第１期总第２２３期 ２０１３年１月 农业科技与装备 ｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ￣，ｖ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｎｏ．１ Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２２３ ｌａｎ．２０ １ ３ 基于三维Ｇ Ｉ Ｓ技术的配电网可视化系统设计 张 静 ．张作香 （１．辽阳建筑职业学院，辽宁辽阳１１１０００；２．沈阳农业大学信息与电气工程学院，沈阳１１０８６６） 摘要：根据配电网系统需求特点，利用数字高层模型（ＤＥＭ）、三维设备模型、海量数据处理技术、二维ＧＩＳ等多种业界领域先技术， 实现基于ＧＩＳ的三维配电网系统的设计方案。三维地理信息系统不仅能模拟三维场景，使电网具有交互性，还能利用其空间分析 功能满足配电线路规划、设计、培训模拟等业务要求，同时完成设备、设施空间和属性信息的维护和查询。 关键词：配电网；三维ＧＩＳ；数字高程模型；可视化系统 中图分类号：ＴＰ３１９；ＴＭ７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—１１６１（２０１３）０１—００３８—０２ 随着计算机技术的飞速发展，地理信息系统在整 个电力行业中得到了越来越广泛的应用。目前，我国 大多数配电网是基于二维的。近年来，以空间可视化 在三维空间进行空间操作与分析．使三维ＧＩＳ明显不 同于二维ＧＩＳ，且功能更加强大。 １．１ ＧｌＳ基础数据 技术和空间数据库技术为支撑的三维ＣＩＳ技术蓬勃 发展，在大规模地形显示、空间数据管理和分析等方 面取得突破性进展，为研究新一代可视化配电网管理 系统提供了必要条件。三维可视化地理信息系统 （ＧＩＳ）可以更真实、直观地处理越来越复杂的三维空 间数据。三维配电网系统包括三维数字地形模型、高 分辨率遥感影像数据、三维电力设施与设备模型三维 仿真场景，能够对电网设备、电网建设区域的三维可 视化仿真．并允许用户在三维场景中交互完成场景浏 览、漫游、定位等操作，便于用户全方位、直观化地了 解电力网建设情况及电网所在区域环境。 数字高程模型（ＤＥＭ）是一种通用的空间型数据 结构。它是按照一定的采集地面高程建立规则格网高 程数据，用来描述裸地表的地形图。ＤＥＭ是整个三维 ＧＩＳ系统三维数字模型的重要组成部分，其数据获取 可以分为两种方式：一是对彩色地形图进行定向．与 影像套合后提取等高线，通过一定的算法插值成数字 高程模型：二是将等高线矢量数据转化为ＴＩＮ后，由 ＴＩＮ转换为ＤＥＭ，最后通过一系列的修正和融合处 理得到完整ＤＥＭ。 数字表面模型（ＤＳＭ）包括建筑物、树木、电力线 路等，激光雷达点云数据本身就是一种ＤＳＭ。 数字正射影像（ＤＯＭ）是对航空（航天）像片经过 数字微分纠正．消除由影像倾斜和地形起伏引起的变 形后形成的影像，是一种栅格数据。 矢量数据包括送电线路走廊、变电站、公路、铁 路、地物标识、设计线路和杆塔数据。 １．２海量三维数据处理 １ 三维ＧｌＳ技术 三维ＧＩＳ技术用Ｘ，Ｙ，Ｚ来表述空间对象，以立 体造型技术展现地理空间现象，不仅能够表达空间对 象问的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向 关系，从而对空间对象进行特有的三维空间分析和操 作。三维ＧＩＳ技术除具备二维ＧＩＳ技术的传统功能 外．还具有如下基本功能。 对海量数据的管理主要指对影像数据的储存和 １）包容一维、二维对象。将传统的二维ＧＩＳ中的 一读取。影像数据的存储、读取和传输是影响系统的最 重要因素。海量数据大范围三维场景快速漫游的实 维、二维对象置于三维立体空间中，并存贮它们的 真实几何位置及空间拓扑关系。 ２）三维ＧＩＳ技术的核心是三维空间数据库。三 维空间数据库对空间对象进行存储与管理，使三维 现．主要受制于以下几个因素：１）几何数据的数据量 庞大；２）纹理数据的数据量庞大；３）地物繁多。 对影像数据管理的目的是解决影像数据读取速 度慢和传输数据量大的问题。对影像数据进行管理 时，必须采用影像分块技术，同时利用与视点相关的 ＧＩＳ技术既不同于ＣＡＤ，也不同于传统的二维ＧＩＳ。 ３）三维空间分析功能。空间分析三维化，即直接 ＬＯＤ技术在服务器端对影像数据建立金字塔模型， 收稿日期：２０１２一ｌ１—２５ 采用空间索引对影像数据进行存储、管理、传输和无 缝拼接，实现影像信息的优化管理和在客户端快速浏 览 作者简介：张静（１９７３一），女，副教授，从事信息处理与信号 分析方面的工作。 ２０１３年第１期 张 静等：基于三维ＧＩＳ技术的配电网可视化系统设计 目的。 ３９ ２配电网可视化系统分析与设计 ２．１ 系统分析 ３配电网可视化系统的三维功能 ３．１ 三维场景显示 系统的建设目标是在开放式的信息技术框架体 系下，以数字地球为载体，以高分辨率影像数据、数字 高程模型、高精度三维电网模型为基础，以三维地理 信息系统为平台，建立三维场景，利用地理信息系统 的数据组织、空间分析和测算功能，把基础地理信息 和影像、电网、电源、变电站、相关电力专题数据整合 在一起．为电网建设中的规划、设计等部门管理提供 决策支持和服务。 ２．２系统体系结构 系统设计以发挥三维ＧＩＳ在电网规划中的辅助 将目标范围内的地表特征和配电网三维模型形 象化，并提供断面图、杆塔定位图和三维立体模型图。 在三维场景中进行漫游、缩放、旋转及飞行等操作。 ３．２查询功能 多方式方便快捷地查询任一输电线路的有关数 据资料。如线路的电压等级、连接方式、起止点、回路 数、路径长度、导线型号等设备属性，并可直观地在三 维场景中显示耐张段。通过飞行或漫游查询线路经过 的跨越物，并对跨越物进行统计和管理。 ３．