電力工程三維一體化設計平臺的制作方法
【專利摘要】一種電力工程三維一體化設計平臺，它包括基礎設施層、數(shù)據(jù)管理層、通用組件層、業(yè)務服務層和用戶表現(xiàn)層。采用上述技術方案的本發(fā)明，是結(jié)合電力建設發(fā)展需要而發(fā)明的集發(fā)電、變電、輸電及新能源于一體的數(shù)字化一體化設計平臺。通過整合各類設計資源：基礎地理數(shù)據(jù)、調(diào)繪數(shù)據(jù)、發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)等，融選址選線選廠為一體的智能設計平臺。主要特點：（1）構(gòu)建一體化設計平臺，促進信息共享和各專業(yè)協(xié)同；（2）數(shù)據(jù)共享、資源整合；（3）三維全景設計，增強直觀性，提升效率；（4）實現(xiàn)三維智能化校驗，提高準確度；（5）促進電力設計過程標準化、規(guī)范化。
【專利說明】電力工程三維一體化設計平臺
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力工程三維一體化設計平臺。
【背景技術】
[0002]電力工程是指與電能的生產(chǎn)、輸送、分配有關的工程，而高效的電力工程設計能夠確保電力工程的順利建設和運行。
[0003]當前電力工程設計主要面向發(fā)電、變電、輸電以及新能源領域，工作內(nèi)容包括系統(tǒng)規(guī)劃、可研選址設計、施工圖設計、竣工圖設計、數(shù)字化成果管理等，隨著相關技術應用程度的加深，設計人員逐步采取了 CAD、Bentley、PDMS等設計軟件進行工作,極大提高了電力工程設計的質(zhì)量和速度，但也存在一些問題。
[0004]問題首先表現(xiàn)在電力工程設計過程的效率上，采用這類計算機輔助設計軟件仍需要大量手工工作，比如設備材料的統(tǒng)計。其次表現(xiàn)在對設計成果的效果上，缺少三維地理場景支撐的設計成果很難得到用戶認同；同時，由于采用的平臺不一樣，導致業(yè)務之間出現(xiàn)脫節(jié)。以及由于數(shù)據(jù)的不統(tǒng)一，導致在電力工程領域協(xié)同管理時容易出現(xiàn)錯誤，為工程的后期維護和改造、設計服務的延伸增值帶來障礙等。
[0005](I)電力工程二維設計平臺，如CAD和道亨軟件。其缺點如下:首先，繪圖工作量大，重復勞動多，修改內(nèi)容不能實現(xiàn)關聯(lián)修改，同時CAD圖只是幾何特征，沒有專業(yè)屬性和模型特征，無法實現(xiàn)相關的專業(yè)計算和檢校。設備材料和土建材料等需要人工整理繪制。其次，設計人員進行方案優(yōu)化和構(gòu)思是在二維圖紙基礎上，在自己大腦中獨立生成三維實物模型，并根據(jù)設計人員自己的印象加以優(yōu)化，這種工作模式既有很大的人為因素。最后，各個專業(yè)間基礎信息不能通過網(wǎng)絡實現(xiàn)共享，使得工程各階段的資料信息需要人工提取，也不利于建設期間和運營管理過程中設備狀況的跟蹤和記錄。
[0006](2)電力工程三維設計平臺，如Bentley等軟件平臺。其缺點如下:首先,根據(jù)二維模型生成的三維模型不夠精確；其次，支持的業(yè)務限制在發(fā)電、變電站設計中，不能滿足輸電和新能源業(yè)務需求；再次，三維GIS分析功能比較弱；最后，不能提供仿真自然環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的有以下幾點:其一，電力工程數(shù)據(jù)的高效和深度管理，減少數(shù)據(jù)的重復建設；其二，效果展示，可以對不同設計實現(xiàn)風格一致的展示效果，有助于規(guī)范化管理；其三，引入三維GIS分析功能，包括空間量算、空間分析與設備空間距離檢校等；其四，一體化電力工程設計支撐，可以實現(xiàn)發(fā)電工程、變電工程、輸電工程、新能源工程等業(yè)務的整合管理，數(shù)據(jù)互通，資源共享。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種電力工程三維一體化設計平臺，其特征在于，它包括:
