瀑布溝水電站三維綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)初探

宋 柯，葛 嘉

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

瀑布溝水電站三維綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)初探

宋 柯，葛 嘉

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

根據(jù)瀑布溝水電站設(shè)備量大，管系復(fù)雜、廠區(qū)管理要求高的特點(diǎn)，研究建立一套以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為載體，借助地理信息技術(shù)（G IS）和3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為應(yīng)用平臺(tái)的信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠各種管線、設(shè)備、廠房等涉及地理位置的信息實(shí)現(xiàn)集中化、可視化管理，實(shí)現(xiàn)全廠范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)共享，為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理者提供現(xiàn)代化的管理手段和科學(xué)及時(shí)的決策支持。

地理信息技術(shù)；管網(wǎng)；三維

0 引言

近年來(lái)，隨著大規(guī)模、大容量電站的不斷涌現(xiàn)，電力生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化以及管理手段數(shù)字化，使得建設(shè)數(shù)字化電站成為發(fā)展趨勢(shì)，并引領(lǐng)電力行業(yè)發(fā)展潮流。作為中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司最大的水電站，要達(dá)到“行業(yè)一流，系統(tǒng)樣板”的管理要求，實(shí)現(xiàn)“運(yùn)維合一，大倒班”電力生產(chǎn)模式，瀑布溝水電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行顯得至關(guān)重要。為了確保機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性,通過(guò)一定的數(shù)字化技術(shù)手段,對(duì)電力設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)和運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督,以達(dá)到預(yù)防為主、科學(xué)管理的目的。

瀑布溝水電站地面和地下廠房的設(shè)備、水管、氣管、輸油管、通信線、電力線等設(shè)施縱橫交錯(cuò)，地理特征明顯，構(gòu)成了十分復(fù)雜的水電站管網(wǎng)設(shè)施系統(tǒng)。傳統(tǒng)的管理模式已難以適應(yīng)現(xiàn)代化水電站的發(fā)展，其安全運(yùn)行管理也就更困難。本文根據(jù)瀑布溝水電站設(shè)備量大，管系復(fù)雜、廠區(qū)管理要求高的特點(diǎn)，研究建立一套三維綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為載體，借助地理信息技術(shù)（GIS）和3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠各種管線，設(shè)備，廠房等涉及地理位置的信息實(shí)現(xiàn)集中化、可視化管理，實(shí)現(xiàn)全廠范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)共享，為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理者提供現(xiàn)代化的管理手段和科學(xué)及時(shí)的決策支持。

1 系統(tǒng)構(gòu)建內(nèi)容

瀑布溝水電站三維管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施內(nèi)容主要包括：①?gòu)S區(qū)地面和地下設(shè)施、管線三維模型建立。通過(guò)地面和地下設(shè)施和綜合管線數(shù)據(jù)，利用3DMAX工具建立形象逼真的三維模型，作為三維管線信息系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)源。②水電站地面和地下管線信息管理系統(tǒng)搭建。建立以GIS平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)、3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，三維場(chǎng)景與二維圖形互動(dòng)的水電站綜合管線信息系統(tǒng)；③系統(tǒng)硬件環(huán)境購(gòu)置。包括配置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、客戶端圖形工作站等。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

瀑布溝水電站三維綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)以廠區(qū)數(shù)字地圖、航空影像為背景，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站廠區(qū)空間數(shù)據(jù)的空間分布展現(xiàn)，地面及地下管線、設(shè)備、設(shè)施的三維漫游和設(shè)施屬性數(shù)據(jù)的管理、查詢、統(tǒng)計(jì)分析功能。本系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)采用B/S（Browser/Server）和C/S（Client/Server）相結(jié)合的組建模式。對(duì)于圖形瀏覽及信息綜合查詢，采用B/S架構(gòu)，能夠有效簡(jiǎn)化系統(tǒng)維護(hù)的復(fù)雜度，降低系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的要求，降低建設(shè)成本，滿足多數(shù)用戶使用需求；對(duì)于管網(wǎng)運(yùn)行分析應(yīng)用、管網(wǎng)圖形繪制及圖形打印輸出應(yīng)用和瀑布溝水電站三維場(chǎng)景應(yīng)用以及瀏覽，則采用C/S架構(gòu)，滿足大量的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析要求。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件配置方面考慮到系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性，操作平臺(tái)中，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器選用Windows 2003 Server，WEB發(fā)布服務(wù)器選用 Windows 2003 Server,客戶端操作系統(tǒng)選用Windows XP Professional操作系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)平臺(tái)選用世界上最大的GIS解決方案提供商ESRI公司的GIS平臺(tái)，從而提高瀑布溝水電站在平臺(tái)選用上的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。系統(tǒng)使用ESRI公司的ArcIMS9進(jìn)行WEB發(fā)布，使用ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎、使用ArcGIS Engine作為客戶端開發(fā)平臺(tái)。

