基于三维GIS技术的电网可视化系统及方法

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN201210292573.7 (22)申请日 2012.08.16

(71)申请人 山东电力集团公司青岛供电公司

地址 266000 山东省青岛市黄岛区薛家岛瓦屋村南薛家岛公交枢纽站

(72)发明人 时翔 赵生传 陈志勇 王兴照 韩克存 张利群 汪有杰 刘成明 徐强 兰先明 (74)专利代理机构 北京三聚阳光知识产权代理有限公司 代理人 寇海侠 (51)Int.CI

G06F19/00 G06T19/00 H04L29/06

(10)申请公布号 CN 102831307 A (43)申请公布日 2012.12.19

权利要求说明书 说明书 幅图

(54)发明名称

基于三维GIS技术的电网可视化系

统及方法 (57)摘要

本发明涉及一种基于三维GIS技术

的电网可视化系统和方法，根据要加载的场景所包括的对象类型的不同将要加载的模型分为不同的模型加载子任务，并将所述多个子任务通过多线程的方式并行调取

模型文件，提高加载速度；同时，在根据加载的对象种类将加载任务划分为不同模型加载子任务的基础上，每一种类的对象的模型文件只需读取一次，而且，这种模型文件的重复使用不限于一个客户端加载任务中，不同客户端同样能复用已读取的模型文件，这样充分考虑电力设备种类有限、规格相对一致的特点，避免了同一种类模型文件的反复读取，能显著提高加载效率，保证快速加载，保证客户端能实时浏览。 法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1.一种基于三维GIS技术的电网可视化方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01,客户端接收要显示的场景信息，形成场景加载指令并传输给服务器;

