地下三維管線決策系統的制作方法

本發明涉及配電網設計技術領域，特別涉及一種地下三維管線決策系統。

背景技術：

目前設計單位在選擇配電線路路徑和配電裝置的常用設計手段還是以傳統的利用測繪部門提供的1：10000或1：1000比例的二維地形圖進行室內選線或選址，然后根據室內選線和選址的結果去現場踏勘。然而由于二維地形圖的空間表現和分析能力有很大的局限性，現場多數的交叉跨越物不能直觀的在圖紙上反映出來，需要設計人員多次進行現場踏勘和核對，并對室內選線或選址方案進行調整，經過多次反復的現場核對和室內選線或選址之后才能形成最終的設計成果，這在一定程度上影響了是室內選線和選址的效果，并大大降低了工作效率。同時在路徑方案、可研方案等設計評審過程中，由于評審專家時間和精力有限，不可能現場核實每一個桿位和交叉跨越點，有可能會造成評審專家對評審結果的誤判。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種地下三維管線決策系統，實現了二維平面設計到三維設計的轉變，有效地提高配電工程設計質量和設計深度，優化工程投資預算，為配電工程的順利實施打下了堅實的基礎。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種地下三維管線決策系統，所述系統包括：控制終端；配電圖元三維模型庫，用于存儲配電圖元的三維模型和設備信息；三維地理信息展示平臺，用于對區域范圍內的地理信息圖可視化展示；配電圖元可視化布置模塊，響應于控制終端以調用配電圖元三維模型庫中的配電圖元并布置在三維地理信息展示平臺中；配電路徑選線模塊，響應于控制終端對三維地理信息展示平臺中布置的配電圖元依次連接形成配電路徑；配電路徑庫，用于存儲所述配電路徑；輔助應用模塊，響應于控制終端自動巡游或漫游配電路徑、可視化瀏覽與查詢配電圖元三維模型、基于三維空間的間距檢測與效驗；系統用戶，包括評審人員權限和設計人員權限；權限獲取模塊，根據唯一識別信息以獲取對應權限；基于設計人員權限，所述控制終端調取配電圖元三維模型庫中的配電圖元的三維模型和設備信息并布置于三維地理信息展示平臺上，控制配電路徑選型模塊形成配電路徑，并將完成的配電路徑存入配電路徑庫；基于評審人員權限，所述控制終端調取配電路徑庫中的配電路徑，控制輔助應用模塊終端自動巡游或漫游配電路徑、可視化瀏覽與查詢配電圖元三維模型、檢測與效驗三維空間的間距，以評審配電路徑。

進一步的，所述地理信息圖遠視距為衛星圖，近視距為與衛星圖相匹配的三維地形圖。

進一步的，建模軟件根據配電設備的照片素材制作成配電圖元三維模型，由控制終端設置配電圖元三維模型的坐標中心、物理碰撞區域和相對尺寸，歸類整合配電圖元三維模型和配電設備信息于所述配電圖元三維數據庫中。

進一步的，控制終端調整三維地理展示平臺的視角，調取配電圖元三維模型庫中的配電圖元擺放到三維地理信平臺的指定位置，同時避免配電圖元三維模型的物理碰撞區域重疊。

進一步的，在所述三維地理信息展示平臺中，控制終端根據平臺上顯示的試點區域負荷分布情況選擇配電圖元庫中的相關配電圖元并拖入三維地理信息展示平臺中，依次擺放連接，形成所述配電路徑。

進一步的，所述配電圖元包括配電設備、配電房、桿塔、桿上設備、導線、電纜通道、電纜、室內機柜、安全工具，控制終端可在配電圖元三維模型數據庫中選擇配電房設置于三維地理信息展示平臺，并在電圖元三維模型數據庫中選取室內機柜、安全工具拖入配電房內指定位置。

進一步的，控制終端可在三維地理信息展示平臺中設置若干個巡游節點并配置其中兩個節點為起點與終點，輔助應用模塊根據巡游節點信息生成巡游路徑自動巡游；或控制終端控制虛擬人物在三維地理信息展示平臺中自由漫游。

