数字城市智慧变电站实景三维底座管控平台.pdf

21325465987354352432576&为24m8765452132752752852389639385245210420520850rHIIII.I Il 01432135465898765413蒯脸涮吸南盟改曲防W6546514354654987 比fit?一-08608504041012005021023213532E39，MieS?1 切 3687974251办263896潮32*S?t 75O!僧物因簿嬲的弱0003213549879841663325422161977855122123336584a65468以52123141742752896893502(X075085085082080800252132136f001000125325987984174.：川卅 阖(ffi VCR t752752852389639385245210420520850687987654651435465498787 布 75085850505 城9609309309303M)80306086(i85040410120021023213枚003213546876845432l3MM$e7BMl210l3M68797C$17528763S963e632S245217S075062a7897(解物领所898765413m3213549az98458454321435468798745432133213546879876546514354654987.、,，一.w *2132136549S74075685850505206930930930303080306086085(M041012021023213枚00321354687684543213M6M9876-13?13M687974251087630963063252017507506!i.建 建背嫡之统创 究数设系设范 研景 示新录 目 CONTENT研究背景I研究背景-什么是实景三维？官方定义：实景三维是对一定空间范围内人类生产、生活和生态空间进行真实、立体.时 序化表达的数字空间，是新型基础测绘的标准化产品，是重要的国家新型基础设施。实景三维中国建设是测绘地理信息服务的发展方向和基本模式，是对传统基础测绘业务的 转型升级，是实现数字空间与现实空间的实时关联互通的关键所在，建设实景三维，不仅能够 真实反映自然资源“家底，还为智慧城市、文博保护、自然资源、不动产、地下空间的权属界定、确认、登记等提供了更精细的表达手法，更是实现数字李生应用的重要时空信息基底。r实景三维数据空间地理实体yI研究背景-什么是数字李生？数字李生(DigitalTwin)是充分利用物理模型传感器更新、运行历史等数据，集成多学 科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装 备的全生命周期过程。数字李生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依 赖的装备系统的数字映射系统。外观挛生 r状态挛生三维建模)精细还原)物联网设备(特性集成状态反演/决策挛生数据绑定)I研究背景-政策背景2022年2月，自然资源部发布关于全面推 进实景三维中国建设的通知。2022年4月，新型基础测绘与实景三维中国 建设技术文件（5-7）发布，从技术规范层面推进 新型基础测绘与实景三维中国建设。2022年5月，实景三维中国建设专家组启动 会召开。专家组由来自国内各大测绘科研机构、高校、企业的30位专家组成，中国工程院院士陈 军担任组长。2022年7月，自然资源部组织召开评审会，通过实景三维中国建设总体实施方案（2022-2025年）。A中华人民共和国自然资源部 政府信息公开Ministry of Natural Resources of the People s Republic of China科首页 画机构 困动应 0公开 因服务 互动 也躅 网专题名 称自然所方SB办公厅关于室面心里；：三通中索引号0 0 0 0 19174/20 22-0 0 0 16主 K发文字号自如9办发（2022）7电发布机何然更寿线办公，生成日202202月24日体 n实施日网dlihBM自然资源部办公厅关于全面推进实景三维中国建设的 通知I研究背景-行业背景电力是关系国民经济的命脉性基础行业，国家电网、南方电网等都明确提出建设电力数字李生 平台，提高电力设备精细化管理能力和应急响应能力。