济运行显得至关重要。为了确保机组运行的安全可靠性,通过一定的数字化技术手段,对电力设备的技术指标和运行情况进行监督,以达到预防为主、科学管理的目的。

瀑布沟水电站地面和地下厂房的设备、水管、气管、输油管、通信线、电力线等设施纵横交错，地理特征明显，构成了十分复杂的水电站管网设施系统。传统的管理模式已难以适应现代化水电站的发展，其安全运行管理也就更困难。本文根据瀑布沟水电站设备量大，管系复杂、厂区管理要求高的特点，研究建立一套三维综合管网信息系统，以计算机网络为载体，借助地理信息技术（GIS）和3D虚拟现实技术为应用平台，实现对电厂各种管线，设备，厂房等涉及地理位置的信息实现集中化、可视化管理，实现全厂范围内的数据共享，为生产经营管理者提供现代化的管理手段和科学及时的决策支持。

1 系统构建内容

瀑布沟水电站三维管网系统建设实施内容主要包括：①厂区地面和地下设施、管线三维模型建立。通过地面和地下设施和综合管线数据，利用3DMAX工具建立形象逼真的三维模型，作为三维管线信息系统的信息数据源。②水电站地面和地下管线信息管理系统搭建。建立以GIS平台、数据库平台、3D虚拟现实技术为基础，三维场景与二维图形互动的水电站综合管线信息系统；③系统硬件环境购置。包括配置数据库服务器、应用服务器、客户端图形工作站等。

2 系统结构设计

瀑布沟水电站三维综合管网信息系统以厂区数字地图、航空影像为背景，实现对水电站厂区空间数据的空间分布展现，地面及地下管线、设备、设施的三维漫游和设施属性数据的管理、查询、统计分析功能。本系统架构设计采用B/S（Browser/Server）和C/S（Client/Server）相结合的组建模式。对于图形浏览及信息综合查询，采用B/S架构，能够有效简化系统维护的复杂度，降低系统对计算机硬件系统的要求，降低建设成本，满足多数用户使用需求；对于管网运行分析应用、管网图形绘制及图形打印输出应用和瀑布沟水电站三维场景应用以及浏览，则采用C/S架构，满足大量的数据处理和数据分析要求。

图1 系统结构设计

软件配置方面考虑到系统的安全性、稳定性、可扩展性，操作平台中，数据库服务器选用Windows 2003 Server，WEB发布服务器选用 Windows 2003 Server,客户端操作系统选用Windows XP Professional操作系统。地理信息系统平台选用世界上最大的GIS解决方案提供商ESRI公司的GIS平台，从而提高瀑布沟水电站在平台选用上的抗风险能力。系统使用ESRI公司的ArcIMS9进行WEB发布，使用ArcSDE作为空间数据库引擎、使用ArcGIS Engine作为客户端开发平台。

3 系统功能特点

瀑布沟水电站三维综合管网信息系统从总体上看，采用多层分布式架构，系统包括数据层、模型层、组件/中间件层、应用服务层、表示层和接口层。从逻辑上说，系统由三大体系组成：技术体系、功能体系和保障体系。技术体系包括数据层、模型层、组件/中间件层和应用服务层；功能体系包括表示层和接口层，表层既最终用户可使用的功能最大集合；保障体系指确保系统安全、稳定、可靠运行的体系，包括技术的和管理的保障两大方面，技术保障体系包括系统安全体系、系统维护机制和日常管理措施等。

（1）系统安全功能

权限控制设计采用了基于用户名/密码的身份认证方式和基于角色的访问控制机制来解决广域网内部的安全管理问题。系统根据瀑布沟水电站实际情况，参照有关信息安全管理的有关规定，建立基于LDAP协议下的安全管理机制，将系统权限管理与瀑布沟水电站内整体信息安全管理整合。

