可视化技术在电网信息通信专业展示中的应用

周开河，徐孝忠，方云辉

(国网浙江省电力公司 宁波供电公司，浙江 宁波 315007)

可视化技术在电网信息通信专业展示中的应用

周开河，徐孝忠，方云辉

(国网浙江省电力公司 宁波供电公司，浙江 宁波 315007)

通过多媒体和大数据技术可以对电网信息通信专业系统进行数据挖掘分析，并实时动态的可视化展示。文中对电网信息通信系统的数据、网络拓扑、设备状态等内容进行更加形象、直观和多角度的可视化图形展开研究。系统将电网的运行数据采用灵活、实物化、动态的方式表达，借助虚拟现实、三维地图、大数据技术进行显示，使调度运行人员可直接得到电网运行趋势和本质的高层次信息，从而可及时发现已存在的异常和潜在的事故隐患，加强对电网宏观信息的管控。

智能电网；可视化；虚拟现实；大数据

电网信息通信系统作为支撑电网安全稳定运行的基础网络[1-3]，有必要通过3D动态可视化技术建设，进一步提高对信息通信设备状态、现场环境、网络状态实时监控[4-7]；实现信息通信资源和网络全面、实时、全景式的大屏可视化监控。

1 可视化技术

可视化(Visualization)技术，是将一些繁杂的文字和数据转换成直观的图形和图像，帮助人们形象地理解数据或过程的含义以及物理过程的本质，是数据或文字表达的补充与提升[8]。信息可视化就是利用计算机支撑的、交互的、对抽象数据的可视表示，来增强人们对这些非物理抽象信息的认知[9-11]。目前，电力系统的可视化应用还是有限的，如在图模库一体化中的应用、系统一次接线图及基于二维的PowerPoint演示等。然而，这些有限的可视化展示形式已无法满足如今多媒体技术的需求。区别于枯燥的平面软件和数字图表，三维实时互动型展示技术则可更加形象生动的展示主题，使调度员更加直观地理解生态城智能电网的特征，表达绿色低碳、和谐可靠与优质惠民的生态城智能电网理念[12]。新的多媒体技术基于DirectX技术平台，应用Ventuz结合多点触摸与手势识别和投影融合拼接融合技术，令电网信息通信系统可视化展示互动性强，展示理念更加新颖生动[13]。

数据可视化技术包含以下基本概念：(1)数据空间。由n维属性和m个元素组成的数据集所构成的多维信息空间；(2)数据开发。是指利用一定的算法和工具对数据进行定量的推演和计算；(3)数据分析。指对多维数据进行切片、块、旋转等动作剖析数据，从而能多角度多侧面观察数据。数据分析与数据挖掘密切相关，但数据挖掘通常倾向于关注较大型的数据集，较少侧重于推理，且常采用最初为另外一种不同目的而采集的数据。在统计学领域，有些人将数据分析划分为描述性统计分析、探索性数据分析以及验证性数据分析；其中，探索性数据分析侧重于在数据之中发现新的特征，而验证性数据分析则侧重于已有假设的证实或证伪。数据分析的类型包括[10-13]：1)探索性数据分析；2)定性数据分析。2010年后数据可视化工具基本以表格、图形(chart)、地图等可视化元素为主，数据可进行过滤、钻取、数据联动、跳转、高亮等分析手段进行动态分析；(4)数据可视化。是指将大型数据集中的数据以图形图像形式表示，并利用数据分析和开发工具发现其中未知信息的处理过程。

数据可视化已提出了诸多方法，这些方法根据其可视化的原理不同可以划分为基于几何的技术、面向像素技术、基于图标的技术、基于层次的技术以及基于图像的技术和分布式技术等。

2 电力系统可视化的发展

国内外学者对可视化技术在电力系统中的应用做了大量的研究，在电网数据显示、运行安全状态显示和运行趋势显示等方面，主要通过电力系统仿真软件计算，通过现有的可视化图形软件进行数据分析和图形显示。

(1)电网信息通信运行数据的三维可视化。传统的二维展示手段具有结构清晰、专业严谨的优点，可以将系统节点数据和线路数据清楚地标注到相应的位置上。但其不与实际系统的地理位置对应，直观性和可读性较差，在某些应用上显示出局限性。而基于电网信息通信运行数据的三维可视化技术，在一个立体的空间中直观地展示出通信网络以及站点的实际地理位置信息与系统运行各项技术数据指标。观展者将更深刻地理解通信网络的运行理念与运行状态，从而提高展示内容的可读性与直观性[13]；

(2)电网信息通信运行数据的实时交互性。传统的三维展示手段通常以三维动画的形式展现，具有形象生动，逼真直观的优点。但其不能读取系统运行的实时数据与状态信息，不具有实时交互性[14]。基于电网信息通信系统运行实时数据的交互形式则更加直观，观展者通过空间的手势识别或多点触摸桌面与展示内容互动，不仅能直观而准确地了解通信网络运行的相关数据，更能表现出信息网络的特征；

