專利名稱：用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法
技術領域：
本發明涉及電力系統變電運行管理技術領域，特別涉及一種用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法。
背景技術：
變電站和電力輸送系統往往結構復雜，并且所處的工作環境危險，利用傳統的測量手段很難搜集到完整的基礎數據信息。復雜設備的工程圖紙通常不能記錄設備的真實情況，一個細小的改變或者重造，無法頻繁修改檔案。然而，設備更新和改造的計劃，需要使用最新的準確檔案，因此需要對現有的設備進行高精度測量。從成本方面考慮，重新測量的時間以及對設備正常運轉造成影響的時間越短越好。現有技術中提供了一種利用激光三維掃描技術對變電站進行三維建模的方法，三維激光掃描技術又稱為實景測繪技術，是上世紀九十年代中期開始出現的一項高新技術，是測繪領域繼GPS技術之后的又一次重大突破。三維激光掃描技術采用三維激光掃描儀，通過高速激光掃描測量的方法，大面積、高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維點云數據，從而根據獲得的點云數據建立高精度高分辨率的數字地形模型，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術手段。三維激光掃描技術突破了傳統的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優勢。現有技術中的利用激光三維掃描技術對變電站進行三維建模的方法利用點云掃描技術可在很短的時間內進行現場勘察就能得到完整的數據，最重要的是沒有影響變電站的正常運作及現場安全。利用激光三維掃描技術對變電站進行三維建模的方法甚至可以模擬緊急逃生、消防演練等事故的操作，節省了必要的經濟損失及人員傷害，提高工作效率。然而，目前的變電站三維模型只是對變電站中的地物進行了建模，都沒有與電網實時運行系統結合起來，還未實現變電站三維模型帶電狀態與實時設備狀態的實時在線同步，另外在高壓設備的電磁場空間可視化展示方面還沒有相應的明顯的顯示方法。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法，以解決現有技術中的變電站三維模型沒有與電網實時運行系統結合起來，未實現變電站三維模型帶電狀態與實時設備狀態的實時在線同步，以及未實現高壓設備的電磁場空間可視化展示的問題。為了解決上述問題，本發明提供了一種用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法，包括以下步驟
S1:利用三維激光掃描儀對變電站進行三維實景掃描建模，生成變電站三維模型；
S2:將變電站三維模型與電網實時運行系統對接以獲取變電站中設備的實時電磁數
據；
S3:根據設備的實時電磁數據在變電站三維模型中繪制三維等值面，并結合設備的實時電磁數據進行可視化展示。作為優選，步驟S2和步驟S3之間還包括步驟S4 :根據變電站中設備的帶電狀態對變電站三維模型中的設備單元進行著色展示。作為進一步地優選，步驟S4還包括基于變電站中設備的電氣屬性對帶電設備進行周界渲染，并按照電壓等級分別以不同以顏色進行可視化展示。作為進一步地優選，所述電氣屬性包括電壓等級、帶電安全距離和/或絕緣等級。作為進一步地優選，步驟SI具體包括以下步驟
SlOl :利用三維激光掃描儀對變電站進行掃描，獲得激光點云庫和各個掃描點的實景照片；
S102:對激光點云庫進行分段處理，利用激光點云庫中的每段分別組成一個物體或物體的一部分，然后進行拼接組成整個模型；
S103:利用各個掃描點的實景照片對整個模型進行材質渲染，得到變電站三維模型。作為進一步地優選，步驟S3中，繪制三維等值面的過程具體包括以下步驟
5301:將變電站中設備的實時電磁數據讀入內存；
5302:掃描內存中的數據，逐個構造體元；
5303:將體元每個角點的場值與給定的等值面值做比較，根據比較結果構造該體元的狀態表；
5304:根據狀態表得出將與等值面有交點的體元邊界；
5305:通過線性插值方法計算出體元邊界與等值面的交點；
S306:利用中心差分方法求出體元各角點處的法向，再通過線性插值方法求出三角形各頂點處的法向；
S307 :根據各三角形各頂點的坐標值及法向量，繪制等值面圖像。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果
