電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)中心的建設(shè)剛剛起步，解決電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)的來源，實現(xiàn)電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集中管理，成為研究初期的重點與難點，其中，歷史工程建設(shè)成果的三維全景GIS展示研究又成為研究難點中的難點。從管理層面上，工程數(shù)據(jù)中心需要形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、搭建通用的系統(tǒng)平臺，進行特高壓及跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)工程的集中統(tǒng)一管理與三維展示，支撐特高壓及跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)工程資產(chǎn)的全壽命周期管理。在技術(shù)層面上，需要研究與突破幾大關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)對已有電網(wǎng)工程資料的數(shù)字化管理，如：需實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，支持多家廠商的三維數(shù)據(jù)存儲格式;輸電線路和變電的有機銜接;支持三維大模型的快速渲染與展示，支持海量工程數(shù)據(jù)的統(tǒng)一調(diào)度與管理;電網(wǎng)模型部件的精確拾取及信息關(guān)聯(lián)等。

因此，開展“三維全景GIS展示研究及工程應(yīng)用”課題，解決工程數(shù)據(jù)三維全景GIS展示的幾大關(guān)鍵技術(shù)難題，實現(xiàn)海量工程數(shù)據(jù)的快速調(diào)度，是解決特高壓歷史工程數(shù)據(jù)的收集、管理問題的必由之路，也是電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一管理的關(guān)鍵。

1 電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

傳統(tǒng)電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)以光盤或紙質(zhì)的方式提交到數(shù)據(jù)管理單位并進行存儲，數(shù)據(jù)成果查找方式單一、關(guān)聯(lián)查詢困難，展現(xiàn)直觀性、形象性不足，數(shù)據(jù)組織復(fù)雜，管理難度很大。同時，由于設(shè)計單位的設(shè)計工具包含：3D Studio Max、Bentley MicroStation、AutoCAD等，造成電網(wǎng)三維模型存在max、dgn、dwg等多種格式，數(shù)據(jù)之間缺乏無縫對接，不利于對電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)實施規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化管理。

為解決上述問題，在“三維全景GIS展示研究及工程應(yīng)用”項目中，通過三維全景GIS展示研究，在電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)海量工程數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)線路和變電站建設(shè)成果的三維全景GIS集中統(tǒng)一展示;對特高壓工程的工程資料進行數(shù)字化管理，建立工程資料管理流程，總結(jié)特高壓工程的工程數(shù)據(jù)采集、整理經(jīng)驗，最終實現(xiàn)特高壓工程數(shù)據(jù)管理的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化;建立特高壓工程統(tǒng)一的三維全景GIS展示平臺，對特高壓歷史工程建設(shè)成果進行集中統(tǒng)一管理，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保數(shù)據(jù)安全與完整。

本文主要以晉東南-南陽-荊門1000kV特高壓交流試驗示范工程三維全景GIS展示平臺為例，介紹研究的技術(shù)難點以及形成的技術(shù)框架及應(yīng)用。

2 研究的技術(shù)難點

電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)涉及到各種空間數(shù)據(jù)、三維模型、設(shè)計資料等，隨著工程建設(shè)數(shù)據(jù)不斷增多，數(shù)據(jù)量不斷地增長，海量電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)的管理和統(tǒng)一調(diào)度將成為系統(tǒng)高效運行的根本[6]。對海量數(shù)據(jù)要進行有效管理和應(yīng)用，必須運用先進的空間數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，將電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)進行科學(xué)的加工、組織和管理，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和調(diào)度平臺，實現(xiàn)各種工程數(shù)據(jù)的快速調(diào)度與展示。在本工程研究過程中，以三維方式模擬再現(xiàn)工程建設(shè)現(xiàn)場地理環(huán)境及設(shè)備設(shè)施，為工程數(shù)據(jù)管理提供一種從宏觀至精細的工程管控手段。

針對海量電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)，在三維全景GIS展示上存在如下技術(shù)難題，在項目實施過程中，需開展：三維模型跨平臺轉(zhuǎn)換與應(yīng)用、海量電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)的集中管理與快速調(diào)度、電網(wǎng)模型部件的精確拾取及信息關(guān)聯(lián)、變電站、換流站大模型集成展示與快速渲染、線路和變電的有機銜接、三維模型數(shù)據(jù)的批量制作與生產(chǎn)等方面的研究，以實現(xiàn)三維全景GIS展示技術(shù)上的突破。

