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基于三维仿真技术的智慧水电厂应用研究摘要:近年来，随着我国科学技术的不断发展，三维可视化模型和智慧数字化施工理念在水电领域中的应用越发广泛。
目前我国很多的水电厂都使用了数字化技术，并且在施工质量和施工安全性方面应用了智能化和自动化的监测设备。
在智能化水电厂的建设过程中，很多科学家提出了利用物联网和移动互联网云等技术进行监管平台的设计，尤其是在针对农村水电的安全监管方面，利用智能化的建设平台可以提高监管的效率。
传统的三维可视化模型在建设过程中，通过对倾斜摄影技术、三维激光点云技术的应用，可以提高相应的数字化程度。
关键词：三维可视化；仿真；智慧抽水蓄能电厂引言：目前通过三维可视化技术及仿真数字化技术的应用，可以确保我国水电厂在建设过程中能够实现智能化和自动化，由于水和电是现阶段我国国民在生产生活中最基础的物资供应，所以必须要保证水电厂在建设的过程中能够加强相应的施工监测力度，确保整个机组在运行过程中具有更好的使用效率，从而保障基于三维仿真技术的智慧水电厂的应用效率能够得到有效提升，所以本文通过对电厂的概况进行相应的分析，确保能够明确三维仿真模拟技术在智慧水电厂建设施工和运行过程中的具体应用流程。
一、工程概况本次探究的电厂的位置在珠江三角洲的西北部，距离广州市的直线距离大概在75千米左右，电厂位于西电东送的走廊段内，并且接入的系统相对较为灵活。
本电厂中设计的装机容量为4×320兆瓦，总容量为1280兆瓦，并且年平均的发电量在24亿千瓦时左右，平均的年抽水耗电量大概在31千瓦时左右，其处于满载发电状态的时间大概在91小时。
属于纯抽水蓄能电厂。
其工程的特点是，抽水蓄能电厂的枢纽工程是由上水库、下水库、水道系统和地下厂房的洞室群等组成，设计的水头达到了470米左右，其中最大的水头为502米，在输水系统的运行过程中主要使用了一洞四机式的布置方式，纵剖面使用三级平洞加一级竖井和一级斜井的铺设方式，其长度为2700米左右，地下厂房主要包含主机间、安装厂及副厂房等，其开挖的尺寸为长170米，宽26米，高56米。
基金项目:国家自然科学基金(50179023)和高等学校骨干教师资助计划资助项目。
收稿日期:2001- -第20卷 第2期计 算 机 仿 真2003年2月文章编号:1006-9348(2003)02-0086-06水利水电工程施工系统三维建模与仿真钟登华,周锐,刘东海(天津大学水利水电工程系,天津300072)摘要:该文基于GIS 平台,采用三维可视化技术,提出了实现水利水电工程施工系统三维可视化数字模型的构造与施工过程动态仿真的方法。
文中首先阐述了基于GIS 的三维可视化原理,接着探讨了三维可视化数字模型的构造方法,然后详细介绍了地形数字化技术,静态地物实体建模技术,动态实体模拟方法,以及施工过程动态仿真途径。
最后给出了几个应用实例,表明本方法具有较好的实用性。
关键词:地理信息系统;三维可视化;建模;动态仿真中图分类号:TP391.9 文献标识码:B1 前言水利水电工程施工是一个复杂的系统工程,涉及到主体工程建筑物施工、临时挡泄水建筑物施工、水位变化等各个方面,其关系错综复杂。
以往的水利水电工程施工设计过多地依赖于设计图纸,设计成果一般表现为2D 的平面图、剖面图等形式,不够形象直观,并且难以从宏观上把握施工全过程。
本文提出将地理信息系统(Geographic Information System ,GIS)技术引入水利水电工程施工三维可视化辅助设计中,实现了复杂工程施工系统三维地物模型的创建及施工过程的动态仿真,为设计人员提供了一种简便、直观的手段。