S02，服务器接收所述场景加载指令，并将场景中包含的对象根据类型进行分

解，获得不同的三维模型加载子任务，通过访问三维模块文件寻址信

取所述三维模型文件的存储位置，进而并行读取每个模

完成每一种类型的首个对象的模型文件的

息表获

型的三维模型文件， 读取并输出；

S03，服务器接收步骤S02中读取的模型文件，同一种类的其它不同对象的模

S04，服务器提取每一个对象的模型文件结合至GIS信息中生成三维场景图并

2.根据权利要求1所述的基于三维GIS技术的电网可视化方法，其特征在于：

在所述步骤S04之后还包括模型预加载的步骤，具体是客户端在显

场景的同时，服务器根据已经加载的电网设备和相应电

关系，确定该客户端请求的当前场景的前一个场

预先加载当前场景的前一个场景和后一个

输出给客户端。

型直接使用首个对象的已读取的模型文件；

示当前

网设备之间的连接

景和后一个场景信息，并 场景需要的模型文件并输出。

3.根据权利要求1或2所述的基于三维GIS技术的电网可视化方法，其特征

4.根据权利要求3所述的基于三维GIS技术的电网可视化方法，其特征在于：

所述步骤S04之后，还包括如下步骤：

S05，客户端判断是否接收进一步显示对象附属信息的指令，如接收到，则

S06，服务器接收步骤S05的指令请求，先读取对象的索引文件，根据对象

5.根据权利要求4所述的基于三维GIS技术的电网可视化方法，其特征在于：

6.一种实现如权利要求1所述方法的基于三维GIS技术的电网可视化系统，

其特征在于，包括：

所述索引包括对象的名称和ID。

的索引找出该对象的附属信息的存储位置，然后根据该存储位置从数据库

中读取该对象的附属信息并输出。

将该指令输出并转入S06；

在于：所述步骤S02中还包括根据对象占整个场景的比例选择对象的相应

颗粒度模型文件的步骤。

数据库，存储有三维地理信息、电网设备数据、各类三维模型文件寻址信息

表，其中，三维模型文件寻址信息表存储有各类三维模型文件的存储

息；

位置信

客户端，接收要显示的场景信息并传输给服务器；同时，接收所述服务器输

服务器，根据场景信息调用模型文件并输出；

所述服务器进一步包括：

计算分解运算模块，用于根据场景所包括的对象的类型的不同将要加载的模

型分为不同的模型加载子任务，并将所述多个模型加载子任务通过多

方式并行调取模型文件并输出，调取模型文件具体是先

维模型文件寻址信息表获取三维模型文件

件；

出的场景数据并进行显示；

线程的

从数据库中的所述三

的存储位置，然后再从读取模型文

加载结果重用模块，接收计算分解运算模块已调取的模型文件，同一类型的

加载组合模块，将各个对象的模型文件结合至GIS信息中生成三维场景图并

7.根据权利要求6所述的基于三维GIS技术的电网可视化系统，其特征在于：

所述服务器还包括场景预加载模块，根据

设备之间的连接关系，确定客户端

输出。

其它不同对象直接使用已读取的模型文件；

已经加载的电网设备和相应电网

请求的当前场景的前一个场景信息和后 一个场景信息，并预先加载

型文件并输出。

当前场景的前一个场景和后一个场景需要的模

8.根据权利要求6或7所述的基于三维GIS技术的电网可视化系统，其特征

9.根据权利要求8所述的基于三维GIS技术的电网可视化系统，其特征在于：

所述服务器中还存储有索引文件，所述索引文件存储有对象与对象对

三维地理信息数据或者电网设备数据的组成的附属信息的存储

关系。

在于：同一个对象的所述三维模型文件包括不同颗粒度的多个三维模型文

件。

应的

位置的映射

10.根据权利要求9所述的基于三维GIS技术的电网可视化系统，其特征在于：

所述索引文件中的索引包括对象的名称和ID。

说 明 书

技术领域

本发明涉及一种三维地理信息系统，具体涉及一种基于三维地理信息技术 背景技术

GIS即地理信息系统（Geographic Information System），地理信息系统

是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信

息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提

决策等所需信息的技术系统。简单的说，GIS是综合处理和分

的一种技术系统，是以测绘测量为基础，以数据库作为

据源，以计算机编程为平台的全球空间分析即时

的电网可视化系统及方法。

供管理、

析地理空间数据

数据储存和使用的数 技术。

随着电网电压等级的提高和规模的扩大，电网商业化运营的逐步实施， 技

对城市配电的建设和维护都提出了新的要求。在城市配电行业，二维GIS

术在生产、运行和管理方面已得到深入广泛的应用，并取得较好的效

在实际工作中二维GIS在信息表现上的不足逐渐暴露。例如，

同层中以点、线、面等符号表征不同类型的实际地物，

形简单，不能真正反映线路、杆塔等电力设备设

无法表现变电站内部的一次和二次设备及

配电线路沿线的地理环境及其与输

现有的一次接线图、二次接

是一种拓扑连接的示

要进行改建或

空间位

果。但

二维GIS在不

其最大缺点是几何图

施周围的地形地貌。二维GIS

其拓扑连接的细节，也无法表现输

配电线路设备之间的空间位置关系。尽管

线图能表示变电站内部设备的连接关系，但那只

意，并不能反映设备之间空间上的相对关系。当电网需

者扩建时，二维GIS系统无法反应电力设备和周围对象之间的

置关系，还需要改建扩建施工者到电网现场进行测量获取上述空间位 统

中国专利文献CN102323996A公开了基于三维GIS技术的输电线路可视

化状态系统，该系统由地理信息数据展示模块，设备模型数据展示模块和状

态数据展示模块三部分组成，其中，地理信息数据展示模块采用了基

塔结构的数据存储技术和动态LOD技术，设备模型数据展示

式传输与顶点式相结合的方式，实现高精度在线设备模

据展示模块采用了粒子系统实现状态数据展示；

础，通过对海量空间信息的多角度、全方

地景仿真和输电设备状态的三维展

化、科学化、智能化水平提

完成模型建立，这样，模、加载工作量大，

置数据，费时费力，不利于改建或者扩建工作的顺利进行。而三维GIS系

即可满足上述需求。

于金字

模块采用了渐进

型快速浏览；设备数

该系统以三维GIS技术为基

位展现，实现输电线路走廊的三维

示，从而为提升电力设备运行管理的精细

供信息支撑。该专利文献实时采集电网数据实时

需要对场景中包含的每一个对象进行建模、加载，建 展示速度相对较慢。

一般而言，三维GIS中涉及的地理事务和景观对象信息纷繁复杂，数据

十分庞大；而作为电息系统，其要显示的为包括变电站、架空线路、电

缆线路、配电室等有限种类的电力设备；而且上述电力设备宏观上都

电配电线路成线性排列，各种浏览也基本都基于当前浏览场景

线路向前或者向后进行浏览；上述专利文献重点从建模

储方式和传输形式保证快速浏览，但是未充分考

规格相对一致的特点，要对每一个对象进

大，其浏览速度还有待于进一步提

沿着输

沿着输电配电

过程中用到的数据存

虑和利用电力设备种类有限，

行建模、加载，建模、加载工作量 高。 发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的基于三维GIS技术的可视化

状态系统对每一个对象都要实时建模和加载带来的加载速度相对较慢的技术

问题，进而提供一种充分利用电力设备种类单一特点实现实时可视化

三维地理信息技术的电网可视化系统及方法。

的基于

为解决本发明的上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于三维GIS技术的电网可视化方法，包括如下步骤：