三維模型跨平臺轉(zhuǎn)換與應(yīng)用

電網(wǎng)三維建模大都采用MicroStation、AutoCAD等平臺，數(shù)據(jù)成果不能很好的進行統(tǒng)一管理。針對上述問題，需要研究DGN、DWG等設(shè)計文件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計文件中的各種圖元類型，實現(xiàn)各類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在三維全景GIS展示平臺上實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，支持多家廠商的三維數(shù)據(jù)在統(tǒng)一平臺集成展現(xiàn)應(yīng)用。

海量電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)的集中管理與快速調(diào)度

電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)涉及到各種空間數(shù)據(jù)、模型、設(shè)計資料等等，隨著工程的建設(shè)數(shù)據(jù)會不斷增多，數(shù)據(jù)量將不斷地增長，海量電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)的管理和統(tǒng)一調(diào)度將成為系統(tǒng)高效運行的根本。如此海量數(shù)據(jù)要進行有效管理和應(yīng)用，必須運用先進的空間數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，將電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)進行科學(xué)的加工、組織和管理，同時構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和調(diào)度平臺，實現(xiàn)各種工程數(shù)據(jù)的快速調(diào)度與展示，以三維方式模擬再現(xiàn)工程建設(shè)現(xiàn)場地理環(huán)境及設(shè)備設(shè)施，為工程數(shù)據(jù)管理提供一種從宏觀至精細的工程管控手段。

電網(wǎng)模型部件的精確拾取及信息關(guān)聯(lián)

電網(wǎng)模型由多個子部分組成，每個子部件之間在空間上存在交集。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計上，需要通過研究，建立電網(wǎng)工程三維模型與設(shè)計資料的一一對應(yīng)關(guān)系，提供多角度、多方位的設(shè)計資料查找;在空間上，需要研究實現(xiàn)電網(wǎng)工程三維模型的精確拾取及信息關(guān)聯(lián)。

變電站、換流站大模型集成展示與快速渲染

變電站模型尤其是高電壓等級的模型數(shù)據(jù)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)量巨大，導(dǎo)致模型讀取速度慢、渲染效率差。需研究內(nèi)容包括精細模型讀取速度優(yōu)化及集成展示與快速渲染技術(shù)。

歷史特高壓及跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)工程數(shù)據(jù)的收集與整理

當(dāng)前電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)缺乏工程數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn)，存在電網(wǎng)工程數(shù)據(jù)的范圍、格式不統(tǒng)一等問題，需研究數(shù)據(jù)入庫前的檢測方法，開發(fā)、建立數(shù)字化成果移交系統(tǒng)及檢測工具，保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、及時性，制定數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)各數(shù)據(jù)提供單位的成果移交。

三維模型數(shù)據(jù)的批量制作與生產(chǎn)

歷史工程數(shù)據(jù)量大，種類繁多，且很多只有二維設(shè)計資料，沒有三維資料或參數(shù)化成果，如何依據(jù)設(shè)計院的設(shè)計圖紙，對線路、變電、換流站的主要電力設(shè)備按1:1比例進行批量、快速地進行建立精細三維模型，確保模型可真實展現(xiàn)桿塔角鋼、金具、絕緣子串等細部結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)對模型的參數(shù)、設(shè)計資料檔案信息整理入庫，也是本研究的難點之一。

3 技術(shù)框架及應(yīng)用

3.1 技術(shù)框架

系統(tǒng)框架分為數(shù)據(jù)服務(wù)層、功能邏輯層、用戶界面層的三層結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)服務(wù)層

采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫加文件數(shù)據(jù)庫構(gòu)建數(shù)據(jù)庫層，由關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理屬性數(shù)據(jù)，文件數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)庫。建立三維模型數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫等;制定數(shù)據(jù)入庫標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)對應(yīng)接口、工具，保證其它平臺數(shù)據(jù)與本系統(tǒng)的對接;

功能邏輯層

功能應(yīng)用層在數(shù)據(jù)服務(wù)層的基礎(chǔ)上，集中展示與快速渲染大數(shù)據(jù)模型，同時提供工程數(shù)據(jù)管理、三維可視化、檔案管理、視圖控制、用戶交互控制等功能，是實現(xiàn)戶界面層的基礎(chǔ)。

