專利名稱：一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)的制作方法
一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電網(wǎng)調(diào)度自動化領(lǐng)域，具體涉及一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
調(diào)度是電網(wǎng)運(yùn)行的中樞，調(diào)度自動化系統(tǒng)作為電網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，在電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控中發(fā)揮著重要的作用。電力調(diào)度自動化系統(tǒng)是可以直接為電網(wǎng)運(yùn)行提供服務(wù)的一種數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，可以在線為各級電力調(diào)度機(jī)構(gòu)中的生產(chǎn)運(yùn)行人員提供電力運(yùn)行信息，電力分析決策工具和必要的控制手段。
電網(wǎng)已進(jìn)入大電網(wǎng)、特高壓、遠(yuǎn)距離、交直流并聯(lián)輸電的發(fā)展階段，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性和運(yùn)行控制技術(shù)的難度是世界罕見的，電力系統(tǒng)的動態(tài)行為日趨復(fù)雜，海量數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)中心，調(diào)度自動化系統(tǒng)中的SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控)系統(tǒng)提供大量詳細(xì)的電網(wǎng)實(shí)時信息，需要對電網(wǎng)的實(shí)時行為進(jìn)行詳細(xì)的描述。隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，對大量數(shù)據(jù)的展示要求也越來越高，從二維可視化到三維可視化展示，之前的系統(tǒng)都采用常規(guī)可視化方式進(jìn)行展示，其真實(shí)感、臨場感和表現(xiàn)力都有待改進(jìn)，效果不夠直觀。
為適應(yīng)特高壓和全國互聯(lián)大電網(wǎng)的需要，新一代調(diào)度自動化系統(tǒng)在現(xiàn)有調(diào)度自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)具備數(shù)字化和信息化的特征。數(shù)字化是自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，數(shù)字化的目標(biāo)是利用電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、處理、通信和信息綜合利用的框架建立分區(qū)、分層和分類的數(shù)字化電網(wǎng)調(diào)度體系，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)控的數(shù)據(jù)統(tǒng)一和規(guī)范化管理以及信息挖掘和信息增值利用，實(shí)現(xiàn)電力信息化和可視化、智能化的調(diào)度，提高決策效率和電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。
在全球數(shù)字化、信息化、現(xiàn)代化的新形勢下，打造“數(shù)字化變電站和數(shù)字化電網(wǎng)”是建設(shè)“一強(qiáng)三優(yōu)”現(xiàn)代化電網(wǎng)公司的迫切需要，數(shù)字化變電站和數(shù)字化電網(wǎng)的研究已經(jīng)成為電力行業(yè)的熱點(diǎn)。在數(shù)字化、信息化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維可視化技術(shù)的研究，構(gòu)建可視化的數(shù)字化變電站和數(shù)字化電網(wǎng)的研究必將成為一個新的熱點(diǎn)。
近年來，隨著計算機(jī)軟硬件水平的不斷發(fā)展，將三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)的可視化成為一種趨勢，但是由于三維可視化開發(fā)需要技術(shù)門檻高，項(xiàng)目開發(fā)周期長，已經(jīng)成為限制虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的障礙。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)造虛擬環(huán)境，將大大提高電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的真實(shí)感和沉浸感，為電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時監(jiān)控帶來新的飛躍。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的快速并全面的有效監(jiān)控，為電力調(diào)度、運(yùn)行、控制、分析等人員提供直觀高效、高屋建瓴的手段，從而有助于提高調(diào)度員的工作效率，減輕調(diào)度員的工作強(qiáng)度，極大地提高生產(chǎn)效率、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明設(shè)計了一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示4系統(tǒng)，較完整的解決了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，能動態(tài)反映電網(wǎng)信息的實(shí)時變化，有效地完成了電力系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行時的直觀，逼真展示。
