摘要:近年来,电网的快速发展和电力体制改革步伐加快,随着科学技术的发展,数字化信息技术在电力系统中得到了广泛应用,尤其是三维虚拟现实和北斗精确定位导航技术的诞生,为工程设计、测绘和监测管理等带来了极大的便利,研究并应用三维实景和精确定位技术,将有效提升变电站的数字化和智能化管理能力。
关键词:变电站;移交;数字化;三维;可视化
0 引言
随着电网的快速发展和用电需求日益增加,保山电网建设步伐明显加快,电网规模成倍增加,无人值守变电站越来越多,目前监控中心对变电站的监视主要来自两个渠道,一是通过SCADA系统采集到的电气量和设备状态信息,二是通过视频监视设备察看现场实时图像,这两方面的信息相对孤立,无法直接融合到同一个画面,现有的监控手段无法实现设备、人员位置及状态信息的智能化管理和可视化监控,这给变电站日常运维管理和安全监督带来了很多困难,尤其随着电网的快速发展和电力体制改革步伐加快,无人值守站越来越多,而且大多分布在偏远地区,交通极为不便,现行的工作方式在新员工培训、巡检到位管理、作业现场勘查、安全监督落实等日常生产管理中遇到了许多问题,严重制约着电网安全生产管理水平的提升,很难适应变电站智能化、精益化管理的要求。
1 变电站功能位置三维可视化技术
1.1 技术简介
三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新扫描技术,是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新,又称为实景复制技术,是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法,大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息,为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段,而且具有快速性(测量速度最快达到120万点/秒),不接触性,穿透性,实时、动态、主动性,高密度、高精度(毫米级),数字化、自动化等特性。
三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据,因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。为了在变电站这种设备较为密集且结构极其复杂的特殊的工作场景,实现变电站智能化管控所需要的三维全景动态模型,本项目采取分块多站扫描来快速获取变电站整体空间信息的测量方法进行变电站三维场景建模。
变电站远程可视化安全监控管理平台基于成熟的虚拟现实和javaEE技术规范,采用先进的技术框架,实现变电站内设备、人员的智能化、可视化管理,为新员工培训、巡检到位管理、作业现场勘查、安全监督落实等业务应用提供便捷的技术支撑;基于可穿戴技术的作业管控终端利用北斗精确定位和Andriod技术,实现变电站工作人员、巡检点位、危险点的实时定位和智能管理,提高作业班组智能化、可视化管控能力,解决变电站现场有制度而不遵守、监督乏力、缺乏智能监督和预警机制等问题。
1.2 技术先进性
1.2.1利用三维激光、精确定位和虚拟现实技术,快速构建变电站二、三维全景模型;
1.2.2 基于变电站三维虚拟场景人机交互与漫游技术,实现变电站在虚拟场景中的动态漫游和人机交互,增强系统的可视化交互能;
1.2.3实现变电站内精确定位和基于位置的可视化安全监督管理,提升变电站自动化的安全管控能力
1.2.4实现变电站内巡检工作远程监控和生产运维可视化管理,提高变电站智能化、现代化管理能力。
2 平台的实现功能
人员精确定位、跟踪及可视化管理:利用变电站三维实景和基于北斗地基增强系统的精确定位技术,实现变电站巡检人员巡检路径的动态跟踪和直观展现,当巡检人员穿戴安全监督管控套件,在变电站中作业时,管控终端能根据预先设定的范围,自动计算并获取作业人员所在位置范围内所需巡检设备、巡检要求、存在的缺陷、危险点等,并通过三维实景进行展现,及时提醒巡检人员进行工作或采取相应的安全预防措施。
缺陷精确定位、跟踪及可视化管理:利用变电站三维实景和基于北斗地基增强系统的精确定位技术实现变电站内设备相关缺陷的可视化标准,定义设备缺陷所在的位置。相关人员可通过三维实景模型,动态查看缺陷信息及状态。