S01,客户端接收要显示的场景信息，形成场景加载指令并传输给服务器;

S02，服务器接收所述场景加载指令，并将场景中包含的对象根据类型进

行分解，获得不同的三维模型加载子任务，通过访问三维模块文件寻址信息

表获取所述三维模型文件的存储位置，进而并行读取每个模型的三维

件，完成每一种类型的首个对象的模型文件的读取并输出；

模型文

S03，服务器接收步骤S02中读取的模型文件，同一种类的其它不同对象

S04，服务器提取每一个对象的模型文件结合至GIS信息中生成三维场景

在所述步骤S04之后还包括模型预加载的步骤，具体是客户端在显示当

前场景的同时，服务器根据已经加载的电网设备和相应电网设备之间的连接

关系，确定该客户端请求的当前场景的前一个场景和后一个场景信息，先加载当前场景的前一个场景和后一个场景需要的模型文件并输出。

图并输出给客户端。

的模型直接使用首个对象的已读取的模型文件；

并预

所述步骤S02中还包括根据对象占整个场景的比例选择对象的相应颗粒

所述步骤S04之后，还包括如下步骤：

S05，客户端判断是否接收进一步显示对象附属信息的指令，如接收到，

S06，服务器接收步骤S05的指令请求，先读取对象的索引文件，根据对

所述索引包括对象的名称和ID。

一种基于三维GIS技术的电网可视化系统，包括：

数据库，存储有三维地理信息、电网设备数据、各类三维模型文件寻址

客户端，接收要显示的场景信息并传输给服务器；同时，接收所述服务

服务器，根据场景信息调用模型文件并输出；

所述服务器进一步包括：

计算分解运算模块，用于根据场景所包括的对象的类型的不同将要加载

器输出的场景数据并进行显示；

信息表，其中，三维模型文件寻址信息表存储有各类三维模型文件的存储位

置信息；

象的索引找出该对象的附属信息的存储位置，然后根据该存储位置从数据库

中读取该对象的附属信息并输出。

则将该指令输出并转入S06；

度模型文件的步骤。

的模型分为不同的模型加载子任务，并将所述多个模型加载子任务通过多线

程的方式并行调取模型文件并输出，调取模型文件具体是先从数据库

述三维模型文件寻址信息表获取三维模型文件的存储位置，然

型文件；

中的所

后再从读取模

加载结果重用模块，接收计算分解运算模块已调取的模型文件，同一类

加载组合模块，将各个对象的模型文件结合至GIS信息中生成三维场景

所述服务器还包括场景预加载模块，根据已经加载的电网设备和相应电

网设备之间的连接关系，确定客户端请求的当前场景的前一个场景信息和后

一个场景信息，并预先加载当前场景的前一个场景和后一个场景需要

文件并输出。

图并输出。

型的其它不同对象直接使用已读取的模型文件；

的模型

同一个对象的所述三维模型文件包括不同颗粒度的多个三维模型文件。

所述服务器中还存储有索引文件，所述索引文件存储有对象与对象对应

所述索引文件中的索引包括对象的名称和ID。

本发明的技术方案具有如下优点：

本发明基于三维GIS技术的电网可视化系统和方法，根据要加载的场景

的三维地理信息数据或者电网设备数据的组成的附属信息的存储位置的映射

关系。

所包括的对象类型的不同将要加载的模型分为不同的模型加载子任务，并将

所述多个子任务通过多线程的方式并行调取模型文件，提高加载速度；

在根据加载的对象种类将加载任务划分为不同模型加载子任务

一种类的对象的模型文件只需读取一次，同一种类的对

复加载，只需要使用首次读取的模型文件即可，

使用不限于一个客户端加载任务中，不同

件，这样充分考虑电力设备种类有

类模型文件的反复读取，减

同时，

的基础上，每

象的模型文件无需重

而且，这种模型文件的重复

客户端同样能复用已读取的模型文

限、规格相对一致的特点，避免了同一种

少对磁盘中模型文件的读取次数，将加载工作量

有效减少，能显著提高加载效率，保证快速加载，保证客户端能实时浏览。

通过设置三维模型文件寻址信息表，可一次性从模型文件里获取模型的

设置场景预加载模块，可在显示当前场景的同时，由后台服务器预先加

通过建立索引，在模型加载完毕需要进行附属数据显示时，只需要先通

过索引，找出各个对象对应的附属数据的存储位置，再读取数据库中存储的

数据，减少了对磁盘的读取次数，提高磁盘读取速度，保证更快处理

务，提高加载速度。

载预当前场景的前一个场景和后一个场景中的对象的模型文件，在下一场景

显示请求到达时，可即时显示下一场景，能大大提高显示的实时性。

全部信息，无需传统模型加载中的多次读取磁盘操作，提高磁盘读取速度。

加载任 附图说明

