电力系统建设项目进度3D可视化关键技术

电力系统建设项目进度3D可视化关键技术

张剑锋

（国网冀北电力有限公司承德供电公司滦平县供电公司068200）

摘要：3D可视化关键技术系统基于P3项目管理软件项目进度数据库，利用3D虚拟现实技术将进度以3D立体方式呈现给项目管理人员。论述了解析P3项目进度数据库中的进度数据、建立电力系统3D模型、渲染电力系统3D模型、用户交互界面等关键技术。

关键词：电力系统建设；项目进度；3D可视化技术

一、3D可视化关键技术

电力系统建设过程中所使用的3D可视化关键系统能够实现智能化运作。在该系统进行工作时，能够对P3项目中获取具体项目数据信息，包括进度数据等，而后将该系统与3D模型构建模型进行关联后将数据传输到该建模过程中，并利用3D可视化技术对建立的模型进行渲染，将渲染后的模型效果通过图形用户接口传输至交互界面向使用者展示3D效果，该系统的软件结构及接口如图1所表示。

图13D可视化系统软件结构及接口

在该系统的整体结构中主要包括几大关键技术，包括解析技术、建模技术、渲染技术和交互技术等。解析技术主要针对P3项目，用于获取数据信息，建模技术主要用于构建模型，利用3D技术进行建模，渲染技术主要针对建模后的3D模型，用于对模型的渲染，交互技术则针对人机交互界面，主要为使用者传递模型信息。具体技术内容包括以下几点：

1.解析技术

通常情况下，系统中的P3项目进度为了确保其保密性和安全性不会对其内部数据及数据格式进行公开，但在该系统中，P3项目会针对解析技术开放数据库内部分数据交换接口，例如互联ODBC、微软项目交换格式MPX文件、ASCII等。在解析过程中，通过利用解析技术对P3项目中的数据进行获取从而获得相关信息，但无法直接使用，则需要使用MPX文件格式将所获取的数据信息进行转换，并通过解析从文件中获取项目中的任务数据，数据内容则包括开始时间、人物名、任务进度、完成时间等信息，通过对所有数据信息的分类、分析，以获取的任务名为名字与3D模型建立关联。

在解析文件时，为了能够加大对所获取项目数据的管理与分类，就必须以项目、资源、任务、日程和资源分配为主要管理模式，针对这五大数据结构对数据进行解析、分类管理，完成解析。

2.3D虚拟场景技术

电力输送过程对于控制者来说并没有直观形象，只能通过电子系统控制配电网等对生产的电能对各个电力区域进行电力分配和输送，以此满足各个建筑、电器等电力消费设备的需求，而3D可视化关键技术中的3D技术能够有效将这一场景进行虚拟化，以直观模式使操作人员能够直观、准确地对电力输送工作进行管控，而在使用3D技术时能够根据不同电力控制区域虚拟出发电厂、输电线路、变电站等多个场景，使电力工作的准确性、高效性均得以提升。

3D虚拟场景构建技术主要以树形层次为主要构建结构，根部节点为整体虚拟场景模型，而叶节点结构则包括虚拟天空、虚拟光源、电力设备、虚拟地形等，在使用该技术和树形结构进行虚拟场景构建时必须确保每个枝叶节点具有独立的空间属性、电气特性、运动特性，完善每个叶节点的独立特性的同时确保所有叶节点组成根部的虚拟场景节点。所有叶节点和根节点之间的树枝指的是电气连接线，弥补了传统电力配置中的不足，同时该结构能够确保地层渲染应用程序编程中的API接口对数据进行存储，保证建模的稳定性。

3.渲染技术

电力设备3D渲染库基于OpenGL和开放界面图形OSG，根据3D虚拟变电站场景配置文件生成3D场景，并根据与该设备关联的项目任务进度信息，设置不同的电力设备3D模型渲染方式，从而直观反映设备当前进度信息。

