3DVisualization在蓄电池巡检系统中的应用研究

胡 旭，余 俊，樊 霈



3DVisualization在蓄电池巡检系统中的应用研究

胡 旭，余 俊，樊 霈

(武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064)

近年来随着蓄电池巡检系统在相关行业的广泛应用，针对安装地理环境复杂、监测对象数量众多的应用场合，阐述了3D Visualization技术的独特优势，并设计了基于3D Visualization技术的蓄电池巡检系统的上位机软件方案。

三维可视化 蓄电池 巡检系统

0 引言

蓄电池巡回检测系统是一种面向电源系统中蓄电池进行实时、准确的在线监测与管理系统。目前已广泛应用于电力、交通等行业的动力储能电池的管理中。蓄电池巡检系统通常包括监测主机、信息处理机、监测软件、传感器模块等。监测软件主要功能是直观显示传感器检测到的电池实时数据，并对数据进行有效管理，对异常状态及时报警。在传统的上位机监测软件的人机交互界面中，通常以表格的形式来展示电池实时数据，仅以序号识别监测对象。然而随着被监测对象数量的增加，基于传统的图表为主的数据表达方式对于管理人员而言在将数据对应到实体上所花的时间将会随之增加，因此更加直观的数据表达方式将可以提高管理效率。

三维可视化技术(3D Visualization)是20世纪80年代中期诞生的一门集计算机数据处理、图像显示的综合性技术。它主要通过物联网、通信技术、传感器网络以及虚拟仿真等技术的交叉应用，依托于三维可视化综合管理平台，集成各种感知识别设备、现有业务系统和各类数据，实现对监测对象直观立体的呈现与综合管理。三维可视化技术是虚拟现实技术的基础和组成部分之一，在医学、军事航天、室内设计、工业仿真、应急推演、地理和教育等众多领域，由于三维可视化技术相比其它传统信息化技术都有一些独特的优势，因而逐渐发挥着重要的作用[1]。随着三维可视化技术的兴起，仅仅通过图表来展示业务信息的传统信息化平台开始慢慢不足以满足用户的需求，用户需要更加直观和逼真的数据展示模式[2]。因此，将三维可视化技术应用到蓄电池巡检系统的管理软件中可以有效解决这一问题，提高管理效率。

1 三维可视化技术的主要优势

1.1以图表为主的巡检系统上位机软件

如图1所示，现在大多数蓄电池巡检系统通常采用单一的表格的形式来展示电池组的监测数据。这在大多数应用中并没有什么问题，然而随着应用场景的增加，在有些地理空间环境相对复杂，被监测对象的数量足够庞大时，这种方式可能会面临着一些问题。在实际应用中，当被测蓄电池的数量多达数百块甚至更多且安装环境复杂时，将表格中的数据对应到具体的单块电池将花费更多的时间。在遇到紧急情况需要迅速处理的时候，蓄电池的定位可能会影响到事故处理的速度和效率。如图1中，如果管理人员不是相当熟悉蓄电池的安装环境，当某块蓄电池提示报警时，仅通过电池序号管理人员可能不能马上在众多蓄电池组中找到目标蓄电池。

1.2应用了三维可视化技术的巡检系统上位机软件

为了解决这个问题，笔者认为可以将三维可视化技术应用到蓄电池巡检系统的上位机管理软件中。这里以一个简单的概念软件界面来加以说明，如图2所示，主窗口是蓄电池组及安装环境（船舱内部）的三维模型的俯瞰图，可以令管理者有身临其境的感觉，坐在监控室里就可以查看船舱内的各个区域，同时通过鼠标键盘操作，可以放大、缩小以及360°旋转视图。选择某块蓄电池，还能调出该电池的属性窗口，查看该电池的各项状态信息。不仅如此，报警信息同样也可以在主视图中表现出来。视图右下角是船舱的缩略图，点击缩略图可以将主视图快速移动到指定位置。主窗口左侧有一个图层栏，根据需要可以将全景分为几个区域，在图层栏中点击该区域名称可以将主视图快速移动到该区域。综上所述，应用了三维可视化技术的蓄电池巡检系统上位机软件不仅可以观察到每个监测对象的工作状态，同时还可以帮助管理者了解安装环境。如果遇到突发情况，在知道报警信息的同时还能在三维视图中观察到报警点的具体位置，有助于更快的解决问题。

