高精度三维电力输电线路地理信息系统

2020-02-02赵潇赵拯黄应年

电子技术与软件工程 2020年15期

赵潇赵拯黄应年

（云南电网有限责任公司楚雄供电局云南省楚雄市 675000）

由输电线路构成的输电网是电力系统中重要的组成部分，对于输电网各类信息的管理是电力系统信息化发展的重要条件[1]。当前地理信息系统凭借其高效性、实时性、精确性等优势，使得人们对地理信息系统的重要性有了更加深刻的印象，已经不仅仅应用于单一的领域当中，逐渐应用到科研调查、资源管理、财产管理、企业发展规划等众多领域当中，并得到了迅速的发展，为各行业带来了巨大的经济效益和社会效益[2]。但当前地理信息技术的应用绝大多数仍然是基于二维空间，只能利用地理信息系统处理平面上的信息，无法处理空间坐标上的信息。为实现对空间坐标的处理，人们通常采用投影的方式将其投射到二维平面当中，但这种做法无法给人带来自然界的本质感受，因此并未得到广泛应用。随着该领域研究人员的不断深入研究，人们越来越迫切需要一种基于三维空间的地理信息技术[3]。因此，三维地理信息技术得到了快速的发展。当前，在电力系统当中，电力输电线路存在各类应用软件缺乏统一标准、无法对属性数据进行深度挖掘、人机交互能力差等问题。基于此，本文开展对高精度三维电力输电线路地理信息系统的设计研究。

1 高精度三维电力输电线路地理信息系统硬件设计

1.1 系统硬件结构设计

为满足三维电力输电线路地理信息系统硬件配置的经费条件、应用目的以及规模需求，本文选用单机模式、局域网模式以及广域网模式，三种不同的硬件结构。首先，针对电力系统中输电线路规模较小的地理信息，可采用单机模式的硬件结构，如图1所示。

由图1可以看出，在单机模式下的系统硬件结构主要包括计算机主机内部的软盘驱动器、电脑硬盘、中央处理器、随机存取存储器等，以及计算机主机以外的显示器、鼠标、硬盘、绘图仪等设备[4]。通过相关硬件的辅助，在没有网络连接的情况下，依然能够完成对小规模电力输电线路地理信息的采集、存储和管理。

其次，针对电力输电线路地理信息数据量相对较大，无法只依靠软盘传递数据，因此可采用局域网模式的硬件结构。在单机结构的基础上，联合工程联网实现对地理信息数据与硬件之间的资源共享。将若干个与单机结构相同型号的计算机进行连接，并形成一个局域网络，通过联网中的每一台计算机与服务器之间的连接，实现计算机与计算机之间的信息传输[5]。局域网硬件结构可分为四个部分，分别为用于对整个电力输电线路地理信息数据进行处理和管理的2～3 台服务器，由服务器作为中央数据处理中心，负责将三维空间数据存储、管理并备份；由数字化设备、扫描设备、图形绘制设备组成的输入结构，主要负责将各类数据信息输入；由绘图设备、打印设备组成的输入结构，主要负责将输入结构中相应的内容转化后输出；最后一部分是由用户组成的用户结构，主要用于对输出的三维电力输电线路地理信息数据进行处理和分析。

图1：系统单机硬件结构设计

最后，针对电力系统中用户地域分布相对较广的电力企业，无法利用局域网的专线进行连接，可采用广域网模式的硬件结构，借助于移动重点通信设备或卫星信道对地理信息数据进行传输。广域网模式的硬件结构与局域网模式硬件结构基本相同，只多出磁盘阵列以及光盘机等硬件设备，可同时进行信息传输的用户组也相对更多。

1.2 服务器选择

完成对各个模式硬件结构设计后，还需对三种模式下的Web服务器型号进行选择。本文系统当中无论是哪种模式的硬件结构均需要两台服务器设备，其中一台作为Web 服务器，用于连接相应的全球广域网网络，实现地理信息在本地单机、局域网以及广域网中的传输。另一台作为电力输电线路地理信息存储的数据库服务器，主要用于本文系统在实际运行的过程中，对各类信息数据的存储。首先针对第一种Web 服务器，本文选用Power DISLG686 型号的服务器，该服务器当中每个处理器具有16 个核心，并且具备多个寄存式ECC DDR8 DIMM 插槽，内存大小为16GB，运行速率为2800MT/s，内置硬盘结构为120 GB SSD SATA。Power DISLG686型号服务器的前置端口包括专用iDRAC 直连USB 端口一个；USB3.0 端口1 个；视频端口1 个。后置端口包括专用iDRAC 网络端口1 个；串行端口1 个；USB4.0 端口2 个；视频端口1 个。上述服务器具备的端口可以满足本文地理信息系统运行过程中，各项程序的实际需要。其次，针对第二种数据库服务器，本文选用与上述服务器同系列的Power DISLG731 服务器，该型号服务器除Power DISLG686 型号服务器具备的优势外，还具有更大的内存容量，可以充分满足大规模电力企业对于电力输电线路地理信息的海量存储需要[6]。利用主控制计算机与各个节点、终端以及其他外设的连接可以有效提高本文地理信息系统的运行效率。除此之外，在局域网和广域网模式下，通过交换机、信道、传输介质等组成的通信辅助设备，可实现本文地理信息系统的异地信息交换，进一步提高系统的实用性。