OSG是一个跨平台的开源场景图形程序开发接口,在3D应用程序中扮演着重要的角色。它作为中间件为应用软件提供了各种高级渲染特性、IO以及空间结构组织函数。场景图形的主要目的是表达3D世界，并高效地实现场景的渲染。OSG在更底层次采用OpenGL硬件抽象层实现了底层硬件显示的驱动，OpenGL是目前主流的交互式2D、3D图形程序开发环境，具备良好的可移植性。电力设备3D渲染库是基于OSG，采用组合设计模式，其结构如图2所示。

图2电力设备3D渲染库结构

在针对虚拟场景图形进行渲染时，该渲染技术需要完成更新、挑拣和绘制三大流程。第一，更新。在更新过程中需要对已经做好的3D模型中的各个几何体全面检查，对不够符合标准的几何体进行找出并修改，使所有结合图形满足渲染要求和节点参数，确保渲染时该模型中的每个场景图形满足对应当前帧；第二，拣选。对更新后的场景图形进行全面拣选，对其可行性进行分析和评估，并在评估后确认其符合绘制条件的场景图形放入新结构中，确保其状态量满足该结构要求；第三，绘制。将结构内的所有场景几何图形进行全部绘制渲染，渲染时该渲染技术需要向图形硬件设备发送绘制指令，由该设备内系统完成绘制工作，最终做到全部渲染。

在对3D模型进行渲染时，如只需要对一个视口内的模型进行渲染，则需要在渲染时确保每一帧渲染过程中进行一次上述流程，而如需要将同一场景中都不同、相同部分在其他几个视口中进行显示时，虽然需要经过上述中的更新流程对所有帧进行渲染，但需要根据不同视口的具体需求，在每个视口显示中均进行一次拣选和绘制，确保在不同处理器、显卡及系统中实现对同一场景的不同展示盒需求，并确保线程下的其他用户能够对该模型数据进行访问，但为了保证数据的安全性，需要将该访问设置成有只读模式。

4.用户交互界面

在用户界面中，左侧是可以自动隐藏的项目进度信息窗口，用于选择、浏览工程进度信息文件，选择预览功能进度的时间，选择显示实际进度或预览进度等，系统支持打开MPX格式的项目进度文件，选择一个MPX文件后，系统将自动读入相关项目进度中的WBS任务信息，并根据预览时间计算预览进度，这些项目进度中的WBS任务信息显示在下方的任务列表中。每项任务根据实际进度按不同颜色显示：已经完成的任务以白底绿字显示，正在进行的任务以白底蓝字显示，未开始的任务以白底红字显示。当用户在项目进度信息窗口选择某项任务时，右侧3D可视化窗口将自动定位到该项任务对应的电力设备前，并显示相应的任务名、施工进度等信息。用户界面右侧为实际3D可视化窗口和预览3D可视化窗口，分别用于显示当前实际的工程进度和未来某个时间点是工程计划进度。在实际／预览进度3D可视化窗口中，已建成的部分正常显示，未开始建设的部分不显示，正在建设的部分将闪烁、淡入-淡出显示。可以通过鼠标点选设备，显示相应的任务名、施工进度等信息。同时，可通过键盘和鼠标进行交互式漫游。

二、实验结果及结论

根据上述技术实现的电力系统建设项目进度3D可视化系统，针对典型低电压等级变电站所做的实验。包括进度信息窗口、实际进度窗口和预览进度窗口以及所显示的各种项目进度数据信息，将项目中的任务处于未建成状态和在建状态用不同的显示方式，其中在建状态用3D模型淡入屏幕和淡出屏幕的方式表示正处于建设过程中，并且在淡入和淡出过程中模型表现出透明效果，给人一目了然的感觉。

而以上实验结果则表明，电力系统建设项目进度3D可视化系统提供的方式，代替传统的文字、报表等表达形式，可以纵览全局，也可以详细观察局部，为项目管理提供直观、灵活且具有强烈真实感的监控手段，可实现对我国电力行业的推动。

参考文献：

[1]张莉莎.基于SVG/OpenGL的电力系统可视化技术及其应用[D].山东大学,2011.

[2]陈哲.电力工程建设可视化技术应用方案研究[D].2015.