Q1双碳目标:国家数字经济 发展战略Q能源内在需求我国加快能源转型，深入推动以新能源为主体的电力系统建设，但随着波动性大、随机性强、预测难度高的新能源高比例并网以及多数据源头、多类型电力设备的高比例接入，形成了 一张电 网。凸显运维问题。设备众多数据庞杂运里技术难 度高以大数据为重要支撑，充分依靠云计算、区块链、人工智能等新兴技术的数字挛生技术，则可以全 面赋能智慧电网、智慧电厂，实现电力生产、电网运维全过程全覆盖实时监测，使电网可观.可控、可测。I研究背景-智慧变电站建设目标目标：采用实景三维数字底座建设数字化变电站，全面提升设备状态和运检业务 的智能化水平。要求：建成具有全息感知、泛在互联.自主预警、高效互动特征的数字化变电站,实现设备状态全景感知、巡检作业机器替代.站内风险主动预警.运检场景虚实交互、业务管控在线高效，持续提升设备管理质效，保障大电网安全可靠运行。全景视窗II1薪备视11亲境视窗1区防视窗1慈修视图数据建数据采 集数据生 产I数据建设-电力场站数据采集利用地面激光雷达扫描技 术，获取变电站场景空间设施 和设备的三维空间尺寸和位置 关系，将变电站实际场景转化 为点云数据模型，配合现场实 景采集的彩色纹理照片，利用 点云三维建模技术将点云数据 模型化，得到颜色效果真实，浏览直观便捷的全站3D化模型。三维激光扫描仪（大场景三维激光扫描仪）可视范围：307米为976,000个（点/秒）扫描距 离:0.6米-307米测量速度个（点/秒）:122,000/244,000/488,000/976,000测 距误差:1毫米（10m和25m处的系统误差）三维位置精度：10m:2mm/25m:3.5mm!(0.*1测距单元彩色单元分辨率:高达1亿6千5白万像素，彩色动态彩 色特性:自动亮度适应视差:共轴设计1折射单元垂直视野：300。水平视野:360垂直步长:0.009（360。含40,960三维像素）水平步 长0009。（360含40,960三维像素）垂直扫描速度5820rpm或97HzI数据建设-采集内容变电站内地理实体采集对象变压器（主变、站用变）、接地变、组合互感器、断路 器、隔离开关、母线、熔断器、电抗器、消弧装置、接地电阻、组合电器、开关柜、放电线圈、静态无功补偿器、串联补偿装置、交流滤波器、结合滤波器、电容器、电流互感器、电压互感器、阻波器、避雷器、避雷针、绝缘子、穿墙套管、故障指示器、站内电缆、调相机、配电装置、中性点电抗器、中性点设备、二 Y设备、站内电缆及其终端。电站园区地理实体采集对象地面、站内（外）道路、电站大门、电缆沟、缓冲带、停车区、围墙及电子围栏、油池（事故油池）、备品备件区域、桥梁、其它永久性设施、隔声屏障、站外截排水沟。I数据建设-采集内容电站楼房地理实体采集对象主控楼、电气设备机房、配电间、控制保护楼、水泵房、蓄电池室、消防小室、生活区楼、备品备件楼、消防泵房、门 卫室、巡检机器人充电室等。附属设备设施地理实体采集对象L_J龙门架、设备基础、支柱、导线、线缆（排线）支架、绝缘平台、绝缘防弧网门、检修楼梯、管道设施、巡检机器人、视频监控摄像机、阀塔挂架、照明灯、空调外机、照明设施、消 防设施、电源控制箱、变压器本体端子箱等。标识牌地理实体采集对象楼房标识牌、楼层标识牌、房间标识牌、通道标识牌、电力标语、电气设备类标识牌、母线类标识牌、安全限高类标 示牌等。220千伏1母压变 C相I数据建设-采集和建模方法I数据建设-采集和建模方法a.扫描站应设置在视野开阔、地面稳定且通视条件好的安全区域；b.单站扫描作业的布设位置应使扫描区域最大程度地覆盖目标物；c.多 站扫描作业应合理布设扫描站位置，在保证扫描成果满足任务要求 的前提下减少设站数量；&登高作业应保证有足够的设站数量及操作空间，保证设站区域或平 台的稳定性。e.仪器与平面标靶的扫描角度应不小于50。a.收集的基础图纸资料，应包括设备图纸、设备纹理照片、设备标牌等信息；b.根据图纸资料，进行实地数据采集，拍摄站内建筑、设备、景观的照片；选择晴朗天气拍摄；尽量 在水平方向对侧面拍摄，获取正视影像；c.影像清晰，清晰度以能够达到看清设备或仪表上的文字和数字为宜，如果因拍摄时的抖动等因素造 成影像模糊，需重新拍摄；d.