2 高精度三维电力输电线路地理信息系统软件设计

表1：实验结果对比图

2.1 电力输电线路地理信息数据处理

本文三维电力输电线路地理信息系统中，通过相关硬件采集到的数据均为电子数据，主要包括全站仪数据、全球定位数据、地球物理数据、遥感数据等。对电子数据进行处理，首先可通过网络运转的形式，将上传的地理信息数据根据不同的处理难度，对其进行分类。处理难度可分为简单处理、普通处理以及复杂处理三种。在完成对地理信息数据的分类后，本文系统要根据信息数据的重要性，自动设置相应的处理流程。在电力输电线路地理信息数据的审核阶段，根据不同的处理难度，需要进行不同的流程审核，需要电力企业中的运行部门、生技部门、检修部门等相关部门的用户登录到本文地理信息系统中，完成对地理信息数据的审核。对于未完成处理的数据需要将其暂时存档，再由后续运行部门的相关系统用户进行提取和处理，再将数据输出，完成对地理信息的存档。通过本文地理信息系统的处理功能，防止系统用户对操作过程中出现错误动作，影响最终系统运行的精度要求。并且，利用本文系统汇总各层审核模块，可以有效防止系统用户在发生违规操作后，保证整个系统的安全运行，并实现对输电线路地理信息的安全管理。在实际应用过程中，由于本文系统需要处理的数据对象为三维空间对象，因此具有更强的时空性。在获取电力输电线路地理信息数据时可通过目标测量和数据转换的方式，根据实际情况选择恰当的测量方式，保证地理信息数据能够精准地为用户展现。

2.2 电力输电线路三维遥感图像生成

完成对电力输电线路地理信息数据处理后，在进行三维遥感图像生成前，首先要结合数字摄影测量技术，对地理信息数据中的GIS 数据进行提取。将获取的GIS 数据利用MultiGen Creator 建模软件，生成三维遥感图像。首先将原始的GIS 数据格式转换为USGS DEM 格式，再转换为DED 格式。利用地球地理模块，通过设置相应的参数，生成三角化后的电力输电线路图像。将获取到的影像数据在地球地理模块中在地形生成的同时附加上去，形成用户真实体验感强的电力输电线路三维地形图。其次，对于图像中的细节部分，在建模软件中只需要为模式设定相应的多细节层次节点，并设置相应的显示距离，从而当用户的视点与图像的中心距离进入到规定的显示距离时，该三维遥感图像将全部显示。由于两个细节层次结构在转换的过程中在视觉上会出现不连续性，导致三维遥感图像在变化的过程中会出现跳变的过程。因此，针对这一问题，本文采用Creator 建模软件中的变形功能，让相邻的两个细节层次结构在切换的过程中具有简单的过程，从而实现图像转化的连续性。为了减轻本文地理信息系统的高精度，对三维电力输电线路周围的树木、标志杆等尽可能采用大致轮廓的形式展现，减轻周围场景的复杂程度，从而将细节处理的功能集中在电力输电线路上。将所有构建的三维图像均统一格式后，放置在统一遥感图像当中，构成三维电力输电线路遥感地理信息展示图像。

3 实验

选择某电力企业的电力输电线路作为实验对象，该区域范围将近400 平方公里，电力输电线路铺设位置涉及河流、湖泊、公路、居民区等地表特征物。该区域内的电力系统在初期运行时只包含50个杆塔电力输电线路，但随着周围居民用电需求的不断增加，目前已经增长到105 个杆塔电力输电线路。分别利用传统地理信息系统与本文提出的三维电力输电线路地理信息系统以105 个杆塔电力输电线路为基础，进行系统交互。为保证实验结果的准确性，两种系统电力输电线路的各参数信息提取均采用相同的方式。完成实验后，将实验结果进行记录，并绘制成如表1所示的实验结果对比图。

表1中两组系统的差值为完成的遥感图像与实际杆塔之间存在的偏差大小。由表1可以看出，本文系统的精度更高，将本文系统应用到电力企业中具有良好的应用前景。