3 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

瀑布溝水電站三維綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)從總體上看，采用多層分布式架構(gòu)，系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)層、模型層、組件/中間件層、應(yīng)用服務(wù)層、表示層和接口層。從邏輯上說(shuō)，系統(tǒng)由三大體系組成：技術(shù)體系、功能體系和保障體系。技術(shù)體系包括數(shù)據(jù)層、模型層、組件/中間件層和應(yīng)用服務(wù)層；功能體系包括表示層和接口層，表層既最終用戶可使用的功能最大集合；保障體系指確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的體系，包括技術(shù)的和管理的保障兩大方面，技術(shù)保障體系包括系統(tǒng)安全體系、系統(tǒng)維護(hù)機(jī)制和日常管理措施等。

（1）系統(tǒng)安全功能

權(quán)限控制設(shè)計(jì)采用了基于用戶名/密碼的身份認(rèn)證方式和基于角色的訪問(wèn)控制機(jī)制來(lái)解決廣域網(wǎng)內(nèi)部的安全管理問(wèn)題。系統(tǒng)根據(jù)瀑布溝水電站實(shí)際情況，參照有關(guān)信息安全管理的有關(guān)規(guī)定，建立基于LDAP協(xié)議下的安全管理機(jī)制，將系統(tǒng)權(quán)限管理與瀑布溝水電站內(nèi)整體信息安全管理整合。

在系統(tǒng)所處網(wǎng)絡(luò)中架設(shè)防火墻隔離局域網(wǎng)和Internet。使用防火墻能夠有效地阻止來(lái)自非法入侵和病毒傳播。局域網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)上安裝防火墻軟件，防止病毒從移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中進(jìn)入局域網(wǎng)。

為了更好地保護(hù)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在正式運(yùn)行前，制定詳細(xì)的數(shù)據(jù)備份制度與計(jì)劃。本系統(tǒng)預(yù)期使用的數(shù)據(jù)庫(kù)備份策略包括邏輯備份、冷備份、熱備份等。定期備份數(shù)據(jù)庫(kù)能夠減小數(shù)據(jù)文件破壞或丟失帶來(lái)的損失。

（2）Web模式應(yīng)用功能

Web模式下的瀑布溝水電站背景地圖和管線數(shù)據(jù)采用分層管理的模式。系統(tǒng)提供大量簡(jiǎn)單易用的空間操作工具，方便地實(shí)現(xiàn)放大、縮小、平移、鷹眼、選擇、測(cè)量、比例尺設(shè)定、捕捉等GIS基本功能。使用人員在瀏覽地圖的過(guò)程中可以隨時(shí)回前一視圖、后一視圖。在報(bào)表管理中，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)有效數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計(jì)、打印以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。同時(shí)，系統(tǒng)為使用人員提供管線資料查詢界面，通過(guò)查詢界面的管線分類，來(lái)查詢具體的管線和管線所附屬的設(shè)備的屬性信息，關(guān)聯(lián)與管線相關(guān)上級(jí)、下級(jí)管線、設(shè)備的屬性以及多媒體信息。按照管線屬性進(jìn)行綜合管線資料的統(tǒng)計(jì)查詢，通過(guò)列表顯示管線的管材、管徑、壁厚、長(zhǎng)度、防腐類別、竣工時(shí)間等屬性信息以及關(guān)聯(lián)管線的屬性信息。并且可以進(jìn)行列表打印和Excel文件的導(dǎo)出。

