变电站三维可视化管控系统的设计与实现

叶工业控制计算机曳圆园圆园年第猿猿卷第圆期

鄢国网江苏省电力有限公司科技项目渊允圆园员愿园愿愿冤人和设备在电力工作中是最重要尧最复杂的管控要素袁所以

相关安全管控制度不断建立尧补充并趋于完善袁但安全管控制度

的有效措施依赖于管理和作业人员的规范执行袁参差不齐的人

员素质和现场环境的突发事件都会为安全生产埋下隐患咱员暂遥针

对电力生产工作精细化尧智能化尧数字化管控的要求咱圆暂袁企业迫

切需要获得人员在三维工作场景中的实时位置尧设备状态等信

息袁从而确定人与人尧人与设备之间的时空交互关系袁从技术上

实现对人员尧设备尧区域和异常的实时尧精准管控袁为相关安全管

控制度的落实提供有力的技术保障遥

本系统是基于哉宰月技术咱猿暂袁使用哉耘源游戏引擎开发的变电

站三维可视化管控系统袁系统具备信息采集尧融合与处理能力袁利

用猿凿泽酝葬曾建立变电站厂区三维数字模型袁通过哉耘源引擎实现

变电站运检人员三维实时定位尧电子围栏设定尧越界异常实时报

警尧设备运行状态查询等功能遥系统通过全方位数字化实现实时感

知现场作业态势袁可对人员和设备进行实时有效的管理和控制遥员系统架构

变电站三维可视化管控系统底层由基于哉宰月技术的阅宰酝员园园园定位模块构成袁实现人员位置信息的采集遥通过交换

机袁将采集到的数据发送给定位引擎服务器袁定位引擎服务器将

获取的信息使用栽韵粤算法进行解算咱源暂袁得到人员位置信息袁设

备运行状态信息通过读取变电站厂级监控信息系统渊杂陨杂冤服务

器获得遥终端通过以太网和服务器实时通讯袁将获取的人员位

置尧设备运行状态等信息袁再通过哉耘源游戏引擎进行三维可视

化袁并根据位置信息袁实现视频联动袁越界报警等功能遥变电站三

维可视化管控系统框架如图员所示遥圆系统模型的设计流程

市面上三维建模的软件较多袁由于猿凿泽酝葬曾具有强大的功能袁建模方法多种多样袁可扩展性好袁易于使用袁操作简单袁模型渲

染效率高袁渲染参数少袁且其所建的模型能借助猿阅游戏引擎快速

加载到现场袁模型可导出多种格式文件袁与其他相关软件完美结

合袁另外其在建筑建模和动画方面具有独特优势遥所以袁系统的三

维模型由粤怎贼燥凿藻泽噪公司开发的猿凿泽酝葬曾三维建模动画软件制

作袁材质贴图使用孕澡燥贼燥泽澡燥责制作袁然后将三维模型和材质贴图

导入到游戏引擎哉耘源来实现系统前端人员位置等相关信息三维

可视化功能遥本系统展示了变电站厂房尧设备等三维模型遥圆援员场景模型分析

在对系统所需的模型建模之前袁需对整个场景的模型进行

详细的分类遥整个变电站场景模型可分为建筑模型和设备模型

两大类遥针对每类模型分别归纳为高相似模型和低相似度模型遥

对于高相似度模型袁可基于辅助模型进行开发曰对于低相似度模

型袁可通过内置几何体建模尧样条线建模尧修改器建模尧晕哉砸月杂变电站三维可视化管控系统的设计与实现鄢

孙海渤员岳红原圆王智睿员阮爱民员胡龙猿董俊亮猿

渊员国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司袁江苏镇江圆员圆园园园曰圆南京工程学院袁江苏南京圆员园园园园曰

