三維平臺科技計劃申報書講解學(xué)習(xí)

1、編號內(nèi)蒙古電力公司科技項目項目名稱：應(yīng)用于城市電網(wǎng)規(guī)劃的三維可視化管理系統(tǒng)開發(fā)申請單位：起止時間：2013 年 1 月至 2013 年 12 月項目負責(zé)人：通信地址：郵政編碼：聯(lián)系電話： 辦公/ 手機傳真：電子郵箱：申請日期： 年月項目名稱應(yīng)用于城市電網(wǎng)規(guī)劃的三維可視化管理系統(tǒng)開發(fā)項目負 責(zé)人姓名單位內(nèi)家古電力科學(xué)研究院性別年齡專業(yè)電氣職稱項目 分類技術(shù) 攻關(guān)新技術(shù) 開發(fā)新產(chǎn)品 試制技術(shù)引進消 化吸收應(yīng)用理論 基礎(chǔ)研究軟科學(xué) 研究推廣V項目組 人數(shù)其中高級職稱中級職稱研究生初級職稱協(xié)作單位協(xié)作形式申請費用總額（萬元）研究起止年月第一年度（萬元）第二年度第三年度項 目 內(nèi) 容、意 義 和 預(yù) 期

2、 成 果 摘 要項目內(nèi)容開發(fā)一套應(yīng)用于城市電網(wǎng)規(guī)劃的三維可視化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要功能是 能夠編輯生成規(guī)劃城市電網(wǎng)和建筑物的三維場景展示圖，展示圖能夠直觀的反 映規(guī)劃電網(wǎng)與樓宇、道路等建筑物的三維立體關(guān)系，便于規(guī)劃決策。該系統(tǒng)還 將具備規(guī)劃區(qū)域負荷預(yù)測、規(guī)劃電網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、模擬運行、變電站選址輔 助決策、網(wǎng)架優(yōu)化等輔助功能模塊，并預(yù)留實時數(shù)據(jù)米集接口。該平臺在規(guī)劃 基礎(chǔ)上可進一步擴展應(yīng)用到設(shè)計、施工、生產(chǎn)運行全周期管理。項目意義傳統(tǒng)的城市電網(wǎng)規(guī)劃一般使用單線圖、平面圖形。而隨著城市經(jīng)濟的快速 發(fā)展，負何容量及負何密度的大幅增長，城市電網(wǎng)的規(guī)模也日趨復(fù)雜，原有簡 單的幾何圖形加注記的形式不能有

3、效地反映城市電網(wǎng)線路現(xiàn)狀以及周圍城市的 市政環(huán)境?；诘乩硇畔⒓夹g(shù)、三維可視化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的綜合性信息化 管理技術(shù)的發(fā)展為在三維空間上的真實、準(zhǔn)確、全面地展示城市電網(wǎng)規(guī)劃所需 的信息成為可能。因此，本項目研究的應(yīng)用于城市電網(wǎng)規(guī)劃的三維可視化管理 系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用與推廣價值。預(yù)期成果應(yīng)用于城市電網(wǎng)規(guī)劃的三維可視化管理系統(tǒng)輔助決策軟件1套；技術(shù)報告1份；申請軟件著作權(quán)1項；發(fā)表科技論文1-2篇。、本研究項目的科技依據(jù)（包括科技意義和應(yīng)用前景，國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用理論基礎(chǔ)研究項目應(yīng)闡述學(xué)術(shù)思想，立論根據(jù)，特色或創(chuàng)新之處，主要參考文獻目錄及出處；推廣項目說明成果成熟程度，適用范圍

4、，以及成果的知識產(chǎn)權(quán)等問題）項目背景城網(wǎng)規(guī)劃是城市總體規(guī)劃的重要組成部分，應(yīng)與城市的各項發(fā)展規(guī)劃相互配合、同 步實施，以滿足城市經(jīng)濟增長和社會發(fā)展的需要。隨著電網(wǎng)建設(shè)快速增長，需要采用現(xiàn) 代化的技術(shù)和管理手段來進行規(guī)劃和設(shè)計，從而更加及時地為業(yè)主提供優(yōu)質(zhì)、高效、安 全的服務(wù)，并大幅提高規(guī)劃設(shè)計質(zhì)量和效率，提高企業(yè)競爭力。對于城市電網(wǎng)規(guī)劃而言，基于二維空間對傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃所做的改進并不能達到直觀 可視的效果，在很多情況下，由于輸配電系統(tǒng)的布局非常交錯復(fù)雜，僅僅依靠二維圖形 提供的信息很難給出完整全面的空間信息， 而隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，三維可視化無疑 是解決上述問題的最佳手段，并能適應(yīng)目前及未來一

