淺談基于電網管理的三維GIS平臺設計與實現論文
隨著信息技術的迅速發展，數字化的圖形技術取得了重大進步，3D顯示技術和虛擬現實技術在汽車、社會建筑設計、城市和數字地球等領域得到了廣泛的應用。國內電力企業信息化起步早，發展速度快，電網運行管理領域已建立了各種高水平的應用系統。在電網管理的可視化應用管理方面，目前使用的是單線圖和地理信息地圖的組合模型，通過該網絡的拓撲結構，獲得了電網的實時信息和位置信息來監視電力傳輸和分配，輔以各種不同的監測裝置，提升了電網信息化管理水平。
1我國三維G工S研究現狀
目前我國的三維顯示和虛擬顯示技術在電力行業的應用主要集中在配電系統中，尚未真正實現三維顯示。目前比較成熟的系統都是基于GIS系統的二維應用，通常用點和線表示電氣設備，不能表示設備內部本身的結構，在其空間性能分析方面的局限性較大。目前正在進行的是三維網格顯示區域方面的研究，暫時尚未延伸到整個城市電網管理。
考慮到城市電網中大量的電力接收端，完成對需電方的輸供電任務成為電網的主要工作。電力規劃布局將直接影響到城市的供電可靠性，經濟性和可擴展性。通過3D GIS在電網信息領域的建設，充分利用三維空間信息服務功能，借鑒地理信息系統的成熟應用集成，可以提供信息顯示和快速分析，準確和直觀展現完整的城市電網。
2整體架構
三維地理信息系統可以收集，整理，匯總各電力設備在電網的信息，以地理坐標為基礎，實現綜合電網基于城市地貌和建筑特色的信息模型組合，然后將這些模型一起通過網絡發布，使用戶可以快速和完整查詢城市電網的'歷史、現狀和規劃的各種宏觀和微觀情況。在平臺上，城市電網，電網變電站設備和城市建筑物之間的空間位置關系完全與實際情況對應，空間的三維坐標和任意點之間可以被測量，從而再現真正三維的城市電網的景觀。三維地理信息系統具有多級結構，包括模型層，表示層，綜合查詢和分析層和應用管理層。
三維地理信息系統使用客戶機/服務器和瀏覽器/服務器的組合結構，同時支持單機和網絡平臺。該服務器采用了流行的數據集中方式，集中管理空間數據，方便了系統的維護和更新。使用標準的客戶端的模塊化設計，不同的軟件模塊在不同的業務部門使用。瀏覽器使用的客戶機使用常用網絡瀏覽器，就可以實現在WEB三維信息的訪問和漫游服務。
系統設計包含4層:分別是模型層、表示層、綜合查詢與分析層及應用管理層。
2.1模型層
模型層具有以下功能:城市三維建模，包括各種建筑物、地形道路及各種設施;三維電網建模，包括架空線路、電纜井及變電站的相關設備等虛擬現實和視景仿真。
2.2表示層
表示層實現城市配網的三維鳥瞰、三維漫游以及電網運行狀態和電網規劃的全面展示，包括潮流及功率棒圖、負荷分布圖及電壓等勢圖等。
2.3綜合查詢與分析層
綜合查詢和分析層可對城市配網多維度“切片”的查詢，包括設備和電網歷史信息、發展信息、基本參數、資產單位和城市電網層的分析，也可以顯示和分析功率流和負載分配的合理性。
2.4應用管理層
應用管理層利用視景仿真和動態景觀漫游等幾種方式完成電網優化方案操作評價和規劃方案審查評估。該平臺作為城市的電網協同工作和預警管理平臺，可以迅速定位電網運行的目標場景。
3三維G工S功能設計
三維GIS開發基于虛擬仿真系統，設計時應考慮三維漫游，并滿足3D預警模型和查詢操作的同時，充分利用現有的數據共享成果，同時3D模型和仿真平臺也可為其他系統提供調用服務。
3.1三維GIS界面設計
系統C/S端界面包括菜單欄，工具欄，圖形化的導航工具區和圖形建模操作區。界面風格可以滿足自定義模板的用戶需求。
在該平臺上，3D場景可任意角度漫游、縮放、旋轉和三維空間獨特的鳥瞰盤旋和系統定位等操作，同時提供全景透視、全屏、指南等功能。
3.2三維GIS相關數據組織設計