猿杭州宜清自动化控制技术有限公司袁浙江杭州猿员园园园园冤猿阅灾蚤泽怎葬造蚤扎葬贼蚤燥灶酝葬灶葬早藻皂藻灶贼原悦燥灶贼则燥造杂赠泽贼藻皂枣燥则杂怎遭泽贼葬贼蚤燥灶

摘要院为对变电站运检人员和设备进行有效管控袁为管理者提供辅助决策袁开发了一套变电站三维可视化管控系统遥系统

底层人员定位模块采用基于哉宰月技术的阅宰酝员园园园定位模块袁系统上层基于哉耘源游戏引擎开发了一套三维可视化管控平

台遥平台具有人员位置尧设备运行状态信息三维实时显示尧视频联动尧虚拟电子围栏等功能遥系统在国内某员员园噪灾变电站进行

了实地部署袁进行了人员定位等功能测试袁结果表明系统画面运行流畅袁信息直观袁实时性强袁可对人员和设备进行有效管控遥关键词院哉宰月曰人员定位曰哉耘源粤遭泽贼则葬糟贼押陨灶燥则凿藻则贼燥藻枣枣藻糟贼蚤增藻造赠皂葬灶葬早藻葬灶凿糟燥灶贼则燥造贼澡藻燥责藻则葬贼蚤燥灶葬灶凿蚤灶泽责藻糟贼蚤燥灶责藻则泽燥灶灶藻造葬灶凿藻择怎蚤责皂藻灶贼燥枣贼澡藻泽怎遭鄄泽贼葬贼蚤燥灶熏葬灶凿责则燥增蚤凿藻葬泽泽蚤泽贼葬灶贼凿藻糟蚤泽蚤燥灶原皂葬噪蚤灶早枣燥则贼澡藻皂葬灶葬早藻则泽熏葬泽藻贼燥枣贼澡则藻藻原凿蚤皂藻灶泽蚤燥灶葬造增蚤泽怎葬造皂葬灶葬早藻皂藻灶贼原糟燥灶贼则燥造泽赠泽鄄贼藻皂燥枣贼澡藻泽怎遭泽贼葬贼蚤燥灶蚤泽凿藻增藻造燥责藻凿蚤灶贼澡蚤泽责葬责藻则援阅宰酝员园园园责燥泽蚤贼蚤燥灶蚤灶早皂燥凿怎造藻遭葬泽藻凿燥灶哉宰月贼藻糟澡灶燥造燥早赠蚤泽怎泽藻凿蚤灶贼澡藻遭燥贼贼燥皂造葬赠藻则燥枣贼澡藻泽赠泽贼藻皂熏葬灶凿葬泽藻贼燥枣猿阅增蚤泽怎葬造皂葬灶葬早藻皂藻灶贼原糟燥灶贼则燥造责造葬贼枣燥则皂遭葬泽藻凿燥灶哉耘源早葬皂藻藻灶早蚤灶藻蚤泽凿藻增藻造燥责藻凿蚤灶贼澡藻贼燥责造葬赠藻则燥枣贼澡藻泽赠泽贼藻皂援栽澡藻责造葬贼枣燥则皂澡葬泽贼澡藻枣怎灶糟贼蚤燥灶泽泽怎糟澡葬泽贼澡则藻藻原凿蚤皂藻灶泽蚤燥灶葬造则藻葬造原贼蚤皂藻凿蚤泽责造葬赠燥枣责藻则泽燥灶灶藻造责燥鄄泽蚤贼蚤燥灶葬灶凿藻择怎蚤责皂藻灶贼燥责藻则葬贼蚤燥灶泽贼葬贼怎泽蚤灶枣燥则皂葬贼蚤燥灶熏增蚤凿藻燥造蚤灶噪葬早藻熏增蚤则贼怎葬造藻造藻糟贼则燥灶蚤糟枣藻灶糟藻熏藻贼糟援栽澡藻泽赠泽贼藻皂澡葬泽遭藻藻灶凿藻责造燥赠藻凿燥灶贼澡藻泽责燥贼蚤灶葬员员园噪灾杂怎遭泽贼葬贼蚤燥灶蚤灶悦澡蚤灶葬熏葬灶凿贼澡藻枣怎灶糟贼蚤燥灶贼藻泽贼泽泽怎糟澡葬泽责藻则泽燥灶灶藻造责燥泽蚤贼蚤燥灶蚤灶早澡葬增藻遭藻藻灶糟葬则则蚤藻凿燥怎贼援运藻赠憎燥则凿泽押哉宰月熏责藻则泽燥灶灶藻造造燥糟葬贼蚤燥灶熏哉耘源