本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)，包括服務(wù)層、中間層和展示層。服務(wù)層包括實(shí)時數(shù)據(jù)庫，關(guān)系數(shù)據(jù)庫，歷史數(shù)據(jù)庫，以及腳本，文件及事件總線；中間層包括實(shí)時數(shù)據(jù)刷新、實(shí)時數(shù)據(jù)庫訪問、關(guān)系數(shù)據(jù)庫訪問、遠(yuǎn)程命令訪問、遠(yuǎn)程文件訪問以及遠(yuǎn)程事件訪問；展示層包括虛擬現(xiàn)實(shí)模塊、人機(jī)交互模塊和服務(wù)代理模塊。
服務(wù)層完成數(shù)據(jù)的采集和存儲功能，包括實(shí)時數(shù)據(jù)庫，關(guān)系數(shù)據(jù)庫，歷史數(shù)據(jù)庫， 以及腳本，文件及事件總線；中間層提供展示層與服務(wù)層之間的交互功能，包括實(shí)時數(shù)據(jù)刷新、實(shí)時數(shù)據(jù)庫訪問、關(guān)系數(shù)據(jù)庫訪問、遠(yuǎn)程命令訪問、遠(yuǎn)程文件訪問以及遠(yuǎn)程事件訪問；展示層包括虛擬現(xiàn)實(shí)模塊、人機(jī)交互模塊和服務(wù)代理模塊，提供數(shù)據(jù)的展示與交互功能。
展示層的虛擬現(xiàn)實(shí)模塊和人機(jī)交互模塊發(fā)送取數(shù)命令到服務(wù)代理模塊，然后服務(wù)代理模塊通過中間層把數(shù)據(jù)訪問請求發(fā)送到服務(wù)層的相應(yīng)模塊，服務(wù)層對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理，讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫或文件，再通過中間層將數(shù)據(jù)返回給展示層。
所述服務(wù)層的關(guān)系數(shù)據(jù)庫采用ORACLE數(shù)據(jù)庫，用于存儲數(shù)據(jù)庫模式管理信息、數(shù)據(jù)庫實(shí)體存儲，歷史數(shù)據(jù)存儲及對外部系統(tǒng)的接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的SQL訪問和編程接口訪問。 實(shí)時數(shù)據(jù)庫是按照面向?qū)ο蟮乃枷牒图夹g(shù)開發(fā)的常駐內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，用以支持?jǐn)?shù)據(jù)的快速訪問和處理以及面向?qū)ο蟮哪Ｊ酱鎯驮L問，用于存儲實(shí)時數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)庫采用ORACLE數(shù)據(jù)庫，用于歷史數(shù)據(jù)的存儲。腳本負(fù)責(zé)執(zhí)行遠(yuǎn)程命令。文件用于管理存儲于服務(wù)器上的文件和文件列表。事件總線負(fù)責(zé)事件的分發(fā)。
所述中間層的實(shí)時數(shù)據(jù)刷新提供動態(tài)刷新實(shí)時數(shù)據(jù)的功能。實(shí)時數(shù)據(jù)庫訪問提供對實(shí)時數(shù)據(jù)庫的隨機(jī)讀寫操作訪問。關(guān)系數(shù)據(jù)庫訪問提供對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的讀操作和寫操作訪問。遠(yuǎn)程文件訪問提供畫面的文件傳輸，負(fù)責(zé)人機(jī)對畫面和與之有關(guān)的文件訪問操作，包括讀操作和寫操作等，畫面的瀏覽和畫面的編輯通過此服務(wù)完成。遠(yuǎn)程事件訪問提供事件的發(fā)送與接收。遠(yuǎn)程命令訪問負(fù)責(zé)對遠(yuǎn)程腳本進(jìn)行訪問。
所述展示層中的人機(jī)交互模塊提供基于虛擬現(xiàn)實(shí)的展示，服務(wù)代理模塊提供訪問中間層的接口，展示層通過服務(wù)代理模塊訪問中間層獲得服務(wù)層的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的維護(hù)和控制。
所述的虛擬現(xiàn)實(shí)模塊包括三維圖形引擎模塊、三維一二次設(shè)備虛擬組裝模塊、即插即用的容器式組件運(yùn)行模塊。
其中三維圖形引擎模塊實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮母咝阅芴摂M現(xiàn)實(shí)繪制引擎，充分考慮了電力系統(tǒng)的特性，基于面向?qū)ο蟮乃枷雽⒏鞣N電力設(shè)備對象封裝為電力節(jié)點(diǎn)類，并采用基于電氣連接特性的設(shè)備對象樹來組織場景。其功能包括真實(shí)感圖形顯示、三維場景管理、聲音管理、碰撞檢測、對象交互以及實(shí)時對象維護(hù)，在結(jié)構(gòu)上三維引擎模塊包括以下相關(guān)的組成部分