2 基于GIS 的三维可视化数字模型的构造2.1 基于GIS 的三维可视化原理可视化(Visualization)是将抽象数据表示转换成图形或图像图元表示的过程。
图元一般为点(Point)、线(Line)、面(Mesh)、体(Voxel)等,由这些图元构成可视化模型,然后对其进行绘制和显示。
现在流行的GIS 软件如MapInfo,Arc/Info 等,都具有强大的可视化功能。
水利水电工程三维地形建模技术摘要随着我国国民经济的快速发展,水利水电事业的发展生机勃勃,水利水电工程建设与管理也有传统的二维技术向三维技术发展,建立在数字化、可视化、可量测基础上的三维地形已越来越受到各行各业的青睐和关注。
本文通过对工程中三维地形建模技术探讨,对满足水利水电工程建设和管理需求具有重要作用。
关键词水利水电工程；三维地形建模；技术探讨1、三维地形建模技术概述三维地形建模技术是通过计算机技术对地貌、地表建筑物、构筑物等进行三维几何重建、提取和修复、使用三维动画进行展示的技术。
可通过对遥感影像、地形图、线划图、栅格图等进行综合处理,并结合虚拟现实技术、可视化技术等实现三维地形建模[1]。
2、三维地形建模实现过程2.1三维地形建模使用到的硬件工具包括数字扫描仪、三维激光扫描仪、全数字摄影测量系统等,通过软件对影像数据进行处理,形成三维地形地貌,提取建筑物模型后,利用人工对异形地面与不规则建筑物进行人工建模。
2.2对于通过航片进行采集和提取的建筑物的顶端的纹理,例如具有标志性的建筑物,利用数码相机进行建筑物的采集。
使用数码将采集纹理,要对建筑物进行正直摄影,可以使用分块正直摄影的方法,先分成几张照片,然后在图像处理软件中进行拼接和编辑。
2.3在粘贴纹理的过程中,对建筑物进行多个面的圳铁,可以将整个建筑物的纹理粘贴成一种,然后对于粘贴的效果进行抓取和删除。
注意相片的数据,防止数据移除。
可以实现在图像处理软件中对建筑物的侧面纹理进行连接,注意前后顺序不要出错,防止纹理电到或者出现侧面纹理的互换等错误。
2.4对于较大范围的异形地面的处理,可以在建模时将高度不同的建筑物进行相应的处理,按照不同的颜色和形状进行分块粘贴,实现逼真的景观效果。
3、三维地形建模的特点对于三维地形建模的系统的特点的体会,是三维实体建模工具的强大的功能。
这种建模工具的三维实体的建模可以按照实际需要进行三维模型的生成。
一些常用的软件操作也简单,没有繁复的参数控制,只需要简单的基本图元就可以快速生成复杂的三维实体。
水电站水电站数字沙盘三维数字沙盘三维仿真系统方案仿真系统方案仿真系统方案目录目录一、引言.....................................................................................................2 二、传统沙盘、多媒体沙盘、数字沙盘的综合分析. (3)1、实物沙盘 (3)2、多媒体沙盘 (3)3、数字沙盘 (4)三、数字沙盘三维仿真关键技术 (5)四、水电站三维数字沙盘功能 (7)1、水电站地质地貌仿真 (8)2、水电站结构仿真 (9)3、水电站截流仿真 (10)4、水电站实时动态仿真 (11)5、水电站施工现场仿真 (12)五、水电站三维数字沙盘的意义 (14)六、三维数字沙盘应用前景 (16)一、引言根据地形图或实地地形按一定比例用泥沙等材料制作的实物沙盘具有立体感强、形象直观等特点，在军事、工业、水力、电力、教学、旅游及房地产开发等许多领域都有广泛应用，常用来制作经济发展规划和大型工程建设的模型，颇受计划决策者和工程技术人员的青睐。
但实物沙盘由于占地面积大、携带不便、表现方式单调且不能展示动态场景、表现内容有限且难以更新，己不能适应当前科学管理和规划、决策的要求。
