本發(fā)明涉及電力輸送技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三維實景一體化的特高壓變電站綜合智能管控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著國家電網(wǎng)公司“三集五大”體系建設(shè)的全面推廣，變電站智能化的程度越來越高，越來越多的變電站實現(xiàn)無人值守，調(diào)度管理人員對變電站的實景情況越來越陌生；而且隨著電力系統(tǒng)科技水平不斷提高，尤其隨著電力“三集五大”管理體系建設(shè)的不斷深入和優(yōu)化，智能電力大數(shù)據(jù)融合承載的需求日益迫切。電力大數(shù)據(jù)來自電力運營的方方面面，有智能電網(wǎng)各種在線監(jiān)測系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)、有智能電氣設(shè)備的各種狀態(tài)、數(shù)值、外觀等產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)、有可見光、熱紅外等視頻圖像系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)、有各種保護、綜自、潮流分析等系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)以及各種輔助控制系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。海量數(shù)據(jù)的存在勢必引起對智能電力大數(shù)據(jù)，特別是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的展示需求，急需摒棄單一系統(tǒng)、孤立數(shù)據(jù)形成的信息孤島，衍生出適應(yīng)智能電力的應(yīng)用需求的以電力系統(tǒng)、電氣設(shè)備為核心的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)融合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種基于三維實景一體化的特高壓變電站綜合智能管控系統(tǒng)，能夠?qū)⑷S空間坐標實景掃描技術(shù)引入變電站監(jiān)控系統(tǒng)中，打造電網(wǎng)感知融合智能生態(tài)圈，結(jié)合現(xiàn)有的輔助監(jiān)控系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)構(gòu)建交互性好、沉浸式、多視野的變電站三維實景智能應(yīng)用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

基于三維實景一體化的特高壓變電站綜合智能管控系統(tǒng)，包括變電站內(nèi)設(shè)置的在線數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、SCADA數(shù)據(jù)測量模塊、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、視屏數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊以及機器人巡檢模塊，所述在線數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、SCADA數(shù)據(jù)測量模塊、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、視屏數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊以及機器人巡檢模塊均通過連接線與SMP接口服務(wù)器連接，SMP接口服務(wù)器與3D服務(wù)器連接。

本發(fā)明還存在以下特征：

所述在線數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊包括熱紅外成像測溫儀、開關(guān)柜測溫器、變壓器油色譜在線監(jiān)測儀、SF6密度微水監(jiān)測儀、高壓開關(guān)動作特性在線監(jiān)測儀、高壓室環(huán)境監(jiān)測儀、避雷器在線監(jiān)測儀以及直流系統(tǒng)在線監(jiān)測儀。

所述SCADA數(shù)據(jù)測量模塊包括電壓數(shù)據(jù)采集器、電流數(shù)據(jù)采集器、功率數(shù)據(jù)采集器、開關(guān)/刀閘數(shù)據(jù)采集器以及分合數(shù)據(jù)采集器。

所述機器人巡檢模塊包括可見光圖像成像系統(tǒng)以及熱紅外圖像成像系統(tǒng)。

所述3D服務(wù)器與圖形工作站連接，圖形工作站用于顯示三維實景圖像。

所述3D服務(wù)器與圖形工作站之前通過電力內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備的技術(shù)效果為：

(1)構(gòu)建真實逼真、沉浸式的多系統(tǒng)、跨平臺統(tǒng)一監(jiān)控平臺；

(2)提高監(jiān)控效率，減輕運行監(jiān)控人員的工作負擔，提高工作效率；

(3)克服多系統(tǒng)信息孤島、增強對設(shè)備統(tǒng)一、多系統(tǒng)的分析、診斷；

(4)優(yōu)化傳統(tǒng)的現(xiàn)場巡檢模式，遠程、高效進行電氣設(shè)備的多系統(tǒng)、跨平臺巡測，減少現(xiàn)場巡檢頻次，提高巡檢效率。