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危险点、危险区域精确定位、跟踪及可视化管理:利用精确定位技术,可视化的完成变电站内相关危险点、预防措施等信息的动态标注和维护;相关管理人员可根据实际生产管理要求,可视化的划定作业危险区域,明确预警等级,当作业人员靠近危险点或危险区域时,系统能自动进行计算并预警,以提醒作业人员及时采取作业或预防措施。
作业远程监控和生产运维可视化管理:综合利用精确定位和可视化技术,建立以位置为中心的变电站全景信息,从而实现设备位置、缺陷、巡检点位、危险点等关键管控要素的远程可视化管理平台,为不同层面的安全生产管理人员提供人性化和个性化的解决方案。
3 项目应用
3.1 三维模型信息编码标准化
根据电网MIS生产管理系统现有编码体系,构建完善的220kV施甸变电站三维模型编码的标准化,以现有的编码标准为中心,实现编码变电站信息化系统数据互联互通。
为三维信息化模型中的每一类对象、每一类设备、设施及管线构建对象模板以及配套的属性集合,对数字化变电站中涉及的主要设施的工数据集的定义,以便满足数字化运维的快速检索和各类应用的需要。
3.2外业数据采集
首先由激光脉冲二极管发射出激光脉冲信号,经过旋转棱镜射向目标,并同时通过步进电机改变激光束的角度; 然后通过探测器,接收返回的激光脉冲信号,并由记录器记录,最后转换成能够直接识别处理的数据信息,其工作原理和测量。
3.3 扫描数据处理
数据获取完毕之后的第一步就是对获取的点云数据和影像数据进行预处理,主要是清除不正确的数据,获取有效数据,为三维建模和可视化做准备。数据助理主要包括:地物提取、点云去噪、点云拼接、坐标转换、几何纠正、点云数据输出等。
3.4建立变电站三维信息化模型
三维实景模型是对实体对象的抽象表示,建立模型的几何描述是对被处理对象进行设计、分析、模拟和研究的基础。对空间对象进行三维建模,才能对其进行三维真实表达,进而才可能在计算机中对现实世界进行仿真和模拟。三维空间对象模型从总体上可分为几何模型和纹理模型两大类,适用于图形表示的几何模型又分为点模型、线模型、面模型和体模型四类。我们应用面向对象技术进行三维建模,下面是基于面向对象的三维目标数学模型的形式化描述。本项目将综合应用Pointcloud、autoCAD、3Dmax等多种三维建模软件完成变电站及设备三维模型的建模。
3.5 基于设备功能位置的三维可视化功能实施
利用激光点云数据和地形图数据来获取变电站建筑及电力设备三维模型的真实几何信息,利用正射影像、实地采集照片和空间实景数据相结合的方式来获取现场模型的真实纹理信息,从而构建具有强交互和深沉浸的空间三维可视化模型,同时基于北斗地基增强系统,利用精确定位和可视化技术,建立以位置为中心的变电站全景信息,从而实现设备位置、缺陷、安全生产作业等关键管控要素的可视化、智能化管理。通过本课题的研究和应用,将建立起变电站全景的可视化、智能化管理平台。
4 结束语
利用三维激光和虚拟现实技术,快速构建变电站二、三维实景模型,建立以设备位置为中心的变电站全景信息,实现设备、人员位置及状态的智能化、可视化管理;同时通过可穿戴装备,自动定位并跟踪其行动轨迹,对巡检点位、巡检要求、危险点进行智能提醒,等同于为变电站安全管理配备了全天候、无死角的“智能安全助手”,管理人员无需到达现场,即可在线监督工作人员动态和巡检到位情况;利用变电站三维全景模型,辅助进行工程勘察和施工方案编制,提高方案编制效率和质量,避免重复、集中安排各专业人员到现场勘查;利用虚拟变电站实景,开展员工全方位、立体化的培训,有利于帮助员工快速熟悉现场,提高实际操作能力。该成果的研究及应用,有效推动了变电站智能化、现代化建设,提高了班组精益化管理能力,提升了电网安全生产管理水平。
参考文献:
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论文作者:王继承1,王瑞虎2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签:变电站论文; 模型论文; 技术论文; 作业论文; 电网论文; 实景论文; 精确论文; 《电力设备》2018年第15期论文;