5、段時期內(nèi)電網(wǎng)發(fā)展的需要?；谌S可視化的城市電網(wǎng)規(guī)劃能有效搜集、 整理、歸納城市電網(wǎng)中現(xiàn)已建成電力 設(shè)備的參數(shù)、圖像和空間信息，并結(jié)合城市地貌和建筑特點按照地理坐標(biāo)建立完整的綜 合電網(wǎng)信息模型，再通過網(wǎng)絡(luò)將這些模型聯(lián)結(jié)起來， 可以協(xié)調(diào)城市電網(wǎng)規(guī)劃各方面的關(guān) 系，落實好變電站用地和電力線路走廊，從而使電網(wǎng)規(guī)劃工作者能快速、完整、形象的 了解城市電網(wǎng)的過去、現(xiàn)狀和未來的各種宏觀和微觀運行情況；同時通過規(guī)范業(yè)務(wù)流程， 深入開展各項業(yè)務(wù)應(yīng)用，可形成網(wǎng)絡(luò)化、可視化、智能化的電網(wǎng)規(guī)劃。應(yīng)用前景城市電網(wǎng)規(guī)劃作為城市總體規(guī)劃的重要組成部分，其重要性不言而喻，科學(xué)合理的 城市電網(wǎng)規(guī)劃是城市電力安全、可靠、高質(zhì)量

6、供電的重要基礎(chǔ)。2009-2010年全國各網(wǎng)省公司均全面開展了城市電網(wǎng)規(guī)劃工作， 內(nèi)蒙古電科院規(guī)劃中心先后完成了包括躉受局 城市電網(wǎng)、農(nóng)電局縣城電網(wǎng)、工業(yè)（產(chǎn)業(yè)）園區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃50多項，并繼續(xù)開展?jié)L動修編、新的園區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃工作。該系統(tǒng)建成后可以全面應(yīng)用于城市電網(wǎng)規(guī)劃中，提升規(guī)劃質(zhì)量，加強工程自動化管理水平，并可為下一步設(shè)計、施工、生產(chǎn)運行提供管理平臺，應(yīng)用前景非常廣泛。國內(nèi)外研究概況配電網(wǎng)規(guī)劃工作要統(tǒng)籌兼顧、全面考慮；不僅要研究配電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計，還要研 究配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)的關(guān)系，如輸配電壓的選擇等，以及隨著負荷增長和地理分布的變化， 對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行改建、擴建的時間順序和設(shè)備參數(shù)設(shè)計等各種情況，以

7、期取得在規(guī)劃期內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計.近年來以采用空間負荷預(yù)測方法進行供電區(qū)域內(nèi)負荷增長和地理分 布的預(yù)測為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究比較普遍配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃一般都采用某種運籌學(xué)方法 如：線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃等.?？v觀網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究的歷史，可以歸納為：（1）可行策略評價方法；（2）分步優(yōu)化方法；（3）整體一次性優(yōu)化方法；（4）多階段整體規(guī)劃方法。必須指出的是：這些網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法都有一個共同的前提， 即在進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃之前，必須由專家給出規(guī)劃期內(nèi)可能建設(shè)的配電網(wǎng)設(shè)備最大數(shù)目、備選站址和標(biāo)準(zhǔn)容量等級等有關(guān)技術(shù)指標(biāo)。一般說來備選設(shè)備數(shù)目不應(yīng)低于相應(yīng)優(yōu)選出設(shè) 備數(shù)目的1.5倍。這種處理方法的優(yōu)點是它所

8、給出的規(guī)劃設(shè)計優(yōu)化方案在實踐中是可行 的。因為在預(yù)選的過程中，已將城市地下狀況、建筑條件和路線走向等因素都考慮在內(nèi)， 同時也取得了較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)， 但是整個處理過程還是拘泥于數(shù)學(xué)算法，不能直觀表現(xiàn)城市電網(wǎng)的規(guī)劃和現(xiàn)實城市或區(qū)域的地理關(guān)系。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（ Geographic In formation System ， 簡稱GIS）在整個電力行業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，引入GIS系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力企業(yè)提高管理水平和工作效率的有效手段。傳統(tǒng)的基于二維坐標(biāo)的GIS系統(tǒng)，其空間 表現(xiàn)和分析能力受到很大的局限性， 因此電網(wǎng)信息的運行和管理的需求出發(fā)， 建立一個 三維的電網(wǎng)信