随着计算机软件和硬件技术的发展，今天在很多领域已经采用计算机仿真数字沙盘替代模拟沙盘。
计算机仿真数字沙盘是计算机技术、多媒体技术发展的产物，它运用三维显示技术和计算机仿真技术，通过将真实世界的三维坐标变换成三维的计算机坐标，并通过光学处理模仿真实世界显示。
与实物沙盘相比，数字沙盘具有快速、简便、精确、灵活等特点，而且可以动态展示，同时可以对参数进行修订以获取更加丰富的展示效果，应用领域更广泛。
计算机仿真数字沙盘技术应用于水电工程施工近30年，应用范围从辅助施工组织设计扩展到结构设计、三维动态显示等，从仿真单一的混凝土坝浇筑到仿真土石坝施工、截流施工、地下工程施工等；应用目标从静态的方案优选发展到动态的实时控制等；从最初把仿真成果仅仅作为一种不重要的决策参考，逐渐发展成水电工程、尤其是大型水电工程规划、设计和施工管理中不可缺少的技术手段。
基于3DE的混凝土坝施工进度仿真动态可视化在当今这个科技日新月异的时代，数字化技术正以其不可阻挡的力量，改变着各行各业的面貌。
其中，建筑行业尤为受益匪浅。
特别是对于像混凝土坝这样庞大而复杂的工程项目，数字化技术的引入不仅提高了施工效率，更实现了施工进度的精准把控和高效管理。
今天，我们就来深入探讨一下基于3DE（三维电子）的混凝土坝施工进度仿真动态可视化这一前沿技术。
首先，让我们用一个生动的比喻来形容这项技术：如果说混凝土坝的施工过程是一场复杂而漫长的马拉松比赛，那么基于3DE的仿真可视化技术就好比是选手们手中的智能导航系统。
它能够实时显示选手的位置、速度以及剩余距离，让选手对自己的比赛状态了如指掌，从而做出更为合理的调整和规划。
同样地，这项技术也能让工程师们在施工过程中随时掌握工程的进度和状态，及时调整施工策略，确保工程的顺利进行。
在实际应用中，这项技术的夸张效果更是令人惊叹。
通过高精度的三维模型和实时数据更新，工程师们可以在电脑屏幕上清晰地看到每一立方米混凝土的浇筑情况，甚至可以看到每一根钢筋的位置和状态。
这种近乎“放大镜”式的观察能力，使得任何微小的错误和偏差都无法逃脱工程师们的法眼。
然而，正如任何一项新技术的引入都会带来新的挑战和问题一样，基于3DE的仿真可视化技术也不例外。
首先，这项技术对硬件设备和软件系统的要求极高，需要投入大量的资金进行购置和维护。
其次，由于这项技术的操作相对复杂，需要工程师们具备较高的专业技能和知识储备。
此外，如何确保数据的准确性和完整性也是一大难题。
因此，我们在享受这项技术带来的便利和高效的同时，也必须正视这些问题和挑战。
尽管如此，我仍然坚信基于3DE的混凝土坝施工进度仿真动态可视化技术具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
毕竟，在这个数字化浪潮席卷全球的时代，谁能掌握更先进的技术和方法，谁就能在未来的竞争中立于不败之地。
因此，我们应该积极拥抱这项技术，努力克服其中的困难和挑战，让混凝土坝的建设变得更加高效、安全和环保。
H9000 V4.0环境下的水电厂培训仿真系统一、引言随着水电流域滚动开发和水电建设不断发展，水电厂新员工的培训任务越来越重，如何在不影响发电生产的前提下，使新员工能有更多的实际操作机会，提高培训效率，降低培训成本，早日上岗，是摆在各水电开发建设单位、运行检修公司以及有关教育部门面前的一个十分紧迫的问题。
建设水电站培训仿真系统是解决上述问题的一个重要技术手段。
目前，国内培训仿真系统的技术发展水平十分落后，远未形成标准化的产品与系统，设计开发周期长，运行维护困难，与水电建设蓬勃发展的局面不相适应，与水电厂的监控系统在总体设计思路上也差距甚远。
水科院自动化所自80年代起就开展了水电厂仿真技术研究，如调速器仿真、监控系统被控对象仿真等，并建立了国内第一个水轮机调速器仿真实验室。