I)通過本發明的方法可以快速通過激光掃描獲取大量點云數據來表征物體的表面模型，獲取海量的點位信息，為進行變電站三維實景建模提供高精度的測繪數據，解決了變電站三維模型建立的速度和精度問題，大大超越了原有的按照圖紙進行繪制的方法；
2 )通過將變電站三維模型與電網實時運行系統對接,在變電站三維模型中重構電磁場三維等值曲面，把變電站中典型電磁場計算模型得到的大量點數據轉變成形象直觀的實時交互的三維圖像信息，全面表現了變電站的實景環境、電磁場的分布等情況，為變電站運行決策和控制提供了依據和幫助。
圖1為本發明的用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法的流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施例進行詳細說明。如圖1所示，本發明的用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法包括以下步驟S1:利用三維激光掃描儀對變電站進行三維實景掃描建模，生成變電站三維模型；變電站三維模型為電磁場可視化提供了展示載體；
S2:將變電站三維模型與電網實時運行系統對接以獲取變電站中設備的實時電磁數
據；
S3:根據設備的實時電磁數據在變電站三維模型中繪制三維等值面，并結合設備的實時電磁數據進行可視化展示。在本實施例中，作為優選實施方式， 步驟S2和步驟S3之間還包括步驟S4 :根據變電站中設備的帶電狀態對變電站三維模型中的設備單元進行著色展示。在本實施例中，作為優選實施方式，步驟S4還包括基于變電站中設備的電氣屬性對帶電設備進行周界渲染，并按照電壓等級分別以不同以顏色進行可視化展示。所述電氣屬性可以包括電壓等級、帶電安全距離和/或絕緣等級。在本實施例中，作為優選實施方式，步驟SI具體包括以下步驟
SlOl :利用三維激光掃描儀對變電站進行掃描，獲得激光點云庫和各個掃描點的實景照片；
通過采用激光對變電站全站地物進行掃描，能夠得到變電站各個場景、實體的空間表面位置坐標，并得到高精度的激光點云庫，并同步取得各個掃描點的全景數碼實景照片；S102:對激光點云庫進行分段處理，利用激光點云庫中的每段分別組成一個物體或物體的一部分，然后進行拼接組成整個模型；
分段處理利用系統軟件提供的自動分段處理工具進行，從掃描的點云庫中抽取出一部分，共同組成一個物體或物體的一部分點，以進行自動匹配處理，然后根據點云組合模型利用AutoCAD進行整個模型的拼接；
S103 :利用各個掃描點的實景照片對整個模型進行材質渲染，得到變電站三維模型。步驟S2中，電網實時運行系統提供的實時數據存儲在數據庫中，數據庫基本表結構為
Point ( x, y, z, E, H )
Point由X坐標、y坐標、z坐標、E合成電場強度、H合成磁感應強度五個屬性組成。進行處理時，根據需要將電磁數據從數據庫讀取到變電站三維模型中，在后續步驟中以三維可視化的形式表現。在本實施例中，作為優選實施方式，步驟S3中，繪制三維等值面的過程具體包括以下步驟
5301:將變電站中設備的實時電磁數據讀入內存；
5302:掃描內存中的數據，逐個構造體元；
5303:將體元每個角點的場值與給定的等值面值做比較，根據比較結果構造該體元的狀態表；
5304:根據狀態表得出將與等值面有交點的體元邊界；
5305:通過線性插值方法計算出體元邊界與等值面的交點；
5306:利用中心差分方法求出體元各角點處的法向，再通過線性插值方法求出三角形各頂點處的法向；
5307:根據各三角形各頂點的坐標值及法向量，繪制等值面圖像。
步驟S307中，繪制等值面圖像的方法為根據存儲的頂點坐標和頂點法向量，利用OpenGL來實現繪制和渲染三角形和等值面。采用經典光照模型，從考慮客觀的綜合效果出發，用環境光來反映所有物體之間無數次反射的綜合效果，用漫反射光來反映某一物體對光譜的綜合效應，即表示人們通常所說的顏色，而用不透明度來表示物體透射作用的綜合效果，同時又考慮到特定外來光源對某一物體的一次入射效果。步驟S3中，三維電磁場等值面的繪制需要從空間點數據中根據設定的等值面值搜索等值面，并把等值面三角形上的頂點和頂點法向進行存儲。其基本思想是逐個處理數據場中所有的立方體，判斷立方體的8個角點是否跨越待求等值面，對于跨越等值面的立方體，采用插值計算出等值面與立方體邊的交點。根據立方體每一頂點與等值面的相對位置，將等值面與立方體邊的交點按一定方式連接生成等值面，作為等值面在該立方體內的一個逼近表不。