9、息管理系統(tǒng)將產(chǎn)生巨大意義。電網(wǎng)三維虛擬現(xiàn)實以支持“數(shù)字城市”或“數(shù)字設(shè)施”的概念出發(fā)，把電網(wǎng)從二維向三維發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使電網(wǎng)信息的 表現(xiàn)更真實、豐富、具體、精確，從靜態(tài)數(shù)據(jù)處理向動態(tài)發(fā)展。通過建立方位數(shù)據(jù)中間 層的方法將地表數(shù)字高層模型、輸電設(shè)備、變電站、電廠等三維模型及各類屬性信息有 機的結(jié)合在一起，從而滿足對輸電線路、變電站、電廠的各類維護及查詢要求，并為運 行管理、施工培訓(xùn)、模擬分析等高層應(yīng)用構(gòu)建良好的開放性框架。采用動態(tài)實時建模技 術(shù)實現(xiàn)對地上電網(wǎng)設(shè)備和地下電纜資源的三維實時展示，真實反映地上設(shè)備狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)分布，地下隧道、管道的結(jié)構(gòu)，電力管道和其他管道的交叉情況，電纜的敷設(shè)情況

10、，為 電網(wǎng)空間資源的精細化管理打下堅實的基礎(chǔ)。二、研究、推廣應(yīng)用內(nèi)容和預(yù)期成果（說明項目的具體研究、推廣內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵和重點解決的技術(shù)問題，預(yù)計達到的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，預(yù)期成果和 提供的形式及其依托工程，應(yīng)用該成果的單位落實情況和可能應(yīng)用的其它 工程或單位及效益。項目內(nèi)容1城市電網(wǎng)規(guī)劃的三維可視化管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將采用 C/S-B/S相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，支持單機與網(wǎng)絡(luò)平臺；實現(xiàn)城市電網(wǎng) 數(shù)據(jù)的共享，本平臺的總體數(shù)據(jù)流采用文件、關(guān)系數(shù)據(jù)模型、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型相結(jié)合 的數(shù)據(jù)存儲方式。2、三維模型庫建立模型庫中除包含典型建筑物模型（包括樓宇、橋梁、街道、河流、綠地等），重點研究開發(fā)電力元器件三

11、維模型，主要包括架空線路、電纜線路、配變、環(huán)網(wǎng)柜、開關(guān)、 分支箱、開閉站、變電站等。3、各功能模塊設(shè)計開發(fā)功能模塊主要有：視圖管理、模型管理、電網(wǎng)規(guī)劃、統(tǒng)計分析、系統(tǒng)管理。4、系統(tǒng)整體開發(fā)5、實例應(yīng)用技術(shù)關(guān)鍵1. 多種三維表現(xiàn)及虛擬仿真技術(shù)虛擬仿真技術(shù)是通過對現(xiàn)實世界建立逼真的三維模型，快速、高效地構(gòu)造地區(qū)的地 形地貌和文化特征。系統(tǒng)利用 3D MAX建立高仿真、精美的三維模型，基于構(gòu)件建模， 實現(xiàn)虛擬城區(qū)構(gòu)件級還原仿真。對應(yīng)系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計一套簡潔的數(shù)據(jù)模型，滿足 用戶定義簡便，便于觀察顯示，查詢能力強、可擴展、易于維護的要求。數(shù)據(jù)模型中最 重要的是三維要素的數(shù)據(jù)模型，它應(yīng)實現(xiàn)對城區(qū)空間

12、的表示、對路徑的表示、對設(shè)備的 表示和同一工作空間幾何對象多比例尺的表示，采用改進的矢量數(shù)據(jù)表示方法可以滿足 上述要求。建立系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，包括：元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)、信息分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)、三 維物件庫標(biāo)準(zhǔn)、電子數(shù)據(jù)交換基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)等；系統(tǒng)交互界面的功能模型，與GIS系統(tǒng)的結(jié) 合，同一界面多比例尺三維模型顯示，實現(xiàn)對地物空間的簡便三維定義、管理與維護。2. 三維場景建模技術(shù)三維建模是虛擬城區(qū)中最重要的部分，沒有三維模型無法支撐整個虛擬城區(qū)。對于 城區(qū)的模型，將三維建模方法歸納為兩種類型：一是從局部到整體，這種方法類似于搭 積木，然后優(yōu)化模型，最后搭建使之成為整體；另一個是從整體到局部，這種方法是根 據(jù)c

