3DVisualization在蓄電池巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

胡 旭，余 俊，樊 霈

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3DVisualization在蓄電池巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

胡 旭，余 俊，樊 霈

(武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064)

近年來隨著蓄電池巡檢系統(tǒng)在相關(guān)行業(yè)的廣泛應(yīng)用，針對(duì)安裝地理環(huán)境復(fù)雜、監(jiān)測(cè)對(duì)象數(shù)量眾多的應(yīng)用場(chǎng)合，闡述了3D Visualization技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并設(shè)計(jì)了基于3D Visualization技術(shù)的蓄電池巡檢系統(tǒng)的上位機(jī)軟件方案。

三維可視化 蓄電池 巡檢系統(tǒng)

0 引言

蓄電池巡回檢測(cè)系統(tǒng)是一種面向電源系統(tǒng)中蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)。目前已廣泛應(yīng)用于電力、交通等行業(yè)的動(dòng)力儲(chǔ)能電池的管理中。蓄電池巡檢系統(tǒng)通常包括監(jiān)測(cè)主機(jī)、信息處理機(jī)、監(jiān)測(cè)軟件、傳感器模塊等。監(jiān)測(cè)軟件主要功能是直觀顯示傳感器檢測(cè)到的電池實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，對(duì)異常狀態(tài)及時(shí)報(bào)警。在傳統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件的人機(jī)交互界面中，通常以表格的形式來展示電池實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，僅以序號(hào)識(shí)別監(jiān)測(cè)對(duì)象。然而隨著被監(jiān)測(cè)對(duì)象數(shù)量的增加，基于傳統(tǒng)的圖表為主的數(shù)據(jù)表達(dá)方式對(duì)于管理人員而言在將數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)到實(shí)體上所花的時(shí)間將會(huì)隨之增加，因此更加直觀的數(shù)據(jù)表達(dá)方式將可以提高管理效率。

三維可視化技術(shù)(3D Visualization)是20世紀(jì)80年代中期誕生的一門集計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、圖像顯示的綜合性技術(shù)。它主要通過物聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及虛擬仿真等技術(shù)的交叉應(yīng)用，依托于三維可視化綜合管理平臺(tái)，集成各種感知識(shí)別設(shè)備、現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)和各類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象直觀立體的呈現(xiàn)與綜合管理。三維可視化技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)和組成部分之一，在醫(yī)學(xué)、軍事航天、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)仿真、應(yīng)急推演、地理和教育等眾多領(lǐng)域，由于三維可視化技術(shù)相比其它傳統(tǒng)信息化技術(shù)都有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因而逐漸發(fā)揮著重要的作用[1]。隨著三維可視化技術(shù)的興起，僅僅通過圖表來展示業(yè)務(wù)信息的傳統(tǒng)信息化平臺(tái)開始慢慢不足以滿足用戶的需求，用戶需要更加直觀和逼真的數(shù)據(jù)展示模式[2]。因此，將三維可視化技術(shù)應(yīng)用到蓄電池巡檢系統(tǒng)的管理軟件中可以有效解決這一問題，提高管理效率。

1 三維可視化技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)

1.1以圖表為主的巡檢系統(tǒng)上位機(jī)軟件

如圖1所示，現(xiàn)在大多數(shù)蓄電池巡檢系統(tǒng)通常采用單一的表格的形式來展示電池組的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。這在大多數(shù)應(yīng)用中并沒有什么問題，然而隨著應(yīng)用場(chǎng)景的增加，在有些地理空間環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，被監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)量足夠龐大時(shí)，這種方式可能會(huì)面臨著一些問題。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)被測(cè)蓄電池的數(shù)量多達(dá)數(shù)百塊甚至更多且安裝環(huán)境復(fù)雜時(shí)，將表格中的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)到具體的單塊電池將花費(fèi)更多的時(shí)間。在遇到緊急情況需要迅速處理的時(shí)候，蓄電池的定位可能會(huì)影響到事故處理的速度和效率。如圖1中，如果管理人員不是相當(dāng)熟悉蓄電池的安裝環(huán)境，當(dāng)某塊蓄電池提示報(bào)警時(shí)，僅通過電池序號(hào)管理人員可能不能馬上在眾多蓄電池組中找到目標(biāo)蓄電池。

1.2應(yīng)用了三維可視化技術(shù)的巡檢系統(tǒng)上位機(jī)軟件

為了解決這個(gè)問題，筆者認(rèn)為可以將三維可視化技術(shù)應(yīng)用到蓄電池巡檢系統(tǒng)的上位機(jī)管理軟件中。這里以一個(gè)簡(jiǎn)單的概念軟件界面來加以說明，如圖2所示，主窗口是蓄電池組及安裝環(huán)境（船艙內(nèi)部）的三維模型的俯瞰圖，可以令管理者有身臨其境的感覺，坐在監(jiān)控室里就可以查看船艙內(nèi)的各個(gè)區(qū)域，同時(shí)通過鼠標(biāo)鍵盤操作，可以放大、縮小以及360°旋轉(zhuǎn)視圖。選擇某塊蓄電池，還能調(diào)出該電池的屬性窗口，查看該電池的各項(xiàng)狀態(tài)信息。不僅如此，報(bào)警信息同樣也可以在主視圖中表現(xiàn)出來。視圖右下角是船艙的縮略圖，點(diǎn)擊縮略圖可以將主視圖快速移動(dòng)到指定位置。主窗口左側(cè)有一個(gè)圖層欄，根據(jù)需要可以將全景分為幾個(gè)區(qū)域，在圖層欄中點(diǎn)擊該區(qū)域名稱可以將主視圖快速移動(dòng)到該區(qū)域。綜上所述，應(yīng)用了三維可視化技術(shù)的蓄電池巡檢系統(tǒng)上位機(jī)軟件不僅可以觀察到每個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象的工作狀態(tài)，同時(shí)還可以幫助管理者了解安裝環(huán)境。如果遇到突發(fā)情況，在知道報(bào)警信息的同時(shí)還能在三維視圖中觀察到報(bào)警點(diǎn)的具體位置，有助于更快的解決問題。