基礎設施層，它包括通過網(wǎng)絡相互通信的服務器和平臺運行控制裝置；
數(shù)據(jù)管理層，由電力專題數(shù)據(jù)庫構(gòu)成；所述的電力專題數(shù)據(jù)庫整合所有的電力工程設計及前期規(guī)劃相關的信息資源；并隨著工程建設的積累，實時對數(shù)據(jù)進行維護和完善；
通用組件層，與數(shù)據(jù)管理層通信連接，它負責數(shù)據(jù)的訪問與顯示、圖表的統(tǒng)計與輸出、地圖顯示和日志管理；所述的通用組件層包含電力工程三維一體化設計組件，所述的電力工程三維一體化設計組件采用二三維一體化協(xié)同技術、三維實景設計技術和電網(wǎng)管理動態(tài)分段技術對電力工程進行三維一體化設計；
業(yè)務服務層，根據(jù)用戶表現(xiàn)層的請求，生成系統(tǒng)規(guī)劃業(yè)務、廠所選址業(yè)務或輸電線路設計業(yè)務，并由該業(yè)務觸發(fā)通用組件層的電力工程三維一體化設計組件工作；
用戶表現(xiàn)層，由位于電力工程各個部門的子控制單元構(gòu)成，每個接收通用組件層發(fā)送來的顯示內(nèi)容，同時將顯示層的各種操作傳遞給業(yè)務服務層。
[0009]在所述的二三維一體化協(xié)同技術將二維環(huán)境操作的設計對象發(fā)通過二三維協(xié)同接口發(fā)送到三維環(huán)境中，并經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換成為三維設計對象，然后根據(jù)地形獲取高度信息，并在三維場景中顯示出來；同樣地，將三維環(huán)境操作的設計對象通過二三維協(xié)同接口發(fā)送到二維環(huán)境中，并經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換成為二維設計對象，然后去除掉高度信息后，在二維場景中顯示出來。
[0010]三維實景設計技術在三維基礎平臺上獲取遙感影像、三維設施模型和設計圖紙，并根據(jù)此建立仿真環(huán)境；然后調(diào)用業(yè)務層的線路設計組件、三維分析組件和電氣分析組件構(gòu)建符合要求的設計路徑。
[0011]采用上述技術方案的本發(fā)明，是結(jié)合電力建設發(fā)展需要而發(fā)明的集發(fā)電、變電、輸電及新能源于一體的數(shù)字化一體化設計平臺。通過整合各類設計資源:基礎地理數(shù)據(jù)、調(diào)繪數(shù)據(jù)、發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)等，融選址選線選廠為一體的智能設計平臺。主要特點:
(1)構(gòu)建一體化設計平臺，促進信息共享和各專業(yè)協(xié)同；
(2)數(shù)據(jù)共享、資源整合；
(3)三維全景設計，增強直觀性，提升效率；
(4)實現(xiàn)三維智能化校驗，提高準確度；
(5)促進電力設計過程標準化、規(guī)范化；
(6)利于電力工程全壽命周期管理，便于數(shù)字化移交；
(7)實現(xiàn)設計的整體優(yōu)化、有助于縮短設計周期、提高設計質(zhì)量、便于投資估算和限額設計、實現(xiàn)資源共享，可形象直觀地組織施工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的整體架構(gòu)圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的整體流程圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的硬件拓撲圖。
[0015]圖4為本發(fā)明中電力專題數(shù)據(jù)庫的原理圖。
[0016]圖5為本發(fā)明中利用二三維一體化協(xié)同技術的工作流程圖。
[0017]圖6為本發(fā)明中利用三維實景設計技術的工作流程圖。