由于三維地理信息系統相關模塊功能的需要，產生大量業務屬性數據，這些數據被存儲在相關的業務屬性表單中。按照不同的類別，相關的屬性數據被分為建筑物屬性數據，纜線屬性數據和管道屬性數據等。
隨著數據庫的文件系統管理方式不斷趨向靈活，輕便，系統可以支撐快速和強大的三維地理信息系統。根據面向對象的空間數據模型的思想，該層結構基于類、層和工作區域中進行組織。
4功能模塊實現
4.1系統管理模塊
系統管理模塊能完成對用戶使用權限的設置，完成用戶增加、修改和刪除等功能。系統可根據不同人員權限，提供不同的功能，并可以實現不同的業務人員對應的圖形操作、數據庫操作等功能。
4.2綜合展示模塊
4.2.1多視點定義和編輯、二維與三維切換、鳥瞰圖操作
該模塊用于實現三維鳥瞰圖漫游的各種功能，如在幾個觀察視點中選擇在當前視圖的預定地面投影，顯示當前漫游的位置，實現快速移動，定位操作的功能。
除了3D場景窗外，系統還可以實現2D場景圖形窗口展示功能。二維和三維窗口可以實現相關的窗口界面切換，2D和3D場景轉換可以互相提供對應場景的當前位置。
4.2.2場景操作
該模塊可以實現對場景各種操作和現場輸出。利用鼠標和鍵盤，可以從任何角度實現三維場景漫游。在三維空間中，實現實時漫游、步行模式漫游和高空飛行模式漫游，場景的可視區域縮放的模擬，顯示所有的場景，顯示或隱藏的環境和建筑物，可實現當前場景輸出為BMP等圖像。該移動通過鼠標，鍵盤的點擊實現根據一定速度自由移動。
4.2.3預設運動路徑定義
該模塊可以實現基于用戶視點的預設路徑，利用模型中的多視點的路線，包括高空鳥瞰街道周圍的整體模型和重點道路穿行等日。用戶可以修改默認漫游路徑和速度，并能將每一個預定義的運動路徑增加音頻解說和背景音樂。
4.2.4漫游線路定制
系統的漫游路線生成時將該路線設置漫游列表中，用戶可以方便地查看路線列表，在列表中單擊，系統會自動將漫游和路線保持一致，使系統易于顯示場景。系統還支持用戶自定義的飛行路徑，設置飛行路線實現對重要設施觀察和環繞方向飛行。支持實時節點的編輯，可以設置路線參數，實現人、車、船、飛機等任何模型在場景中的運動。
5信息交換接口設計
接口具有高度的開放性，符合一定的標準需要支持不同的平臺，不同的應用環境，其他系統和三維GIS可以通過3個層次實現服務調用。
5.1數據庫訪問
三維地理信息系統和其他系統可以互相讀取彼此的數據庫視圖，如涉及數據修改則開放存儲過程，則其他系統可以實現調用該過程。數據訪問的關鍵詞需進行唯一標識約束。對方服務調用應當控制訪問數據庫的權限嘆
5.2 Socket通信
三維GIS和其他系統可以相互開放Socket端口與對方通信，采用Socket通信方式在以下場合使用:三維GIS客戶端(其他系統本地客戶端);其他系統客戶端(本地三維GIS客戶端); 三維GIS服務器端(固定地址的其他服務器端);其他服務器商(固定地址的三維GIS服務器端);使用Socket通信時，服務方應提供固定地址(或本地)和固定端口。
5.3組件調用
三維地理信息系統和其他系統可以提供的COM組件或網絡組件的形式為對方提供服務。當一個組件被調用時，系統所提供的通信服務組件應具有低藕合的特點，即服務方軟件在失去響應的情況下，不會導致其他使用方軟件的有關閉和錯誤情況發生。
系統為與其他系統之間實現共享連接，需設計開發相應的系統接口，按系統接口實現的方式，我們可以歸納為以下3類:服務級共享類接口、功能級共享類接口、數據級共享類接口。
6結束語
由于三維GIS中的應用是一個新興的應用領域，企業受有限的人力、財力等方面制約，三維GIS將是一個長期的持續改進過程。只要不斷地探索和創新，積極推廣使用，并逐步完善功能，隨著企業信息化不斷加快和自動化技術成熟，三維GIS的成熟應用在不久的將來會成為現實。
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