（3）C/S模式應(yīng)用功能

基于系統(tǒng)提供的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，模擬追蹤、定位故障點(diǎn)，同時(shí)統(tǒng)計(jì)所影響設(shè)施數(shù)量、設(shè)施明細(xì)信息，需要進(jìn)行操作的閥門信息。管道搶修時(shí)，指定爆管位置，系統(tǒng)給出應(yīng)關(guān)閉的閥門。為用戶提供管線資料查詢界面，通過(guò)查詢界面的管線分類，來(lái)查詢具體的管線和管線所附屬的設(shè)備的屬性信息，同時(shí)關(guān)聯(lián)出與管線相關(guān)上級(jí)、下級(jí)管線、設(shè)備的屬性以及多媒體信息。為用戶提供多種綜合管線搶修信息的統(tǒng)計(jì)查詢方式。分別可以通過(guò)選擇時(shí)間范圍、管網(wǎng)、搶修地點(diǎn)、搶修方案的方式，來(lái)進(jìn)行發(fā)電廠綜合管網(wǎng)搶修信息的統(tǒng)計(jì)查詢。查詢后，通過(guò)列表進(jìn)行綜合管網(wǎng)搶修信息的展示，并且支持管網(wǎng)搶修信息的打印和另存Excel。

（4）三維信息展示功能

系統(tǒng)中能夠以二維和三維兩種不同的方式展示管道設(shè)施的空間分布，提供的二、三維GIS系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能，使兩種不同的展現(xiàn)方式更加緊密地同步互動(dòng)。模型為三維場(chǎng)景中最小組織單位,每個(gè)模型可以設(shè)置屬性。管網(wǎng)模型與GIS系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)圖形對(duì)象的屬性一一對(duì)應(yīng)。用戶可以在系統(tǒng)中按照實(shí)際攝像頭監(jiān)控位置創(chuàng)建相應(yīng)的相機(jī)位置，并進(jìn)行屬性關(guān)聯(lián)。用戶能夠在發(fā)生事故時(shí)，在二維場(chǎng)景內(nèi)使用定位方式選擇事故發(fā)生的位置，系統(tǒng)能夠在三維場(chǎng)景內(nèi)突出顯示此位置，并按照定義好的半徑，對(duì)事故發(fā)生地一定圓周范圍內(nèi)的三維對(duì)象進(jìn)行突出。

圖2 地下管網(wǎng)設(shè)施三維圖

（5）三維建模功能：

在水電站建設(shè)、檢修、技改工程后，建立水電站地面和地下設(shè)施三維模型，結(jié)合廠區(qū)平面布置圖和水電站現(xiàn)狀實(shí)境將主廠房、主變壓器洞和尾水閘門室、開關(guān)站等建筑及室外主要設(shè)備、廠區(qū)道路、廠區(qū)綠化帶、圍墻等要素進(jìn)行三維建模。

建立水電站地下管溝三維模型及三維通道，根據(jù)管溝的埋深、斷面形式、井、閥門的位置及深度，將地下管道三維模型及路徑、井、閥門的三維模型、電纜隧道的三維模型及路徑進(jìn)行全廠范圍內(nèi)建模。

4 結(jié)束語(yǔ)

瀑布溝水電站三維管網(wǎng)系統(tǒng)將通過(guò)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)劃、科學(xué)的管理手段、先進(jìn)的信息化技術(shù)、精密的數(shù)據(jù)采集探測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)瀑布溝水電站管線數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化、信息化管理。在搭建功能齊全、技術(shù)領(lǐng)先、管理高效信息化管理平臺(tái)的同時(shí)，推行正確的管線信息的管理模式，保證信息的及時(shí)更新，促進(jìn)管線信息平臺(tái)的良性發(fā)展，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)景規(guī)劃、長(zhǎng)期發(fā)展的建設(shè)目標(biāo)，為電廠應(yīng)急處置、管理、建設(shè)、規(guī)劃提供技術(shù)決策支持。

TP391

B

1672-5387（2010）06-0077-03

2010-10-08

宋 柯（1969-），男，高級(jí)工程師，從事水電站生產(chǎn)管理工作