浅谈基于电网管理的三维GIS平台设计与实现论文
时间：2021-08-31随着信息技术的迅速发展，数字化的图形技术取得了重大进步，3D显示技术和虚拟现实技术在汽车、社会建筑设计、城市和数字地球等领域得到了广泛的应用。国内电力企业信息化起步早，发展速度快，电网运行管理领域已建立了各种高水平的应用系统。在电网管理的可视化应用管理方面，目前使用的是单线图和地理信息地图的组合模型，通过该网络的拓扑结构，获得了电网的实时信息和位置信息来监视电力传输和分配，辅以各种不同的监测装置，提升了电网信息化管理水平。
1我国三维G工S研究现状
目前我国的三维显示和虚拟显示技术在电力行业的应用主要集中在配电系统中，尚未真正实现三维显示。目前比较成熟的系统都是基于GIS系统的二维应用，通常用点和线表示电气设备，不能表示设备内部本身的结构，在其空间性能分析方面的局限性较大。目前正在进行的是三维网格显示区域方面的研究，暂时尚未延伸到整个城市电网管理。
考虑到城市电网中大量的电力接收端，完成对需电方的输供电任务成为电网的主要工作。电力规划布局将直接影响到城市的供电可靠性，经济性和可扩展性。通过3D GIS在电网信息领域的建设，充分利用三维空间信息服务功能，借鉴地理信息系统的成熟应用集成，可以提供信息显示和快速分析，准确和直观展现完整的城市电网。
2整体架构
三维地理信息系统可以收集，整理，汇总各电力设备在电网的信息，以地理坐标为基础，实现综合电网基于城市地貌和建筑特色的信息模型组合，然后将这些模型一起通过网络发布，使用户可以快速和完整查询城市电网的历史、现状和规划的各种宏观和微观情况。在平台上，城市电网，电网变电站设备和城市建筑物之间的空间位置关系完全与实际情况对应，空间的三维坐标和任意点之间可以被测量，从而再现真正三维的城市电网的景观。三维地理信息系统具有多级结构，包括模型层，表示层，综合查询和分析层和应用管理层。
三维地理信息系统使用客户机/服务器和浏览器/服务器的组合结构，同时支持单机和网络平台。该服务器采用了流行的数据集中方式，集中管理空间数据，方便了系统的维护和更新。使用标准的客户端的模块化设计，不同的软件模块在不同的业务部门使用。浏览器使用的客户机使用常用网络浏览器，就可以实现在WEB三维信息的访问和漫游服务。
系统设计包含4层:分别是模型层、表示层、综合查询与分析层及应用管理层。
2.1模型层
模型层具有以下功能:城市三维建模，包括各种建筑物、地形道路及各种设施;三维电网建模，包括架空线路、电缆井及变电站的相关设备等虚拟现实和视景仿真。
2.2表示层
表示层实现城市配网的三维鸟瞰、三维漫游以及电网运行状态和电网规划的全面展示，包括潮流及功率棒图、负荷分布图及电压等势图等。
2.3综合查询与分析层
综合查询和分析层可对城市配网多维度“切片”的查询，包括设备和电网历史信息、发展信息、基本参数、资产单位和城市电网层的分析，也可以显示和分析功率流和负载分配的合理性。
2.4应用管理层
应用管理层利用视景仿真和动态景观漫游等几种方式完成电网优化方案操作评价和规划方案审查评估。该平台作为城市的电网协同工作和预警管理平台，可以迅速定位电网运行的目标场景。
3三维G工S功能设计
三维GIS开发基于虚拟仿真系统，设计时应考虑三维漫游，并满足3D预警模型和查询操作的同时，充分利用现有的数据共享成果，同时3D模型和仿真平台也可为其他系统提供调用服务。
3.1三维GIS界面设计
系统C/S端界面包括菜单栏，工具栏，图形化的导航工具区和图形建模操作区。界面风格可以满足自定义模板的用户需求。
在该平台上，3D场景可任意角度漫游、缩放、旋转和三维空间独特的鸟瞰盘旋和系统定位等操作，同时提供全景透视、全屏、指南等功能。
3.2三维GIS相关数据组织设计