(1)數(shù)據(jù)表示組件基于場景圖的虛擬場景核心數(shù)據(jù)的表示及管理組件；它定義了虛擬場景的結(jié)構(gòu)，以及各種數(shù)據(jù)、狀態(tài)的組織和管理方式，提供了基本繪制元素的平臺無關(guān)繪制命令和對場景數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問的各種基本操作；
(2)內(nèi)存管理組件管理三維引擎運(yùn)行過程中對內(nèi)存的使用，包括申請、釋放和重用；
(3)用戶接口組件面向高層三維虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，提供面向?qū)ο蟮挠脩艚涌?，并將用戶的指令轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)用，提交給運(yùn)行庫進(jìn)行處理；
(4)文件I/O組件讀取虛擬場景所需的各種文件數(shù)據(jù)，包括文本、圖像、聲音及多種類型的三維模型文件，并支持文件輸出；
(5)繪制平臺接口組件負(fù)責(zé)將運(yùn)行庫生成的繪制命令轉(zhuǎn)化為對底層具體繪制平臺OpenGL的調(diào)用命令。
所述的三維一二次設(shè)備虛擬組裝模塊包括設(shè)備模型生成器和組件裝配器兩大部分；利用設(shè)備模型生成器構(gòu)建內(nèi)容豐富的虛擬設(shè)備仿真模型庫；利用一次設(shè)備組件裝配器、二次設(shè)備組件裝配器、單元組件裝配器，利用設(shè)備模型庫裝配出一次設(shè)備、二次設(shè)備和單元組件，然后利用場景裝配器搭建虛擬仿真變電站主控制室和保護(hù)小室、一次設(shè)備現(xiàn)場， 實(shí)現(xiàn)仿真的一二次設(shè)備的即插即用，同時仿真模型和數(shù)據(jù)庫自動形成。
所述的設(shè)備模型生成器采用3dsmaX SDK提供的二次開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體模型生成的核心模塊，以插件的形式無縫集成到具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的三維建模工具3dsmaX的集成開發(fā)環(huán)境中，使實(shí)體模型生成器具備了強(qiáng)大的三維模型的編輯功能，支持從各種標(biāo)準(zhǔn)格式的三維數(shù)據(jù)文件中導(dǎo)入電氣三維模型源數(shù)據(jù)。
實(shí)體模型生成器實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的模型重組功能，可以方便的將三維建模人員創(chuàng)建的電力三維模型根據(jù)電力系統(tǒng)三維數(shù)字化的需要分解為若干個標(biāo)準(zhǔn)的電氣部件，這些電氣部件通過實(shí)體模型生成器實(shí)現(xiàn)的設(shè)備部件庫進(jìn)行組織管理，可以靈活方便的組建各種電力三維設(shè)備模型，大大的提高了模型的生成效率。
所述的組件裝配器能夠?qū)崿F(xiàn)變電站一次設(shè)備、二次設(shè)備和設(shè)備單元組裝，一次設(shè)備裝配功能包括將一次設(shè)備模型裝配成設(shè)備組件、設(shè)備運(yùn)動行為模式的設(shè)置和設(shè)備異?，F(xiàn)象模式的設(shè)置；二次設(shè)備裝配實(shí)現(xiàn)屏盤元件與控件元件組合的功能，構(gòu)建變電站中各種屏盤和裝置，包括保護(hù)裝置、保護(hù)屏盤、控制屏盤、測控裝置、交直流屏等；設(shè)備單元裝配實(shí)現(xiàn)將各種一次設(shè)備組件、二次屏盤組件裝配成各種典型變電站設(shè)備單元的功能，包括各類出線單元、主變單元和母線單元等。
所述的即插即用的容器式組件運(yùn)行模塊實(shí)現(xiàn)了動態(tài)加入組裝好的三維虛擬場景， 并提供修改場景中設(shè)備組件參數(shù)的交互式界面和接口，開發(fā)各種電力系統(tǒng)的具體應(yīng)用只需要通過交互界面和接口修改三維虛擬場景的具體一二次設(shè)備的參數(shù)，從而完成系統(tǒng)的配置，系統(tǒng)會自動根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的狀態(tài)輸入來驅(qū)動場景中的一二次設(shè)備并作出正確的反應(yīng)；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完全的用戶級組態(tài)，如果運(yùn)行系統(tǒng)中增加或刪除間隔、改變設(shè)備、增加或減少線路等一次系統(tǒng)，或者改變保護(hù)和其它二次設(shè)備配置，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場同步更新，運(yùn)行系統(tǒng)無須重啟，配置和修改會即時生效。
所述的虛擬現(xiàn)實(shí)模塊包括三維圖形引擎模塊、三維一二次設(shè)備虛擬組裝模塊、即插即用的容器式組件運(yùn)行模塊，可以運(yùn)行于同一臺虛擬現(xiàn)實(shí)工作站上。
所述的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)應(yīng)用于電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控， 為調(diào)度人員提供更加直觀高效的監(jiān)控手段。
本發(fā)明的有益效果是
