基于云技术的电力工井三维信息管理系统

宋 喆

(国网上海市电力公司，上海 200122)

电力管网是支撑和保证城市居民生产、生活的重要基础设施，是现代化城市高质量、高效率运转的基本保证，就像是人体内的“血管”和“神经”，是整个城市看不见的“生命线”[1]。经过多年的逐步完善和发展，电力公司采用管网地理信息技术(GIS)建立了满足公司实际需要的电力管网GIS系统。

随着城市建设的日益加快，当前电网使用的管网地理信息技术系统中只能标记处平面二维坐标，对于高程数据没有做记录，导致在电缆运维管理过程中，对于反外损深度难以掌控，不利于电缆维护管理，需要进行电力工井的三维信息化数据采集及应用系统建设。

1 现用电力管网GIS系统现状分析

现用电力管网GIS系统中所缺失的电力工井信息，主要表现在以下几方面。

(1)电缆排管数据覆盖范围不够全面。电力公司生产精益化管理系统(PMS)中的电缆排管数据缺失电力工井的数据与电缆的实际敷设的数据如图1所示。这会造成运营维护抢修的要求非常高， 同时非开挖信息的缺失也是一个隐患。

图1 PMS图纸中遗漏的非开挖数据

(2)电缆排管数据空间维度不够充足。电缆排管在现实中是三维的，具有大量的三维信息，而目前电缆排管PMS是将三维信息简化成二维的，因此现在系统无法明确直观地理解和查看管网的空间分布与埋深，市政施工又有可能随时改变管网的地理参照物和埋深情况，这给管道施工、管网设施维护抢修造成诸多不便。

市规划国土资源局2017年启动了《基于PMS技术的地下管线全生命周期规划管理机制和技术支撑体系建设研究》项目，该项目已明确采用三维PMS技术建立地下管线全生命周期规划管理机制和技术支撑体系，以此实现规划审批各环节管理工作的系统化、精细化。同样，电缆排管建设的规划审批工作势必面临从二维到三维的转变。

(3)电缆排管PMS可视化交互功能不强。电缆排管的运行管理信息很大部分都是三维或二维的，目前电缆排管PMS是专业管理功能强而基础信息的录入，图库管理，图形处理，尤其是三维数据处理能力低。因而在实际管理过程中经常把三维信息二维化，二维信息表格化，这使得信息的显示不直观，在与用户的交互方面能力不够，给用户理解带来困难，难以满足用户的需求。特别是在电缆排管的接管、改建和扩建使管网体系越来越大，大量的数据资料急需处理，管理的复杂程度也随之增加的背景下不能很好地满足现代管理需要。

因此，基于目前电缆管道的工作实际，探索建立电缆排管管理运营维护的有效方法，研究应用三维建模方法技术，对电力管网GIS数据进行有效梳理，优化和完善电力工井三维数据信息，构建与之匹配的数据与技术支撑体系，为电力管网的安全运行和应急保障提供更好服务，对提升供电管理的智慧化水平意义重大。

2 电力工井三维信息管理系统技术路线

电力工井三维信息管理系统建设任务包括数据资源建设、核心业务管理和系统功能实现。数据资源建设包括数据平台框架和数据库，建立完善的数据管理机制、数据访问机制，以及数据更新机制。核心业务管理以电力工井信息库为基础，实现、巡查信息等核心应用功能，覆盖电力工井管理业务的基本应用，提供输出的查询、检索、图上显示、交互查询、统计报表、输入输出等基本功能；实现系统权限管理。数据成果管理包括对各类业务数据和成果资料进行统一管理，方便成果的查询、调阅，并实现权限控制。

电力工井三维信息管理系统建设坚持数据、管理、服务、应用相分离的架构原则，在保持灵活性和扩展性的前提下，实现空间基础信息数据的整合、管理和共享交换[2-5]。依据使用用户、网络环境的不同，采用不同的技术路线，使用C/S(Client/Server客户机/服务器)和B/S(Browser/Server浏览器/服务器)相结合的方式，实现不同业务应用系统与数据服务的集成。总体技术路线如图2所示。

图2 总体技术路线

3 电力工井三维信息管理系统关键技术

三维模型系统建设总体要基于位置可靠的电力工井三维数字化的方法。因此，电力工井如何三维化是构建该系统的关键。

3.1 电力工井三维激光实测扫描

运用三维激光扫描仪Trimble X7完成电力工井扫描(见图3)。Trimble X7具有完美结合速度、测程和精度等优点，可以更快、更好地获取精确的三维空间数据，这些数据包括具有精确坐标的点云数据和360度全景照片(见图4)。

图3 电力工井扫描作业示意图

图4 电力工井360°全景图

扫描完成后在天宝TBC软件或者TRW软件中进行点云拼接，按区块输出点云，如图5所示。也可将点云数据导入AutoCAD进行编辑，综合原有地形数据，快速实现工井的全方位测绘工作。