進一步的，在選擇配電圖元時，輔助應用模塊自動顯示該配電圖元的三維模型，同時顯示詳細的參數說明；或通過控制終端輸入名稱、類別、型號、參數范圍進行配電圖元的篩選。

進一步的，控制終端在三維地理信息展示平臺中設置兩個坐標點，調用測距工具根據經緯度換算后的坐標及當前比例尺算出這兩坐標點的實際距離。

綜上所述，本發明具有以下有益效果：

(1)通過創建和應用配電工程可視化設計和評審平臺，使得傳統的設計理念發生了徹底改變，將以圖紙設計為核心轉化為以數據建模為核心，實現了二維平面設計到三維設計的轉變，有效地提高配電工程設計質量和設計深度，優化工程投資預算，為配電工程的順利實施打下了堅實的基礎；

(2)利用較為先進的傾斜攝影測量技術及計算機三維技術，結合電網地理信息系統，實現配電工程勘測數據管理、前期選址選線、三維化選線、可視化評審等全流程工程應用和信息化管理，可為電網工程設計、評審、建設、運行維護、檢修等全壽命周期管理提供數字化服務。

附圖說明

圖1是配電圖元三維模型中配電柜的結構示意圖；

圖2是配電圖元三維模型庫顯示界面的示意圖；

圖3是配電圖元可視化模塊與三維地理信息展示平臺的架構圖；

圖4是配電路徑設計方案的示意圖；

圖5是系統用戶拓撲結構圖了；

圖6是本發明的方法流程圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。

本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，其并不是對本發明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書后可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本發明的保護范圍內都受到專利法的保護。

一種地下三維管線決策系統，所述系統包括：用于對區域范圍內的地理信息圖可視化展示的三維地理信息展示平臺、用于存儲配電圖元的三維模型和設備信息的配電圖元三維模型庫、用于將配電圖元三維模型庫中的配電圖元布置在三維地理信息展示平臺中的配電圖元可視化布置模塊、用于對三維地理信息展示平臺布置的配電圖元依次連接，形成配電路徑的配電路徑選線模塊、用于自動巡游或漫游配電路徑、可視化瀏覽與查詢配電圖元三維模型、基于三維空間的間距檢測與效驗的輔助應用模塊、包括管理人員端、評審人員端和設計人員端的系統用戶。

1.三維地理信息展示平臺

如圖3所示，對于傾斜攝影數據成果可視化展示所使用的地理信息軟件平臺，將采用supermapiobjects8c作為底層承載平臺，并選用新的軟件版本進行二次開發。

(1)新的版本與原系統集成

supermapiobjects.net8c是supermapobjects.net6r的全新升級版，除了功能增強外，該版本使用新的技術架構，完全基于unicode編碼；基于microsoft.netframework4.0版本，應用中可以使用到.netframework4.0所帶來的新特性。

(2)開發和運行環境的升級

對6r的應用系統升級為8c時，開發和運行環境需注意以下3點：

8c版本支持的操作系統比6r有所減少，如windows2000，windowsxp(sp1，sp2)不再支持。

運行環境需要安裝microsoft.netframework4.0及以上版本。

開發環境需要升級到microsoftvisualstudio2010及以上版本，或其他支持microsoft.netframework4.0的開發環境。

(3)代碼和工程項目的修改

在配置新的開發環境后，需要對現有的代碼和項目(project)進行修改，并重新編譯后程序才能正常工作。大概操作步驟如下：

如果現有開發環境版本低于visualstudio2010，則需要通過visualstudio2010提供的項目升級功能完成項目的升級。

將項目的目標.netframework版本改為4.0或4.5，visualstudio在進行項目升級時不會修改該項目屬性。

刪除引用中supermapobjects.net6r所提供的程序集。

添加引用supermapiobjects.net8c所提供的程序集。

開始編譯，對編譯不過的地方進行修改，常見的兩類錯誤：

(4)類型名稱與其他程序集提供的類型同名，如：supermap.ui.action與system.action(.netframewok3.5新增的類型），需要在代碼中使用類型的全名稱。

