淺談基于電網(wǎng)管理的三維GIS平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文
隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字化的圖形技術(shù)取得了重大進(jìn)步，3D顯示技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在汽車、社會(huì)建筑設(shè)計(jì)、城市和數(shù)字地球等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)電力企業(yè)信息化起步早，發(fā)展速度快，電網(wǎng)運(yùn)行管理領(lǐng)域已建立了各種高水平的應(yīng)用系統(tǒng)。在電網(wǎng)管理的可視化應(yīng)用管理方面，目前使用的是單線圖和地理信息地圖的組合模型，通過該網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，獲得了電網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息和位置信息來監(jiān)視電力傳輸和分配，輔以各種不同的監(jiān)測裝置，提升了電網(wǎng)信息化管理水平。
1我國三維G工S研究現(xiàn)狀
目前我國的三維顯示和虛擬顯示技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用主要集中在配電系統(tǒng)中，尚未真正實(shí)現(xiàn)三維顯示。目前比較成熟的系統(tǒng)都是基于GIS系統(tǒng)的二維應(yīng)用，通常用點(diǎn)和線表示電氣設(shè)備，不能表示設(shè)備內(nèi)部本身的結(jié)構(gòu)，在其空間性能分析方面的局限性較大。目前正在進(jìn)行的是三維網(wǎng)格顯示區(qū)域方面的研究，暫時(shí)尚未延伸到整個(gè)城市電網(wǎng)管理。
考慮到城市電網(wǎng)中大量的電力接收端，完成對(duì)需電方的輸供電任務(wù)成為電網(wǎng)的主要工作。電力規(guī)劃布局將直接影響到城市的供電可靠性，經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性。通過3D GIS在電網(wǎng)信息領(lǐng)域的建設(shè)，充分利用三維空間信息服務(wù)功能，借鑒地理信息系統(tǒng)的成熟應(yīng)用集成，可以提供信息顯示和快速分析，準(zhǔn)確和直觀展現(xiàn)完整的城市電網(wǎng)。
2整體架構(gòu)
三維地理信息系統(tǒng)可以收集，整理，匯總各電力設(shè)備在電網(wǎng)的信息，以地理坐標(biāo)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)綜合電網(wǎng)基于城市地貌和建筑特色的信息模型組合，然后將這些模型一起通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，使用戶可以快速和完整查詢城市電網(wǎng)的'歷史、現(xiàn)狀和規(guī)劃的各種宏觀和微觀情況。在平臺(tái)上，城市電網(wǎng)，電網(wǎng)變電站設(shè)備和城市建筑物之間的空間位置關(guān)系完全與實(shí)際情況對(duì)應(yīng)，空間的三維坐標(biāo)和任意點(diǎn)之間可以被測量，從而再現(xiàn)真正三維的城市電網(wǎng)的景觀。三維地理信息系統(tǒng)具有多級(jí)結(jié)構(gòu)，包括模型層，表示層，綜合查詢和分析層和應(yīng)用管理層。
三維地理信息系統(tǒng)使用客戶機(jī)/服務(wù)器和瀏覽器/服務(wù)器的組合結(jié)構(gòu)，同時(shí)支持單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。該服務(wù)器采用了流行的數(shù)據(jù)集中方式，集中管理空間數(shù)據(jù)，方便了系統(tǒng)的維護(hù)和更新。使用標(biāo)準(zhǔn)的客戶端的模塊化設(shè)計(jì)，不同的軟件模塊在不同的業(yè)務(wù)部門使用。瀏覽器使用的客戶機(jī)使用常用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，就可以實(shí)現(xiàn)在WEB三維信息的訪問和漫游服務(wù)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含4層:分別是模型層、表示層、綜合查詢與分析層及應(yīng)用管理層。
2.1模型層
模型層具有以下功能:城市三維建模，包括各種建筑物、地形道路及各種設(shè)施;三維電網(wǎng)建模，包括架空線路、電纜井及變電站的相關(guān)設(shè)備等虛擬現(xiàn)實(shí)和視景仿真。
2.2表示層