1、將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，相比之下，傳統(tǒng)的二維顯示方式需6要從已有的顯示結(jié)果再進(jìn)行分析判斷，普通三維顯示，只能顯示某一種或幾種數(shù)據(jù)，視頻顯示只能完整的再現(xiàn)現(xiàn)場原貌，采用基于虛擬現(xiàn)實(shí)方式顯示的場景更直觀，更能全方位、立體化、多角度、多層次的展示電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，還可以根據(jù)需要增加顯示信息。從宏觀上能夠總攬全局及時發(fā)現(xiàn)異常情況，從微觀上能夠突出重點(diǎn)、展示細(xì)節(jié)、栩栩如生的表現(xiàn)具體場景，實(shí)現(xiàn)宏觀和微觀聯(lián)動。
2、本發(fā)明在使用以后可以大大方便電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的日常監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)了一二次設(shè)備的三維重現(xiàn)，可以形象地反映一二次設(shè)備的正常、異常、事故狀態(tài)及其動作過程，不但可以對虛擬場景中的設(shè)備進(jìn)行巡視、檢查、漫游，而且還提供了對各種事故狀態(tài)的事故場景的展現(xiàn)，如著火、爆炸等，提高了系統(tǒng)的真實(shí)感和現(xiàn)場感。
3、本發(fā)明完整的模擬了電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，具有全三維顯示，實(shí)時交互，動態(tài)仿真的特點(diǎn)，能更加有效的分析和處理越來越多的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，提供一個探索和研究物理現(xiàn)象的先進(jìn)工具，從而提高科學(xué)研究和工程設(shè)計的效率。便于調(diào)度人員掌握電網(wǎng)的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)是否正常，使調(diào)度人員有一種身臨其境的感覺，更方便、更直觀的了解系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，有助于提高調(diào)度員對電網(wǎng)運(yùn)行的監(jiān)控能力，以便其采取的運(yùn)行控制措施更有效，更有針對性，促進(jìn)電網(wǎng)穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖。
圖2是依據(jù)本發(fā)明的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。
圖3是實(shí)施例的軟件結(jié)構(gòu)圖。
圖4是實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)部署圖。
圖5是三維圖形開發(fā)引擎體系結(jié)構(gòu)圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1中基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)包括服務(wù)層、中間層和展示層，服務(wù)層完成數(shù)據(jù)的采集和處理以及存儲；中間層完成展示層和服務(wù)層之間數(shù)據(jù)的交互功能； 展示層完成數(shù)據(jù)的展示。
采用圖1的軟件結(jié)構(gòu)和圖2的硬件結(jié)構(gòu)，在XX市的電力公司所在地構(gòu)建了一套基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)部署如圖4所示，其軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
在該基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部署方案中，充分考慮了原有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件配置情況和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，在不影響生產(chǎn)系統(tǒng)和病毒防護(hù)的情況下，實(shí)現(xiàn)了全景動態(tài)展示系統(tǒng)的適用性和靈活性。
如圖3中構(gòu)建的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集軟件， SCADA軟件，實(shí)時數(shù)據(jù)庫，歷史數(shù)據(jù)庫，中間層軟件，人機(jī)交互軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)軟件。通過數(shù)據(jù)采集軟件采集上來的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后傳輸?shù)絊CADA軟件，數(shù)據(jù)再經(jīng)SCADA軟件處理后存入實(shí)時數(shù)據(jù)庫，并將實(shí)時數(shù)據(jù)周期性的存入歷史數(shù)據(jù)庫。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件和人機(jī)交互軟件通過中間層軟件訪問實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，獲得所需要的數(shù)據(jù)并顯示出來。數(shù)據(jù)采集軟件運(yùn)行于數(shù)據(jù)采集服務(wù)器上，SCADA軟件，實(shí)時數(shù)據(jù)庫和中間層軟件運(yùn)行于SCADA服務(wù)器上； 歷史數(shù)據(jù)庫運(yùn)行于歷史服務(wù)器上。人機(jī)交互軟件運(yùn)行于調(diào)度員工作站，大屏幕和虛擬現(xiàn)實(shí)工作站上，虛擬現(xiàn)實(shí)軟件運(yùn)行于虛擬現(xiàn)實(shí)工作站上。
