大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)在電網(wǎng)集控運維中的應(yīng)用

王文欣，郝鵬坤，宋亮亮

（國網(wǎng)陜西榆林電力分公司，陜西 榆林719000）

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)迄今已發(fā)展了20余年，成為人們分析復(fù)雜問題強有力的武器。自2006 年起,可視化領(lǐng)域國際頂級開始每年舉辦“可視分析科學(xué)與技術(shù)”會議（IEEE conference on visual analytics science and technology，簡稱IEEE VAST）[1]。

人類從外界環(huán)境獲得的信息大概有百分之八十以上來自于視覺系統(tǒng)，一張圖勝過千言萬語。大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)作為當前新興學(xué)術(shù)的研究熱點以外，美國人稱大數(shù)據(jù)是繼物聯(lián)網(wǎng)和云計算之后又一個革命性的信息技術(shù)。2018年數(shù)據(jù)可視化需求急劇暴增，特別是一些監(jiān)控中心、指揮中心、調(diào)度中心等重要場所，大屏信息可視化已成為核心基礎(chǔ)系統(tǒng)，如何實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的價值，從而幫助從業(yè)者實現(xiàn)管理、事前預(yù)警、集中指揮調(diào)度、事后分析研究等多方面提升智能決策能力。目前，大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)已初見雛形，已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域：城市交通、智能電網(wǎng)調(diào)度與監(jiān)測、生物醫(yī)療、安全反恐、物流、電商、金融、互聯(lián)網(wǎng)等。

隨著我國電網(wǎng)容量的不斷擴大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，電網(wǎng)智能化、智能變電站的大量建設(shè)和試運行，傳統(tǒng)靠人工經(jīng)驗的電網(wǎng)監(jiān)控運行分析將由更多的智能化的機器設(shè)備所取代，原有的基于人工監(jiān)控的運行方式無法滿足大電網(wǎng)協(xié)同控制和一體化運維發(fā)展的要求，加之擴容導(dǎo)致的業(yè)務(wù)激增，避免大量人力物力的投入，智能化的電網(wǎng)大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)迫在眉睫。電網(wǎng)大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了一些成果，可視化監(jiān)控系統(tǒng)在特高壓電網(wǎng)、地鐵供電網(wǎng)中已被廣泛研究與應(yīng)用［2-4］。

目前，國內(nèi)國家電網(wǎng)已建構(gòu)的電網(wǎng)智能大數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)已在江蘇示范應(yīng)用,系統(tǒng)應(yīng)用方面，已完成4 大中心、5 類應(yīng)用、51 個功能模塊。其中36 個功能模塊已經(jīng)在四川、江蘇、浙江、遼寧、天津5 個試點調(diào)控中心上線運行，但是，截至目前，監(jiān)控運行大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)研究與應(yīng)用仍處于起步階段，仍需進一步研究和深化應(yīng)用[5]。而大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)目前尚處在數(shù)據(jù)可視化階段，重點在數(shù)據(jù)的可視化展示，缺乏對大量數(shù)據(jù)的分析、統(tǒng)計、計算；缺少挖掘數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律這些信息可視化的功能[6]。在大數(shù)據(jù)監(jiān)控分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)可視化功能是本文研究的方向。

1 系統(tǒng)構(gòu)建與功能模塊

1.1 大數(shù)據(jù)可視化分析的意義

大數(shù)據(jù)可視分析是指在大數(shù)據(jù)自動分析挖掘方法的同時，利用支持信息可視化的用戶界面以及支持分析過程的人機交互方式與技術(shù)，有效融合計算機的計算能力和人的認知能力，以獲得對于大規(guī)模復(fù)雜數(shù)據(jù)集的洞察力（insight）[7]。大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)在利用計算機智能化分析數(shù)據(jù)的同時，結(jié)合人對可視化信息的認知能力的優(yōu)勢，將人和計算機的各自強項有機結(jié)合，從而使人們更為直觀和高效地洞悉大數(shù)據(jù)背后的信息、知識和智慧。

1.2 該系統(tǒng)的構(gòu)建與實現(xiàn)

本文設(shè)計了4 層系統(tǒng)模塊，分別是：第一層大數(shù)據(jù)的采集和接入；第二層數(shù)據(jù)的存儲，本文采用的存儲技術(shù)是用現(xiàn)在的云數(shù)據(jù)存儲技術(shù)進行歸類存儲；第三層數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、挖掘、計算、管理，提供有數(shù)據(jù)備份的安全服務(wù)和專家分析、算法庫等分析服務(wù)；第四層是整合分類、聚類、關(guān)聯(lián)規(guī)則等各種數(shù)據(jù)算法后得出的信息，進行圖形化的可視化展示。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計亮點

