电力三维地理信息平台建设中数据生产及应用

1 引言
随着地理信息技术的不断发展，三维地理信息技术在电力行业得到了广泛而深入的应用。

电力三维地理信息平台利用先进的地理信息、遥感及虚拟现实技术，对海量基础地理信息、电力业务数据进行有机结合，对电力设备应用场景进行三维仿真模拟，实现与地理信息数据相结合的电网三维设计、施工运行管理、故障抢修、安全监控等，提升了电力部门管理和决策水平。

数据是三维地理信息平台建设的重要组成部分。

在电力三维地理信息平台建设中，每个环节都伴随有大量数据生成、采集、处理，以供平台分析展示，因此科学的数据处理流程是平台成功建设及应用的关键。

本文基于自主研发的NSC Globe产品对电力三维地理信息平台建设中数据处理关键生产技术进行研究，总结了一套合理、规范、高效的海量数据处理流程，以提高平台建设效率，促进三维地理信息技术在电力行业的应用。

2 平台介绍
NSC Globe是自主研发的三维地理信息平台，该平台利用多源、多尺度空间数据与分布式管理技术以及网络环境下异构GIS数据集成与互操作技术，创建了基于网格渐进传输的三维调度与渲染引擎。

结合现阶段智能化电网相关需求，实现了信息模式的共享、系统数据的整合，提供二次开发、服务发布、数据处理以及网络浏览的一整套解决方案，为智能电网信息化建设提供服务。

主要功能包括：海量、多源数据集成，电网三维模型精细化渲染、专业空间三维分析、多相机浏览、矢量数据多层融合及实时渲染、多种对象绘制等。

图1 NSC Globe平台体系结构图
3 平台数据生产技术及流程研究
海量影像及DEM数据生产
数据类型及来源
影像及DEM是构建电力三维地理信息平台的基础。

为了满足电力行业的应用需求，构建多尺度的电力三维应用场景，需航空影像、遥感影像、无人机影像、DEM数据等多源、多分辨率数据的支撑。

表1 NSC Globe平台影像、DEM数据情况
数据预处理
影像及DEM数据需进行预处理，影像需进行调色、匀光、拼接、裁切等处理，DEM数据需进行投影转换、格式转换等预处理。

金字塔瓦片制作
为了实现海量数据的快速调度与渲染，NSC Globe平台采用金字塔层级结构对影像及DEM数据进行分级分块管理，因此需构建金字塔瓦片。

电力行业的应用需求具有一定的特殊性，影像多沿输电线路走向呈条带状，跨度长达几千公里，因此数据量特别巨大而且数据类型复杂。

利用Global Mapper等现有商业软件进行多源海量数据的瓦片生产存在以下几方面的问题：1、大数据量瓦片生产效率低;2、在输出JPG格式瓦片时难以实现不同图层多源影像无缝拼缝;3、缺少对海量瓦片成果文件定位检查的手段。

为了解决上述问题，进行了大量试验研究，设计开发了海量瓦片数据生产工具集，实现了瓦片批量生产、瓦片无缝拼接、瓦片自动检查、瓦片加密、瓦片挑选、DEM瓦片编辑等功能，优化了处理流程，极大的提高了生产效率。

三维电力设备建模
平台建设中需向设计单位收集电力设备图纸对杆塔及其附属设施、变电站、换流站等进行三维建模。

建模平台的选择
目前主流的建模平台有Bentley、3ds Max、AutoCAD，对三种建模平台的优缺点进行了对比分析，以选择适用的平台。

Betnley平台功能更完善，操作更加便捷，建模效率最高，有专业的钢结构建模产品，适用于工业设备的精细化建模;3ds Max 平台在模型渲染及表现效果上，具有明显的优势;AutoCAD平台在建模效率及效果上较上述两者无明显优势，但更符合电力设计人员的操作习惯。

结合NSC Globe平台下电力设备的建模需求，最终确定精细复杂模型如变电站等使用Betnley平台建模，单线结构的杆塔模型使用3ds Max平台建模。

建模标准的确定及建模方法
建模标准方面，为了保证建模工作的规范性，研究制定了详细的建模标准。

依据电力行业应用需求确定建模精度，分为基本、标准、精细三个等级，对每个等级下建模内容、精度做出了详细的要求;依据NSC Globe平台的要求，确定了模型的单位、坐标系、原点、格式、命名规则、内部组织结构等。