如圖4所示的網(wǎng)絡(luò)部署圖，網(wǎng)絡(luò)連接方案為將調(diào)度員工作站、大屏幕、虛擬現(xiàn)實(shí)工作站通過交換機(jī)連到電力公司調(diào)度局域網(wǎng)，將SCADA服務(wù)器、歷史服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過交換機(jī)連到電力公司調(diào)度局域網(wǎng)。
數(shù)據(jù)采集服務(wù)器包括數(shù)據(jù)采集軟件，完成數(shù)據(jù)的采集功能，定時的從前置中以查詢方式采集數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到SCADA服務(wù)器進(jìn)行相應(yīng)的處理和存儲。采集服務(wù)器采用雙機(jī)均衡負(fù)載模式，由兩臺服務(wù)器構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器1為主機(jī)，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器 2為備機(jī)，正常情況下主機(jī)負(fù)責(zé)調(diào)度，雙機(jī)同時采集，異常情況下單機(jī)完成所有任務(wù)同時可實(shí)現(xiàn)自動或人工主機(jī)切換。
SCADA服務(wù)器包括SCADA軟件，實(shí)時數(shù)據(jù)庫，中間層軟件。SCADA軟件用于完成數(shù)據(jù)的處理功能。實(shí)時數(shù)據(jù)庫用于存儲實(shí)時數(shù)據(jù)，實(shí)時數(shù)據(jù)庫是按照面向?qū)ο蟮乃枷牒图夹g(shù)開發(fā)的常駐內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，用以支持?jǐn)?shù)據(jù)的快速訪問和處理以及面向?qū)ο蟮哪Ｊ酱鎯驮L問， 提供快速、靈活、多樣的數(shù)據(jù)庫訪問方式，提供SQL接口，支持多進(jìn)程并發(fā)訪問，支持多種數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)類型，具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫維護(hù)工具和界面，支持用戶自定義和修改數(shù)據(jù)庫模式。中間層軟件是為人機(jī)提供數(shù)據(jù)服務(wù)的一組程序，可以根據(jù)人機(jī)請求訪問不同的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對實(shí)時庫、歷史庫的訪問。整個服務(wù)分為四個層次，自下而上分別為資源、訪問服務(wù)、訪問控制和人機(jī)訪問代理模塊。資源代表實(shí)體對象如數(shù)據(jù)庫、文件等；訪問服務(wù)實(shí)現(xiàn)了對資源的訪問；訪問代理實(shí)現(xiàn)對資源的定位和訪問策略；人機(jī)訪問代理模塊代理人機(jī)使用服務(wù)。 SCADA服務(wù)器采用主備模式，由兩臺服務(wù)器構(gòu)成，SCADA服務(wù)器1為主機(jī)，SCADA服務(wù)器2為備機(jī)，正常情況下，主機(jī)負(fù)責(zé)工作，備機(jī)處于熱備狀態(tài)，異常情況下實(shí)現(xiàn)自動切換。
歷史服務(wù)器包括歷史數(shù)據(jù)庫，歷史數(shù)據(jù)庫采用ORACLE數(shù)據(jù)庫，用于歷史數(shù)據(jù)的存儲。歷史服務(wù)器采用主備模式，由兩臺服務(wù)器構(gòu)成，歷史服務(wù)器1為主機(jī)，歷史服務(wù)器2為備機(jī)，兩臺服務(wù)器通過磁盤陣列進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，正常情況下，主機(jī)負(fù)責(zé)工作，備機(jī)處于熱備狀態(tài)，異常情況下實(shí)現(xiàn)自動切換。
調(diào)度員工作站運(yùn)行人機(jī)交互軟件，用于人機(jī)系統(tǒng)的展示，由兩臺工作站組成。人機(jī)系統(tǒng)基于JAVA技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)的兼容性和豐富的表現(xiàn)力，具有豐富的用戶定制手段。
大屏幕運(yùn)行人機(jī)交互軟件，用于人機(jī)系統(tǒng)的展示。通過大屏幕可以進(jìn)行大范圍內(nèi)的圖形顯示，顯示的信息量大，可以為調(diào)度人員提供一個更清晰、更逼真、更靈活的人機(jī)交互界面，使調(diào)度人員更方便地從整體了解電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行情況，更好地進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度。
虛擬現(xiàn)實(shí)工作站由兩臺工作站組成，運(yùn)行虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，用于虛擬現(xiàn)實(shí)的展示。虛擬現(xiàn)實(shí)軟件包括三維圖形引擎模塊、三維一二次設(shè)備虛擬組裝模塊、即插即用的容器式組件運(yùn)行模塊。三維圖形引擎模塊實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮母咝阅芴摂M現(xiàn)實(shí)繪制引擎，其主要功能包括真實(shí)感圖形顯示、三維場景管理、聲音管理、碰撞檢測、對象交互以及實(shí)時對象維護(hù)等。 從結(jié)構(gòu)上看，三維引擎模塊包括以下幾個相關(guān)的組成部分，三維圖形開發(fā)引擎體系結(jié)構(gòu)圖如圖5所示