[0018]圖7為傳統(tǒng)作業(yè)模式圖。
[0019]圖8為利用三維實景設計技術的新型模式圖。
[0020]圖9為本發(fā)明中動態(tài)分段技術的原理圖?！揪唧w實施方式】
[0021]如圖1、圖2所示，一種電力工程三維一體化設計平臺，它包括基礎設施層、數(shù)據(jù)管理層、通用組件層、業(yè)務服務層和用戶表現(xiàn)層。
[0022]其中，基礎設施層包括通過網(wǎng)絡相互通信的主服務器和平臺運行控制裝置。除了主服務器之外，還可增加備用服務器以增加數(shù)據(jù)的安全性。
[0023]如圖4所示，數(shù)據(jù)管理層由電力專題數(shù)據(jù)庫構(gòu)成；所述的電力專題數(shù)據(jù)庫整合區(qū)域基礎地理信息、電網(wǎng)資源信息、能源資源信息、規(guī)劃專家知識、工程數(shù)據(jù)等電力工程設計及前期規(guī)劃相關的信息資源，從而更好、更便捷的進行站址選擇、廠址選擇、路徑選線等等。隨著工程建設的積累，不斷完善知識數(shù)據(jù)庫，并從中挖掘有效的針對具體工程的有用數(shù)據(jù)。
[0024]電力專題數(shù)據(jù)庫的設計原則為:
(1)根據(jù)電力專題數(shù)據(jù)組成進行分類，每個分類對應不同的數(shù)據(jù)集，如基礎地理數(shù)據(jù)集，電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)集，能源資源數(shù)據(jù)集等等；
(2)邏輯設計:每個數(shù)據(jù)集分別對應一個邏輯數(shù)據(jù)庫；
(3)每個邏輯數(shù)據(jù)庫又被劃分為多個子集，為了區(qū)分不同子集中的表，同類子集的表以相同的前綴(即數(shù)據(jù)集的縮寫)附加在表名前；
(4)在每類子集中不同的空間參考和比例尺的空間數(shù)據(jù)劃分在不同的空間數(shù)據(jù)集中，空間數(shù)據(jù)集的表命名時以空間數(shù)據(jù)集名稱的縮寫作為后綴；
(5)由于關系型數(shù)據(jù)表和空間數(shù)據(jù)表之間無法通過數(shù)據(jù)庫技術提供主外鍵機制建立關聯(lián)，通過建立電力設計的專題數(shù)據(jù)集的關系表來記錄關聯(lián)關系；
(6)電力設計專題數(shù)據(jù)庫中的每個數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)模型符合3NF的標準范式要求，并通過CASE工具實現(xiàn)ER (實體關系)設計。
[0025]另外，隨著工程建設的積累，實時對數(shù)據(jù)進行維護和完善；從時態(tài)上來講，電力設計專題數(shù)據(jù)會隨著時間的變化而存在不斷更新和完善。管理方面，建立數(shù)據(jù)維護和完善規(guī)范管理機制；工具方面，提供數(shù)據(jù)維護和更新機制；安全方面，禁止網(wǎng)絡傳輸，保證介質(zhì)傳遞，建立網(wǎng)絡安全機制。
[0026]基于上述原則，建立如圖4所示的電力專題數(shù)據(jù)庫，具體為:
a.基礎地理數(shù)據(jù):地形地貌、行政區(qū)劃、地名注記數(shù)據(jù)、DEM高程數(shù)據(jù)，地形圖、地質(zhì)圖
等;
b.電力空間數(shù)據(jù):各類型電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)，產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、煤礦分布區(qū)、地質(zhì)構(gòu)造區(qū)、污穢區(qū)等；
c.電力業(yè)務數(shù)據(jù):電力規(guī)劃數(shù)據(jù)，能源數(shù)據(jù)、國民經(jīng)濟數(shù)據(jù)，應急調(diào)度數(shù)據(jù)等等，數(shù)據(jù)類型主要是文件資料、DWG圖紙等等。