为保证后续纹理处理时对地物整体结构的把握，对每一个设备或建筑物在不同方向上拍摄一定数量 的全貌相片及细节照片。I数据建设-采集和建模方法O当天数据检查：1、核对当天扫描区 域是否有遗漏站点2、核对每站扫描数 据质用3、核对相邻站点数 据重合度和公共标 志点数国是否满足拼接工作数据导出、备份：1、原始扫描数据导 出并进行备份2、两名工程师相互 检查进行，防止数 据导出丢失及其他意外点云数据拼1、利用三维扫描仪 后处理软件，将扫 描区域进行集群分 组，迸彳撒据拼接 准备2、导入控制测星点 空间三维坐标，控 制集群和集群间拼 想青度3、直至拼接报告合 格且精度最高结束 该项工作点云数据降噪：1、利用三维扫描仪 后处理软件自动判 别高偏离的数据噪点2、人工识别数据噪 点并手动删除3、两人进行相互检 查，以确保最大程 度降低噪音数据比例整体点云导出：1、利用三维扫描仪 后处理软件导出后 续延展应用可能会 用到的文件2、点云数据格式*pts%*.rcpl|3、导出webshare 文件，并打包备份O|数据建设-采集和建模方法a.照片纹理处理纹理长、宽控制在1024x1024以内。为了减少数据量，能够进行U、V平铺的（如墙面等）纹理务必制作小纹理 在MAX中平铺，严禁直接在图片处理软件中将重用纹 理复制后制作成大纹理后贴图。确保设备铭牌贴图在任 意比例尺下均能清晰显示。b.色彩处理纹理色调统一采用上午10点钟有阳光的地物表面的 色调（在外业采集纹理时，相机偏色调整成自然色），要 求纹理清晰（提高对比度、锐化处理），色调均衡（恃别是同一设备、建筑物各面的色调须严格统一），色彩后观、明亮、柔和。将按区域或者单体模型分割的点云，分别经行MAX建模工作，然后将各分段的模型链接成一个区域并 经行贴图工作，各个区域完成后再进行拼合，链接各区域间的设备线路。I数据建设-采集和建模方法利用 SubstancePainter 和QuixelMixer软件制作PBR纹SubstancePainter（纹理定制、需要拆UV）在引擎中利用导入的纹理制 作材质球并替换到模型中QuixelMixer（四方连续的简单PBR纹理）制好纹导到幻擎。将作的理入虚引中;数据建设-场景效果系统建设系统建设-整体架构云端 换流站端多缗JR示状态分析资产与iwn协同管理信息大区故诊断业控应用南店胭资产全寿命知识与培训m设备中性累 口，mtsvi人有线头有靖史反全域平台（云用e）门正庆I 区 I全量暨规数字运检人才.知识与培训互联网 移动 app(MITS图例生产控制大 区状有分析数字运检专业控应用商店 客户边BH代理（站AM应南麻）尢或安会入网美1 777r无歧义 无H如设 兵作“直SttVlBAl云堂建设 站端建设两墀同建设云旗建设站端复用I系统建设-功能设计全景视图全站整体状态信 息的综合展示，可以 全面掌握站内设备和 环境的运行情况，机 器，的工作状态，也 可以快速调阅现场视 频监控。在三维场景 中可以清楚地看到古 泉换流站整个物联网 感知层分布情况。管 理人员可以通过三维 场景分析出物联网感 知层的监控薄弱点。设备状态视图展示站内设备的 详细状态信息。对站 内一次设备按照健康 状态、监测状态、状 态告警情况分别进行 统计，方便工作人员 掌握站内设备的整体 状态情况和各类一次 设备的运行状况。环境状态视图监控主要环境的 现场情况，并统计站 内安防、消防、全站 环境及各建筑物室内的状态。三维场 景中会对异常建筑物 自动隐藏侧面墙壁，且根据各楼层环境状 态进行分层渲染，使 工作人员可以方便快 捷地掌握室内的环境 状况。消防视图展示与消防相关 的设备设施状态信息。对重要消防设施或易起 火位置进行实时监控，并统计消防设施状态和 规模、火灾告警设备规 模。三维场景中标识了 所有的消防设施，使工 作人员对站内的消防设 施 和 范围一目了然。作业视图对检修作业的区 域和机器/的巡视作业 进行实时监控，并统计 检修作业和检修设备的 规模。三维场景中可以 查看正常运行的和 的设备的分布情况，工作人员能 够迅速识别检修作业中 的设备及其规模和位置I功能设计-全景视图区域定位：根据全站功 能区进行区域分类表达（500kV交流滤波器场、500kV交流配电区域、220kVGIS室等等），点击 不同区域能够支持区域视角 跳转，并展示区域分界。