图员变电站室三维可视化管控系统框架图97变电站三维可视化管控系统的设计与实现

建模尧多边形建模等多种建模方法相结合的方式进行开发遥针对

不同类型的模型袁采用最优的建模方法袁这种基于分类思想的场

景建模方法袁可有效地降低建模的难度袁提升建模的效率咱缘暂遥

圆援圆场景模型优化

为单个模型建模时袁还需要优化模型遥从建模开始袁就需要

统一每个模型的比例袁并记录场景中的模型可重复性遥模型的数

据量对后期游戏引擎的运行效率有较大影响袁所以袁在建模阶

段袁要充分考虑模型的数据量袁在满足三维模型逼真度要求的情

况下袁尽量使用最少的点数和面数袁在模型的逼真度和数据量之

间找到最佳的平衡点遥在建模后期袁对模型进一步优化袁删除对

模型外观效果及作用效果不明显的面曰删除或者修改被遮挡的

线和面遥纹理映射也是建模中模型优化的一部分袁在不影响视觉

效果的前提下袁尽量压缩纹理贴图袁减少材料库的数据量遥相关

设备模型如图圆所示遥

图圆设备模型圆援猿模型导入

将优化好后的模型以云月载或韵月允格式导入游戏引擎哉耘源中袁哉耘源通过野内容浏览器冶模块为导入的模型和贴图在内

容浏览器中新建一个资源包遥圆援源场景构建

根据变电站的真实情况袁变电站整体模型分为三层袁即地下

一层模型尧地上一层模型尧地上二层模型遥系统将导入的模型进

行组合和拼接袁加上材质贴图和灯光效果袁能较好地仿真变电站

的真实场景遥变电站厂区模型效果如图猿所示遥

图猿变电站厂区模型猿后台数据服务器设计

系统后台数据库采用杂匝蕴杂藻则增藻则袁对人员位置尧设备运行

状态尧电子围栏尧用户及权限尧访客和报警等信息进行管理遥人员

位置信息利用哉宰月定位基站定位引擎开放的匀栽栽孕接口获取曰

设备运行状态信息通过读取

变电站厂级监控信息系统渊杂陨杂冤实时数据库获得遥

后台基本架构基于模

型原视图原控制器渊酝灾悦冤模

式袁酝灾悦架构模式将应用程

序分为三个主要组成部分院

模型尧视图和控制器袁此模式

有助于实现关注点分离咱远暂遥

系统开发了宰藻遭杂藻则增蚤藻泽袁提

供宰藻遭粤孕陨接口袁实现与数

据库进行交互操作袁实现对

数据库的增删改查遥使用酝灾悦模式开发砸葬扎燥则视图袁

实现前端功能操作遥后端框

架如图源所示遥源基于哉耘源的变电站三维可视化管控系统前端设计源援员信息获取

当系统第一次运行的时候通过匀栽栽孕协议获取全部数据袁

包括部门列表尧全部人员信息尧人员实时位置信息尧电子围栏信

息遥因为要传输的数据没有超长袁全部使用的匀栽栽孕郧耘栽方法袁

当获取完全部数据后引擎开始处理数据院员冤通过全部人员信息的数组长度创建人员模型袁并给人员

指派同等数组位的人员详细信息曰圆冤获取电子围栏信息袁通过数组内的每条信息中的坐标点

还原电子围栏在场景中的模型袁并添加碰撞曰猿冤每秒钟都执行获取人员实时位置信息早藻贼方法袁获取最

新坐标并且更新人员模型所在场景中的位置曰源冤获取部门信息袁当用户点击其中某一个部门时袁云燥则循环

人员数组查找相同的部门信息并显示该人员遥源援圆前端主要功能的设计方法

员冤人员定位院人员模型内置各种功能函数袁包括获取人员实

时坐标信息成功执行人员运动函数遥运用哉耘源粤陨导航功能袁为

每个人员模型添加自己的控制器袁并创建事件读取该人员信息

内的实时坐标值袁当成功获取新的坐标值时执行该事件将人物

移动到最新的坐标点遥左键点击跟随人员渊未开启冤袁当人员进入

电子围栏区域标签发送警报声音遥当人员进入电子围栏时袁电子

围栏碰撞功能获取到进入该区域人员的详细信息袁并激活该人

员的报警事件袁报警事件获取该人员标签陨阅通过匀栽栽孕郧耘栽方

法将带有该人员陨阅的动作发送到服务器袁服务器接收到人员陨阅袁通过基站将警报信息发送该用户所带的卡片袁激活卡片警示

音遥人员定位如图缘所示遥圆冤电子围栏院电子围栏的创建袁程序不是单独在一台电脑上

运行袁其中某个用户创建电子围栏后需要在所有客户端上显示

该围栏袁所以用户在创建电子围栏后袁先将电子围栏数据信息保

存到服务器袁然后执行获取电子围栏函数袁获取最新的电子围栏

然后显示在客户端内袁如果出现网络故障则不能创建电子围栏遥

当用户点击创建电子围栏后激活创建电子围栏事件袁每次用户

点击的时候生成原点柱和墙袁墙的原点是原点柱终点跟随用户

鼠标在世界坐标轴的位置修改柱在载尧再轴上不同的长度袁

每个图源后台框架98叶工业控制计算机曳圆园圆园年第猿猿卷第圆期

墙有愿个坐标点袁鼠标在原点柱不同的位置将修改与之对应的

终点边的源个坐标点袁否则墙体则内外反转变成透明墙袁当用户

点击完成后袁提示用户输入电子围栏的名字和权限级别袁当人员

进入电子围栏时首先获取人员进入电子围栏的权限级别袁如果

没有高于该电子围栏的级别再判断人员能进入的电子围栏房间

的名字是否与该电子围栏名字相等袁如果相等就不触发警报遥电

子围栏如图远所示遥

图远电子围栏猿冤测量面积院测量面积使用的是海伦公式袁能测量三角形和

不规则四边形的面积遥源冤视频联动院当有人进入电子围栏后袁在触发报警的同时袁

摄像头根据非法闯入的人员的位置信息袁旋转云台袁对焦定位标

签袁真实还原现场情况遥缘冤生产数据信息可视化院实现方法类似于人员位置信息遥将

获取的生产数据信息在三维场景中实时展示遥生产数据信息可

视化如图苑所示遥缘运行结果

本变电站三维可视化管控系统在国内某员员园噪灾变电站进

行了实地部署遥测试结果表明袁用户可以以任意视觉角度观察变

电站人员和设备的情况袁系统人员定位精度高袁生产数据信息显

示准确袁电子围栏可以有效对越界情况提供报警袁并视频联动袁

记录越界异常遥测试效果如图愿所示遥

图愿现场测试远结束语

本文系统实现了人员位置尧设备信息实时显示袁人员越界报

警等功能袁真实地还原了变电站运检现场袁为变电站运检辅助决

策提供帮助遥

参考文献咱员暂张志平援供电企业生产作业过程的安全风险管理研究咱阅暂援北京院华北