在系统所处网络中架设防火墙隔离局域网和Internet。使用防火墙能够有效地阻止来自非法入侵和病毒传播。局域网中的计算机上安装防火墙软件，防止病毒从移动存储设备中进入局域网。

为了更好地保护数据，系统在正式运行前，制定详细的数据备份制度与计划。本系统预期使用的数据库备份策略包括逻辑备份、冷备份、热备份等。定期备份数据库能够减小数据文件破坏或丢失带来的损失。

（2）Web模式应用功能

Web模式下的瀑布沟水电站背景地图和管线数据采用分层管理的模式。系统提供大量简单易用的空间操作工具，方便地实现放大、缩小、平移、鹰眼、选择、测量、比例尺设定、捕捉等GIS基本功能。使用人员在浏览地图的过程中可以随时回前一视图、后一视图。在报表管理中，主要实现对系统有效数据的查询统计、打印以及数据导出功能。同时，系统为使用人员提供管线资料查询界面，通过查询界面的管线分类，来查询具体的管线和管线所附属的设备的属性信息，关联与管线相关上级、下级管线、设备的属性以及多媒体信息。按照管线属性进行综合管线资料的统计查询，通过列表显示管线的管材、管径、壁厚、长度、防腐类别、竣工时间等属性信息以及关联管线的属性信息。并且可以进行列表打印和Excel文件的导出。

（3）C/S模式应用功能

基于系统提供的拓扑网络，模拟追踪、定位故障点，同时统计所影响设施数量、设施明细信息，需要进行操作的阀门信息。管道抢修时，指定爆管位置，系统给出应关闭的阀门。为用户提供管线资料查询界面，通过查询界面的管线分类，来查询具体的管线和管线所附属的设备的属性信息，同时关联出与管线相关上级、下级管线、设备的属性以及多媒体信息。为用户提供多种综合管线抢修信息的统计查询方式。分别可以通过选择时间范围、管网、抢修地点、抢修方案的方式，来进行发电厂综合管网抢修信息的统计查询。查询后，通过列表进行综合管网抢修信息的展示，并且支持管网抢修信息的打印和另存Excel。

（4）三维信息展示功能

系统中能够以二维和三维两种不同的方式展示管道设施的空间分布，提供的二、三维GIS系统的联动功能，使两种不同的展现方式更加紧密地同步互动。模型为三维场景中最小组织单位,每个模型可以设置属性。管网模型与GIS系统中对应图形对象的属性一一对应。用户可以在系统中按照实际摄像头监控位置创建相应的相机位置，并进行属性关联。用户能够在发生事故时，在二维场景内使用定位方式选择事故发生的位置，系统能够在三维场景内突出显示此位置，并按照定义好的半径，对事故发生地一定圆周范围内的三维对象进行突出。

图2 地下管网设施三维图

（5）三维建模功能：

在水电站建设、检修、技改工程后，建立水电站地面和地下设施三维模型，结合厂区平面布置图和水电站现状实境将主厂房、主变压器洞和尾水闸门室、开关站等建筑及室外主要设备、厂区道路、厂区绿化带、围墙等要素进行三维建模。

建立水电站地下管沟三维模型及三维通道，根据管沟的埋深、断面形式、井、阀门的位置及深度，将地下管道三维模型及路径、井、阀门的三维模型、电缆隧道的三维模型及路径进行全厂范围内建模。

4 结束语

瀑布沟水电站三维管网系统将通过科学严谨的规划、科学的管理手段、先进的信息化技术、精密的数据采集探测手段，实现瀑布沟水电站管线数据的网络化、信息化管理。在搭建功能齐全、技术领先、管理高效信息化管理平台的同时，推行正确的管线信息的管理模式，保证信息的及时更新，促进管线信息平台的良性发展，实现远景规划、长期发展的建设目标，为电厂应急处置、管理、建设、规划提供技术决策支持。

TP391

B

1672-5387（2010）06-0077-03

2010-10-08

宋 柯（1969-），男，高级工程师，从事水电站生产管理工作