2 基于3D Visualization巡检系统的实现方法

2.1系统组成

基于3D Visualization的蓄电池巡检系统主要由原始数据采集模块、数据处理模块、数据库模块和三维可视化平台组成。数据采集模块对监测对象的监测参数进行采样，并将原始数据发送到信息处理模块，数据经过处理后交由数据库系统进行处理，再有数据库系统对三维可视化平台进行数据支撑，流程图如图3所示。

2.2三维可视化的实现方法

在蓄电池巡检系统中实现三维可视化主要包括三维建模以及三维可视化平台的定制发布两方面内容。由于二次开发可以缩短开发周期、降低开发难度，所以我们通常采用二次开发来是实现。下面提出一种基于3ds Max建模软件进行三维建模并在World Wind三维可视化平台中发布的方案。

2.3基于3ds Max的三维建模

以蓄电池和安装环境的结构图纸为基础，利用3ds Max软件进行三维建模。然后基于影像图片，借助Photoshop图片处理软件进行模型纹理的制作。为了提高三维可视化平台对三维模型的处理速度，需要对三维模型进行优化，可以采用合并三角面片、减少部分模型面片、删除多余面等方法[4]。

2.4 三维模型在World Wind中的加载

World Wind对三维模型的显示采用的是Direct3D技术，因此World Wind只能显示directX格式（.x格式）的三维模型文件[5]。关于directX文件，在Direct3D中，一般采取X文件的格式来存储网格数据。World Wind的PluginSDK项目中包含一个ModelFeature类，专司三维模型的加载。ModelFeature继承自渲染对象基类RenderObject，因此在程序初始化配置时将三维模型对象加载后，在主程序渲染函数中能自动进行渲染。World Wind拥有很方便的客户端框架引擎，主要通过XML格式的文件来实现软件设置和数据的加载。在models.xml文件中，定义了模型的名称、距离地表高度、最小可见距离、最大可见距离、坐标参数和放大倍率等参数信息，ModelFeature类可以解析XML文件中的这些参数信息，并且按照用户设定把三维模型正确的加载到World Wind中。

3 结束语

随着行业的不断发展，针对安装环境复杂、监测对象繁多的应用环境，3D Visualization技术将起到很好的辅助作用。不过在实际应用中也发现了一些问题，三维模型数量的增加会明显增加平台的响应时间，因此如何优化显示算法将会是下一步的工作。

[1] Rui Wang, Linbo Jin, Ren Xiao,Shuilin Guo, Shuying Li. "3D reconstruction and interaction for Smart City based on World Wind," Audio, Language and Image Processing (ICALIP), 2012 International Conference on , 2012,(7)16-18.

[2] 李敏,韩丰. 虚拟现实技术综述[J]. 软件导刊,2010,06:142-144.

[3] 梁鹏帅,冯冬敬. 三维可视化的研究现状和前景[J]. 科技情报开发与经济,2009,07:134-135.

[4] 陈永华,王德成,陈燕. 基于Creator的三维场景优化技术的应用[J]. 微计算机信息,2007,28:297-299.

[5] 于淑云,马继军. 基于WorldWind的三维模型植入研究[J]. 电脑知识与技术,2011,30:7356-7357.

Research on the Applications of 3D Visualization to Batteries Logging Device

Hu Xu, Yu Jun, Fan Pei

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

Batteriesy logging device is widely used in some industries in recent years. When installation environment is complex and the quantity of monitored objects is huge, 3D visualization has the special advantages. At last, a solution of batteries logging system based on 3D visualization is designed.

3D visualization; battery; logging device

TM912

A

1003-4862（2016）03-0068-03

2015-11-09

胡旭(1988-)，男，硕士，助理工程师。研究方向：蓄电池智能监测技术。