(5)api不兼容，在8c版本中對6r的少量api進行調整，如：datasetimage.minvalue屬性改為datasetimage.getminvalue(int32index)方法。

另外在數據上，8c版本完全兼容6r的現有數據，支持方式與6r相同，需要在對應的語言環境下才能正常工作。

(6)傾斜攝影三維數據集成

a.地理數據處理與展示

本項目基于supermapgis平臺進行建設，導入選定區域的傾斜攝影數據，使用supermapidesktop8c桌面平臺進行數據的導入、預處理，三維場景數據加載、配圖，保存工作空間，建立緩存。

b.模型數據入庫

配電網圖元包括配電設備（包括開關站、變配電室、電纜分支箱等）、桿塔、桿上設備、導線、電纜通道以及電纜模型。在3dmax建好模型后加載supermapmaxplugin插件，可將制作好的三維模型以cad復合模型數據的形式導入到超圖.udb文件型數據源。

c.矢量數據入庫

supermapidesktop8c桌面平臺支持shp文件型數據、autocad文件、mapgis數據格式、mapinfo文件格式等54種矢量格式，首先需要將矢量數據轉換為supermap格式，然后進行數據存儲。

二維矢量數據數據的存儲可使用.udb文件型存儲，也可使用oracle、mysql等主流關系型數據庫。

supermapiobjects.net是基于microsoft的.net技術開發的一款產品，基于supermap共相式gis內核開發的組件式gis開發平臺。共相式gis內核采用標準c++編寫，實現基礎的gis功能，supermapiobjects.net支持所有.net開發語言，如：c#、vb.net、c++/cli等。濱江區配電可視化項目采用基于c++語言和sqlserver進行二次開發。

supermapgis二三維一體化的關鍵技術有：

實用。從內核實現，有機整合了強大的gis功能和炫麗的三維可視化效果，突破了單純的三維可視化軟件中看不中用、無法深度應用的瓶頸。

全平臺二三維一體化。從底層完全自主研發了二三維一體化gis內核，組件、桌面、服務器、客戶端、移動端等全系列產品內置三維功能，同一產品內可同時操作和管理二維數據和三維數據，降低學習成本，提升工作效率。

絢麗的視覺效果。提供水面、粒子、動畫、太陽陰影等三維視覺效果，顯著提升三維場景的視覺效果和用戶體驗。

強大的三維符號。三維場景中的配電圖元、綠植、路燈、道路、鐵路、水面等要素均可以用三維符號展現，可大幅降低數據建模成本，而且可以兼顧數據的展現與查詢分析。

高性能。可以流暢支持1000平方公里以上的精細模型和傾斜數據，支持1000萬記錄以上的矢量地物，通過lod技術可以流暢支持tb級的地形和影像數據，確保三維gis應用的優越性能。

支持多種三維數據格式。提供3dmax模型導出插件，可直接導入.max格式的模型數據，并且支持模型的批量轉換；導出插件支持的版本包括3dmax9、3dmax2010、3dmax2012、3dmax2014（32、64位版本）等，支持osgb、3ds、.x、obj、skp、dae等三維模型文件格式。

采用混合架構，具備良好跨平臺性。系統支持b/s和c/s兩種網絡解決方案，支持win7、win8、win8.1、windowsxp32位與64位主流操作系統，同時支持在microsoftwindows、microsoftwindowsserver系列、以及紅帽、suse、ubuntu、麒麟操作系統服務器版等linux操作系統上發布三維服務。三維客戶端產品支持在ie（包含所有使用ie內核瀏覽器）、chrome、opera等主流瀏覽器中顯示三維場景。

