一种基于三维GIS的变电站技改大修项目智能评审系统

摘要

本发明涉及一种基于三维GIS的变电站技改大修项目智能评审系统，该系统架构为以数据层、服务层和应用层为基础的三层架构逻辑框架，具体为：所述的数据层根据业务数据的来源，将数据分为变电站三维场景数据和变电站业务应用数据；所述的服务层采用微服务架构，根据服务应用的场景，分为三维场景服务和数据接口服务；所述的应用层采用模块化结构，包括三维场景基础应用和变电站智慧评审应用，与现有技术相比，本发明具有促进变电站技改大修项目立项评审工作更加高效、规范、精准等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及变电站技改大修项目评审领域，尤其是涉及一种基于三维GIS的 变电站技改大修项目智能评审系统。

背景技术

根据变电站三维GIS建模工作要求，按照统一标准，构建三维全景全息模型， 继续探索信息化管理应用新模式，提供一种先进、实用的技术手段，提升电力公司 运作效率，提升智慧应用决策服务能力为基点，依托新的技术手段支撑管理模式、 作业手段的变革与创新。将三维GIS技术应用在变电站技改大修项目评审工作中， 还原现场变电站设备真实情况，实时在线查看电网设备环境，能够提高变电站技改 大修项目立项评审的精准性和效率。

然而，目前PMS2.0系统电网图形是二维图形平台，没有变电站三维模型数据， 无法精准表达电网设备三维空间信息，不满足变电站三维GIS建模工作要求，且 在变电站技改大修项目评审环节，无法查看对应电网设备现场状态及三维模型比对 结果，无法精准评审项目。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于三维 GIS的变电站技改大修项目智能评审系统，促进变电站技改大修项目立项评审工作 更加高效、规范、精准。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于三维GIS的变电站技改大修项目智能评审系统，该系统架构为以数 据层、服务层和应用层为基础的三层架构逻辑框架，具体为：

所述的数据层根据业务数据的来源，将数据分为变电站三维场景数据和变电站业务应用数据；

所述的服务层采用微服务架构，根据服务应用的场景，分为三维场景服务和数 据接口服务；

所述的应用层采用模块化结构，包括三维场景基础应用和变电站智慧评审应用。

进一步地，所述的三维场景基础应用包括三维场景编辑模块和三维数据管理模块，所述的变电站智慧评审应用包括变电站三维场景浏览模块、业务数据集成模块 和项目智能评审模块。

进一步地，所述的三维场景服务包括分页服务、编辑服务、属性服务、同步服 务、关系服务、版本服务和台账服务，所述的数据接口服务包括关系映射服务、 PMS数据接入服务、SACDA数据接入服务、电网一次设备在线监测数据接入服务 和统一视频系统监控视频接入服务。

进一步地，所述的项目智能评审模块包括变电站信息面板、站内摄像头信息面 板和项目信息面板，所述的变电站三维场景浏览模块用于通过飞行、驾驶和步行三 种模式浏览变电站三维场景，所述的业务数据集成模块用于PMS2.0数据、电网一 次设备在线监测数据、SCADA数据和统一视频数据的接入展示。

更进一步地，所述的变电站信息面板用于对变电站运维单位、维护班组、电压 等级、投运日期、运行编号、运行状态、值班方式和布置方式进行信息查询；

所述的站内摄像头信息面板按照变电站位置区域进行分类展示，所述的位置区域包括电容器室、开关室、设备区、站内环境和主控室，所述的站内摄像头信息面 板通过鼠标点击选择定位到变电站三维场景中对应的摄像头模型进行查看，在变电 站三维场景中，被选择的摄像头模型居中高亮显示，通过鼠标点击三维场景中摄像 头三维模型打开站内该摄像头真实视频画面；所述的项目信息面板用于对变电站技 改大修项目详情、项目估算书、分年度/分项投资、技改/大修对象、设备主材料、 拆旧物资、规模成效以及项目附件的查询和下载，所述的项目信息面板通过分类展 示变电站技改大修项目评审要素内容，提供逐一审核、分步填写评审意见及一键导 出评审报告功能，对技改大修项目评审要素审核状态提供黄、红、绿三种颜色标识 提醒，其中，绿色代表审核通过，红色代表驳回，黄色代表待审核；