根据水电厂培训的需要，论文作者于1997年开始对水电厂计算机培训仿真技术产生兴趣，并进行了较为系统的专门研究，定义了一套通用型的水电站被控对象的仿真模型、SimuLog描述语言，并开发了SimuGen编译器和SimuEngine仿真器[1][2]，完成了OTS2000水电厂培训仿真系统的基本功能[3]。
随着H9000V4.0系列计算机监控系统的开发成功[4] [5]，OTS2000系统也移植到了功能强大的H9000 V4.0平台上，培训仿真的功能也得到进一步加强，仿真系统与监控系统相辅相成，可以满足各种用户的培训仿真需要。
本论文首先介绍OTS2000培训仿真系统的设计原则，然后介绍系统的仿真配置模式及系统硬件结构，最后介绍H9000 V4.0环境下仿真系统的主要功能。
二、仿真系统的设计原则OTS2000系统作为一个通用化设计的软件产品，与H9000系统一样，在设计中着重考虑了下列几点原则：(1) 应满足各类用户对水电站运行培训及仿真的需要，建立标准化、通用化数学模型；(2) 应采用标准化及开放的硬件及软件产品,可跨平台运行；(3) 应提供标准化的系统应用软件,具有较好的组态与二次开发手段；(4) 应具有自主知识产权,应具有较强的可移植性；(5) 应符合我国的国情；(6) 可与监控系统有机组合。
变电站仿真培训系统三维实操教案设计与实现一、引言变电站作为电力系统的重要组成部分，起着输电、变压和配电的关键作用。
为了提高变电站人员的实操技能，传统的培训方法已经难以满足实际需求。
本教案旨在设计和实现一套基于三维仿真技术的变电站实操培训系统，以提高培训效果和参与度。
二、教学目标1. 了解变电站的基本结构、功能和操作流程；2. 掌握变电站设备的安全操作技能；3. 熟悉各类设备的故障排除方法；4. 提高对紧急情况的应对能力。
三、教学方法本教案采用三维实操仿真技术结合传统教学方法，在教学过程中重点突出实操环节，通过虚拟的变电站场景和设备操作界面，提升学习者的实操能力和技术水平。
四、教学内容1. 变电站结构与功能a. 变电站的基本组成部分b. 变电站的功能和作用c. 不同类型变电站的特点和应用领域2. 变电设备操作技能a. 高压开关柜的操作流程和要点b. 变压器的运行与维护c. 断路器的操作和保养d. 隔离开关的使用方法3. 故障排除与维修a. 设备故障的识别和分类b. 常见故障排查方法c. 故障维修流程和注意事项4. 紧急情况应对a. 灭火器的使用和灭火技巧b. 人员伤害和电器事故的急救措施c. 紧急停电和抢修措施五、教学步骤1. 展示与讲解变电站三维场景通过三维仿真软件展示真实的变电站场景，讲解变电站的基本结构和设备布置。
2. 设备操作学习学员通过三维场景中的设备操作界面，学习并模拟实操变电站设备，掌握安全操作技能。
3. 输电线路故障排除将虚拟的故障线路引入场景中，要求学员通过真实的操作步骤排除故障，提高故障诊断能力。
4. 模拟紧急情况处理设计紧急事故场景，学员根据实操操作要求，模拟处理灭火、救护、停电等紧急情况，提高应急处置能力。
六、教学评估通过教学实操的过程中，可以对学员的操作技能、交互能力和解决问题的能力进行评估。
同时，采用问卷或测试形式，收集学员对教学效果和系统体验的反馈。
七、教学效果与优势1. 实战模拟：通过三维仿真技术，使学员能够接触真实的场景和设备，提高实操能力。
水电站大坝施工仿真系统的初步设计作者：陈滔来源：《科技视界》 2014年第18期陈滔（华能澜沧江水电有限公司如美水电工程筹建处，云南昆明 650000）【摘要】水电站大坝施工是一个复杂的系统工程，借助计算机系统，对施工过程进行仿真预演，为施工组织问题制定合理的决策提供了快速有效的方法，为监督和管理工程提供了定量标准，从而寻找出优化的施工方案。