[0027]通用組件層，與數(shù)據(jù)管理層通信連接，它負責數(shù)據(jù)的訪問與顯示、圖表的統(tǒng)計與輸出、地圖顯示和日志管理；所述的通用組件層包含電力工程三維一體化設計組件，所述的電力工程三維一體化設計組件采用二三維一體化協(xié)同技術、三維實景設計技術和電網(wǎng)管理動態(tài)分段技術對電力工程進行三維一體化設計。
[0028]其中，二三維一體化協(xié)同技術，如圖5所示，它可以將二維環(huán)境操作的設計對象發(fā)通過二三維協(xié)同接口發(fā)送到三維環(huán)境中，并經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換成為三維設計對象，然后根據(jù)地形獲取高度信息，并在三維場景中顯示出來；同樣地，將三維環(huán)境操作的設計對象通過二三維協(xié)同接口發(fā)送到二維環(huán)境中，并經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換成為二維設計對象，然后去除掉高度信息后，在二維場景中顯示出來。上述這種技術充分發(fā)揮二維GIS強大的數(shù)據(jù)管理、編輯及空間分析能及三維GIS強大實體渲染、仿真及三維校驗能力，共同在發(fā)電輸變電的野外調(diào)繪、三維協(xié)同設計及設計成果管理方面發(fā)揮優(yōu)勢作用。具體地說，
I)平臺可視化方面，搭建一體化平臺，集成二維GIS模塊和三維GIS模塊，實現(xiàn)二三維聯(lián)動和視圖同步，實現(xiàn)二三維協(xié)同設計。
[0029]2)技術管理方面，綜合運用二三維集成技術，實現(xiàn)版本和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化管理。
[0030]3)數(shù)據(jù)方面，實現(xiàn)空間海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲和管理。
[0031]4)空間服務方面，提供完整二三維服務發(fā)布和調(diào)用管理，實現(xiàn)統(tǒng)一的空間分析服務機制。
[0032]如圖6所示，三維實景設計技術，它在三維基礎平臺上獲取遙感影像、三維設施模型和設計圖紙，并根據(jù)此建立仿真環(huán)境。然后調(diào)用業(yè)務層的線路設計組件、三維分析組件和電氣分析組件構(gòu)建符合要求的設計路徑。這種技術開創(chuàng)性地實現(xiàn)了輸變電工程三維設計工作模式，拖動設計模式變革，突破傳統(tǒng)二維電力工程設計的視覺限制，實現(xiàn)設計中的所見即所得，應用在輸電線路的三維實景排位、發(fā)變電廠站實景組裝、三維實景勘測等方面。
[0033]研究提出三維平臺與專業(yè)設計軟件成果交互方法。改變了如圖7所示的“室內(nèi)初選_>野外踏勘_>室內(nèi)預排位”的傳統(tǒng)工作模式，研究創(chuàng)建了“三維平臺線路路徑方案優(yōu)選_>優(yōu)選方案專業(yè)軟件排位_>排位成果三維直觀展示”新型工作模式，如圖8所示，從而實現(xiàn)了設計全過程無縫銜接，推動設計方式變革。
[0034]電網(wǎng)管理動態(tài)分段技術:將電網(wǎng)管理線性化，建立基于輸電線路的在線及離線事件，將電廠、電站及輸電線路走廊內(nèi)設施都作為事件之一進行組織管理，建立線性參考，實現(xiàn)電網(wǎng)在區(qū)域三維場景中的高效展示、設備設施查詢、信息更新管理等方面。原始的情況下，當電力線路的屬性信息發(fā)生變化時就要求打斷線路，然而有些線路的屬性信息經(jīng)常發(fā)生變化，例如線路狀況一旦惡化并隨之維護，就發(fā)生變化。要準確的反映線路狀況的這種變化，就不得不打斷一些要素并合并另外一些要素。當需要存儲其他屬性時，如材質(zhì)、電壓限制、速度限制和事故點，將線性要素分段更成問題。每當屬性變化時，道路將需要更多拆分。在進行所要求的分段之后，線性要素是如此的細分，即使不是不可能，也是難于維護的，這一點很明顯。我們可以存儲、顯示、查詢和分析與網(wǎng)絡有關的信息而無需觸及底層的路網(wǎng)數(shù)據(jù)的空間坐標。動態(tài)分段功能將地圖網(wǎng)絡中的連線根據(jù)其屬性將特征相近的連線分段。分段是動態(tài)進行的，因為它與當前連線的屬性相對應，如果屬性改變了，屬性對應的幾何數(shù)據(jù)也發(fā)生變化。同時，這種方法可以提高三維場景對線路的渲染速度。
