配电网可视化系统三维GIS技术设计的应用分析

深圳供电局有限公司 史 纪 赵 欢 李颖杰

1 三维GIS技术

三维GIS技术利用立体化造型技术传达地理空间现象，不仅能展示出空间对象平面关系，还能够展示垂向关系，在特有三维空间内科学分析和操作空间对象。三维GIS技术涉及到二维传统功能，同时包含以下要点：一维、二维对象。针对传统二维对象放置到三维立体空间内，存储几何位置，管理空间拓扑关系；三维GIS技术以空间数据库为主。三维空间数据库有助于空间对象管理与维护。三维GIS技术与二维GIS技术、CAD技术存在明显不同；三维空间分析功能：空间分析具备三维化水平。在空间内部操作和分析三维对象，整个三维GIS技术功能强大。

1.1 GIS基础数据

数字高程模型属于通用空间数据结构，遵循采集地面高程、建设规则格网高程数据对裸地表地形图进行描述。在三维GIS系统中数字高程模型属于重要组成，数据获取如下：其一，彩色地形图定向影像套合之后可以提取等高线。利用标准算法插值可以形成数字高程模型；其二，将等高线矢量数据转变为TIN，将其转变为数字高程模型。通过修正、融合方式获取标准数字高程模型。数字表面模型包含建筑物、电力线路、树木等，激光雷达点云数据属于数字表面模型。数字正射影像针对航空像片实施微分纠正，同时消除变形影像，特别是地形起伏、影像倾斜，极易引发变形问题，是一种重要的栅格数据。矢量数据包含送电线路走廊、变电站、地物标识等数据。

1.2 海量三维数据处理

注重管理海量数据，存储、读取影像数据。在存储和读取影像数据时会极大影响系统运行效果。针对海量数据三维场景因素包含如下：几何数据量大；纹理数据量大；地物数量多。影像数据管理可以处理影像数据读取速度慢、传输数据多的问题。管理影像数据时，合理应用影像分块技术，通过视点相关LOD技术能够在服务器端建立金字塔模型，通过空间索引对影像数据进行存储、管理、传输，同时实现无缝拼接，优化管理影像信息，快速浏览客户端[1]。

2 配电网可视化系统分析与设计

在设计系统时首先关注设计系统架构。架构开发时合理应用C/S、B/S结构，前者能够利用硬件环境优势，合理分配服务端、链接端，以此降低通信开销。结合C/S、B/S结构能够发挥出应用优势。系统设计必须关注稳定性、可靠性要求。信息协调难度较大时会浪费较多人力与物力。系统设计期间综合考虑到多方面因素，全面提升系统稳定性。在系统设计时还应遵循可扩展性原则，投入资金成本，展示出复杂结构。当开发周期较短时无需满足功能要求。系统设计期间合理应用人力、物力资源，以此满足组织架构调整要求，适应系统功能需求，转变流程重组需求，对开发人员的技能要求比较高。

2.1 系统分析

系统建设目标采用开放式信息技术框架，以数字地球为载体，将数字高程模型、高精度三维电网、高分辨率影像数据作为技术应用基础。同时以三维地理信息系统为平台，注重建设三维场景[2]。利用地理信息系统可以展示出数据组织、空间分析、测算功能。对基础信息、变电站数据、影像数据、电网数据整合在一起，为电网规划建设、设计管理，提供科学化决策服务。

2.2 系统体系结构

系统设计应全面发挥出三维GIS技术的辅助作用，基于数据共享、资源整合等方式，深入分析信息资源、空间数据保密性与安全性。系统应用先进SOA体系架构，注重三维空间电力信息相关问题，将其作为基础，注重电网信息服务平台建设，并且连接电网生产管理系统，实现属性数据共享，同时维护数据完整性，做好电网规划、功能模块整合。开发环境为Microsoft.Net，采用NET、SOA技术，共同形成信息集成技术[3]。利用业务服务器，注重业务数据管理，同时对用户业务服务请求做出响应，同时包含属性查询、电网查询、专题图显示等。通过地图服务器高效管理数字高程模型、数字正射影像，同时响应用户空间服务请求，涉及到影像缩放、空间定位分析、场景渲染等。

2.3 属性数据库

建设模型属性信息数据库，与空间数据库、属性数据库结合在一起，基于三维环境对目标信息查询予以支持。组织设计表结构优化，可以在数据库内存储属性数据，同时应用SQLServer 2000[4]。借助开放数据库互连技术对关键字段进行定义，同时对数据信息进行远程操作，做好数据信息存储工作。

2.4 配电网可视化系统三维功能

三维场景显示。在目标范围内注重地表特征、配电网处理，建设三维模型形象化，同时提供三维立体模型图、杆塔定位图、断面图。在三维场景内做好漫游、旋转、缩放等操作；查询功能。注重查询输电线路数据资料，涉及到多种设备属性，如起止点、连接方式、电压等级、导线型号、路径长度等，观察三维场景内的耐张段。注重线路漫游查询，对跨越物予以统计管理。

图1 配电网可视化系统框架图

二维、三维一体化。结合二维GIS子系统，可以在二维、三维系统内促进数据信息互动。通过二维图精确定位，做好杆塔、线路设备管理与控制；模拟分析。采用模拟演示可以掌握洪水灾害、输电线路设备的不良影响，合理选择抢修路线，同时做好路口信息标注，准确模拟现场施工。

3 系统功能用例

基本功能模块。在配电网可视化系统中总体功能模块涉及内容较多，如三维基础功能、查询归档信息、更新维护数据、设计辅助功能、安全管理权限。

三维高级功能。建设矢量地理信息，设置缓冲障碍物半径，智能规划和选择线路。系统通过多线路路径选择出最佳线路，评估输电线路的不良影响。在规划设计中规避特殊地质、不良地质，同时提供告警信息。排塔定位模块属于系统独立开发模式，可体现在二维平面、三维场景、排塔定位模块，以此实现系统联动操作。注重现场调绘，准确定位终勘。在线路走廊范围内可将建筑、桥梁作为矢量立方体，在三维场景内读取，便于空间测量。在三维实体内对各类金具进行模拟拆分和组装，同时查看绝缘子串材料消耗量，注重材料三维标注，提供金具二维组装施工图，补充和修改图形文件、数据库。

系统运行作业流程。在可行性研究、初步设计阶段，建设工程项目工程数据遵循流程建设，需存储到本地计算机内。项目经理派遣设计人员将数据存储到系统服务器内，同时下载到本地计算机内。