三维可视化技术在电力监控系统中的应用研究

三维可视化技术在电力监控系统中的应用研究

王海

星际空间（天津）科技发展有限公司 天津 300392

摘要：在三维可视化技术不断发展的过程中，利用该技术对电力监控系统进行改进，使三维可视化模型能够嵌入到电力监控系统中，从而提高电力监控效率，保证监控水平。但我们需要关注现有电力监控系统中的嵌入式三维可视化模型，我们需要从三维可视化技术的理论基础出发，努力保持现有电力监控系统运行模式的稳定性，便于监控人员及时掌握三维可视化电力监控系统的操作方法。只有这样才能充分发挥三维可视化技术在电力监控系统中的应用优势，为监控人员提供一个清晰的监控画面。

关键词：三维可视化技术；电力；监控系统；应用

1三维可视化技术概述

目前，电力系统的监测大多采用二维正交图进行。这种监控模式不能清晰地显示变电站设备的具体运行信息，维护人员不能准确直观地掌握变电站设备的实际运行状态。尤其是新建换流站，其复杂度较高，运维人员日常工作量较大，监控画面质量较高。然而，二维正交图显示的运行信息有一定的局限性，在一定程度上会影响电力监控的整体质量。

三维可视化的使用有利于运维人员直观、清晰地了解监控设备的实际运行状态。在三维可视化技术的应用过程中，模型数据可以直接转换成图像并显示在屏幕上。该技术广泛应用于产品设计、建筑、地球科学和流体力学等领域。在三维可视化技术的发展中，OpenGL是一种性能相对较高的三维图形绘制技术标准。OSG（openscenegraph）是在OpenGL的基础上开发的，OpenGL是一个基于C++平台的开源组件。该技术标准可以跨平台显示交互式图形，并根据开发人员的具体需求提供多种工具。

利用OSG技术对电力监控系统进行改进和优化，可以在保证原有监控系统稳定性的基础上，准确显示电力设备的三维模型，提高监控工作的整体水平。该方法对原有监测系统改动相对较少，能实现二维正交图与三维模型的交互，保证了相应设备状态信息显示的准确性。

2三维可视化电力监控系统的理论基础

当前,大多数监控系统所采用的客户端界面是以Qt+MicrosoftVisualStudio方式开发的客户端界面。Qt作为一款跨平台C++图形用户界面应用开发框架,本身属于面向对象的框架。而MicrosoftVisualStudio是微软公司研发的开发工具包,是比较完整的基本工具包,也是当前Windows应用程序集成开发环境。

在Qt5.4以后的版本中增加了QOpenGLWidget类,该类是以QWidget为基础发展而形成的。QOpenGLWidget能够提供显示集成到Qt的开发应用程序内部的OpenGL图形,并且可以使开发者按照其他QWidget继承类的方式进行操作。原有的QGLWidget类的方便程度更高。此外,QOpenGLWidget能够提供比较方便的虚拟函数,可以在子类中重新实现虚拟函数,并完成典型OpenGL任务的执行过程。

虚拟函数分别为:(1)paintGL()的主要功能是完成OpenGL场景渲染作业。在对小部件进行更新时,可以调用。(2)resizeGL()的主要功能是完成OpenGL视口投影的设置作业,主要是在对小部件大小进行调整时调用,特别是第1次显示小部件时所新创建的小部件都会自动获取resize事件。(3)initializeGl()的主要功能是对OpenGL资源以及状态进行设置,在第1次对resizeGL()进行调用时,需要调用该虚拟函数。利用QOpenGLWidget继承能够保证OSG支持Qt。这样能够在技术理论上解决在三维可视化技术中,OSG在Qt程序中存在的集成问题。

3三维可视化技术在电力监控系统中的应用

在电力监控系统中，嵌入三维可视化模型时，需要根据现有监控系统的实际情况，保证三维可视化模型能够有效地嵌入到现有监控系统中。主要有两种方式：（1）三维可视化图形可以直接显示为一个独立的窗口。这种嵌入式方法对现有监控系统的改动相对较小，可以保证现有监控系统的完整性。然而，三维可视化模型在电力监控中的应用对监控人员的操作水平提出了新的要求，其操作方法与现有监控系统可能存在差异，影响三维可视化模型的应用效果。（2）将部分监控界面与原有的二维正交图显示相结合，可以提高现有监控系统的三维可视化效果。该方法能将三维可视化模型与现有的监控系统有效地结合起来，不会大大改变监控人员的操作习惯，应用效益较好。因此，在大多数电力监控系统的改进过程中，采用了第二种三维可视化模型嵌入方法。

现阶段，在应用QT编写的监控系统时，主要以Q图形场景为载体，在载体上绘制图形信息。通过将监控界面的一部分与原始二维正交图进行融合的方法，可以直接在Q图形场景中绘制三维可视化模块作为界面的一部分。您可以使用qgraphicsproxy小部件类作为代理，直接将QWidget嵌入到内部qgraphics场景中。qgraphics代理widget类可以有效地解决qgraphics场景和qwidget类的转发问题。此外，还可以解决基于整数几何的Q控件类和基于实几何的Q图形场景转换任务。在本监控系统中，Q图形代理控件类可以支持键盘输入、拖放、弹出窗口等功能。

当qgraphicsproxy小部件类继承和封装时，需要将其封装在基本绘图原语中。同时，需要配置三维可视化所需的属性信息。这样就可以保证三维可视化模型与原始三维图元的一致性，直接将Q图形场景作为图元连接起来。

4三维模型交互设计

实现三维可视化模型在QGraphicsScene画布的绘制显示后,需要完成三维模型的交互设计作业。主要从以下两方面出发,保证三维模型交互设计的科学性以及合理性:(1)三维模型人机交互设计。在三维模型人机交互设计中,要保证运行人员可以利用鼠标事件控制三维模型。在这一期间,需要解决三维可视化模型对应的鼠标键盘以及事件交互等功能需求,才能保证人机交互设计的有效性。(2)三维模型以及监控数据之间的交互设计。在设计时,要保证OSG内的osg::NodeVisitor类可以实现达到节点访问的目的,同时继承osg::NodeVisitor完成apply函数设计。每一个三维模型都设置有唯一的ID值,并且ID值与显示中的实际设备是相互对应的,如果监控系统采集到某一设备的状态数据,可以直接调用apply函数,并利用模型ID获取相对应的节点,可以根据实际需求对模型节点的颜色、形状、位置以及描述设备实时状态的信息进行修改,能够有效实现输出数据交互功能。

结论

总之，在当前三维可视化技术的发展过程中，将其应用于电力监控系统，可以提高监控效率，保证监控质量。但需要注意的是，当三维可视化模型嵌入到现有的电力监控系统中时，需要对现有的二维正交图电力监控系统进行适当的改进，以保证三维可视化模型能够与现有的监控系统有效的结合，并尽可能保证改进后的电力监控系统与原监控系统运行模式的一致性，从而提高三维可视化技术在电力监控系统中的应用水平，提高电力系统监控质量。

参考文献：

[1]贾亚楠,张延辉,霍智超,王少鹏,贺博.一种三维可视化技术在电力监控系统中的运用[J].电气技术,2020,21(04):105-107.

[2]刘毅锟.基于三维可视化技术的电力线路优化设计研究[D].解放军信息工程大学,2019.

[3]徐焜耀,况军,李志咏.三维可视化技术在电力行业的应用[J].电力信息化,2018,6(11):88-90.

[4]黄静.三维可视化技术及其在电力培训系统中的应用[D].大庆石油学院,2020.