(1)數(shù)據(jù)表示組件基于場景圖的虛擬場景核心數(shù)據(jù)的表示及管理組件。它定義了虛擬場景的結(jié)構(gòu)，以及各種數(shù)據(jù)、狀態(tài)的組織和管理方式，提供了基本繪制元素的平臺無關(guān)繪制命令和對場景數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問的各種基本操作。
(2)內(nèi)存管理組件管理三維引擎運(yùn)行過程中對內(nèi)存的使用，包括申請、釋放和重用等。
(3)用戶接口組件面向高層三維虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，提供面向?qū)ο蟮挠脩艚涌?，并將用戶的指令轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)用，提交給運(yùn)行庫進(jìn)行處理。
(4)文件I/O組件讀取虛擬場景所需的各種文件數(shù)據(jù)，包括文本、圖像、聲音及多種類型的三維模型文件等，并支持文件輸出。
(5)繪制平臺接口組件負(fù)責(zé)將運(yùn)行庫生成的繪制命令轉(zhuǎn)化為對底層具體繪制平臺OpenGL的調(diào)用命令。
三維一二次設(shè)備虛擬組裝模塊包括設(shè)備模型生成器和組件裝配器兩大部分。利用設(shè)備模型生成器可以方便地構(gòu)建內(nèi)容豐富的虛擬設(shè)備仿真模型庫；利用一次設(shè)備組件裝配器、二次設(shè)備組件裝配器、單元組件裝配器可以利用設(shè)備模型庫裝配出一次設(shè)備、二次設(shè)備和單元組件，然后利用場景裝配器可以像“搭積木”似地搭建虛擬仿真變電站主控制室和保護(hù)小室、一次設(shè)備現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)仿真的一二次設(shè)備的“即插即用”，同時仿真模型和數(shù)據(jù)庫自動形成。
即插即用的容器式組件運(yùn)行模塊實(shí)現(xiàn)了動態(tài)加入組裝好的三維虛擬場景，并提供了修改場景中設(shè)備組件參數(shù)的交互式界面和接口，開發(fā)各種電力系統(tǒng)的具體應(yīng)用只需要通過交互界面和接口修改三維虛擬場景的具體一二次設(shè)備的參數(shù)，即可完成系統(tǒng)的配置，系統(tǒng)會自動根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的狀態(tài)輸入來驅(qū)動場景中的一二次設(shè)備并作出正確的反應(yīng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完全的用戶級組態(tài)，如果運(yùn)行系統(tǒng)中增加或刪除間隔、改變設(shè)備、增加或減少線路等一次系統(tǒng)，或者改變保護(hù)和其它二次設(shè)備配置，可以方便地進(jìn)行修改和配置，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場同步更新，運(yùn)行系統(tǒng)無須重啟，配置和修改會即時生效。
本系統(tǒng)中的服務(wù)器均采用雙機(jī)冗余熱備方式，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)問題后可以自動切換到備機(jī)，網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，以保證系統(tǒng)的安全可靠性。本系統(tǒng)包括服務(wù)層、中間層和展示層，實(shí)現(xiàn)了展示層與服務(wù)層的隔離，提高了系統(tǒng)的安全性和可擴(kuò)展性。
本系統(tǒng)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)，顯示上更加形象生動， 調(diào)度員可以在三維場景中進(jìn)行巡視檢查和虛擬操作。
本發(fā)明可應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度自動化領(lǐng)域。
此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅是例證性的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)，包括服務(wù)層、中間層和展示層，其特征是服務(wù)層完成數(shù)據(jù)的采集和存儲功能，包括實(shí)時數(shù)據(jù)庫，關(guān)系數(shù)據(jù)庫，歷史數(shù)據(jù)庫，以及腳本，文件及事件總線；中間層提供展示層與服務(wù)層之間的交互功能，包括實(shí)時數(shù)據(jù)刷新、 