所述的项目信息面板，通过获取鼠标点击的技改/大修对象清单中电网一次设 备的名称，定位到变电站三维场景中电网一次设备的位置，并展示该选中电网一次 设备关联的台账数据、在线监测数据、SCADA数据及视频监控数据。

更进一步地，该系统包括客户端、应用服务器和数据库服务器，所述的客户端 依次通过路由器和防火墙连接至内网，所述的应用服务器和数据库服务器分别连接 至内网，所述的应用服务器还与PMS系统、SCADA系统、电网一次设备在线监 测平台和统一视频系统连接，所述的客户端处于应用层，所述的应用服务器处于服 务层，用于三维平台服务的部署，所述的数据库服务器处于数据层，用于存储变电 站三维场景数据和变电站业务应用数据。

进一步地，所述的应用服务器通过负载均衡和服务代理，提供三维场景服务和 数据接口服务，且通过数据接口服务分别从PMS系统获取PMS数据，从SCADA 系统获取SCADA数据，从电网一次设备在线监测平台获取电网一次设备在线监测 数据，以及从统一视频系统获取视频监控数据。

进一步地，所述的PMS2.0数据包括电网一次设备台账数据、变电站信息、变 电站技改大修项目详情、项目估算书、分年度/分项投资、改造大修对象、设备主 材料、拆旧物资、规模成效和项目附件，所述的SCADA数据包括电压、电流、有 功和无功数据，所述的电网一次设备在线监测数据包括油色谱、油枕油位和断路器 局部放电数据，所述的视频监控数据包括变电站现场视频监控影像。

更进一步地，所述的地图影像数据包括地形数据、矢量数据和影像数据，所述 的模型及点云文件包括模型数据、点云数据和图片数据，所述的业务场景数据存储 于关系数据库中。

进一步地，所述的应用服务器和数据库服务器的操作系统均为Windows操作 系统。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明在虚拟现实生产管理平台的基础上，拓展变电站技改大修项目立项 评审业务场景，满足变电站技改大修项目立项评审过程中，对变电站内部三维场景 展示的需求，同时满足变电站项目智慧评审可靠管控的需求；

2)本发明共享接口标准化，对满足技术要求的第三方均能支持接口的友好调 用，实现对PMS数据、电网一次设备在线监测数据、视频监控数据和SCADA数 据的接入，保证三维数据维护源头唯一，提高数据维护效率和数据准确性，同时保 证业务数据的及时性、完整性和准确性，数据获取唯一且全面，可靠性高；

3)应用层采用模块化结构设计，实现了模块间的低耦合性，便于应用的调整 与升级，可扩展性高，服务层采用微服务架构设计，降低了服务间的依赖，可实现 服务的负载均衡与分布式部署，提高效率。

附图说明

图1为本发明系统的应用架构示意图；

图2为本发明系统的数据架构示意图；

图3为本发明系统的部署架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是 本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发 明保护的范围。

实施例

本发明提供一种基于三维GIS的变电站技改大修项目智能评审系统，采用面 向服务(SOA)的应用架构设计，在划分业务应用的同时，也对支撑应用的服务进 行细粒度划分，提取公共使用的服务，例如场景服务、编辑服务、属性服务、地图 服务、同步服务，进一步划分出业务相关服务，如设备台账服务、关系映射服务、 在线监测数据读取服务、视频监控接入服务等。