13、ad圖紙使用多邊形擠出的方法，從整體不斷分離創(chuàng)建出新的模型，最終形成整個 模型。在本項目建設(shè)中我們利用 3DS MAX工具來建模。3DSMA是一種功能強大的可視 化建模工具，在對復(fù)雜的虛擬場景的構(gòu)建中使用它可以得到適合用戶需求的模型，同時可以實現(xiàn)場景設(shè)置、建筑材質(zhì)設(shè)計、場景動畫設(shè)置、運動路徑設(shè)置、計算動畫長度、創(chuàng) 建攝像機并調(diào)節(jié)動畫。在虛擬城市電網(wǎng)場景的構(gòu)建中，充分利用3DSMAXI供的建模方法，例如直接創(chuàng)建幾何體對象等，對其使用可以大大簡化編程的復(fù)雜程度。對三維建模 成功后可以直接保存為模型文件格式， 在編輯環(huán)境中可以由模型驅(qū)動引擎實現(xiàn)一些場景 的或物體的組合以及交互性和動態(tài)行為等。3. 三

14、維構(gòu)件化模型與數(shù)據(jù)管理技術(shù)三維構(gòu)件化模型生成與數(shù)據(jù)管理技術(shù)實現(xiàn)對三維設(shè)備模型及其組件的簡便結(jié)構(gòu)定 義，采用特殊的結(jié)構(gòu)定義三維模型及其組件的空間結(jié)構(gòu)，使用者可以方便準(zhǔn)確快速進行定義和顯示查詢操作，同時，地圖比例尺與建筑物比例尺可以不同，同一幅圖出現(xiàn)多種 比例尺的情況，可以實現(xiàn)對不同地區(qū)的建筑物結(jié)構(gòu)同時顯示，觀察。對應(yīng)系統(tǒng)的功能要 求，設(shè)計一套簡潔的數(shù)據(jù)模型，滿足用戶定義簡便，便于觀察顯示，查詢能力強、可擴 展、易于維護的要求。技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)1技術(shù)指標(biāo)：強大的圖形平臺：開發(fā)出規(guī)劃工作所需要的三維模型平臺， 系統(tǒng)提供基于地理信息 和城市規(guī)劃信息基礎(chǔ)上的三維電網(wǎng)規(guī)劃模型管理功能， 變電站選址和線路走廊的

15、制定均 在三維模型平臺上進行，規(guī)劃過程更加清晰和直觀；信息化管理平臺：將電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)據(jù)分門別類進行管理，防止由機構(gòu)調(diào)整、人員變 動或存儲媒介損壞等所造成數(shù)據(jù)丟失、不連續(xù)，整理不規(guī)范的問題，解決規(guī)劃編制或規(guī) 劃滾動修編收集數(shù)據(jù)難的瓶頸，提高工作效率和管理水平；兼容AutoCAD系統(tǒng)可以導(dǎo)入和導(dǎo)出AutoCAD圖形文檔，并可打印電網(wǎng)地理信息圖 等標(biāo)準(zhǔn)工程圖紙；計算和分析功能：系統(tǒng)集成多種科學(xué)預(yù)測方法對負荷預(yù)測、電力平衡數(shù)據(jù)進行科學(xué) 計算和分析，并可對分析過程和結(jié)果進行專家干預(yù)，以保證規(guī)劃制定結(jié)果的科學(xué)性、正 確性、合理性；全面的評估和優(yōu)化工具：評估規(guī)劃網(wǎng)架的供電能力、變電站選址、線路走廊、網(wǎng)架 是

