[发明专利]基于三维GIS技术的输电线路可视化状态监测系统

摘要

本发明公开了基于三维GIS技术的输电线路可视化状态监测系统，该系统由地理信息数据展示模块，设备模型数据展示模块和状态监测数据展示模块三部分组成。该系统以三维GIS技术为基础，通过对海量空间信息的多角度、全方位展现，实现输电线路走廊的三维地景仿真和输电设备状态的三维展示，从而为提升电力设备运行管理的精细化、科学化、智能化水平提供信息支撑。

主权项

基于三维GIS技术的输电线路可视化状态监测系统，其特征在于，系统由地理信息数据展示模块，设备模型数据展示模块和状态监测数据展示模块三部分组成，其中：地理信息数据展示模块采用了基于金字塔结构的数据存储技术和动态LOD技术，设备模型数据展示模块采用了渐近式传输与顶点式简化相结合的方式，实现高精度在线监测设备模型快速浏览；状态监测数据展示模块采用粒子系统实现状态监测数据展示；1)地理信息数据展示模块地理信息数据展示模块采用了基于金字塔结构的数据存储技术和动态LOD技术，实现大范围的地理信息数据展示与仿真需要实现大数据量的地景实时交互显示，故相关数据的存储与管理则为技术核心所在，具体做法是：在保证场景显示准确的前提下，使参与实时处理的地理信息数据降低到最少，以保证信息交互响应的效率；本发明采用基于金字塔结构的数据存储为实现地理信息数据展示所需的海量空间信息数据，基于金字塔结构的数据存储为地理信息数据如影像数据和高程数据提供一种可适应快速调度的存储方法；为三维地形显示，输电线路走廊可视化做准备；在使用数据时，可以根据视点与地形的距离，快速获取相应分辨率影像数据和高程数据；基于金字塔结构的数据存储具体的实现过程如下：步骤一：输入高程数据，对高程数据进行预处理，建立快速索引，采用线性插值对高程数据进行计算；步骤二：输入影像数据；步骤三：计算影像数据的范围和分辨率；步骤四：根据计算所得的影像数据的范围和分辨率，判断是否需要对其进行切割，若需要，则按预定的网格切割为瓦片；若不需要，则跳入步骤五；步骤五：为每个瓦片进行相应的网格化处理；步骤六：结合步骤一和步骤五的结果，为每个网格点计算相应的高程值；步骤七：判断目前的网格是否还需要压缩，若需要则按四分裂对其进行合并压缩，然后跳入步骤三；若不需要则建立数据索引；步骤八：将数据存储到相应的数据库；实现地理信息数据展示，除完成数据存储外，还需要对数据进行相应简化，再将场景模型和纹理数据区分为多种细节层次，并按细节序列加以组织，以达到视点越接近细节越丰富的场景表达效果，最终实现输电线路走廊可视化；远视点的地形区域的绘制无需使用与近视点一样的精度，为加快可视化精度，对场景中各地形数据进行LOD分层，实现地形数据动态变化过程，此过程中，场景层次细节的变化应能与视点的变化一致，以达到不同层次间场景的连续平滑过渡；动态LOD技术的具体实现方式如下：步骤一：收到相机即观察点状态信息，进行视场计算与数据裁剪；步骤二：计算网格中心与相机即观察点的距离、偏角；步骤三：取出最佳精度的瓦片，影像瓦片投影到显示屏的像素数量接近瓦片的实际像素数量为最佳精度；步骤四：判断瓦片组合是否覆盖所有可见范围，若已完全覆盖，则直接跳入步骤六；若还未完全覆盖，取周围8个网格中心为新的标靶，对其进行可视性判断和重复性判断，然后筛选留下新的可见网格；步骤五：判断是否还存在新网格，若存在则返回步骤二；若已不存在则跳入步骤六；步骤六：所有瓦片移交绘制系统；2)设备模型数据展示模块本发明对于设备模型采用了渐近式传输与顶点式简化相结合的方式，实现高精度在线监测设备模型快速浏览；具体实现步骤如下：步骤一：输入显示模型请求；步骤二：形成设备模型顶点集P，并且建立所有表面三角形的索引关系；步骤三：寻找对体积影响最小的顶点Pi，本算法是建立在局部误差基础之上的，所以选择基于局部体积V的衡量函数作为简化误差的衡量标准，逐个顶点试验寻找出简化误差最小的顶点；步骤四：将步骤三寻找到的顶点Pi删除；步骤五：将顶点Pi所在区域重新三角化；步骤六：判断顶点集P内所有顶点是否已经全部逐一删除完毕，若尚未完成则寻找下一个顶点，然后接着跳入步骤三；若已删除完毕则对所有顶点按删除顺序进行倒序编码；步骤七：倒序传递顶点数据；步骤八：客户端解码，选择代表顶点的数量；步骤九：显示模型；其中，实现步骤三的具体子步骤如下：子步骤一：初始化，顶点Pi是顶点集P中的一个元素，令i＝0；子步骤二：假设将顶点Pi移除；子步骤三：将顶点Pi所在区域重新三角化；子步骤四：形成一个新的锥形区域；子步骤五：将新旧两个区域的体积进行计算比较；子步骤六：根据子步骤五的计算结果，记录体积变化最小的顶点Pi；子步骤七：判断顶点集P内所有顶点是否全部试验完毕，若尚未完成则令i＝i+1，然后跳入子步骤二；若已试验完毕，则输出体积变化最小的顶点Pi；此方法降低了模型的复杂度，减少图形系统需处理的多边形数目，保留模型的几何特征，并实现实时交互，很好的解决了传统网格算法计算量大的问题，节省了计算所需内存空间，实现了设备模型的快速浏览；3)状态监测数据展示模块状态监测数据的三维可视化技术，直观的展示了数据的客观现象即原始状态，为后期的数据分析和分析结果的可视化提供了基础；由于监测数据在不断更新和流动，所以用静态的物理模型无法满足要求，必须使用粒子系统技术模拟各种监测数据的实时变化状态；本系统采用粒子系统技术和模型渐进式加载技术，实现了台风模拟、下雨天气模拟、洪水漫延与淹没过程模拟、山火模拟、雷电模拟的应用；所采用粒子系统实现状态监测数据展示的具体过程如下：步骤一：接收到状态监测数据；步骤二：向系统发出申请分配新粒子的请求；步骤三：判断淘汰区是否有淘汰粒子，若有则将新粒子激活；若无则分配新粒子空间，然后再将新粒子激活；步骤四：依据最近的监测数据做趋势分析计算；步骤五：更新粒子状态，主要包括大小、形状、质量、速度、颜色、生命周期参数；步骤六：判断粒子是否超过生命周期，若已超过生命周期，则做死亡处理，转存到淘汰缓冲区；若仍在生命周期，则转交图形绘制系统处理，即对存活的粒子进行绘制；图形绘制系统，利用上述在生命周期内的粒子的物理模拟结果，创建各种动画特效，即实现状态监测数据的展示。