由于三维地理信息系统相关模块功能的需要，产生大量业务属性数据，这些数据被存储在相关的业务属性表单中。按照不同的类别，相关的属性数据被分为建筑物属性数据，缆线属性数据和管道属性数据等。
随着数据库的文件系统管理方式不断趋向灵活，轻便，系统可以支撑快速和强大的三维地理信息系统。根据面向对象的空间数据模型的思想，该层结构基于类、层和工作区域中进行组织。
4功能模块实现
4.1系统管理模块
系统管理模块能完成对用户使用权限的设置，完成用户增加、修改和删除等功能。系统可根据不同人员权限，提供不同的功能，并可以实现不同的业务人员对应的图形操作、数据库操作等功能。
4.2综合展示模块
4.2.1多视点定义和编辑、二维与三维切换、鸟瞰图操作
该模块用于实现三维鸟瞰图漫游的各种功能，如在几个观察视点中选择在当前视图的预定地面投影，显示当前漫游的位置，实现快速移动，定位操作的功能。
除了3D场景窗外，系统还可以实现2D场景图形窗口展示功能。二维和三维窗口可以实现相关的窗口界面切换，2D和3D场景转换可以互相提供对应场景的当前位置。
4.2.2场景操作
该模块可以实现对场景各种操作和现场输出。利用鼠标和键盘，可以从任何角度实现三维场景漫游。在三维空间中，实现实时漫游、步行模式漫游和高空飞行模式漫游，场景的可视区域缩放的模拟，显示所有的场景，显示或隐藏的环境和建筑物，可实现当前场景输出为BMP等图像。该移动通过鼠标，键盘的点击实现根据一定速度自由移动。
4.2.3预设运动路径定义
该模块可以实现基于用户视点的预设路径，利用模型中的多视点的路线，包括高空鸟瞰街道周围的整体模型和重点道路穿行等日。用户可以修改默认漫游路径和速度，并能将每一个预定义的运动路径增加音频解说和背景音乐。
4.2.4漫游线路定制
系统的`漫游路线生成时将该路线设置漫游列表中，用户可以方便地查看路线列表，在列表中单击，系统会自动将漫游和路线保持一致，使系统易于显示场景。系统还支持用户自定义的飞行路径，设置飞行路线实现对重要设施观察和环绕方向飞行。支持实时节点的编辑，可以设置路线参数，实现人、车、船、飞机等任何模型在场景中的运动。
5信息交换接口设计
接口具有高度的开放性，符合一定的标准需要支持不同的平台，不同的应用环境，其他系统和三维GIS可以通过3个层次实现服务调用。
5.1数据库访问
三维地理信息系统和其他系统可以互相读取彼此的数据库视图，如涉及数据修改则开放存储过程，则其他系统可以实现调用该过程。数据访问的关键词需进行唯一标识约束。对方服务调用应当控制访问数据库的权限叹
5.2 Socket通信
三维GIS和其他系统可以相互开放Socket端口与对方通信，采用Socket通信方式在以下场合使用:三维GIS客户端(其他系统本地客户端);其他系统客户端(本地三维GIS客户端); 三维GIS服务器端(固定地址的其他服务器端);其他服务器商(固定地址的三维GIS服务器端);使用Socket通信时，服务方应提供固定地址(或本地)和固定端口。
5.3组件调用
三维地理信息系统和其他系统可以提供的COM组件或网络组件的形式为对方提供服务。当一个组件被调用时，系统所提供的通信服务组件应具有低藕合的特点，即服务方软件在失去响应的情况下，不会导致其他使用方软件的有关闭和错误情况发生。
系统为与其他系统之间实现共享连接，需设计开发相应的系统接口，按系统接口实现的方式，我们可以归纳为以下3类:服务级共享类接口、功能级共享类接口、数据级共享类接口。
6结束语
由于三维GIS中的应用是一个新兴的应用领域，企业受有限的人力、财力等方面制约，三维GIS将是一个长期的持续改进过程。只要不断地探索和创新，积极推广使用，并逐步完善功能，随着企业信息化不断加快和自动化技术成熟，三维GIS的成熟应用在不久的将来会成为现实。
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