(5)在電力系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)生態(tài)圈中建立科學(xué)的分析、決策、指揮，實現(xiàn)對多系統(tǒng)、跨平臺數(shù)據(jù)的融合呈現(xiàn)，符合人性化、科學(xué)化、直觀化的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)展示。

附圖說明

圖1是基于三維實景一體化的特高壓變電站綜合智能管控系統(tǒng)的邏輯框圖；

圖2是基于三維實景一體化的特高壓變電站綜合智能管控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架圖。

具體實施方式

結(jié)合圖1和圖2，對本發(fā)明作進一步地說明：

基于三維實景一體化的特高壓變電站綜合智能管控系統(tǒng)，包括變電站內(nèi)設(shè)置的在線數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊10、SCADA數(shù)據(jù)測量模塊20、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊30、視屏數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊40以及機器人巡檢模塊50，所述在線數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊10、SCADA數(shù)據(jù)測量模塊20、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊30、視屏數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊40以及機器人巡檢模塊50均通過連接線與SMP接口服務(wù)器60連接，SMP接口服務(wù)器60與3D服務(wù)器70連接。

本發(fā)明通過融合三維空間坐標實景掃描的應(yīng)用研究，來提高電力三維實景智能應(yīng)用生態(tài)圈的感知精度、呈現(xiàn)細節(jié)以及功能健碩性。

對于使用單位來說，投資的回報并不是直接體現(xiàn)在收益的增加上，而主要體現(xiàn)在電力生產(chǎn)運行管理水平的提升和變電設(shè)備維護成本的降低及變電運行可靠性的提高上。

(1)構(gòu)建真實逼真、沉浸式的多系統(tǒng)、跨平臺統(tǒng)一監(jiān)控平臺；

(2)提高監(jiān)控效率，減輕運行監(jiān)控人員的工作負擔，提高工作效率；

(3)克服多系統(tǒng)信息孤島、增強對設(shè)備統(tǒng)一、多系統(tǒng)的分析、診斷；

(4)優(yōu)化傳統(tǒng)的現(xiàn)場巡檢模式，遠程、高效進行電氣設(shè)備的多系統(tǒng)、跨平臺巡測，減少現(xiàn)場巡檢頻次，提高巡檢效率。

(5)在電力系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)生態(tài)圈中建立科學(xué)的分析、決策、指揮，實現(xiàn)對多系統(tǒng)、跨平臺數(shù)據(jù)的融合呈現(xiàn)，符合人性化、科學(xué)化、直觀化的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)展示。

本發(fā)明采用三維空間坐標實景掃描技術(shù)針對變電站進行全景重構(gòu)，打造與變電站現(xiàn)場完全一致的三維場景，并整合現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等一系列常用的在線監(jiān)測系統(tǒng)，將上述系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)實時展示在三維實景監(jiān)控平臺當中。首先實現(xiàn)全方位監(jiān)控，對變電站的整體布局、運行數(shù)據(jù)以及深度設(shè)備細節(jié)進行全面、多方位地呈現(xiàn)，為電力管理及操作人員對變電站的物理全貌、設(shè)備運行狀態(tài)及設(shè)備綜合信息等的全局掌控提供極大便利。其次實現(xiàn)直觀智能化監(jiān)控，實現(xiàn)主動、沉浸、直觀化告警，實現(xiàn)高效率、智能化告警功能。并且不僅僅局限于“電氣設(shè)備”，而是把三維場景中任意“信息熱點”的多個實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、實時視頻、歷史視頻、歷史圖片等同步集總在一個界面，在單一界面上進行“同屏同步”的比對分析、比對檢索、比對查看、比對回放，為高效、科學(xué)地診斷現(xiàn)場故障提供有力的途徑。

最終，將建立一個具備精確三維空間坐標的全景監(jiān)控平臺，不僅可實現(xiàn)已述各個系統(tǒng)的功能疊加，而且未來可根據(jù)需求在此智能化生態(tài)圈中增加不同的系統(tǒng)應(yīng)用。