[0035]動態(tài)分段技術是一種基于線性參考的動態(tài)分析線性事件的線性特征進行的某種量測標準為依據(jù)的相對位置劃分的技術，可以極大的增強線性特征的分析處理能力。動態(tài)分段技術主要在路網(wǎng)、河網(wǎng)、電網(wǎng)等線性特征比較明顯行業(yè)中有廣泛應用。
[0036]動態(tài)分段技術是對現(xiàn)實世界中線性特征及相關屬性進行抽象描述的數(shù)據(jù)模型和計算手段，它可以根據(jù)不同的屬性按照某種度量標準對線性要素進行相對位置的劃分。
[0037]動態(tài)分段的實質(zhì)上是建立在電網(wǎng)弧段-結(jié)點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的一種抽象方法，通過一定的映射關系，將電網(wǎng)動態(tài)段對應的走廊事件進行線性分析。[0038]業(yè)務服務層，根據(jù)用戶表現(xiàn)層的請求，生成系統(tǒng)規(guī)劃業(yè)務、廠所選址業(yè)務或輸電線路設計業(yè)務。需要說明的是，業(yè)務服務層包含線路設計組件、三維分析組件和電氣分析組件，組件之間的不同組合構(gòu)成不同的電力業(yè)務，最終由該電力業(yè)務觸發(fā)基礎軟件層的電力工程三維一體化設計組件工作。
[0039]用戶表現(xiàn)層，它由位于電力工程各個部門的子控制單元構(gòu)成，子控制單元在實施時可以為一個控制器。每個子控制單元接收通用組件層發(fā)送來的顯示內(nèi)容，并發(fā)出請求至業(yè)務服務層。
[0040]本發(fā)明針對發(fā)電部分，一體化設計平臺無縫對接和集成電廠專業(yè)設計軟件，將共享管理的前期規(guī)劃設計成果調(diào)入電廠設計平臺開展發(fā)電初步設計及施工圖設計工作，同時設計的過程成果同步保存到一體化平臺系統(tǒng)庫中，便于設計成果管理。能夠?qū)拥某Ｓ迷O計平臺主要為PDMS平臺。
[0041]針對變電部分，一體化設計平臺無縫對接和集成變電專業(yè)設計軟件，將共享管理的前期規(guī)劃設計成果調(diào)入變電設計平臺中，開展變電初步設計及施工圖設計工作，同時設計的過程成果同步保存到一體化平臺系統(tǒng)庫中，便于設計成果管理。能夠?qū)拥某Ｓ迷O計平臺有:基于CAD的變電設計平臺、Bentley變電設計平臺。
[0042]針對輸電部分，基于一體化平臺工程設計人員在前期成果的基礎上，可以查閱線路走廊內(nèi)沿線的氣象站點資料，以往線路的運行經(jīng)驗，氣象分區(qū)圖，并根據(jù)設計經(jīng)驗，在系統(tǒng)中人工調(diào)整路徑優(yōu)化方案。同時設計人員可以提取基礎地理數(shù)據(jù)和路徑方案疊置在一起，生成路徑圖，測量人員可攜帶紙質(zhì)路徑圖，開始外業(yè)踏勘。在系統(tǒng)設計過程中，支持平臺導出各種成果資料:詳細路徑圖、平均海拔高度圖、路徑統(tǒng)計分析報告(指山區(qū)、平原、丘陵各占比例，跨各電壓等級線路統(tǒng)計，跨各等級冰區(qū)污區(qū)統(tǒng)計，平均耐張段統(tǒng)計，曲折系數(shù)等)，路徑平斷面圖等等。一體化平臺集成對接輸電專業(yè)設計平臺，前期及優(yōu)化成果可直接導入到設計軟件中，同時可進行同步協(xié)同輸電數(shù)字化設計，平臺通過與比較成熟的專業(yè)設計平臺的對接，實現(xiàn)設計成果的共享和提高設計精確度和高效性。能夠?qū)拥妮旊妼I(yè)設計軟件有:道亨輸電線路設計軟件、TTA鐵塔結(jié)構(gòu)設計軟件，鐵塔長短腿設計軟件，基礎設計配置軟件等。