第三層和第四層是大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的重要關(guān)鍵技術(shù)。第三層的重點是算法，本文沒有采用單一的算法應(yīng)用于所有模塊，而是根據(jù)某一數(shù)據(jù)模塊的特點及需要得出的結(jié)論，采用最優(yōu)最適用于這一數(shù)據(jù)模塊的算法，本文準備采用到的算法有： Hadoop、MapReduce、全過程數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)因果分析算法、自薦式自適應(yīng)全壽命數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集技術(shù)及混合計算技術(shù)等。第四層的重點是：本文準備引入國內(nèi)外先進可視化技術(shù)，有文本可視化；時空數(shù)據(jù)可視化；多維度可視化；來實現(xiàn)多尺度、多焦點、多側(cè)面展示技術(shù)。

1.4 該系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)

本系統(tǒng)構(gòu)建了5 大應(yīng)用功能模塊，包括統(tǒng)計分析中心、趨勢預(yù)警中心、智能搜索中心、全景影像中心、可視化展示中心5 大類，功能全面，涵蓋準確。提高了設(shè)備實時監(jiān)控全自動化水平；提升監(jiān)控運維智能化水平；提高供電可靠性、穩(wěn)定性；人員、設(shè)備安全性；提高減少人工、物料的投資、減能增效。大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)功能體系如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)功能體系

2 本系統(tǒng)采用的新的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 三維建模

較以往的僅僅使用GPS 圖像、視頻采集方法，本系統(tǒng)采用無人機技術(shù)，使用無人機上的Street-View 全景攝像機+無人機GPS，獲取三維地表信息，作為三維建模的基數(shù)數(shù)據(jù)，優(yōu)點是使得獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更豐富、精確、方便快捷，建立的模型更精準。然后建立設(shè)備模型庫，結(jié)合真實地形繪制整個變電站三維模型。使用Autodesk 3d Max 軟件工具，對所在變電站的設(shè)備、建筑、周圍地形地貌等按照給定的建模標準進行高精細建模。本文提出的新方案是建模以后，再對模型進行紋理烘焙，能實時提升渲染效果，最終繪制出與現(xiàn)場一致的高精度的三維模型。

2.2 無人機全景影像數(shù)據(jù)處理

使用StreetView 全景攝像機系統(tǒng)進行整站全景影像數(shù)據(jù)采集，重點要采集變電站內(nèi)關(guān)鍵部位的全景影像數(shù)據(jù)及屬性信息，同時對重點部位的位置信息在影像中進行標注，可以采用多次采集，然后使用圖像融合技術(shù)的方法得到更精確的圖像數(shù)據(jù)。最后使用圖像處理軟件Photo Shop 對采集數(shù)據(jù)進行全自動的結(jié)算處理，最終得到結(jié)算后的軌跡和校準后的全景影像。對有問題的數(shù)據(jù)，及時再重新進行采補再計算。

2.3 無人機遙感影像獲得

通過無人機的GPS 定位功能，獲取變電站所在區(qū)域內(nèi)的設(shè)備、建筑以及周邊輸電線路的三維地形信息，從而建立地表地形模型，采用高分辨率的衛(wèi)星遙感影像來達到高精細的建模要求。

3 可視化的人機交互界面

用C++語言作為編程語言，進行系統(tǒng)軟件方面的編程，構(gòu)建大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分，實現(xiàn)面向應(yīng)用的具有人機交互式的各種功能模塊，有統(tǒng)計分析中心、趨勢預(yù)警中心、智能搜索中心、全景影像中心等4個大的模塊及本文圖1 中的所示的4個大模塊下的各個子模塊的功能實現(xiàn)，然后經(jīng)過大數(shù)據(jù)的采集并經(jīng)過各種算法計算得到的4個數(shù)據(jù)并實現(xiàn)圖形展示，分別是監(jiān)控設(shè)備信息展示、監(jiān)控業(yè)務(wù)整體展示、監(jiān)控分析業(yè)務(wù)展示、實時全景影像展示并實現(xiàn)各個界面間的切換功能，建構(gòu)變電站大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控軟件系統(tǒng)。

4 展望

未來人們的決策將日益依賴于大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，而不是單純的依靠人的經(jīng)驗和直覺。大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控技術(shù)在電網(wǎng)的應(yīng)用將會普遍化，直觀并實時的展示每個設(shè)備的屬性信息、位置坐標和數(shù)據(jù)信息，模擬倒閘操作和生產(chǎn)操作，實時、動態(tài)、直觀、多視角、多層次地展示和管理變電站信息，從而提高集控、變電站一體化監(jiān)控水平。進一步深化監(jiān)控運行水平；提升監(jiān)控全景可視化技術(shù)；實現(xiàn)交互軟件應(yīng)用功能全面；體驗感好的軟件平臺等，真正由技術(shù)研究到軟件開發(fā)實現(xiàn)可以完全面向應(yīng)用的變電站大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)，是今后需要不斷努力改進、探索和研究的方向。