为了使本发明的内容更容易被理解，本发明将结合附图和具体实施方式

对本发明的内容进行进一步的说明：

图1为本发明一个实施例的基于三维GIS技术的电网可视化系统的结构

图2为图1所示系统的工作流程图。

具体实施方式

参见图1所示，作为本发明一个实施例的一种基于三维GIS技术的电网

数据库，所述数据库又进一步包括存储有三维地理信息的第一数据库和

存储有电网设备数据的第二数据库，以及三维模型文件寻址信息表（图中未

示出），其中，三维模型文件寻址信息表存储有各类模型的名称和其

文件的地址信息，各类三维模型文件直接存储在服务器的硬盘

模型包括场景中包含的任何类型对象的三维模型，比如

站、电线杆等的三维模型；服务器读取模型文件

维模型文件寻址信息表中读出预定模型文

盘里读

可视化系统，包括：

示意图；

三维模型

里，各类三维

楼宇、街道、变压器

时，需要先从数据库里的三

件的存储位置，然后再一次性从磁

出模型文件给客户端，完成一个模型的加载；所述索引文件存储有对

象与对象对应的三维地理信息数据或者电网设备数据的组成的附属信息的存

储位置的映射关系；索引文件（图中未示出），存储在服务器的硬盘

有对象与对象对应的地理信息数据（比如，楼房的施工单位，

息）或者电网设备数据（比如电线杆的维修记录已经其

参数等）组成的对象的附属信息的存储位置的映

示过程中需要对某个对象的数据进一步显

上完成进一步显示附属信息的指令，

中，存储

建成年代等信

上绑定的电线的电气

射关系，在模型加载完毕显

示时，比如通过鼠标点到某个对象

此时客户端将显示附属信息的指令传输 引，找出对象对应的三维地理信息数据或

给服务器，服务器只需要先通过索

者电网设备数据的存储位置，少了磁盘的读取次数，提高

载速度，通过设置初

过程，即满足

具体的

再从数据库中读取出相应的附属信息数据，减 磁盘读取速度，保证更快处理加载任务，提高加

步加载显示模型组成的场景信息和二次加载附属信息的

了快速客户端快速浏览的要求，同时对客户端感兴趣的对象的

附属信息通过二次操作进行后续加载也能满足客户需求；作为本发明

的一个具体实施例，其中的电网设备数据根据电网现场的电力数据实时更新，

比如第二数据库与电网现场的电力数据采集装置相连，实时采集更新

备数据；鉴于三维地理信息和电网设备数据结构本身差别大，

证数据格式的统一，也便于复用现有的数据库；

电力设

分别存储能保

客户端，一方面，接收要显示的场景信息并传输给服务器，向服务器发

出显示预定场景的请求，启动加载工作；另一方面，在加载完成后，接收所

述服务器加载后输出的场景数据并进行显示；本实施例中，以一个客

例；

户端为

服务器，作为本发明一个具体实施例，所述服务器为多核服务器，可以

进行并行处理，提高服务器的并行处理能力；所述服务器接收所述客户端的

发出的请求，并根据要加载的场景信息并进行加载后输出；所述服务

包括，

器具体

计算分解运算模块，用于根据场景所包括的对象的类型的不同将要加载

的模型分为不同的模型加载子任务，每个模型加载子任务用于读取一个模型

文件，并将所述多个子任务通过多线程的方式在所述服务器包括的多

并行运行，即并行读取模型文件，

所述三维模型文件寻址信息

个核上

其中读取模型文件具体是先从数据库中的

表获取三维模型文件的存储位置，然后再从读取 模型文件；加载前，

对应颗粒度的

时，场

还需要根据加载对象在场景中所占的比例，选出该对象

模型文件；通过对对象的三维模型进行分层管理，在远端观察

景包括的对象较多，即采用颗粒度较大的粗糙模型，在近端观察时对

加载结果重用模块，接收计算分解运算模块的已读取的模型文件，同一

类型的其它不同对象直接使用改已经读取的模型文件；当然，加载结果重用

不仅适用于同一客户端，不同客户端发出的不同请求，服务器在执行

载子任务之前，会判断缓存时是否存有相应模型文件，如果有

直接将该模型文件加载到客户端，完成请求的响应；不

时存在复用基础的，服务器同样复用已经加载的

读取模型文件的工作量，减少对磁盘的读

象采用颗粒度较小的精细模型，这一既能满足从远至近、从模糊到清晰地视

觉效果，又能极大提高系统的效率；

模型加

模型文件，将

同客户端的模型加载

模型文件，可大大减少重复 取次数，进而提高加载效率；

加载组合模块，将各个对象的模型文件结合各自的GIS信息生成三维场

场景预加载模块，根据客户端正在显示的场景，服务器根据已经加载的

电网设备和相应电网设备之间的连接关系，确定该客户端请求的当前场景的

