基于三维全景的电网数字化建设研究与应用分析

萨仁高娃 乔盟 李铎 张前 李鹏恩

【摘要】    我国提出数字中国战略发展目标，落实国家决策部署，提出建设数字电网的发展策略。联合信息化现状，建立电网单位数字化平台，优化系统功能与结构设计，服务于工程评审与基建施工，仅供参考。

【关键词】    三维全景    電网数字化建设    研究应用

近年来，关于建设网络强国的进程加快，以新型数字技术为代表，全面促进电网数字化转型。国网企业发展中，注重输变电三维设计、工程数据中心建设。为了积极响应数字电网要求，提升工程技术与管理效果，建立高度统一数据规范，应当制定电网建设方案。按照数据模型标准，共享电网资源数据库，保障数据权威性与唯一性。建设电网三维数字化应用性，需要应用可视化技术、信息化技术，集中管理电网工程设计与施工。

一、三维全景电网技术

1.1空间数据组织与管理

海量空间数据，多是高分辨影响、数字高程模型。为了确保显示精度，在绘制三维地图场景时，应用金字塔结构合理分层影响。金字塔模型属于多层次模型，在建设金字塔模型时，将原始影像放置在金字塔地层，在原始像素上做好采样，从而生成第二层，做好分块处理，以此形成金字塔结构。从上述结构可知，金字塔明显特征在于数据分辨率，层次数据量持续减少。当场景范围比较小时，秩序对高分辨率进行加载，提升三维场景绘制效率。通过四叉树索引方式，刻意提升空间查询效率。为了提升系统运行效率，需要应用视点技术实现。

1.2电网设备高精建模与渲染

对于电网设备来说，具备较高三维可视化程度，按照杆塔与变电站设备建模。高精建模期间，划分为杆塔建模、变电站建模、绝缘子建模。杆塔建模，涉及到杆塔明细表、基础配置表、结构图等。绝缘子资料包含绝缘子设备图;变电站建模，涉及到电气主接线图、总平面布设图、电压登记配电装置间隔图。当前，三维建模格式多为3DS格式，利用格式转换方式，可以在系统中实行三维渲染，加强三维展示效果。

1.3电网业务数据一体化整合

当前，电力企业部门业务数据，以独立方式为主，数据管理难度大。因此，建设数据中心，优化整合业务系统数据，不仅可以简化数据管理，还可以查询数据，共享数据资源。建立数据中心，分析业务系统数据，获取共享数据源，同时可以将业务系统数据传输至数据中心，优化整合业务数据。为了提升数据访问效率，保障系统稳定性，需要做好数据中心服务器热备。

1.4空间信息与数据融合

长期以来，业务数据表达以文字、表格方式为主，无法体现出数据直观性与空间性。三维全景电网技术，可以借助电网空间信息、业务数据关系，实现二者融合发展。密切观察电网工程空间位置。技术人员利用电网设备模型，能够对业务信息进行查询与管理。空间信息与业务数据融合，为电网规划决策提供依据。

二、电网三维数字化建设方案

2.1方案架构

电网三维数字化平台架构，可以划分为数据访问层、数据管理层、基础设施层。应用服务层等，同时包含信息安全防护体系、信息化标准体系。图1为三维数字化平台架构。应用层、应用服务层、数据访问层、用户层相互分离，可以有效扩展系统。通过大数据技术、三维数字化技术、物联网技术，可以移交接收输变电工程成果，同时做好集中化管理、三维可视化应用，实现数据共享，从根本上促进输变电工程数据体系建设，同时为输变电工程数据提供支持，实行全生命周期管理。服务器端，能够存储和发布电网设计成果数据，利用网页形式，确保客户端访问获取可视化场景、功能深化应用。执行数据管理、数据应用功能，可以集中化管理电网数据设计成果，持续积累工程数字资产，共享数据信息，以免产生“信息孤岛”现象。在发展过程中，可以为电网工程检核、生产指挥推广，提供三维可视化服务、数据支撑服务，有效支持数字电网工程建设。