所述在線數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊10包括熱紅外成像測溫儀11、開關(guān)柜測溫器12、變壓器油色譜在線監(jiān)測儀13、SF6密度微水監(jiān)測儀14、高壓開關(guān)動作特性在線監(jiān)測儀15、高壓室環(huán)境監(jiān)測儀16、避雷器在線監(jiān)測儀17以及直流系統(tǒng)在線監(jiān)測儀18。

所述SCADA數(shù)據(jù)測量模塊20包括電壓數(shù)據(jù)采集器21、電流數(shù)據(jù)采集器22、功率數(shù)據(jù)采集器23、開關(guān)/刀閘數(shù)據(jù)采集器24以及分合數(shù)據(jù)采集器25。

所述機器人巡檢模塊50包括可見光圖像成像系統(tǒng)51以及熱紅外圖像成像系統(tǒng)52。

所述3D服務(wù)器70與圖形工作站80連接，圖形工作站80用于顯示三維實景圖像。

所述3D服務(wù)器70與圖形工作站80之前通過電力內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接。

三維空間坐標實景掃描技術(shù)是一種新型的通過實景點云融合精確空間坐標信息獲取變電站電力設(shè)備以及變電站建筑物高分辨率的空間形狀結(jié)構(gòu)信息，在此基礎(chǔ)上建立起變電站一體化應(yīng)用生態(tài)圈，其效果將會有質(zhì)的飛躍。

①、可對變電站各種情況下的現(xiàn)場工況進行準確的全方位把握、直觀對應(yīng)三維實景融合；

②、可有效減輕運維管理人員的工作負擔，提高工作效率；

③、可增強電力巡檢機器人的人機交互應(yīng)用體驗及機器人的智能水準；

④、可提升決策指揮的推演掌控能力。

三維空間坐標實景掃描智能化應(yīng)用在電力行業(yè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)展示的實現(xiàn)在國網(wǎng)公司“三集五大”體系建設(shè)中值得全面推廣，必將在大運行、大檢修過程中展現(xiàn)其獨道絢目的普適親和力和技術(shù)震撼力。

本次項目的三維空間坐標實景掃描全景監(jiān)控生態(tài)圈融合了多個電力常用的系統(tǒng)平臺，涵蓋了SCADA系統(tǒng)、輔助監(jiān)控系統(tǒng)，未來還可擴展不同的應(yīng)用系統(tǒng)加入到全景監(jiān)控生態(tài)圈當中。

三維空間坐標實景掃描全景監(jiān)控生態(tài)圈不僅能夠展示各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，同時還能夠?qū)Ω兄降臄?shù)據(jù)進行深度挖掘。例如分析電力機器人的巡檢數(shù)據(jù)與SCADA系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、熱紅外成像系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性；站內(nèi)視頻/安防/消防等輔控系統(tǒng)的智能聯(lián)動等，均可以體現(xiàn)在生態(tài)圈的自主意識中。完美契合“三集五大”體系下的“大運行、大檢修”這種管理趨勢的需要。

由于無人值守變電站越來越多，管理及操作人員對前方變電站越來越不熟悉，本項目所建立的電力融合感知生態(tài)圈對變電站的整體布局、運行數(shù)據(jù)以及剖析設(shè)備細節(jié)進行全面、多方位地呈現(xiàn)，極大的方便了電力管理及操作人員對變電站的物理全貌、設(shè)備運行狀態(tài)及各類方案預(yù)演等的全局掌控。

可融合多種方式，包括：三維場景、國網(wǎng)GIS系統(tǒng)、全景模式、場景精確測距等，展示變電站的物理全貌及運行狀態(tài)。

1、沉浸式全三維場景(精確空間坐標的實景掃描)展示；

將每個變電站三維逼真地展示，營造沉浸感，展現(xiàn)與實際無人變電站場景相一致的“三維實景”精確重現(xiàn)。

變電站的電氣設(shè)備(一次設(shè)備、開關(guān)室、測控室、電容器等)、輔控設(shè)備(攝像機、門禁、煙霧報警器、電子圍欄、紅外雙鑒、紅外對射等)、環(huán)境設(shè)備(溫濕度檢測儀、水浸監(jiān)測儀、風(fēng)速計)以及其它的場站設(shè)備(風(fēng)機、空調(diào)等)都等比例地進行精確建模，還原場站全貌。

