配電網(wǎng)可視化系統(tǒng)三維GIS技術(shù)設(shè)計的應(yīng)用分析

深圳供電局有限公司 史 紀 趙 歡 李穎杰

1 三維GIS技術(shù)

三維GIS技術(shù)利用立體化造型技術(shù)傳達地理空間現(xiàn)象，不僅能展示出空間對象平面關(guān)系，還能夠展示垂向關(guān)系，在特有三維空間內(nèi)科學(xué)分析和操作空間對象。三維GIS技術(shù)涉及到二維傳統(tǒng)功能，同時包含以下要點：一維、二維對象。針對傳統(tǒng)二維對象放置到三維立體空間內(nèi)，存儲幾何位置，管理空間拓撲關(guān)系；三維GIS技術(shù)以空間數(shù)據(jù)庫為主。三維空間數(shù)據(jù)庫有助于空間對象管理與維護。三維GIS技術(shù)與二維GIS技術(shù)、CAD技術(shù)存在明顯不同；三維空間分析功能：空間分析具備三維化水平。在空間內(nèi)部操作和分析三維對象，整個三維GIS技術(shù)功能強大。

1.1 GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

數(shù)字高程模型屬于通用空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，遵循采集地面高程、建設(shè)規(guī)則格網(wǎng)高程數(shù)據(jù)對裸地表地形圖進行描述。在三維GIS系統(tǒng)中數(shù)字高程模型屬于重要組成，數(shù)據(jù)獲取如下：其一，彩色地形圖定向影像套合之后可以提取等高線。利用標準算法插值可以形成數(shù)字高程模型；其二，將等高線矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)門IN，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字高程模型。通過修正、融合方式獲取標準數(shù)字高程模型。數(shù)字表面模型包含建筑物、電力線路、樹木等，激光雷達點云數(shù)據(jù)屬于數(shù)字表面模型。數(shù)字正射影像針對航空像片實施微分糾正，同時消除變形影像，特別是地形起伏、影像傾斜，極易引發(fā)變形問題，是一種重要的柵格數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)包含送電線路走廊、變電站、地物標識等數(shù)據(jù)。

1.2 海量三維數(shù)據(jù)處理

注重管理海量數(shù)據(jù)，存儲、讀取影像數(shù)據(jù)。在存儲和讀取影像數(shù)據(jù)時會極大影響系統(tǒng)運行效果。針對海量數(shù)據(jù)三維場景因素包含如下：幾何數(shù)據(jù)量大；紋理數(shù)據(jù)量大；地物數(shù)量多。影像數(shù)據(jù)管理可以處理影像數(shù)據(jù)讀取速度慢、傳輸數(shù)據(jù)多的問題。管理影像數(shù)據(jù)時，合理應(yīng)用影像分塊技術(shù)，通過視點相關(guān)LOD技術(shù)能夠在服務(wù)器端建立金字塔模型，通過空間索引對影像數(shù)據(jù)進行存儲、管理、傳輸，同時實現(xiàn)無縫拼接，優(yōu)化管理影像信息，快速瀏覽客戶端[1]。

2 配電網(wǎng)可視化系統(tǒng)分析與設(shè)計

在設(shè)計系統(tǒng)時首先關(guān)注設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)。架構(gòu)開發(fā)時合理應(yīng)用C/S、B/S結(jié)構(gòu)，前者能夠利用硬件環(huán)境優(yōu)勢，合理分配服務(wù)端、鏈接端，以此降低通信開銷。結(jié)合C/S、B/S結(jié)構(gòu)能夠發(fā)揮出應(yīng)用優(yōu)勢。系統(tǒng)設(shè)計必須關(guān)注穩(wěn)定性、可靠性要求。信息協(xié)調(diào)難度較大時會浪費較多人力與物力。系統(tǒng)設(shè)計期間綜合考慮到多方面因素，全面提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。在系統(tǒng)設(shè)計時還應(yīng)遵循可擴展性原則，投入資金成本，展示出復(fù)雜結(jié)構(gòu)。當開發(fā)周期較短時無需滿足功能要求。系統(tǒng)設(shè)計期間合理應(yīng)用人力、物力資源，以此滿足組織架構(gòu)調(diào)整要求，適應(yīng)系統(tǒng)功能需求，轉(zhuǎn)變流程重組需求，對開發(fā)人員的技能要求比較高。

2.1 系統(tǒng)分析

系統(tǒng)建設(shè)目標采用開放式信息技術(shù)框架，以數(shù)字地球為載體，將數(shù)字高程模型、高精度三維電網(wǎng)、高分辨率影像數(shù)據(jù)作為技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)。同時以三維地理信息系統(tǒng)為平臺，注重建設(shè)三維場景[2]。利用地理信息系統(tǒng)可以展示出數(shù)據(jù)組織、空間分析、測算功能。對基礎(chǔ)信息、變電站數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)整合在一起，為電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、設(shè)計管理，提供科學(xué)化決策服務(wù)。