2.2整体功能

电网三维数字化平台，功能模块划分如下：数据传输工具、移交进度管理、地理空间数据、电网项目管理，三维数字化平台、成果共享服务等。

2.3关键技术与实现

第一，地理信息系统、综合基础信息平台：通过遥感数据获取平台，可以采集基础地理影像，建立数字高程模型，纠正和配准遥感影像，科学处理影像数据。按照空间四叉树原理，搭建空间数据金字塔，建设高效索引机制，通过瓦片文件方式，存储和管理数据信息。第二，建设层级电网：地理信息数据丰富，可以将电力设备模型纳入到库中，包括防震锤、间隔棒、绝缘子串、杆塔与变电站。遵循业务逻辑关系，通过回路单位，组织层级电网明细入库，初步检测、提示和校验不合理数据。通过电力引擎渠道，建设三维电网成果。建设电网成果后，注重成果优化处理，建立动态导线索引、优化多细节层次。第三，建立动态导线：为了确保电网成果加载、渲染效率，通过多元技术与算法，创建和渲染导线，以此达到实际应用效果。涉及到以下内容：首先，四叉树动态索引：针对参数化模型，实行四叉树动态索引与创建，包括导线、隧道、电缆工井、电缆线路等，同时按照尺度范围，对数据进行瓦片分块。在三维场景中，采用实时窗口调动方式，实现渲染和加载，维护三维场景稳定性。其次，悬链线算法：在送电线路中，受到导线刚性影响后，邻近杆塔间导线，出现明显弧垂问题，从而形成弧线。合理选择弧垂公式，关注电线应力误差、电线交叉跨越物间距误差问题。再者，贝塞尔曲线插值算法：确保导线弧度流畅性、渲染效果。第四，多细节层次渲染技术：多细节层次渲染，可以将原始多面体，建立为面片模型，按照距离有尺寸，剔除算法、三角面数量恒定算法。同时联合网格简化算法、材质合并算法。共享集合数据块间、纹理块间，减少面片结构拓扑片、结构面数量，避免影响视觉效果，降低数据复杂度，减少IO吞吐量，同时可以提升多面体数据访问、渲染效率。

2.4试点现状与总结

第一，试点移交流程：电网三维数字化，可以建立电网三维信息模型，从前期设计、建设环节，将数据移交至运行环节，实现数据管理与应用功能。过程包含移交设计数据、审核数据、管理数据、共享与展示数据等，同时可以提供数据共享、服务接口，有效加强数据共享服务，防止出现信息孤岛现象。在电网工程移交流程，涉及到数据手机、移交与审核，同时要做好发布管理与共享展示。移交工程数据资料，遵循标准化移交规范，准确移交成果数据。利用三维建模、三维设计、倾斜摄影、激光扫描等方式，注重电网工程设计方案、设备设施建模。遵循移交规范，围绕三维移交成果，做好成果审核与质量检查。确保审核合格后，做好数字化存储与管理，检核输变电工程、数字化信息模型。第二，试点移交现状：在项目试点期间，电网三维数字化平台，落实三维设计与移交规范，做好三维设计标准教育与宣传，确保设计单位、建设单位，可以深入理解和执行三维设计标准。下属各单位，移交试点工程三维数字化。按照相关统计可知，南方五省计划移交电网工程40个，现移交工程共计35个，总移交率为87.5%。第三，总结试点情况：电网三维数字化平台，在设计环节、施工环节，可以集中化管理设计成果资料，共享设计成果。利用数字化、三维可视化方式，对电网工程三维设计成果资料进行存储与发布，在输变电工程建设中，可以实现三维设计成果应用，对工程评审、基建施工、生产管控予以服务。在试点单位，建设电网三维数字化平台，可以完成基本目标：首先，围绕电网工程数字化，建立统一化规范与标准;其次，确定三维数字化移交方案，理清二维GIS移交方案不不清晰问题;再者，设计成果三维数字化表达;通过走廊三维数字沙盘，开展施工现场调查、辅助设计检查，以此提升工程设计与评审准确性与直观性。同时，建立电网工程三维可视化资产，实现资产管理、生产运营的数据共享服务。最后，    电网三维数字化应用，从设计环节、施工环节、竣工环节，可以有效积累工程数据，实现三维数字化管理与展示，同时为后期运行监管提供优质服务。在试点应用过程中，应当提出各项解决问题：第一，运电网改造、配电网工程移交，必须明确标准范围。同时对移交应用业务予以规范。三维移交平台，仅支持增量移交;第二，注重移交流程梳理与规范，细化竣工环节数据来源。第三，生产系统对接台账方案，细化系统业务流程中的职责问题。

三、结束语

综上所述，建设电网三维数字化平台，通过云计算技术、大数据技术、物联网技术，优化电网工程设计与施工，集中化管理三维数字化，共享设计成果。共享共用资源，通过一体化理念，提升基建数字化水平，共享共用功能服务、数据资源，积累影像、地形等基础地理数据。落实档案查询发布功能、空间分析功能，实时共享空间数据，为信息化项目实施打好基础。加大多层次、多方向业务支撑流，合理应用三维数字化，以此展示出二维、三维融合价值，满足三维信息获取需求。同时建设可视化展示系统，实行可视化管理。

参  考  文  献

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