全景管控驾殿I功能设计-全景视图人员车辆：展示全站内 人员车辆位置，渲染在实景 三维底座上，包括活动人员 车辆的统计、各区域活动人 员的数据统计、作业统计；同时可进行人员车辆的查询 定位。I功能设计-全景视图视频覆盖分析：通过场景 内布设的摄像头的坐标位置、朝向、镜头广角等参数，计算 摄像机的视域范围并渲染在地 图上。结合全场景形成视频覆 盖范围图，搭配实景三维直观 展现监控覆盖，凸显监控盲区 o也可自定义新增摄像头，来 规划厂站监控后期布设。I功能设计-设备视图设备查询定位：可结合所 属分区内的设备层级进行，设 备列表的展示和查询，对查询 到的设备支持高亮和定位。在 此功能入口可对设备的详情进 行查阅，显示设备厂商信息、运维台账等等，也包含所关联 的附件资料。模型列表 X请输入内容|q检索3号机组润滑油系统控制柜触携屏 定位3号机组涧清油系统控制柜触摸屏 定位3号机和河清油系统控制柜柜体 详情 定位3号机组周清油系统控制柜控制方式把手 定位3号机组润滑油系统控制柜控制方式把手 定位I3号机媳潮滑油系统控制柜麓归按包 定位3号机组引滑油系统控制柜备用电源电压表 定位3号机组国滑油系统控制柜备用电源电压表定位3号机组月滑油系统行制柜主用电源电压状 定位3号机组出滑油系统控制电主用电濠电正表 定位关联设各I功能设计-环境状态视图环境区域定位：根据全站 环境监测关键区进行区域分类、厕表达（主控楼、运行层、主厂 房、安保室、备品库等等），点击不同区域能够支持区域视 角跳转，并展示区域分界，同 时展示此区域内环境监测的相 关数据，例如气温、湿度等等,展示内容与其环境业务相关蝴3t t廊 a/ar nt 4,.-ItIWI功能设计-环境状态视图环境状态监测：通过接入 关键区域的室内、室外环境监 测设备数据，联动场景进行状 态李生表达，比如门禁、烟感 等监测装置，通过风格化表达 环境当前的预警、报警状态。同时可对重点楼宇进行剖切，查看室内设备状态情况，是否 受联动影响。I功能设计-消防视图消防演练VR:按照消 防预案，分重要火灾场景进 行功能设计，以预案训练效 果为目标进行演练设计，以 VR的方式，增强人员的沉浸感，以VR的交互特性锻 炼人员对消防器具的使用熟 练度，以达成无损耗、可重 复训练的目的。I功能设计-检修视图设备检修学习：针对模型 进行零部件建模，提供设备的 细节组装视图，能够自动根据 设备层级进行设备拆解模拟，也可手动进行设备拆解训练，同时针对与小型零部件可用独 立视图去观察学习，配合介绍 文字，让操作员迅速掌握拆装 检修知识。I功能设计-检修视图工程检修模拟：由于变电场站 中多为带电区域，在工程检修前，可通过此模块对工程检修中的相关 操控作业细节进行模拟，在场景中 放置相应的检修工程车辆，模拟作 业操作的位置、高度，来操作工程 车吊臂的高度、方向等，来模拟施 工，确保操作参数无危险，在虚拟 环境中通过设定碰撞阈值，工程车 体与设备小于碰撞阈值就会报警。示范创新关键技 术创新 点I示范创新-关键技术数据生产：电力场站三维数字底座构建技术，以实景三维技术为依托，通过激光扫描和面向构件的建 模方法，实现对电力场站的1:1三维数字还原，为电力场站设备设施的数字化管控提供了可视化基础。实例化技术：电力场站拆解后有大量的重复构建，基于游戏引擎和实例化技术，可以极大提高再高渲 染环境下的三维场景浏览效率，也便于实现同类构件的属性抽象，可以真正实现面向实体对象的行为和 事件构建，为问题发现、同类延伸、事件触发提供了良好的实现机制。视频融合配准技术：这是该类项目中三维表达难度最大的技术点，基于近景摄影测量的原理，实现了 在没有摄像头位置、高度、俯仰角、旋转角、焦距等参数，针对小场景、密集构件条件下的枪机类视频 与三维模型的精确配准，在增强视频数据临浸感的同时，也实现对动对象的位置反演。I示范创新-创新点融合发布：通过对网页渲染容器的改造，实现游戏引擎与网页渲染容器的深度整合，业务类的功能 面板采用传统网页开发方式就可以与三维融合进行交互，极大的降低了基于游戏引擎中功能开发的难 度，也极大提高了已有系统的复用度；VR演练：使用VR技术结合应急预案搭建沉浸式训练场景，在实景三维的底座之上高度还原应急演 练的真实体验感，结合VR的亲身操作特性，对各类器具的使用进行了高度模拟，实现无损耗的反复训 练。物理检测：结合游戏引擎的物理检测能力，真正实现了模拟检修的参数化控制和安全间距检测，为 检修预案提供了模拟和优化的利器。感谢您的聆听