實(shí)時數(shù)據(jù)庫訪問、關(guān)系數(shù)據(jù)庫訪問、遠(yuǎn)程命令訪問、遠(yuǎn)程文件訪問以及遠(yuǎn)程事件訪問；展示層包括虛擬現(xiàn)實(shí)模塊、人機(jī)交互模塊和服務(wù)代理模塊，提供數(shù)據(jù)的展示與交互功能；展示層的虛擬現(xiàn)實(shí)模塊和人機(jī)交互模塊發(fā)送取數(shù)命令到服務(wù)代理模塊，然后服務(wù)代理模塊通過中間層把數(shù)據(jù)訪問請求發(fā)送到服務(wù)層的相應(yīng)模塊，服務(wù)層對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理， 讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)或文件，再通過中間層將數(shù)據(jù)返回給展示層；所述服務(wù)層的關(guān)系數(shù)據(jù)庫采用ORACLE數(shù)據(jù)庫，用于存儲數(shù)據(jù)庫模式管理信息、數(shù)據(jù)庫實(shí)體存儲，歷史數(shù)據(jù)存儲及對外部系統(tǒng)的接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的SQL訪問和編程接口訪問；實(shí)時數(shù)據(jù)庫是按照面向?qū)ο蟮乃枷牒图夹g(shù)開發(fā)的常駐內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，用以支持?jǐn)?shù)據(jù)的快速訪問和處理以及面向?qū)ο蟮哪Ｊ酱鎯驮L問，用于存儲實(shí)時數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)庫采用ORACLE數(shù)據(jù)庫，用于歷史數(shù)據(jù)的存儲；腳本負(fù)責(zé)執(zhí)行遠(yuǎn)程命令；文件用于管理存儲于服務(wù)器上的文件和文件列表；事件總線負(fù)責(zé)事件的分發(fā)；所述中間層的實(shí)時數(shù)據(jù)刷新提供動態(tài)刷新實(shí)時數(shù)據(jù)的功能；實(shí)時數(shù)據(jù)庫訪問提供對實(shí)時數(shù)據(jù)庫的隨機(jī)讀寫操作訪問；關(guān)系數(shù)據(jù)庫訪問提供對關(guān)系數(shù)據(jù)庫的讀操作和寫操作訪問；遠(yuǎn)程文件訪問提供畫面的文件傳輸，負(fù)責(zé)人機(jī)對畫面和與之有關(guān)的文件訪問操作，包括讀操作和寫操作等，畫面的瀏覽和畫面的編輯通過此服務(wù)完成；遠(yuǎn)程事件訪問提供事件的發(fā)送與接收；遠(yuǎn)程命令訪問負(fù)責(zé)對遠(yuǎn)程腳本進(jìn)行訪問；所述展示層中的人機(jī)交互模塊通過虛擬現(xiàn)實(shí)模塊提供基于虛擬現(xiàn)實(shí)的展示，服務(wù)代理模塊提供訪問中間層的接口，展示層通過服務(wù)代理模塊訪問中間層獲得服務(wù)層的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的維護(hù)和控制。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述虛擬現(xiàn)實(shí)模塊包括三維圖形引擎模塊、 三維一二次設(shè)備虛擬組裝模塊、即插即用的容器式組件運(yùn)行模塊；其中三維圖形引擎模塊實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮母咝阅芴摂M現(xiàn)實(shí)繪制引擎，充分考慮了電力系統(tǒng)的特性，基于面向?qū)ο蟮乃枷雽⒏鞣N電力設(shè)備對象封裝為電力節(jié)點(diǎn)類，并采用基于電氣連接特性的設(shè)備對象樹來組織場景；其功能包括真實(shí)感圖形顯示、三維場景管理、聲音管理、碰撞檢測、對象交互以及實(shí)時對象維護(hù)，在結(jié)構(gòu)上三維引擎模塊包括以下相關(guān)的組成部分(1)數(shù)據(jù)表示組件基于場景圖的虛擬場景核心數(shù)據(jù)的表示及管理組件；它定義了虛擬場景的結(jié)構(gòu)，以及各種數(shù)據(jù)、狀態(tài)的組織和管理方式，提供了基本繪制元素的平臺無關(guān)繪制命令和對場景數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問的各種基本操作；(2)內(nèi)存管理組件管理三維引擎運(yùn)行過程中對內(nèi)存的使用，包括申請、釋放和重用；(3)用戶接口組件面向高層三維虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，提供面向?qū)ο蟮挠脩艚涌?，并將用戶的指令轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)用，提交給運(yùn)行庫進(jìn)行處理；(4)文件I/O組件讀取虛擬場景所需的各種文件數(shù)據(jù)，包括文本、圖像、聲音及多種類型的三維模型文件，并支持文件輸出；(5)繪制平臺接口組件負(fù)責(zé)將運(yùn)行庫生成的繪制命令轉(zhuǎn)化為對底層具體繪制平臺OpenGL的調(diào)用命令。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述三維一二次設(shè)備虛擬組裝模塊包括設(shè)備模型生成器和組件裝配器兩大部分；利用設(shè)備模型生成器構(gòu)建內(nèi)容豐富的虛擬設(shè)備仿真模型庫；利用一次設(shè)備組件裝配器、二次設(shè)備組件裝配器、單元組件裝配器，利用設(shè)備模型庫裝配出一次設(shè)備、二次設(shè)備和單元組件，然后利用場景裝配器搭建虛擬仿真變電站主控制室和保護(hù)小室、一次設(shè)備現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)仿真的一二次設(shè)備的即插即用，同時仿真模型和數(shù)據(jù)庫自動形成。