2 基于3D Visualization巡檢系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

2.1系統(tǒng)組成

基于3D Visualization的蓄電池巡檢系統(tǒng)主要由原始數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和三維可視化平臺(tái)組成。數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行采樣，并將原始數(shù)據(jù)發(fā)送到信息處理模塊，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后交由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行處理，再有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)三維可視化平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)支撐，流程圖如圖3所示。

2.2三維可視化的實(shí)現(xiàn)方法

在蓄電池巡檢系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)三維可視化主要包括三維建模以及三維可視化平臺(tái)的定制發(fā)布兩方面內(nèi)容。由于二次開發(fā)可以縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)難度，所以我們通常采用二次開發(fā)來是實(shí)現(xiàn)。下面提出一種基于3ds Max建模軟件進(jìn)行三維建模并在World Wind三維可視化平臺(tái)中發(fā)布的方案。

2.3基于3ds Max的三維建模

以蓄電池和安裝環(huán)境的結(jié)構(gòu)圖紙為基礎(chǔ)，利用3ds Max軟件進(jìn)行三維建模。然后基于影像圖片，借助Photoshop圖片處理軟件進(jìn)行模型紋理的制作。為了提高三維可視化平臺(tái)對(duì)三維模型的處理速度，需要對(duì)三維模型進(jìn)行優(yōu)化，可以采用合并三角面片、減少部分模型面片、刪除多余面等方法[4]。

2.4 三維模型在World Wind中的加載

World Wind對(duì)三維模型的顯示采用的是Direct3D技術(shù)，因此World Wind只能顯示directX格式（.x格式）的三維模型文件[5]。關(guān)于directX文件，在Direct3D中，一般采取X文件的格式來存儲(chǔ)網(wǎng)格數(shù)據(jù)。World Wind的PluginSDK項(xiàng)目中包含一個(gè)ModelFeature類，專司三維模型的加載。ModelFeature繼承自渲染對(duì)象基類RenderObject，因此在程序初始化配置時(shí)將三維模型對(duì)象加載后，在主程序渲染函數(shù)中能自動(dòng)進(jìn)行渲染。World Wind擁有很方便的客戶端框架引擎，主要通過XML格式的文件來實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)置和數(shù)據(jù)的加載。在models.xml文件中，定義了模型的名稱、距離地表高度、最小可見距離、最大可見距離、坐標(biāo)參數(shù)和放大倍率等參數(shù)信息，ModelFeature類可以解析XML文件中的這些參數(shù)信息，并且按照用戶設(shè)定把三維模型正確的加載到World Wind中。

3 結(jié)束語

隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，針對(duì)安裝環(huán)境復(fù)雜、監(jiān)測(cè)對(duì)象繁多的應(yīng)用環(huán)境，3D Visualization技術(shù)將起到很好的輔助作用。不過在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，三維模型數(shù)量的增加會(huì)明顯增加平臺(tái)的響應(yīng)時(shí)間，因此如何優(yōu)化顯示算法將會(huì)是下一步的工作。

[1] Rui Wang, Linbo Jin, Ren Xiao,Shuilin Guo, Shuying Li. "3D reconstruction and interaction for Smart City based on World Wind," Audio, Language and Image Processing (ICALIP), 2012 International Conference on , 2012,(7)16-18.

[2] 李敏,韓豐. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜述[J]. 軟件導(dǎo)刊,2010,06:142-144.

[3] 梁鵬帥,馮冬敬. 三維可視化的研究現(xiàn)狀和前景[J]. 科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2009,07:134-135.

[4] 陳永華,王德成,陳燕. 基于Creator的三維場(chǎng)景優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用[J]. 微計(jì)算機(jī)信息,2007,28:297-299.

[5] 于淑云,馬繼軍. 基于WorldWind的三維模型植入研究[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù),2011,30:7356-7357.

Research on the Applications of 3D Visualization to Batteries Logging Device

Hu Xu, Yu Jun, Fan Pei

(Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China)

Batteriesy logging device is widely used in some industries in recent years. When installation environment is complex and the quantity of monitored objects is huge, 3D visualization has the special advantages. At last, a solution of batteries logging system based on 3D visualization is designed.

3D visualization; battery; logging device

TM912

A

1003-4862（2016）03-0068-03

2015-11-09

胡旭(1988-)，男，碩士，助理工程師。研究方向：蓄電池智能監(jiān)測(cè)技術(shù)。