(3)电网信息通信运行数据交互形式的多样性。传统的交互手段基于鼠标、键盘和触摸屏等输入设备与计算机终端进行人机交互，新型交互的形式则基于多点触摸的不同应用。多点触摸技术可通过手势识别控制目标的多个响应输入，从而产生更加逼真生动的信息反馈，展示形式也更加灵活多样。此外，由于对大尺寸展示屏幕的需求，利用空间扫描距离传感器模拟点击与拖动等手势动作达到大屏幕人机交互的目标，使交互具有更鲜明的沉浸感[15]。

3 系统设计

系统在构建电网信息通信运维监控中心可视化基础支撑软、硬件系统的同时，要在企业文化风采展示、通信建设展示、信息建设展示、科技建设展示、环保与技术标准工作展示等多个应用领域建设可视化应用场景。本系统通过深入挖掘系统数据，构建数据分析模型，完善数据分析体系，建立面向不同用户群体的可视化展示场景。涉及到的主要有数据可视化、地理信息可视化、3D可视化、实时数据可视化、多投影融合、多媒体互动等技术的使用，以及多种类型终端的可视化输出，如异形投影屏、拼接屏、触控屏和移动终端等。

图1 系统总体架构图

主监控区域由三折幕投影屏、电子沙盘和控制台3部分组成，通过操作控制台实现投影屏和沙盘互动展示。

三折大屏幕显示系统是基于计算机视觉的融合技术，通过多屏拼接控制器的传输显示，可将全墙作为统一的逻辑屏来显示高分辨率的应用系统，实现全屏显示和分辨率的叠加。并对多个投影机参数及其画面进行实时的矫正，自动消除投影重叠区、自动拼接投影图像。作为单屏显示的最低分辨率为1 280×800，而在4块全屏的显示最低分辨率则为5 120×800。在采用融合技术得到的逻辑大屏幕上不存在物理拼缝和光学拼缝，系统显示屏上的图像、图形和文字不存在任何缺省或错位，质量超过了传统手工机械拼图的DLP大屏幕产品。

辅助展示区由一套1×3的拼接屏系统组成，屏幕采用壁挂式并支持触控功能。拼接屏通过1台拼接融合机将3个显示单元拼接成一个整体逻辑画面，也可将3个显示单元分别显示。用户可用手指点击的方式查看屏幕中的内容，屏幕支持点击、拖动、放大、缩小、旋转等功能。

4 技术实现

新型多媒体技术基于微软的DirectX多媒体编程接口，利用一个功能强大、扩展性良好的3D实时互动展示平台Ventuz，结合多点触摸，手势识别应用与空间扫描距离传感器实现。其中，Ventuz具有大屏显示与多屏拼接融合的优势，支持多点触摸与基于TUIO协议的输入终端。结合红外摄像头、多屏拼接融合与多点触摸技术的应用可使用户产生沉浸感良好的互动体验。

图2 多点触摸CCV示意图

TUIO 是一个为多点触摸表面定义了标准协议与应用编程接口的开放架构。TUIO协议允许交互式表面上抽象描述的传输，例如传输触摸和接触物体的状态。该协议对跟踪应用者的控制数据编码，并将其传送到任何可以解码的客户端应用程序之中。

多点触摸技术应用利用CCV (Community Core Vision)技术实现， CCV是一个开放源代码的计算机视觉与机器传感的跨平台解决方案。其需要一个视频输入流用来捕获数据，将数据处理之后，输出追踪数据及触摸事件，这些均是构建多点触摸应用程序的基本要素。CCV可以与各种网络摄像头或视频采集设备协同工作，通过支持TUIO/OSC/XML的应用程序进行数据连接，并支持包括FTIR、DI、DSI和LLP等在内的多种基于光学的多点触摸硬件方案。

5 结束语

为实现国家电网公司对加强企业信息化建设与应用，按照覆盖面更广、集成度更深、智能化更高、安全性更强、互动性更好和可视化更优的总体要求。需要建设以信息系统运行监控为主体，进行多方数据的融合和关联。实现通过可视化手段全面反映公司生产运行和经营管理水平，从而全面提升业务应用的信息展现和辅助决策能力。

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The Application of Visualization Technology in the Field of Information Communication

ZHOU Kaihe，XU Xiaozhong，FANG Yunhui

(Ningbo Power Supply Company, State Grid Corporation of Zhejiang Electric Power Company, Ningbo 315007, China)

Through the multimedia and big data technology, we can carry on the data mining analysis and the real-time dynamic visualization demonstration to the power grid information system. In this paper, the data, network topology and equipment status of the information communication system of the power grid are studied more visually and intuitively. The system will run the data grid, the kind of expression in a flexible and dynamic way, shows the use of virtual reality technology, 3D map technology, big data technology, the dispatchers can obtain the high level information grid operation trend and the nature, which can find the existing anomalies and potential accidents, strengthen on the macro grasp of the information grid.

smart grid; visualization; virtual reality; large data

2017- 03- 06

周开河(1963-)，男，高级工程师。研究方向：电网运行等。徐孝忠(1967-)，男，高级工程师。研究方向：电力信息通信技术。方云辉(1982-)，男，高级工程师。研究方向：电网科技管理等。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.09.043

TN915.853;TM727

A

1007-7820(2017)09-159-03