表示層實(shí)現(xiàn)城市配網(wǎng)的三維鳥瞰、三維漫游以及電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和電網(wǎng)規(guī)劃的全面展示，包括潮流及功率棒圖、負(fù)荷分布圖及電壓等勢圖等。
2.3綜合查詢與分析層
綜合查詢和分析層可對(duì)城市配網(wǎng)多維度“切片”的查詢，包括設(shè)備和電網(wǎng)歷史信息、發(fā)展信息、基本參數(shù)、資產(chǎn)單位和城市電網(wǎng)層的分析，也可以顯示和分析功率流和負(fù)載分配的合理性。
2.4應(yīng)用管理層
應(yīng)用管理層利用視景仿真和動(dòng)態(tài)景觀漫游等幾種方式完成電網(wǎng)優(yōu)化方案操作評(píng)價(jià)和規(guī)劃方案審查評(píng)估。該平臺(tái)作為城市的電網(wǎng)協(xié)同工作和預(yù)警管理平臺(tái)，可以迅速定位電網(wǎng)運(yùn)行的目標(biāo)場景。
3三維G工S功能設(shè)計(jì)
三維GIS開發(fā)基于虛擬仿真系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮三維漫游，并滿足3D預(yù)警模型和查詢操作的同時(shí)，充分利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)共享成果，同時(shí)3D模型和仿真平臺(tái)也可為其他系統(tǒng)提供調(diào)用服務(wù)。
3.1三維GIS界面設(shè)計(jì)
系統(tǒng)C/S端界面包括菜單欄，工具欄，圖形化的導(dǎo)航工具區(qū)和圖形建模操作區(qū)。界面風(fēng)格可以滿足自定義模板的用戶需求。
在該平臺(tái)上，3D場景可任意角度漫游、縮放、旋轉(zhuǎn)和三維空間獨(dú)特的鳥瞰盤旋和系統(tǒng)定位等操作，同時(shí)提供全景透視、全屏、指南等功能。
3.2三維GIS相關(guān)數(shù)據(jù)組織設(shè)計(jì)
由于三維地理信息系統(tǒng)相關(guān)模塊功能的需要，產(chǎn)生大量業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在相關(guān)的業(yè)務(wù)屬性表單中。按照不同的類別，相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)被分為建筑物屬性數(shù)據(jù)，纜線屬性數(shù)據(jù)和管道屬性數(shù)據(jù)等。
隨著數(shù)據(jù)庫的文件系統(tǒng)管理方式不斷趨向靈活，輕便，系統(tǒng)可以支撐快速和強(qiáng)大的三維地理信息系統(tǒng)。根據(jù)面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)模型的思想，該層結(jié)構(gòu)基于類、層和工作區(qū)域中進(jìn)行組織。
4功能模塊實(shí)現(xiàn)
4.1系統(tǒng)管理模塊
系統(tǒng)管理模塊能完成對(duì)用戶使用權(quán)限的設(shè)置，完成用戶增加、修改和刪除等功能。系統(tǒng)可根據(jù)不同人員權(quán)限，提供不同的功能，并可以實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)人員對(duì)應(yīng)的圖形操作、數(shù)據(jù)庫操作等功能。
4.2綜合展示模塊
4.2.1多視點(diǎn)定義和編輯、二維與三維切換、鳥瞰圖操作
該模塊用于實(shí)現(xiàn)三維鳥瞰圖漫游的各種功能，如在幾個(gè)觀察視點(diǎn)中選擇在當(dāng)前視圖的預(yù)定地面投影，顯示當(dāng)前漫游的位置，實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)，定位操作的功能。
除了3D場景窗外，系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)2D場景圖形窗口展示功能。二維和三維窗口可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)的窗口界面切換，2D和3D場景轉(zhuǎn)換可以互相提供對(duì)應(yīng)場景的當(dāng)前位置。
4.2.2場景操作
該模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)場景各種操作和現(xiàn)場輸出。利用鼠標(biāo)和鍵盤，可以從任何角度實(shí)現(xiàn)三維場景漫游。在三維空間中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)漫游、步行模式漫游和高空飛行模式漫游，場景的可視區(qū)域縮放的模擬，顯示所有的場景，顯示或隱藏的環(huán)境和建筑物，可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前場景輸出為BMP等圖像。該移動(dòng)通過鼠標(biāo)，鍵盤的點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)根據(jù)一定速度自由移動(dòng)。