完整的終端和設備支持。隨著互聯網技術和三維gis技術的快速發展，用戶對三維地理信息系統的應用需求已經從桌面端應用，擴展到web端、移動端的多端應用。supermap產品基于統一的gis底層內核研發，根據不同的端系統平臺進行定制封裝，使桌面端、客戶端、移動端產品在保持一致的gis功能基礎上，具備高效的數據調度策略與場景管理、lod技術、gpu并行計算等關鍵技術，做到流暢逼真的展現三維場景以及水面、粒子特效，支持三維空間對象的查詢、三維通視分析與量算功能等gis基礎功能；且特別針對ios和android移動設備的硬件特點優化了顯示性能，使得移動平臺的數據可快速構建高性能二三維一體化的移動gis應用。同時對各個端的產品提供了豐富的開發接口，可以滿足用戶定制三維移動應用的功能需求，幫助用戶隨時隨地創造三維地理價值。

同時，借助it硬件領域新興技術的推陳出新，三維gis在顯示效果和人機交互方式也有了重大突破。supermap三維結合多點觸控設備，大大提高應急指揮等交互操作效率；配合三維立體顯示設備，可以做到足不出戶，體驗觀看3d大片的三維立體效果；與microsoftkinect或leapmotion體感設備一同使用，可擺脫傳統設備的束縛，通過不同肢體動作變化，實現自由漫游三維場景、以及gis功能交互操作。用戶可以根據自身業務需求的不同配置相應的外部設備，使得三維gis應用在人機交互上擁有更豐富的視覺感、體驗感。

二三維一體化技術。supermapgis二三維一體化的關鍵技術特點主要有：數據結構的二三維一體化，二三維一體化的空間數據管理，二三維一體化的場景構建，二三維一體化的空間分析，軟件產品二三維一體化。

2.配電圖元三維模型庫，如圖2所示，將各類配電圖元顯示在屏幕上。配電圖元三維模型的制作包括如下步驟：

(1)配電圖元設備照片素材收集

配電圖元設備的照片素材是制作配電圖元設備三維模型的第一步，要制作出真實細致的三維模型首先要了解真實的配電圖元設備，這就要通過現場取材工作來完成。

(2)配電圖元設備信息資料收集

每個配電圖元的設備銘牌信息都需要仔細收集，這是在為以后方案設計中設備選型提供重要的依據。

(3)配電圖元三維模型制作

如圖1所示，根據拍攝的照片素材和相關信息資料，利用maya建模軟件制作成fbx文件的模型資源。

(4)配電圖元三維模型導入

由于用maya制作完模型后直接導出的fbx文件往往比較大，針對大批量的配電圖元三維模型制作的話會占用較大的硬盤資源，但是我們可以通過利用unity3d引擎自主研發的打包插件進行模型打包壓縮形成一個個模型資源包，大大減少三維模型所占用的硬盤空間，同時進一步加快配電圖元三維模型的載入速度。

(5)配電圖元設備信息錄入

配電圖元設備信息包括設備三維模型路徑、縮略圖、設備型號、廠家、相關參數等信息，通過后臺管理頁面人工錄入到系統數據庫中。

有了這些設備信息數據以后，用戶在設計配電方案時可以隨時查看當前所選擇的配電圖元的三維模型、設備型號、參數等內容，同時也可以讓用戶更合理、更效率地進行設計。

(6)配電圖元三維模型展示與設置

將制作好的配電圖元三維模型如何準確完整地融合到三維地理信息展示平臺中就需要為每個配電圖元三維模型進行相關的設置。模型設置包括模型坐標中心、物理碰撞區域、相對尺寸校正設置。