图5 电力工井点云图

在获取了工井点云数据和全息影像数据，并实施精度可靠性验证的基础上，应采用科学、高效、可靠、便于推广的三维数字化技术进行工井三维建模工作。在CAD成果的基础上，采用Sketchup、Revit、3Dmax等不同的专业建模软件进行三维数字化工作的试验，并且比较各自的优缺点，其中Revit在模型数据信息的管理和应用上具有优势，3Dmax 在模型表现形式的丰富性和真实性上具有优势，但相较于Sketchup来说建模效率较低。Sketchup兼顾了建模效率与质量，并且在模型的表现上也具有较为丰富的表现形式。因此，结合电力工井及其附属设施的特点，三维数字化的实施采用基于CAD成果和点云数据的Sketchup建模方法。

3.2 电力工井三维建模

电力工井的三维数字化主要包括小区工井环境模型的构建、部件模型的构建、建立属性信息表并与模型数据进行关联三个部分，其技术路线流程如图6所示。

图6 三维数字化实施技术路线流程图

经过精度验证后工井数据的CAD成果均采用坐标系统(采用上海平面坐标系统和吴淞高程系)进行定位并与其真实的地理位置绑定。考虑到工井数据模型与周边构筑物的相对关系对工井的日常养护非常重要，因此在三维数字化阶段增加了场景建模的内容，同时兼顾建模成本与基础数据更新共享的发展趋势，在小区三维场景构建中只考虑了井地表及其附属管道设施的三维建模，如图7所示。

图7 管网及周边环境三维建模

对于工井附属设施和设备而言，其相应的部件一般是标准件。因此，建立一套部件库，包括模型和纹理，可以在电力工井三维数字化中重复利用，统一的部件模型，有利于电力工井的统一表现和展示，使得电力工井设施和设备的表现更加真实和协调(见图8)。

图8 电力工井部件模型实例

利用X7的扫描点云，配合点云处理软件(Trimble Realworks)实现真实尺寸和相对关系的量测，从而在Sketchup中构建泵房模型(Trimble Realworks与Sketchup联动)。属性数据可在原PMS属性的基础上进行一定扩充，采用属性外挂的形式，并采用模型实例名称进行关联。模型属性信息表在后期三维模型建库的过程中可根据数据库管理或者应用需要进行优化完善。

3.3 电力工井数据库建设

在完成电力工井的数字化工作后，需要形成一个标准的成果数据提供给三维模型数据库，为体现成果的统一性，同时考虑各种数据来源的统一性展示，制定了一个涵盖各种模型数据信息的Sketchup成果的标准，由于目前三维数据模型的通用性，Sketchup模型数据可转换成公开的IFC格式或者其他数据格式进行交互，除此以外。一个完整的电力工井模型数据成果还应包括原始的点云数据成果、360°全景照片和模型属性信息表。

4 应用与实现

4.1 电力工井三维信息数据的实现

基于分析，电力工井三维信息管理系统总体框架如图9所示。

图9 电力工井三维信息管理系统总体框架

该框架以电力工井三维模型数据库为基础，结合电力行业特色，分区分级设置，可满足不同需求。

数据基础可采用商用互联网地理信息数据，经过对比选择，本方案选用高德地图数据包，并与高德地图方签署协议，购买涉及上海市域范围内用于地形、地貌、水系、绿化、植被，城市中的商业、居民区、地铁站、医院、学校等空间要素及各种标记，作为各种专题信息空间定位基准。二维地图数据和影像数据可以满足构建电力工井三维信息模型的需要，如图10所示。

图10 高德影像数据

以目前已有的PMS数据为基础，梳理相关属性和图形信息。属性信息包括：井编号、原井号、经度、纬度、管理部门、凿井日期、修改日期、井种类、备注等。图形信息应根据地名地址描述进行位置匹配，再进行准确录入，并与属性信息相关联，用于对电力工井数据的查询和统计。

附件类型包括：电力工井三维模型、点位相关的照片、说明文档、现场视频，也应按照文件夹形式进行梳理，并与点位相关联，用于查看浏览。

4.2 电力工井三维信息化系统功能的实现

WEB管理平台下电力工井三维信息化系统功能主要包括以下几个方面。

(1)登录。用户名由系统管理员分配，在登录界面输入用户名获取手机验证码后，进行登录。系统根据用户名对应的权限，自动分配对应的功能模块。

(2)图层管理。可以查看地图资源地，底图包括了标准地图和卫星地图，可以单击进行切换，业务数据包含了工井信息散点图和聚合图数据，可以叠加显示。

(3)工井信息管理。可以对电力工井信息进行筛选查询，在搜索框中可输入行政区及工井类型、编号等，对工井信息进行关键字查询。

(4)附件管理。可查看与当前选中工井相关的

附件信息。可将三维模型数据和全景照片作为附件管理。

系统采用云服务器系统，不单独购置主机。系统运行需要第三方软件包含操作系统、数据库软件、地理信息应用软件，如表1所示。

表1 系统软件列表

5 结语

本文基于云技术，提出了一套解决电力工井三维信息化数据采集及应用系统建设的方法，可以优化并完善电力工井三维数据信息，构建与之匹配的数据与技术支撑体系，能为电力管网的安全运行和应急保障提供更好服务，对提升供电管理的智慧化水平意义重大。该系统以网络为纽带，基本实现了电力管网数据在各个系统中的共享共用，为管道施工、管网养护提供了准确的地理信息和坐标定位，也使电力管网基础档案资料管理提高到了一个新的水平，从而基本实现了电力管网的现代化管理。