2、基于電子地圖的全場景展示

以類Google/百度地圖的方式融合電力信息系統(tǒng)，使變電站的位置更加直觀，以符合人類的記憶習(xí)慣和思維感知的方式在直觀的地理信息系統(tǒng)視圖上點選定位。

在江蘇電網(wǎng)管轄范圍內(nèi)以數(shù)字化電子地理地圖的模式進行全局展示，鳥瞰轄區(qū)全景?？梢暬故驹诒臼^(qū)域面積的電子地圖上直觀呈現(xiàn)電網(wǎng)線路、集控站、受控站(22萬站和11萬站)，為管理人員創(chuàng)造一個高效直觀的總體環(huán)境掌控及各站展示入口。在此基礎(chǔ)上逐層推進畫面至局部變電站——重點突出本項目實施的樣板站的具體位置，同時形成變電站層面三維展示的入口。

3、全景模式全場景展示

將全景模式和三維現(xiàn)實場景結(jié)合展示，既以宏觀展示整個場景，又真實再現(xiàn)所需特定位置點的周邊場景，產(chǎn)生虛實結(jié)合的沉浸逼真效果。

利用三維建模方式，用三維現(xiàn)實場景展示整個變電站，在變電站三維現(xiàn)實場景中，突出熱點標志。便于沉浸查看周邊環(huán)境，對關(guān)注的設(shè)備做抵近觀察細節(jié)；移動到“熱點”設(shè)備上查看融合的實時視頻數(shù)據(jù)、SCADA數(shù)據(jù)、設(shè)備健康指數(shù)等；移動到機位上查看實時圖像和歷史圖像等。

4、場景任意兩點間精確測距

測距功能融合帶電部位的電壓等級以及國網(wǎng)相關(guān)安全操作規(guī)程規(guī)范要求，為管理人員編制檢修方案、編寫安措交底文檔提供真實的現(xiàn)場三維全景預(yù)演環(huán)境，成為各類方案制定的事前確認有效手段。在三維現(xiàn)實場景中顯示相應(yīng)兩點位置間的標尺和數(shù)據(jù)。

在三維現(xiàn)實場景中針對站內(nèi)設(shè)備，融合SCADA系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、各種在線監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)生多維度、大數(shù)據(jù)集總直觀展示，并且以設(shè)備為導(dǎo)向進行操作、檢索，提高易用性，進而提高工作效率。操作需非常便利地在一個平臺上查看到所有的相關(guān)數(shù)據(jù)，便于使用人員對整個場景、設(shè)備的監(jiān)控和操作。

5、SCADA電氣設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控

SCADA系統(tǒng)集中了變電站電力運行的核心數(shù)據(jù)，結(jié)合三維現(xiàn)實場景中的電氣設(shè)備，能直觀高效的展示變電站運行狀況。

結(jié)合SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)，根據(jù)電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)特點，將數(shù)據(jù)按種類不同分類展示；以直觀，可視化的形式展示數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電氣設(shè)備參數(shù)化數(shù)據(jù)的歷史曲線展示。

6、視頻圖像監(jiān)控

將視頻監(jiān)控攝像機融入三維場景設(shè)備，按照真實場景中的位置在三維現(xiàn)實場景中展示，迅速進行設(shè)備關(guān)聯(lián)綁定，只需點擊設(shè)備，相關(guān)的攝像機即可展示這個設(shè)備的實時和歷史圖像，快速地查找到所需要的圖像資料，直觀、高效地管理操作攝像機，實現(xiàn)對設(shè)備的視頻圖像進行高效查詢及管理。實時視頻查看、歷史錄像檢索、圖片摘要、檢索，按需回放；直接在三維場景中點擊相應(yīng)的“電氣設(shè)備”，各種和該設(shè)備相關(guān)的外觀實時視頻、歷史多角度圖片、告警事件錄像都“一觸即現(xiàn)”。直觀、便捷的進行檢索、分析、查看、回放等操作；電氣設(shè)備的多角度視頻圖像信息直接在三維場景中點擊相應(yīng)的“電氣設(shè)備”，多角度實時視頻、多角度告警事件錄像、圖片均直觀、便捷展示。