３二三维一体化 作用为根本出发点，以数据共享和资源整合为目的， 同时考虑信息资源和空间数据的安全性与保密性。系 统采用目前先进的面向服务的ＳＯＡ体系架构，通过 结合对应的二维ＧＩＳ子系统，在三维和二维系统 中实现数据互动，即通过二维图上的精确定位来实现 杆塔、线路等设备的管理和维护。 ３．４模拟分析 搭建基于三维空间地理信息为基础的电息服务 平台。与电网生产管理系统共享属性数据，并保证数 据完整，开发和整合电网规划各个功能模块。以Ｍｉ— ｃｒｏｓｏｆｔ．Ｎｅｔ作为开发环境，应用基于ＳＯＡ和ＮＥＴ的 通过模拟淹没，可查询洪水灾害对输电线路设备 的影响．选出最佳抢修路线．标注上山路口，模拟现场 施工。 信息集成技术；采用业务服务器对业务数据进行管 理，响应用户业务服务请求，如电网查询、属性查询、 专题图显示等；用地图服务器对ＤＯＭ和ＤＥＭ进行 管理，响应用户空间服务请求，如空间定位、影像缩 放、空间分析、场景渲染等。 ２．３属性数据库建立 ４结论 根据三维ＧＩＳ的技术特点和输电线路管理的需 求，通过合理利用三维模型构建和设计方法．提出一 种基于三维ＧＩＳ技术的配电网地理信息系统设计方 案。系统采用合理的软件体系，可以作为维修模拟培 训、雷电区域分析和输电线路设计等高层应用软件的 建立与模型相关的各类属性信息数据库，把属性 数据库和空间数据库结合起来，以支撑三维环境下的 目标信息查询。通过设计对应的表结构，把属性数据 存放在关系数据库中，现采用ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ ２０００。利用 ＯＤＢＣ（开放式数据库互连）技术，并通过定义关键字 段对此类型数据进行远程操作，从而达到存取数据的 参考文献 数据平台。随着计算机图形技术的飞速发展和硬件水 平的不断提高，三维ＧＩＳ将是整个电力行业ＧＩＳ的发 展方向。基于三维的ＧＩＳ系统能让人们更加直观、形 象地认识和理解电网属性和设备信息．从而不断提高 其管理水平和工作效率。 ［１】范光甫，朱中耀，蒋荣安．三维数字化电网解决方案【Ｊ］．电力勘测设计，２００５（１）：３０－３４． 【２］陆小艺，徐祖舰，李小明．三维ＧＩＳ在电网工程设计运行过程中的应用研究［Ｊ］．红水河，２００９（２）：５４—５６． 【３】魏祖宽，蒋楠，金在弘．电力信息系统中三维ＧＩＳ关键技术的应用研究［Ｊ】．计算机与现代化，２０１０（５）：８３—８８ 【４】杨云涛，林一凡，郑森泉，等．面向智能电网的３Ｄ—ＧＩＳ平台研究与构建【Ｊ１．陕西电力，２０１０（４）：５—７． Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ３Ｄ ＧＩＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ ．ＺＨＡＮＧ Ｚｕｏｘｉａｎｇ２ （１．Ｌｉａｏｙａｎｇ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｉａｏｙａｎｇ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １ １０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｉｒｉｆｃａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０８６６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ａ ＧＩＳ－ｂａｓｅｄ ３Ｄ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ（ＤＥＭ），３Ｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ，ｍａｓｓｉｖｅ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ２Ｄ ＧＩＳ，ｅｔｃ．，ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．３Ｄ ＧＩＳ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓｉｎｍｌａｔｅ ３Ｄ ｓｃｅｎｅ ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｄ ｎｅｔ ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅ ｉｔｓ ｓｐａｔｉａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｔｏ ｓａｔｉｓｆｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｐｌａｎｎｉｎｇ，ｄｅｓｉｇｎ，ｔｒａｉｎｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｅｔｅ．，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ａｌｓｏ ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｍａｉｎ ｔｒａｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｑｕｅｒｙｉｎｇ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｆａｃｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；３Ｄ ＧＩＳ；ＤＥＭ；ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