用戶界面層

用戶界面層是系統(tǒng)的表現(xiàn)層，展示晉東南-南陽-荊門1000kV特高壓交流試驗示范工程全線精細建模桿塔，包括桿塔角鋼、金具、絕緣子等細部結(jié)構(gòu);同時，三維展示長治變電站、南陽開關(guān)站、荊門變電站等變電站及細部;提供設(shè)備、檔案查詢，熱點定位、腳本制作與播放等用戶交互操作。

圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 成果應(yīng)用

目前，已構(gòu)建晉東南-南陽-荊門1000kV特高壓交流試驗示范工程三維可視化展示平臺，并對工程的主要電力設(shè)備設(shè)施建立精細模型，形象展示輸電線路全線三維數(shù)字化移交成果，對特高壓歷史工程建設(shè)成果進行集中統(tǒng)一管理，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，達到了預(yù)期的效果。

構(gòu)建晉東南-南陽-荊門1000kV特高壓交流試驗示范工程、寧東-山東±660kV直流輸電示范工程的數(shù)據(jù)成果、設(shè)計資料展示系統(tǒng)，對設(shè)計成果進行可視化、形象化管理，主要包括三維場景展示模塊、設(shè)計資料管理、工程概況、熱點定位、線路工程管理和變電站工程管理等部分。

圖2成果應(yīng)用

4 技術(shù)創(chuàng)新

通過“三維全景GIS展示研究與工程應(yīng)用”項目的研究，相比傳統(tǒng)輸變電工程三維系統(tǒng)，本系統(tǒng)在技術(shù)上取得如下創(chuàng)新：

(1)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。通過制定數(shù)據(jù)入庫標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)對應(yīng)接口、工具，保證其它建模平臺數(shù)據(jù)與本系統(tǒng)的對接，在三維全景GIS展示平臺上實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，目前，支持Bentley、AutoCAD等多種格式的三維數(shù)據(jù)在統(tǒng)一平臺集成展現(xiàn)應(yīng)用。

(2)線路和變電的有機銜接。線路和變電的銜接部分，是數(shù)據(jù)管理的邊緣地帶，也是本次工作的難點。在保證了線路部分和變電部分各自數(shù)字化成果的完整性、正確性的前提下，通過查閱線路部分和變電部分的設(shè)計資料、現(xiàn)場施工照片、高清航空影像，精確定位變電站的位置和方向，將變電站出線到輸電線路終端塔之間的導(dǎo)線懸掛形式、分裂變化與實際情況對應(yīng)，構(gòu)建一個完整的特高壓輸變電虛擬工程，實現(xiàn)電網(wǎng)工程建設(shè)成果的統(tǒng)一管理。

(3)精細模型讀取速度優(yōu)化及集成展示與快速渲染技術(shù)。本系統(tǒng)中的桿塔、金具、絕緣子以及變電站中的模型均為精細模型，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)量巨大，導(dǎo)致模型讀取速度慢、渲染效率差。通過研究精細模型讀取速度優(yōu)化及集成展示與快速渲染技術(shù)，實現(xiàn)精細模型的快速調(diào)度與快速渲染。

(4)海量數(shù)據(jù)的支持與快速渲染：平臺整合各種空間數(shù)據(jù)、模型、設(shè)計資料，實現(xiàn)各種工程數(shù)據(jù)的同步讀取與渲染，以三維方式模擬再現(xiàn)工程建設(shè)現(xiàn)場地理環(huán)境及設(shè)備設(shè)施，為工程數(shù)據(jù)管理提供了一種從宏觀至精細的工程管控手段。

(5)腳本播放。在三維全景GIS展示的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)定制了腳本制作和播放功能，使用者可在數(shù)字地球上錄制動作腳本，并加以配音，適合于匯報、演示等用途。

5 結(jié)語

三維全景GIS展示研究及工程應(yīng)用是依托晉東南-南陽-荊門1000kV特高壓交流試驗示范工程對三維全景GIS展示關(guān)鍵技術(shù)的探索與研究。通過該項應(yīng)用研究，提供了一個統(tǒng)一規(guī)范的三維可視化展示平臺，形成一套通用的技術(shù)框架與標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)省了軟件開發(fā)及海量數(shù)據(jù)建設(shè)費用。該項應(yīng)用研究是基建標(biāo)準(zhǔn)化的集中體現(xiàn)，是智能電網(wǎng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)的具體應(yīng)用，是提高跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)精益化管理水平的必要措施。

參考文獻(略)