利用現(xiàn)場多機位、廣覆蓋攝像機或融合電力巡檢機器人，實現(xiàn)對電氣設(shè)備高密度、無盲區(qū)、全天候的圖像外觀檢索、對比分析等可視化管理，通過視頻智能分析算法智能提取有效信息，節(jié)約人力、財力、物力。

7、設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)

目前無人變電站的運行廣泛存在：

1)監(jiān)控等系統(tǒng)越來越多、監(jiān)控人員的負擔越來越重；

2)多監(jiān)控系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)呈孤島狀態(tài)、需要整合；

3)對電氣設(shè)備需要遠程多系統(tǒng)主動、統(tǒng)一、跨平臺巡視等一系列實際問題。

將各種在線監(jiān)測設(shè)備整合到變電站三維實景現(xiàn)實平臺中，即是為系統(tǒng)跨平臺巡視、分析、診斷、預(yù)警提供了快速便捷的有效方式。將在線監(jiān)測設(shè)備按真實場景位置融入在三維實景現(xiàn)實平臺中，直觀、便捷地展示實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

7、設(shè)備解析三維立體圖

利用三維技術(shù)，將設(shè)備的組件機構(gòu)進行透視拆解，以視頻或者動畫的方式介紹設(shè)備的安裝過程及結(jié)構(gòu)原理，以規(guī)范操作者的動作和注意事項，使實施操作的人員更容易理解而最終實現(xiàn)準確操作的目的。

將電氣設(shè)備由外至內(nèi)逐層分解，呈現(xiàn)其設(shè)備基于真實比例下的從外觀到內(nèi)部的結(jié)構(gòu)解析。實現(xiàn)：

1)設(shè)備單獨建模，并以活體融合在三維場景中予以展現(xiàn)；

2)逐層逐面的剖析機構(gòu)部件組成及其動作行程，提供相關(guān)部件的功能說明、對應(yīng)操作規(guī)程、安全參數(shù)、工作職能、在線數(shù)據(jù)等多維度、多角度的立體呈現(xiàn)，并以三維動畫的形式予以展示。

三維實景平臺融合SCADA自動化系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)，故障錄波系統(tǒng)、周界防范系統(tǒng)、門禁對講系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)、現(xiàn)場音頻控制等各類系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，采取智能圖像識別技術(shù)等手段，實現(xiàn)主動、沉浸、直觀化告警，以實現(xiàn)高效率、智能化告警功能。

不僅僅局限于“電氣設(shè)備”，而是將三維場景中任意“信息熱點”的多個實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、實時視頻、歷史視頻、歷史圖片等同步集總在一個界面，輕松實現(xiàn)在單一界面上進行“同屏同步”的比對分析、比對檢索、比對查看、比對回放等操作，為高效、科學(xué)地診斷現(xiàn)場故障提供有力的途徑。

設(shè)備告警數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)融合完全以“設(shè)備”為中心的第一關(guān)注視角，完全圍繞“設(shè)備”展開處理，使得無論是查看遙信、遙測這類SCADA數(shù)據(jù)還是查看設(shè)備動作的事件錄像回放、告警相關(guān)的智能視頻聯(lián)動記錄回放(告警聯(lián)動，事件錄像)都非常的“易用好用”、“便捷順手”、“迅速高效”，符合管理人員(操控者)的思維理解習(xí)慣。

整個三維場景中，每個設(shè)備需隨著實時采集來的數(shù)據(jù)，智能判斷設(shè)備工作狀態(tài)是否正常；對于出現(xiàn)異常的，三維場景需自動將設(shè)備渲染成告警模式并定位，告警、異常均能通過設(shè)備三維著色、閃爍進行直觀呈現(xiàn)；不斷提示操作人員及時排除故障。