通過本發明的方法可以快速通過激光掃描獲取大量點云數據來表征物體的表面模型，獲取海量的點位信息，為進行變電站三維實景建模提供高精度的測繪數據，解決了變電站三維模型建立的速度和精度問題，大大超越了原有的按照圖紙進行繪制的方法。通過將變電站三維模型與電網實時運行系統對接,在變電站三維模型中重構電磁場三維等值曲面，把變電站中典型電磁場計算模型得到的大量點數據轉變成形象直觀的實時交互的三維圖像信息，全面表現了變電站的實景環境、電磁場的分布等情況，為變電站運行決策和控制提供了依據和幫助。以上實施例僅為本發明的示例性實施例，不用于限制本發明，本發明的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發明的實質和保護范圍內，對本發明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本發明的保護范圍內。
權利要求
1.一種用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法，其特征在于，包括以下步驟S1:利用三維激光掃描儀對變電站進行三維實景掃描建模，生成變電站三維模型；52:將變電站三維模型與電網實時運行系統對接以獲取變電站中設備的實時電磁數據；53:根據設備的實時電磁數據在變電站三維模型中繪制三維等值面，并結合設備的實時電磁數據進行可視化展示。
2.根據權利要求1所述的用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法，其特征在于，步驟S2和步驟S3之間還包括步驟S4 :根據變電站中設備的帶電狀態對變電站三維模型中的設備單元進行著色展示。
3.根據權利要求2所述的用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法，其特征在于，步驟S4還包括基于變電站中設備的電氣屬性對帶電設備進行周界渲染，并按照電壓等級分別以不同以顏色進行可視化展示。
4.根據權利要求3所述的用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法，其特征在于，所述電氣屬性包括電壓等級、帶電安全距離和/或絕緣等級。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法，其特征在于，步驟Si具體包括以下步驟5101:利用三維激光掃描儀對變電站進行掃描，獲得激光點云庫和各個掃描點的實景照片；5102:對激光點云庫進行分段處理，利用激光點云庫中的每段分別組成一個物體或物體的一部分，然后進行拼接組成整個模型；S103:利用各個掃描點的實景照片對整個模型進行材質渲染，得到變電站三維模型。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法，其特征在于，步驟S3中，繪制三維等值面的過程具體包括以下步驟5301:將變電站中設備的實時電磁數據讀入內存；5302:掃描內存中的數據，逐個構造體元；S303:將體元每個角點的場值與給定的等值面值做比較，根據比較結果構造該體元的狀態表；5304:根據狀態表得出將與等值面有交點的體元邊界；5305:通過線性插值方法計算出體元邊界與等值面的交點；5306:利用中心差分方法求出體元各角點處的法向，再通過線性插值方法求出三角形各頂點處的法向；5307:根據各三角形各頂點的坐標值及法向量，繪制等值面圖像。
全文摘要
本發明公開了一種用于對變電站中的電磁場進行三維可視化展示的方法，包括以下步驟S1利用三維激光掃描儀對變電站進行三維實景掃描建模，生成變電站三維模型；S2將變電站三維模型與電網實時運行系統對接以獲取變電站中設備的實時電磁數據；S3根據設備的實時電磁數據在變電站三維模型中繪制三維等值面，并結合設備的實時電磁數據進行可視化展示。通過將變電站三維模型與電網實時運行系統對接，在變電站三維模型中重構電磁場三維等值曲面，把變電站中典型電磁場計算模型得到的大量點數據轉變成形象直觀的實時交互的三維圖像信息，全面表現了變電站的實景環境、電磁場的分布等情況，為變電站運行決策和控制提供了依據和幫助。
文檔編號G06T17/00GK103021024SQ20121054214
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者劉志斌, 趙桂軍, 李彥國, 趙維洲, 王建新, 孫振宇, 滕正禮, 付巖, 梁雪梅, 楊志華 申請人:國家電網公司, 冀北電力有限公司廊坊供電公司