前一个场景和后一个场景信息，服务器主动在后台预先加载该场景的

场景信息和后一个场景中对象的模型文件，并将读取出的模型

中，暂时不输出；在相应的场景显示请求到达时，服务

将模型文件结合至各自的GIS信息生成三维场

显示。

景图并输出；

前一个

文件存在缓存

器可以即时响应请求，

景图并第一时间输出给客户端

作为一个具体实施例，所述文件中的索引包括对象名称和ID，避免单一

索引，可更方便快速地查找。

上述实施例中基于三维GIS技术的电网可视化系统的方法，参见图2所

S01,客户端接收要显示的场景信息，形成场景加载指令并传输给服务器;

S02，服务器接收所述场景加载指令，并按照如下步骤执行；

S021，将场景中包含的对象根据类型进行分解，获得不同类型的模型加

S022，根据对象占整个场景的比例选择对象的相应颗粒度模型，获得不

同的具体模型加载子任务，通过访问三维模块文件寻址信息表获取所述三维

模型文件的存储位置，进而并行读取每个模型的三维模型文件，完成

类型的首个对象的模型文件的读取并输出；

载子任务；

示，具体包括如下步骤：

每一种

S023,并行读取出模型文件的存储位置并读出模型文件，完成每一种类型

S03，服务器接收步骤S02中读取的模型文件，同一种类的其它不同对象

S04，服务器提取每一个对象的模型文件并结合GIS信息生成三维场景图

S041，服务器根据已经加载的电网设备和相应电网设备之间的连接关系，

确定该客户端请求的当前场景的前一个场景和后一个场景信息，并预先加载并输出给客户端显示；

的模型直接使用首个对象的已读取的模型文件，直至完成所有对象的加载；

的首个对象的模型的加载并输出；

当前场景的前一个场景和后一个场景包含的模型文件，并将加载结果

在接到显示请求时，服务器第一时间将加载结果输出显示；当

配电系统最前端和最后端时，只进行前一个场景或后一

当前浏览结束；

暂存，

当前场景处在

个场景的加载，直至

S05，客户端判断是否接收到进一步显示对象附属信息的指令；

S051,如有则将该指令输出给服务器；

S06，服务器接收步骤S05的指令请求，读取对象的索引进而从数据库中

作为本发明的一个实施例，所述索引为包括名称和唯一ID的多关键词索

此时已经完成一个典型的浏览过程，如客户端此时要浏览当前场景的前

一个或者后一个相邻场景，则直接再发请求给服务器，服务器直接将缓存里

暂存的预加载结果直接输出即可，完成快速浏览；如客户端关闭当前

面，则整个浏览过程结束。

引，通过任一关键词都可完成检索，更方便检索。

读出附属信息并输出到客户端显示；

浏览页

本发明基于三维GIS技术的电网可视化系统和方法，根据要加载的场景

所包括的对象类型的不同将要加载的模型分为不同的模型加载子任务，并将

所述多个子任务通过多线程的方式并行调

在根据加载的对象种类将加载任务

一种类的对象的模型文件只

复加载，只需要使用

使用不限于一

件，这

取模型文件，提高加载速度；同时，

划分为不同模型加载子任务的基础上，每

需读取一次，同一种类的对象的模型文件无需重

首次读取的模型文件即可，而且，这种模型文件的重复

个客户端加载任务中，不同客户端同样能复用已读取的模型文

样充分考虑电力设备种类有限、规格相对一致的特点，避免了同一种

类模型文件的反复读取，减少对磁盘中模型文件的读取次数，将加载工作量

有效减少，能显著提高加载效率，保证快速加载，保证客户端能实时

这样在进行电网扩建或者旧网改造时，本发明的系统可实时显

位置关系，方便辅助设计，省时省力。

浏览。

示电网的三维

作为本发明的其他实施例，所述索引也可以为包括对象名称和ID中的一

作为本发明的其他实施例，所述的多核服务器也可为现有技术中的服务 明

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式

的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做

出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予

而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明权利要

之中。

器集群代替，通过多个服务器的多个CPU执行并行处理，同样能实现本发

的目的，属于本发明的保护范围。

个的单一索引，同样能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

以穷举，

求的保护范围