如图1所示，平台搭建以数据层、服务层、应用层为基础的典型三层架构逻辑 框架，实现不同业务场景应用下变电站三维场景的浏览与管理；

应用层采用模块化结构设计，实现了模块间的低耦合性，便于应用的调整与升级，包括三维场景基础应用和变电站智慧评审应用，包括变电站三维场景浏览模块、 业务数据集成模块和项目智能评审模块，主要用于实现电站漫游、站内巡视、台账 管理、设备缺陷隐患查看、设备带电状态渲染、设备运行监测数据查看、设备异常 告警查看、站内视频监控查看、变电站智慧评审等功能。

其中，项目智能评审模块包括变电站信息面板、站内摄像头信息面板和项目信 息面板，变电站三维场景浏览模块通过飞行、驾驶和步行三种模式浏览变电站三维 场景，业务数据集成模块用于PMS2.0数据、电网一次设备在线监测数据、SCADA 数据和统一视频数据的接入展示。

变电站信息面板用于对变电站运维单位、维护班组、电压等级、投运日期、运 行编号、运行状态、值班方式和布置方式进行信息查询；

站内摄像头信息面板按照变电站位置区域进行分类展示，位置区域包括电容器室、开关室、设备区、站内环境和主控室，站内摄像头信息面板通过鼠标点击选择 定位到变电站三维场景中对应的摄像头模型进行查看，在变电站三维场景中，被选 择的摄像头模型居中高亮显示，通过鼠标点击三维场景中摄像头三维模型打开站内 该摄像头真实视频画面；项目信息面板用于对技改大修项目详情、项目估算书、分 年度/分项投资、技改/大修对象、设备主材料、拆旧物资、规模成效以及项目附件 的查询和下载，项目信息面板通过分类展示技改大修项目评审要素内容，提供逐一 审核、分步填写评审意见及一键导出评审报告功能，对项目评审要素审核状态提供 黄、红、绿三种颜色标识提醒，其中，绿色代表审核通过，红色代表驳回，黄色代 表待审核。项目信息面板，通过鼠标点击的技改/大修对象清单里设备的名称定位 到变电站三维场景中设备的位置，选中设备可查看设备关联的台账信息、在线监测 信息、SCADA信息及现场摄像头监控视频。

服务层采用微服务架构设计，降低了服务间的依赖，可实现服务的负载均衡与 分布式部署。根据服务应用场景的不同，将服务层分为两类：三维场景服务和数据 接口服务。三维场景服务主要包含分页服务、编辑服务、属性服务、同步服务、关 系服务、版本服务、台账服务、地图服务和文件存储管理服务，数据接口服务包括 关系映射服务、PMS数据接入服务、SACDA数据接入服务、电网一次设备在线监 测数据接入服务和统一视频系统监控视频接入服务。

数据层根据业务数据的来源，将数据分为变电站三维场景数据和变电站业务应用数据。三维场景数据主要包含非结构化数据和结构化数据；变电站业务应用数据 主要包含设备相关数据。

如图2所示系统中根据数据的来源的不同可以将数据分为三维场景数据和变 电站业务应用数据两种。根据存储方式的不同，又可将三维场景数据分为可结构化 存储的业务场景应用数据及非结构化的场景模型文件等数据。

三维场景数据主要包括业务场景及应用数据、模型及点云文件和地理影像图数据。其中，业务场景及应用数据主要包含场景分页信息、模型基础信息、点云基础 信息、基础台账信息、业务功能信息等，客户端访问比较频繁的场景分页、基础台 账等数据，采用内存数据库(Redis)的方式保存在内存中，提高对数据的访问效 率。模型及点云文件和地理影像图等非结构化文件，存储在文件存储系统中，支持 服务的分布式部署，客户端获取到访问到的文件后，会对非结构化文件本地缓存， 提高再次读取该文件的效率。

变电站业务应用数据，主要完成其他系统中相关数据的接入，根据数据接入方 法及展示形式的不同，可以将接口数据分为监控视频数据和台账及运行监测数据。 运行监测数据以关系映射的方式缓存在内存中，监控视频数据直接通过统一视频平 台提供的接入方式接入。