本文对水电站大坝施工仿真系统的设计进行了探讨，为进一步实现大坝施工仿真系统提供了一种思路。
【关键词】水电工程；施工；仿真系统；设计0 前言大坝砼的施工组织是一项很复杂的工作, 许多因素都可能影响工程的施工进度、施工质量和施工成本。
以往对这类问题仅凭经验和和按相似工程进行类比的方法，进行一般性的计算和分析，来确定施工方法和规划施工进度，其结果往往带有一定的局限性，仅能得到有估计性及平均性的结果；而且如果施工工艺选择或机械配置不当，可能会导致工期延误或成本增加。
大坝砼的施工受到许多因素的制约，它与施工机械的配套情况，气候情况，现场的设备布置，道路交通和施工工艺要求（温控、导流、防渗、灌浆、排水），当地气象和地形等诸多因素有关。
如何确定施工机械数量及生产率，合理调配施工机械，提高机械利用率，降低施工成本，根据机械生产率按不同季节和施工条件合理确定浇筑仓面跳仓顺序是设计及施工人员面临的难题。
要综合考虑上述各种因素对施工的影响，用解析法推导其间的函数关系并建立描述这个问题的数学模型显然不现实。
因此，必须借助计算机，对施工过程进行仿真预演。
应用计算机仿真技术研究大坝砼的施工问题，实质上是借助计算机按实际施工情况并考虑各种影响施工进程的因素对施工所进行的一种试验，通过改变输入参数和施工约束条件，仿真程序将给出不同的计算结果。
这就为施工组织问题制定合理的决策提供了快速有效的方法，为监督和管理工程提供了定量标准，从而寻找出优化的施工方案。
1 仿真原理1.1 仿真的基本方法目前，计算机仿真的基本方法主要有等步长法及事件表法。
水电站虚拟仿真实验报告本次水电站虚拟仿真实验旨在通过模拟一个水电站的运行过程，了解其工作原理以及相关的参数变化规律。
实验环境搭建在进行实验前，我们需要先安装虚拟仿真软件，并导入水电站模型。
本次实验使用的虚拟仿真软件是PSCAD软件，它是一款功能强大的电力系统仿真软件，可以模拟各种电力系统的运行情况。
实验过程在实验开始前，我们需要对水电站模型进行初步设置，包括各个元件的参数设置、控制逻辑的编程等。
在设置完成后，我们就可以开始模拟水电站的运行过程了。
实验分为两部分：拦河堰开启和拦河堰关闭。
1. 拦河堰开启在拦河堰开启的过程中，我们需要关注的主要参数有：发电机出力、水流速度、水位、发电机转速、水流量等。
我们可以通过观察实验过程中的波形图和曲线图来了解各个参数的变化情况。
在实验中，我们可以观察到以下规律：(1) 当拦河堰刚刚开启时，发电机出力逐渐增大，最终达到满负荷运行状态。
(2) 开启拦河堰后，水流速度逐渐增大，一定程度上影响了水位的变化。
(3) 开启拦河堰后，水位逐渐下降，与此同时，水流量也逐渐增大。
(4) 发电机的转速会随着水流流量的增加而增加，是一个渐进的过程。
2. 拦河堰关闭当我们关闭拦河堰时，主要关注的参数有：水位、发电机出力、发电机转速、水流量等。
我们也可以通过波形图和曲线图来观测各个参数的变化情况，以下是实验中观察到的规律：(1) 在关闭拦河堰之前，水位为相对高位，水流量较大，发电机出力较高，但转速不一定高。
(2) 关闭拦河堰后，水位开始上升，水流量逐渐下降，同时发电机出力也随之下降。
(3) 发电机转速确实会随着水流量的变化而发生变化，当水流量下降时，发电机转速也会相应下降。
实验结论通过本次实验，我们了解了水电站的工作原理以及相关的参数变化规律。
在实验过程中，我们可以通过观察各个参数的变化来分析水电站的运行状态，并且可以通过调整拦河堰的开启和关闭来控制水电站的运行模式。
因此，本次实验对于我们深入了解水电站的运行过程和控制逻辑具有一定的实际意义。