4.2.3預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)路徑定義
該模塊可以實(shí)現(xiàn)基于用戶視點(diǎn)的預(yù)設(shè)路徑，利用模型中的多視點(diǎn)的路線，包括高空鳥瞰街道周圍的整體模型和重點(diǎn)道路穿行等日。用戶可以修改默認(rèn)漫游路徑和速度，并能將每一個(gè)預(yù)定義的運(yùn)動(dòng)路徑增加音頻解說和背景音樂。
4.2.4漫游線路定制
系統(tǒng)的漫游路線生成時(shí)將該路線設(shè)置漫游列表中，用戶可以方便地查看路線列表，在列表中單擊，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將漫游和路線保持一致，使系統(tǒng)易于顯示場景。系統(tǒng)還支持用戶自定義的飛行路徑，設(shè)置飛行路線實(shí)現(xiàn)對(duì)重要設(shè)施觀察和環(huán)繞方向飛行。支持實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)的編輯，可以設(shè)置路線參數(shù)，實(shí)現(xiàn)人、車、船、飛機(jī)等任何模型在場景中的運(yùn)動(dòng)。
5信息交換接口設(shè)計(jì)
接口具有高度的開放性，符合一定的標(biāo)準(zhǔn)需要支持不同的平臺(tái)，不同的應(yīng)用環(huán)境，其他系統(tǒng)和三維GIS可以通過3個(gè)層次實(shí)現(xiàn)服務(wù)調(diào)用。
5.1數(shù)據(jù)庫訪問
三維地理信息系統(tǒng)和其他系統(tǒng)可以互相讀取彼此的數(shù)據(jù)庫視圖，如涉及數(shù)據(jù)修改則開放存儲(chǔ)過程，則其他系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)調(diào)用該過程。數(shù)據(jù)訪問的關(guān)鍵詞需進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)約束。對(duì)方服務(wù)調(diào)用應(yīng)當(dāng)控制訪問數(shù)據(jù)庫的權(quán)限嘆
5.2 Socket通信
三維GIS和其他系統(tǒng)可以相互開放Socket端口與對(duì)方通信，采用Socket通信方式在以下場合使用:三維GIS客戶端(其他系統(tǒng)本地客戶端);其他系統(tǒng)客戶端(本地三維GIS客戶端); 三維GIS服務(wù)器端(固定地址的其他服務(wù)器端);其他服務(wù)器商(固定地址的三維GIS服務(wù)器端);使用Socket通信時(shí)，服務(wù)方應(yīng)提供固定地址(或本地)和固定端口。
5.3組件調(diào)用
三維地理信息系統(tǒng)和其他系統(tǒng)可以提供的COM組件或網(wǎng)絡(luò)組件的形式為對(duì)方提供服務(wù)。當(dāng)一個(gè)組件被調(diào)用時(shí)，系統(tǒng)所提供的通信服務(wù)組件應(yīng)具有低藕合的特點(diǎn)，即服務(wù)方軟件在失去響應(yīng)的情況下，不會(huì)導(dǎo)致其他使用方軟件的有關(guān)閉和錯(cuò)誤情況發(fā)生。
系統(tǒng)為與其他系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)共享連接，需設(shè)計(jì)開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)接口，按系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)的方式，我們可以歸納為以下3類:服務(wù)級(jí)共享類接口、功能級(jí)共享類接口、數(shù)據(jù)級(jí)共享類接口。
6結(jié)束語
由于三維GIS中的應(yīng)用是一個(gè)新興的應(yīng)用領(lǐng)域，企業(yè)受有限的人力、財(cái)力等方面制約，三維GIS將是一個(gè)長期的持續(xù)改進(jìn)過程。只要不斷地探索和創(chuàng)新，積極推廣使用，并逐步完善功能，隨著企業(yè)信息化不斷加快和自動(dòng)化技術(shù)成熟，三維GIS的成熟應(yīng)用在不久的將來會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。
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