16、否優(yōu)化，對規(guī)劃年網(wǎng)架的可靠性進行校驗；靈活的報表處理實現(xiàn)：靈活調(diào)用電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)分析計算結(jié)果， 形成各種圖形 和報表，并可根據(jù)用戶需求進行定制開發(fā)；規(guī)劃書編制管理：系統(tǒng)內(nèi)置規(guī)劃書模板，可快速導(dǎo)入各功能模塊內(nèi)容到規(guī)劃書的相 應(yīng)章節(jié)中，形成規(guī)劃方案或規(guī)劃書核心內(nèi)容， 具備Word和Excel文檔或數(shù)據(jù)快速導(dǎo)入、 導(dǎo)出功能，模板可根據(jù)用戶需求調(diào)整；接口靈活：通過開放的數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)收集，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，保證數(shù)據(jù)的實效性， 減少規(guī)劃工作人員的工作量，提高工作效率，如通過與電力調(diào)度系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)等接口， 實現(xiàn)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)的實時處理，建立信息化平臺。三、擬采取的研究方法和技術(shù)路線研究方法采取技術(shù)合作的方

17、式。我方重點研究系統(tǒng)架構(gòu)、各功能模塊的具體功能設(shè)計、模 型庫模型參數(shù)研究。由三維系統(tǒng)開發(fā)軟件公司實現(xiàn)軟件系統(tǒng)開發(fā)，雙方合作完成實例 應(yīng)用。技術(shù)路線本項目開發(fā)擬采用基于組件服務(wù)的 SOA體系結(jié)構(gòu)，利用XMLS言作為交換技術(shù), 利用先進、成熟的開發(fā)工具，基于大型后臺管理數(shù)據(jù)庫，采用多層架構(gòu)。平臺的總體架構(gòu)設(shè)計路線基于三維可視化的城市電網(wǎng)規(guī)劃平臺能夠?qū)⑿枰?guī)劃的城市電網(wǎng)信息收集、整理和 歸納，并結(jié)合城市地貌和建筑，按照地理坐標(biāo)建立完整的綜合電網(wǎng)信息模型，再用網(wǎng)絡(luò) 聯(lián)結(jié)起來，從而使規(guī)劃者能快速、完整、形象地了解城市電網(wǎng)的的各種電狀況。在該平 臺之上，城市電網(wǎng)中建筑物、電網(wǎng)設(shè)備、變電站等之間的空間位置關(guān)

18、系與實際地理狀況 是完全對應(yīng)的，而且任意點的空間三維坐標(biāo)也是可以量測的，能夠?qū)崿F(xiàn)真實城市電網(wǎng)三 維景觀的再現(xiàn)。三維可視化城市電網(wǎng)規(guī)劃平臺的總體結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要包括地理信息系統(tǒng)、三 維模型庫、維護系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)、模型管理軟件平臺、電網(wǎng)規(guī)劃等架構(gòu)。本平臺基 于共享地理信息系統(tǒng)和三維模型設(shè)備及電力設(shè)備庫，實現(xiàn)設(shè)備屬性管理和模型管理等功能，為城市電網(wǎng)規(guī)劃，特別是線路規(guī)劃、線路改造時，提供三維可視化輔助決策。城市電網(wǎng)三維巡檢小區(qū)負荷預(yù)測城IM比化和規(guī)劃系統(tǒng)維護護樓型維護綜合效壽系統(tǒng)橫型曹理 軟件平臺三維顯示 三維漫游 三維定位 三維m 三維分析 二悽聯(lián)動 三維輸電管城市電網(wǎng)可視化規(guī)劃數(shù)據(jù)綜合平臺

19、形橡圖形庫設(shè)備三維樓型庫電力設(shè)備參數(shù)庫QAD圖形四、工作總體安排和年度進度序號時間段內(nèi)容1.1制定項目實施方案2.選擇合作公司，簽訂合同3.系統(tǒng)開發(fā)，包括模型庫開發(fā)，各功能模塊開發(fā)4.實例應(yīng)用5.總結(jié)，撰寫報告6.驗收7.8.五、實現(xiàn)本項目預(yù)期目標(biāo)已具備的條件 （包括過去的研究工作基礎(chǔ)，現(xiàn)有 的主要儀器設(shè)備、研究技術(shù)人員及協(xié)作條件，從其它渠道已得到、已申請 或申請的經(jīng)費情況及金額等）項目負責(zé)人已具備的條件六、研究項目組成人員情況序 號姓名年 齡職務(wù)職稱專業(yè)本項目 中分工投入項目 工作總月 數(shù)工作單位123456789101112131415161718*七、項目經(jīng)費預(yù)算單位：萬元科目金額公司經(jīng)費自籌備 注一、直接費用（一）設(shè)備費1、儀器設(shè)備購置費2、儀器設(shè)備試制費3、軟件購置費4、現(xiàn)有儀器設(shè)備修理