模型坐標中心指的是三維模型相對于其三維坐標的偏移程度。

物理碰撞區域將定義該三維模型所占用的物理區域，防止人員、墻體的穿插。

相對尺寸校正則是三維模型在制作過程中可能由于比例尺的關系導致大小失真通過相對尺寸校正到真實大小。

(7)配電圖元三維模型庫

如圖2所示，將所有配電圖元統一整合到一起并歸類形成配電圖元三維模型庫，方便用戶查看與使用。

3.配電圖元可視化布置模塊

將配電圖元可視化布置在三維地理信息展示平臺中的步驟包括：

(1)三維視角控制

三維視角控制主要有兩種，一種適用于對整體三維地理進行查看，以高空俯視的角度進行查看；另一種則是適用于人員視角模擬，可以在虛擬場景中以第一人稱的視角形式漫游。

(2)配電圖元設備三維模型可視化移動控制

配電線路方案設計中三維配電圖元設備的移動擺放是整個方案得以實現的基礎，用戶可以通過鼠標自由選擇想要添加的配電圖元并拖動到三維地理信息展示平臺的指定位置。

(3)三維模型物理碰撞區域檢測

三維模型物理碰撞區域檢測主要作用有兩個方面，一方面是第一人稱漫游時虛擬人物與三維模型直接的物理碰撞檢測，防止人物穿透山體、墻面、設備等。另一方面在配電圖元設備三維模型可視化移動控制時，防止配電圖元設備與地面、墻面、其他設備的重疊穿插。

(4)配電線路設計模板引用與添加

配電線路方案設計往往涉及的面比較廣，同時許多同類的方案往往會有較多的共通點。配電線路設計模板就是將幾類配電線路典型方案整合，形成標準模板，供設計人員引用參考。

設計人員在設計配電線路前可以根據需要選擇配電線路設計模板引入，模板引入后設計人員只需要在模板的基礎上進行修改整理即可快速完成設計。

(5)配電線路設計信息存儲與讀取

用戶設計完配電線路方案后，可以隨時保存數據到數據庫中，同時可以隨時查看、檢索已設計完成的配電線路方案，并進行讀取和修改。

(6)配電線路設計信息評審模式

評審用戶登錄后可以對現有的設計方案進行沿線情況查看、多方案比選、設備選型情況查看、檢查沿線走廊合理性、距建筑物安全距離等操作，同時在評審過程中可以隨時在設計方案任意位置加入批注。

圖3是上述配電圖元可視化模塊與三維地理信息展示平臺的架構圖。

4.配電路徑選線模塊

(1)配電路徑選線

如圖4所示，在三維地理信息展示平臺中，用戶根據平臺上顯示的試點區域負荷分布情況選擇配電圖元庫中的相關圖元并拖入地理信息平臺中，依次擺放連接，最終形成一個配電路徑選線方案。

用戶可以在三維地理信息展示平臺選擇設置三維配電房，設置完成后可以對該配電房的室內機柜、安全工器具等進行虛擬布置。

5.輔助應用模塊

(1)自動巡游與漫游

用戶可以在三維地理信息展示平臺中設置一個個巡游節點并配置其中兩個節點為起點與終點，系統就會自動根據巡游節點信息生成一條合理的路徑自動巡游。同時用戶也可以自己控制人物在三維地理信息展示平臺中自由漫游。

(2)配電圖元可視化瀏覽與查詢

每個配電線路方案設計中的配電圖元選擇往往是通過配電圖元設備的外形、型號、相關參數等作為依據。設計人員在選擇配電圖元時，系統會自動顯示該圖元的三維模型預覽，同時提供詳細的參數說明。設計人員也可以通過名稱、類別、型號、參數范圍等進行配電圖元的篩選。

(3)基于三維空間的間距測量與校驗

三維地理信息展示平臺將集成專門的測距工具用來測算兩點間的直線距離。用戶可以在三維地理信息展示平臺中設置兩個坐標點，系統會自動根據經緯度換算后的坐標及當前比例尺算出這兩坐標點的實際距離。

6.系統用戶

如圖5所示，系統用戶主要分為三類：管理人員端、評審人員端、設計人員端。

管理人員端擁有管理權限，可以管理和維護所有配電圖元，可以查看、檢索和修改已有的所有設計方案和模板。

評審人員端擁有評審權限，可以查看、檢索已有的所有設計方案，并進行評審。

設計人員端擁有設計權限，可以利用配電圖元設計方案，并可以查看、檢索和修改自己設計的所有設計方案。

7.數據庫設計

數據物理存儲主要以xml文件和數據庫來儲存，xml主要用于系統配置信息的儲存，而核心業務數據則是通過mysql數據庫來讀取和保存。業務數據通過mysql數據庫也便于數據接口的開發。