[0043]針對新能源部分,一體化平臺集成對接新能源相關的專業(yè)設計軟件，如風場設計軟件GH Windfarmer及常見的光伏電站設計軟件等,進行可視化交互設計。
[0044]同時，一體化平臺支持各種三維校驗:管道碰撞校驗、變電電氣距離校驗、帶電體距離校驗、導地線對地距離校驗、導地線相序間距校驗、跳線塔窗距離校驗，風偏校驗、交叉跨越分析、不均勻載荷分析等等。
[0045]一體化平臺基于系統(tǒng)庫方案，可進行電力工程設計成果的一體化管理及數(shù)字化移交。一體化平臺在遵循電力工程成果管理流程的基礎上，充分利用其工程化、數(shù)字化共性進行電網(wǎng)化管理。平臺契合國家電網(wǎng)公司及南方電網(wǎng)主導開展的諸多電力工程數(shù)字化設計、一體化設計、三維化設計工作，實現(xiàn)設計資源的整合共性、專業(yè)間設計協(xié)同及便于與國網(wǎng)公司管理系統(tǒng)的成果對接，支持工程設計成果的數(shù)字化移交工作。
【權(quán)利要求】
1.一種電力工程三維一體化設計平臺，其特征在于，它包括: 基礎設施層，它包括通過網(wǎng)絡相互通信的服務器和平臺運行控制裝置； 數(shù)據(jù)管理層，由電力專題數(shù)據(jù)庫構(gòu)成；所述的電力專題數(shù)據(jù)庫整合所有的電力工程設計及前期規(guī)劃相關的信息資源；并隨著工程建設的積累，實時對數(shù)據(jù)進行維護和完善； 通用組件層，與數(shù)據(jù)管理層通信連接，它負責數(shù)據(jù)的訪問與顯示、圖表的統(tǒng)計與輸出、地圖顯示和日志管理；所述的通用組件層包含電力工程三維一體化設計組件，所述的電力工程三維一體化設計組件采用二三維一體化協(xié)同技術、三維實景設計技術和電網(wǎng)管理動態(tài)分段技術對電力工程進行三維一體化設計； 業(yè)務服務層，根據(jù)用戶表現(xiàn)層的請求，生成系統(tǒng)規(guī)劃業(yè)務、廠所選址業(yè)務或輸電線路設計業(yè)務，并由該業(yè)務觸發(fā)通用組件層的電力工程三維一體化設計組件工作； 用戶表現(xiàn)層，由位于電力工程各個部門的子控制單元構(gòu)成，每個接收通用組件層發(fā)送來的顯示內(nèi)容，同時將顯示層的各種操作傳遞給業(yè)務服務層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力工程三維一體化設計平臺，其特征在于:在所述的二三維一體化協(xié)同技術將二維環(huán)境操作的設計對象發(fā)通過二三維協(xié)同接口發(fā)送到三維環(huán)境中，并經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換成為三維設計對象，然后根據(jù)地形獲取高度信息，并在三維場景中顯示出來；同樣地，將三維環(huán)境操作的設計對象通過二三維協(xié)同接口發(fā)送到二維環(huán)境中，并經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換成為二維設計對象，然后去除掉高度信息后，在二維場景中顯示出來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力工程三維一體化設計平臺，其特征在于:三維實景設計技術在三維基礎平臺上獲取遙感影像、三維設施模型和設計圖紙，并根據(jù)此建立仿真環(huán)境；然后調(diào)用業(yè)務層的線路設計組件、三維分析組件和電氣分析組件構(gòu)建符合要求的設計路徑。
【文檔編號】G06F17/50GK104008218SQ201310060400
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月27日
【發(fā)明者】潘誠, 吳曉輝, 付華臣, 李文杰 申請人:河南省電力勘測設計院