建模方法方面，采用模型复用、简化及LOD技术，本文使用对象建模技术对原始电网模型进行结构解析，以设备对象为建模单元，通过引用关系组装电网模型。

这种模型组织方式保证了电网模型的局部设备的独立性与全局模型的完整性。

各个设备模型得到充分复用，提高了资源利用率，减少了模型的内存消耗。

以变电站为例，变电站由主变压器、配电变压器、断路器、电抗器等一系列设备组成，这些设备在变电站中可能同时存在多个。

在建模的时候，每个设备单独建模，之后根据设备的位置、属性建立模型与空间上的引用关系，构建完整的变电站模型。

另外通过模型简化以及LOD技术实现多级模型的制作，充分保证了三维场景加载及渲染的效率。

模型格式转换及优化
为了实现不同来源、不同格式的三维模型在平台下的展示，研究开发了模型处理工具集，重点包括模型格式转换、模型优化两个功能。

模型格式转换支持max、3ds、DNG、DWG、X等主流三维模型格式间互转;模型优化功能主要是对通过删除或修改模型中对视觉效果影响不大的部分格网面片来减少三角形面片数量，以达到降低模型交互显示或实时传输的开销目的。

图2 电力设备三维模型
电力设备三维应用场景建立
坐标数据收集及处理
电力设备坐标数据由外业测绘人员利用 GPS 定位仪、全站仪等设备通过现场的外业测量获得，在平台建立中用于确定设备在三维场景中的位置。

输电工程应收集每基塔位最终确定的中心点坐标，变电工程应收集3-4个站址角点的坐标。

坐标数据需进行整理检查、投影转换。

电力设备三维应用场景建立
为了实现对电力设备三维应用场景的真实模拟，需依据相关设计图纸进一步提取构建三维场景所需信息。

l 各类电力设备间的相对位置关系：包括杆塔与绝缘子、金具的位置关系，绝缘子与导线的连接关系，变电站与线路的连接关系等。

l 输电线路基本信息：类型、等级、回路数及回路变化情况、导线K值、导线分裂数;杆塔基本信息：塔号、坐标、所对应的三维模型名称;变电站信息：名称、坐标、旋转角度。

上述信息采用统一规范的格式存储，导入平台数据库表，与已构建的三维影像地形、三维电力模型共同实现对电力设备三维应用场景的建立。

图3 平台三维场景
工程档案及设备台帐
工程档案
NSC Globe平台可实现基于三维场景的海量工程档案管理功能。

在输变电工程建设的各阶段收集工程报告、设计图纸、设计变更、施工照片及视频等资料，对资料进行标准化分类，批量提取档案图名、图号、文件格式等信息，进而在数据库中建立杆塔、变电站等三维设备模型与图纸的一一对应关系，导入工程档案数据库，提供多角度、多方位的设计资料查找，实现工程档案的可视化管理。

设备属性
设备属性为用户提供了便捷的途径来获取海量的线路及变电(换流)站的相关电力设备信息。

平台建设中需从设计资料中提取设备关键属性信息，建立与设备的关联关系，导入属性数据库，实现基于三维的设备属性查询管理功能，辅助用户快速检索查询相关电力设备设施的主要设计参数，为电力设备运维提供数据支撑。

图4 设备档案及属性
其他数据生产
在平台建设过程中需结合不同工程的具体需求进行电网专题数据数字化、输电工程交叉跨越信息提取、施工进度信息录入、迁拆通道数字化等数据处理工作，以实现电网建设的全过程可视化管理。

平台数据生产总体流程
基于以上平台数据生产技术研究，总结平台数据生产总体流程如下：
图5 平台数据生产总体流程
4 应用实例
目前本文所述的数据生产技术及流程已在基于NSC Globe的开发的三维数字化移交平台、输电线路三维设计平台、一体化电网运营管理平台等系列电力三维地理信息平台的建设中成功应用。

在各类项目的实施中，本文所介绍的技术及流程得到了充分的验证，利用该成果已完成30TB航空遥感影像、DEM数据的生产，万公里输电线路数据三维场景的建立，14个国家重点输电工程三维模型制作、档案及属性数据处理等。

标准统一的数据生产流程、完整正确的数据成果为各类电力三维地理信息平台的建设提供了重要保障。

2013年实施的“三维全景展示研究及工程应用”工程中，利用本文研究成果完成了“晋东南-南阳-荆门1000kV特高压交流试验示范工程”、“宁东-山东±660kV直流输电示范工程”两条线路多源海量航空及遥感影像处理、三维精细化设备模型制作、精细化档案及属性整理、工程三维展示视频制作等，为平台功能的实现提供了有利的数据支撑。

图6 “三维全景展示研究及工程应用系统”界面
5 结语
“智能电网”已成为电力行业的重要发展方向，智能化的电网建设及管理对电力三维地理信息平台建设提出了迫切需求。

随着遥感、监测等数据获取手段的不断进步，必将会有大量地理信息数据、自然环境数据、电力设备参数、电力实时运行监测数据产生并依托
三维地理信息平台展示、发布、应用，因此研究建立海量数据快速标准化生产流程可以为电力业务系统提供基础数据支撑，为进一步辅助电网建设、管理提供有效手段。

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(转自中国勘测联合网测绘技术百科版块)。