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述設(shè)備模型生成器采用3dsmaXSDK提供的二次開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體模型生成的核心模塊，以插件的形式無縫集成到具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的三維建模工具3dsmaX的集成開發(fā)環(huán)境中，使實(shí)體模型生成器具備了強(qiáng)大的三維模型的編輯功能，支持從各種標(biāo)準(zhǔn)格式的三維數(shù)據(jù)文件中導(dǎo)入電氣三維模型源數(shù)據(jù)；實(shí)體模型生成器實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大的模型重組功能，可將三維建模人員創(chuàng)建的電力三維模型根據(jù)電力系統(tǒng)三維數(shù)字化的需要分解為若干個標(biāo)準(zhǔn)的電氣部件，所述電氣部件通過實(shí)體模型生成器實(shí)現(xiàn)的設(shè)備部件庫進(jìn)行組織管理，可組建各種電力三維設(shè)備模型。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述組件裝配器能夠?qū)崿F(xiàn)變電站一次設(shè)備、 二次設(shè)備和設(shè)備單元組裝，一次設(shè)備裝配功能包括將一次設(shè)備模型裝配成設(shè)備組件、設(shè)備運(yùn)動行為模式的設(shè)置和設(shè)備異常現(xiàn)象模式的設(shè)置；二次設(shè)備裝配實(shí)現(xiàn)屏盤元件與控件元件組合的功能，構(gòu)建變電站中各種屏盤和裝置，包括保護(hù)裝置、保護(hù)屏盤、控制屏盤、測控裝置、交直流屏；設(shè)備單元裝配實(shí)現(xiàn)將各種一次設(shè)備組件、二次屏盤組件裝配成各種典型變電站設(shè)備單元的功能，包括各類出線單元、主變單元和母線單元。
6.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述即插即用的容器式組件運(yùn)行模塊實(shí)現(xiàn)了動態(tài)加入組裝好的三維虛擬場景，并提供修改場景中設(shè)備組件參數(shù)的交互式界面和接口， 開發(fā)各種電力系統(tǒng)的具體應(yīng)用只需要通過交互界面和接口修改三維虛擬場景的具體一二次設(shè)備的參數(shù)，從而完成系統(tǒng)的配置，系統(tǒng)會自動根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的狀態(tài)輸入來驅(qū)動場景中的一二次設(shè)備并作出正確的反應(yīng)；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完全的用戶級組態(tài)，如果運(yùn)行系統(tǒng)中增加或刪除間隔、改變設(shè)備、增加或減少線路等一次系統(tǒng)，或者改變保護(hù)和其它二次設(shè)備配置， 實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場同步更新，運(yùn)行系統(tǒng)無須重啟，配置和修改會即時生效。
7.如權(quán)利要求1、2、3或6任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的三維圖形引擎模塊、三維一二次設(shè)備虛擬組裝模塊、即插即用的容器式組件運(yùn)行模塊運(yùn)行于同一臺虛擬現(xiàn)實(shí)工作站上。
8.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的動態(tài)展示系統(tǒng)應(yīng)用于電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，為調(diào)度人員提供更加直觀高效的監(jiān)控手段。
全文摘要
本發(fā)明屬于電網(wǎng)調(diào)度自動化領(lǐng)域，提供一種用于電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視的虛擬現(xiàn)實(shí)展示系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用基于企業(yè)服務(wù)總線(ESB)的中間件技術(shù)和分布式網(wǎng)絡(luò)的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示有機(jī)結(jié)合在一起，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在畫面中再現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的虛擬場景。本發(fā)明采用自下而上的分層設(shè)計，將服務(wù)層模塊、中間層模塊、展示層模塊有機(jī)結(jié)合構(gòu)成一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)全景動態(tài)展示系統(tǒng)，其中展示層的虛擬現(xiàn)實(shí)模塊包括三維圖形引擎模塊、三維一二次設(shè)備虛擬組裝模塊、即插即用的容器式組件運(yùn)行模塊。本發(fā)明具有三維顯示，實(shí)時交互，動態(tài)仿真的特點(diǎn)，便于調(diào)度人員更直觀的了解系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，以便其采取的運(yùn)行控制措施更有效，更有針對性。
文檔編號G06F19/00GK102508989SQ20111028940
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者劉艷, 孫麗卿, 孫湃, 張亮, 林靜懷, 王麗麗, 王國平, 程大闖, 謝巧云, 趙林, 陳 光, 黃文英 申請人:北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司, 福建省電力有限公司