平台中设备台账信息及监控监测数据的来源及接入方法如下：

电网一次设备台账数据、设备相关的缺陷、隐患、检修计划等业务数据及技改 大修项目数据，具体包括台账数据、缺陷数据和隐患数据，通过PMS2.0系统备份 库获取，使用数据集成的方式接入平台；

设备运行数据，如电压、电流、有功、无功等数据，通过系统集成的方式，集 成SCADA系统中的设备运行数据，具体包括运行数据、告警数据和异常数据；

电网一次设备在线监测异常、缺陷、故障等数据，通过在线监测平台获取相关 数据，具体包括油色谱、油枕油位、断路器局部放电数据，使用系统集成的方式接 入平台；

站内监控的视频数据，以系统集成的方式接入统一视频平台的视频监控数据。

在完成平台整个架构的分层(应用层、服务层、数据层)以及将应用层中业务 功能和服务层中的服务支撑细分之后，需要考虑部署架构。便于分布式部署，这也 是分层的主要目的之一。将不同模块部署在不同的服务器上，通过远程调用协同工 作。分布式意味着可以使用更多的计算机完成同样的功能，计算机越多，CPU、内 存、存储资源也就越多，能够处理的并发访问和数据量就越大，进而能够为更多的 用户提供服务。

如图3所示的部署架构，包括客户端、应用服务器和数据库服务器，服务器可 为云平台上划分的虚拟主机，客户端依次通过路由器和防火墙连接至内网，应用服 务器和数据库服务器分别连接至内网，应用服务器还与PMS系统、SCADA系统、 电网一次设备在线监测系统和统一视频系统连接，客户端处于应用层，应用服务器 处于应用层，用于三维平台服务的部署，数据库服务器处于数据层，用于存储变电 站三维场景数据和变电站业务应用数据。应用服务器使用Nginx实现应用的服务代 理与负载均衡，并通过负载均衡和服务代理，提供三维场景服务和数据接口服务， 且通过数据接口服务分别从PMS系统获取PMS数据，从SCADA系统获取SCADA 数据，从电网一次设备在线监测系统获取电网一次设备在线监测数据，以及从统一 视频系统获取视频监控数据。

应用服务器服务采用双击热备与分布式部署，实现服务的高可用性，数据库通 过主从备份功能实现数据库的高可靠运行，数据存储采取分布式的文件存储，保证 文件的安全存储。

变电站技改大修项目智慧评审管控应用，是基于监控大数据的电网概况、变电 站全景、设备状态的三维分层展示，在3D GIS地图中展示各变电站地理位置，直 观的在三维场景中展示全网告警、缺陷、负荷、设备带电状态等大数据分析结果。 推进至变电站三维场景中时，利用设备三维模型关联多元化数据信息形成直观的可 视化效果，并提供设备告警、缺陷、检修等不同状态的全站直观分布。利用设备在 线监测数据及站内视频监控数据，通过对数据的分析与处理，实现对变电站项目的 智慧评审与管控。

三维模型库管理中根据设备种类的不同分为：设备模型信息管理、土建模型信 息管理、装饰模型信息管理。三维模型管理中可通过设备类型、电压等级、类别进 行分类展示，用户可根据过滤条件后查看相关设备的模型，预览模型时可查看模型 的属性、部件、动画、电气等信息。用户还可通过模型导入功能导入新的设备模型 或对现有设备模型进行替换。三维模型部件管理主要负责对设备模型部件进行拆分 与命名管理。三维部件管理分为拆分管理和命名管理，可对设备部件进行新增、修 改、删除。三维点云管理是对采集过程中获取到的点云数据进行管理与维护。激光 点云数据根据对应设备所属种类的不同，分为变电站、电缆通道和架空线路点云， 点云的管理包含对点云数据的解析处理与上传维护、点云数据的下载与预览及点云 数据在场景中与设备模型的融合展示等功能。三维场景浏览中可进行多维度的浏览， 场景浏览符合三维操作中常用的浏览方式，支持鼠标和键盘快捷键的浏览漫游操作。 在三维场景中漫游浏览支持多种模式，根据浏览的位置不同，可支持飞行、驾驶和 步行模式，也可选择自动模式，自动模式下可根据视野所处的高度自动调节在场景 中的浏览速度。