水电站仿真培训实验指导书第一册（水电站仿真培训系统介绍）国家电力公司（部级）重点实验室三峡大学水电站仿真实验室2000年6月总体进度安排前言第一册水电站仿真培训系统介绍（半天：4h）第二册水电站运行认识实验（1天7h）第三册水轮发电机组开机实验（4学时）第四册水轮发电机组停机实验（3学时）第五册水电站电气故障及继电保护实验（1天：7学时）第六册水电站水机故障及水机保护（1天：7学时）实验总结交流（半天：3学时）前言电力系统运行行为及现代化控制技术在这一复杂系统中的有效应用，是电气工程及有关专业的学生应该掌握和了解的知识。
随着电力工业的飞速发展，电网规模不断扩大，无人值班少人值守正逐步实现，对21世纪的电力类人才的要求将发生质的变化。
传统局限于课堂教学和课程实验教学模式培养出来的学生将在人才市场中缺乏竞争力，在工作岗位的适应能力差、适应周期长。
我国教育界正在进行电气工程类教育体系的改革与实践正是为了面向这一挑战而作出的重大举措。
国际研究界预计，对于复杂的大型电力系统的运行行为的全面理解，对于现代控制技术在这一系统中有效应用的掌握，将是新世纪对电力人才提出的要求，而仿真培训将是电力工程人才培养过程中的一个重要手段。
为了培养符合要求的人才，电力系统仿真培训应突破传统的培训模式，应将操作培训、系统运行行为分析培训、新技术应用培训全面紧密结合在一起。
为了充分发挥国家电力公司（部级）重点实验室—水电站仿真实验室的教学功能，本实验室提出了相应的实验教学体系，以适应21世纪对于人才培养的要求。
水电站仿真实验室为在校有关专业学生提供一个与实际水电站相似的真实环境，进行相关专业的基础知识、基本操作、水电站运行知识及事故处理的操作培训。
目的在于全面提高学生对电力系统基础知识的掌握和对于整个电力系统运行与控制行为的理解。
第一章水电站仿真及其意义水电站仿真培训系统是利用计算机仿真技术模拟真实水电站的生产过程，并提供真实的培训环境（水电站中央控制室）的现代化数字仿真培训系统。
基于GIS水电工程施工系统三维动态图形仿真技术
钟登华;宋洋;黄河;郑家祥
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2003(15)12
【摘要】针对当前三维动态图形仿真技术的发展及其在水电工程施工领域应用要
求的特点,文章研究了基于GIS的水电工程施工系统三维动态图形仿真方法及应用。
文中首先探讨了基于GIS的可视化仿真技术原理与方法,然后在水电工程施工系统
分析的基础上,设计了三维动态图形仿真系统的仿真信息的可视化组织方法及开发
模式,分析了工程施工三维数字模型的构造过程,最后详细介绍了系统功能的实现。
开发了一个能科学、直观、逼真地表现水利水电工程施工过程三维动态图形仿真系统,为工程施工管理决策提供依据。
【总页数】5页(P1766-1770)
【关键词】工程施工;三维动态图形仿真;地理信息系统(GIS);数字模型
【作者】钟登华;宋洋;黄河;郑家祥
【作者单位】天津大学建筑工程学院;国家电力公司成都勘测设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于GIS的水利水电工程三维可视化图形仿真方法与应用 [J], 钟登华;宋洋
2.基于GIS和三维仿真技术的水务普查数据处理系统 [J], 姜冲;郑钧;李杰;曲兆松
3.基于GIS的电力电缆三维图形可视化管理系统 [J], 张弛;吴尊东;王少华
4.基于二维GIS与视景仿真技术的电网三维图形分析应用研究 [J], 岳恒飞;林莉;许继红
5.基于GIS的水电工程施工导流三维动态可视化 [J], 刘东海;钟登华;周锐;李定葵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