2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)全面發(fā)揮出三維GIS技術(shù)的輔助作用，基于數(shù)據(jù)共享、資源整合等方式，深入分析信息資源、空間數(shù)據(jù)保密性與安全性。系統(tǒng)應(yīng)用先進SOA體系架構(gòu)，注重三維空間電力信息相關(guān)問題，將其作為基礎(chǔ)，注重電網(wǎng)信息服務(wù)平臺建設(shè)，并且連接電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)共享，同時維護數(shù)據(jù)完整性，做好電網(wǎng)規(guī)劃、功能模塊整合。開發(fā)環(huán)境為Microsoft.Net，采用NET、SOA技術(shù)，共同形成信息集成技術(shù)[3]。利用業(yè)務(wù)服務(wù)器，注重業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理，同時對用戶業(yè)務(wù)服務(wù)請求做出響應(yīng)，同時包含屬性查詢、電網(wǎng)查詢、專題圖顯示等。通過地圖服務(wù)器高效管理數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像，同時響應(yīng)用戶空間服務(wù)請求，涉及到影像縮放、空間定位分析、場景渲染等。

2.3 屬性數(shù)據(jù)庫

建設(shè)模型屬性信息數(shù)據(jù)庫，與空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫結(jié)合在一起，基于三維環(huán)境對目標信息查詢予以支持。組織設(shè)計表結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以在數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲屬性數(shù)據(jù)，同時應(yīng)用SQLServer 2000[4]。借助開放數(shù)據(jù)庫互連技術(shù)對關(guān)鍵字段進行定義，同時對數(shù)據(jù)信息進行遠程操作，做好數(shù)據(jù)信息存儲工作。

2.4 配電網(wǎng)可視化系統(tǒng)三維功能

三維場景顯示。在目標范圍內(nèi)注重地表特征、配電網(wǎng)處理，建設(shè)三維模型形象化，同時提供三維立體模型圖、桿塔定位圖、斷面圖。在三維場景內(nèi)做好漫游、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作；查詢功能。注重查詢輸電線路數(shù)據(jù)資料，涉及到多種設(shè)備屬性，如起止點、連接方式、電壓等級、導(dǎo)線型號、路徑長度等，觀察三維場景內(nèi)的耐張段。注重線路漫游查詢，對跨越物予以統(tǒng)計管理。

圖1 配電網(wǎng)可視化系統(tǒng)框架圖

二維、三維一體化。結(jié)合二維GIS子系統(tǒng)，可以在二維、三維系統(tǒng)內(nèi)促進數(shù)據(jù)信息互動。通過二維圖精確定位，做好桿塔、線路設(shè)備管理與控制；模擬分析。采用模擬演示可以掌握洪水災(zāi)害、輸電線路設(shè)備的不良影響，合理選擇搶修路線，同時做好路口信息標注，準確模擬現(xiàn)場施工。

3 系統(tǒng)功能用例

基本功能模塊。在配電網(wǎng)可視化系統(tǒng)中總體功能模塊涉及內(nèi)容較多，如三維基礎(chǔ)功能、查詢歸檔信息、更新維護數(shù)據(jù)、設(shè)計輔助功能、安全管理權(quán)限。

三維高級功能。建設(shè)矢量地理信息，設(shè)置緩沖障礙物半徑，智能規(guī)劃和選擇線路。系統(tǒng)通過多線路路徑選擇出最佳線路，評估輸電線路的不良影響。在規(guī)劃設(shè)計中規(guī)避特殊地質(zhì)、不良地質(zhì)，同時提供告警信息。排塔定位模塊屬于系統(tǒng)獨立開發(fā)模式，可體現(xiàn)在二維平面、三維場景、排塔定位模塊，以此實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動操作。注重現(xiàn)場調(diào)繪，準確定位終勘。在線路走廊范圍內(nèi)可將建筑、橋梁作為矢量立方體，在三維場景內(nèi)讀取，便于空間測量。在三維實體內(nèi)對各類金具進行模擬拆分和組裝，同時查看絕緣子串材料消耗量，注重材料三維標注，提供金具二維組裝施工圖，補充和修改圖形文件、數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)運行作業(yè)流程。在可行性研究、初步設(shè)計階段，建設(shè)工程項目工程數(shù)據(jù)遵循流程建設(shè)，需存儲到本地計算機內(nèi)。項目經(jīng)理派遣設(shè)計人員將數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)，同時下載到本地計算機內(nèi)。