用户可以通过鼠标和键盘来在场景中进行漫游操作，通过按住鼠标左键在场景中拖动，可以在拖动三维场景进行浏览，通过滚轮操作可以调整视野在场景中的高 度，实现对场景进行缩放操作，按住鼠标的中键拖动可实现对场景视角的调整。在 场景中通过快捷键WASD和上下左右方向键也可以实现在三维场景中的漫游功能。

三维场景定位中需提供多种场景定位的方式，如书签定位、坐标定位等定位方式。三维场景管理包括：

设备对象的管理：根据设备类型分组，展示三维场景中所有设备对象的分类树 列表，在设备对象管理中，可根据设备节点状态判断该设备是否在当前场景之中， 也可通过勾选设置该设备在场景中的显隐，还可通过列表提供的工具进行设备的选 中和定位。

设备图层的管理：根据类型对所有的类型进行分组展示，每种设备类型对应一 个设备图层，用户可根据设备图层对某一类设备进行设备的可选、可见的设置操作。

三维场景节点管理：展示当前场景中的设备节点信息，便于设备的管理与调试。

在三维场景中，可通过场景编辑工具在场景中新增、删除、调整设备设施。可 通过新增操作在三维场景中新增模型，选取模型后可在场景中合适位置点击左键创 建模型，或点击右键取消模型的创建，模型创建后可通过模型调整工具在场景中调 整模型的位置、高度及方向等。在场景中选中模型后也可对模型执行删除操作。

三维场景中提供场景操作工具，便于在三维场景的中更清晰直观的展示模型设备数据。如平台中提供三维模型的高亮展示、三维模型设备的显隐控制、可调整模 型设备的透明度、设置地形的透明度、三维场景测量工具等。

三维GIS智慧评审平台主站系统基于省级技改大修智能立项平台服务器资源 进行服务部署，相关业务数据由地市级技改大修智能立项平台统一从相关业务系统 接入，按需向主站系统共享以下数据：

由PMS2.0提供的设备台账数据、设备相关的缺陷、隐患、检修计划等业务数 据及技改大修项目数据，具体为设备台账数据、变电站信息、技改大修项目详情、 项目估算书、分年度/分项投资、改造大修对象、设备主材料、拆旧物资、规模成 效和项目附件；

由SCADA设备运行数据，如电压、电流、负荷等数据，通过系统集成的方式， 集成SCADA系统中的设备运行数据，具体包括电压、电流、有功和无功数据；

由电网一次设备在线监测平台提供油色谱等在线监测异常、缺陷、故障等数据，具体包括油色谱数据；

由统一视频平台提供的站内监控视频数据，具体包括变电站现场视频监控影像。

根据三维数据共享应用建设业务需求，硬件配置分为非结构化文件管理服务器、数据库服务器和应用服务器。其中非结构化文件管理服务器用于存储、管理及计算， 并以变电站为单位管理、存储模型信息数据；数据库服务器用于存储模型记录数据， 模型图数关联数据及模型相关业务数据；应用服务器用于三维平台服务的部署，如： 场景服务、文件管理服务、属性服务等。

根据服务及应用部署配置要求，对服务器、客户机软硬件最低配置要求如下:

服务器最低硬件配置要求如下：

客户机最低硬件配置要求如下：

操作系统及软件配置要求：

应用服务器及数据库服务器操作系统为Windows操作系统，推荐使用 Windows10；

客户机操作系统要求使用Windows7及以上版本，浏览器版本为IE9及以上版 本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效 的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明 的保护范围应以权利要求的保护范围为准。