8.數據庫需求分析

系統用戶數據項：用戶編號、用戶名稱、登錄密碼、用戶權限、在線標識。

設計人員數據項：設計人員編號、用戶編號、姓名、性別、職務、所屬部門。

配電圖元數據項：配電圖元編號、配電圖元名稱、配電圖元類別編號。

配電圖元類別數據項：配電圖元類別編號、配電圖元類別名稱。

配電圖元三維模型數據項：配電圖元三維模型編號、配電圖元編號、三維模型存放相對路徑、三維模型坐標中心相對位置、三維模型碰撞區域相對位置、三維模型碰撞區域尺寸、三維模型校正尺寸。

配電圖元信息數據項：配電圖元信息編號、配電圖元編號、配電圖元型號、配電圖元廠家、配電圖元設備參數。

配電線路設計方案數據項：設計方案編號、設計用戶編號、設計時間、設計方案說明。

配電線路設計方案配電圖元數據項：設計方案編號、配電圖元編號、配電圖元位置坐標。

如圖6所示，本發明的地下三維管線決策方法：

s101：采集三維地理信息數據的采集。

三維地理信息數據是通過具有一定傾角的傾斜航攝相機獲取的，利用傾斜攝影測量技術可以快速建立區域內的地形地貌三維立體模型。對傾斜攝影原始數據進行室內作業處理，進行校正、配準、融合等，建立完整的區域內地表三維數據庫。

s102：建立三維地理信息展示平臺。

對于傾斜攝影數據成果可視化展示所需的地理信息軟件平臺，在現有平臺的基礎上進行擴展、改進，地理信息圖，遠視距采用衛星圖，近視距載入相應的三維地形圖。

根據傾斜攝影技術建立的三維地理信息數據庫，在地理信息平臺中完成數據的可視化展示，保證三維地理信息在選擇的地理信息軟件平臺中可以流暢加載、顯示，并為配電數據集成可視化展示、業務應用功能的開發提供基礎支撐。

s103：建立配電圖元三維模型庫。

根據配電網相關標準，完成對配電網圖元的三維建模，包括配電設備（包括開關站、變配電室、電纜分支箱等）、桿塔、桿上設備、導線、電纜通道以及電纜模型。用于在三維地理信息展示平臺中配電網模型的搭建。

s104：三維可視化布置配電圖元。

在三維可視化場景中，完成配電圖元的手工布置，主要包含架空線路、配電設備、電纜通道以及電纜數據，同時，在布置圖元后，可對配電圖元錄入相關屬性信息，以便其他用戶能夠查看用電數據的屬性信息。

s105：基于三維地理信息的配電線路路徑選線。

根據試點區域負荷分布情況，以及預期負荷數據，在本平臺中，結合真實的三維地形地貌，專業人員可以進行手工繪制線路路徑，確定合理輸電半徑，完成配電選線相關工作。

s106：基于三維地理信息的自動巡航及漫游。

在本平臺中集成的三維可視化場景中，根據設定的巡游路徑，平臺自動沿路徑巡游，以動態的可視化播放形式，有助于查看用電數據建設情況。

s107：配電設備屬性可視化預覽與查詢。

在本平臺中集成的三維可視化場景中，用戶在瀏覽配電設備三維模型同時，可根據需要查看指定配電設備參數等屬性信息。

s108：基于三維空間的間距測量與校驗。

瀏覽配電設備三維模型同時，可根據三維真實的地形地貌，進行空間距離測量，能夠測量用電數據之間或者用電數據與道路、建筑物等三維模型之間的距離。

s109：基于三維地理信息的可視化工程評審。

根據在可視化三維平臺中規劃選擇的多個路徑方案，完成方案評審工作，包括方案沿線情況查看、多方案比選等，輔助進行方案決策。根據確定的路徑方案，利用配電圖元布置功能形成詳細的設計方案后，可在本平臺中完成設計方案評審，包括設備選型情況查看、檢查沿線走廊合理性、距建筑物安全距離等。