專利名稱：用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維人機交互系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，尤其涉及一種用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，屬于電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當前，我國電網(wǎng)已進入大電網(wǎng)、特高壓、遠距離、交直流并聯(lián)輸電的發(fā)展階段，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上的復雜性和運行控制技術(shù)的難度是世界罕見的。電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)是電網(wǎng)運行的中樞，在電網(wǎng)運行監(jiān)控中發(fā)揮著重要的作用。電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)直接為電網(wǎng)調(diào)度運行提供數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，可以在線為各級電力調(diào)度機構(gòu)中的生產(chǎn)運行人員提供電力運行信息、電力分析決策工具和必要的控制手段。國內(nèi)外現(xiàn)有的電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)，主要通過傳統(tǒng)的二維手段展示電網(wǎng)數(shù)據(jù)，例如通過表格、曲線、棒圖等方式在二維畫面上展示數(shù)據(jù)。用戶對電網(wǎng)的調(diào)度和交互操作也是在傳統(tǒng)的二維畫面上實現(xiàn)。在目前電網(wǎng)規(guī)模日益龐大的背景下，現(xiàn)有的電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)普遍缺少直觀有效的顯示方式來表現(xiàn)復雜、大量的信息，也缺少有效的可視化手段對各種應用的計算結(jié)果、分析結(jié)果進行高效的展示。尤其是，現(xiàn)有電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)不能將二維畫面轉(zhuǎn)換成三維畫面，缺少可視化手段進行信息挖掘與智能告警，對電網(wǎng)的調(diào)度和交互操作也不能實時在三維畫面中實現(xiàn)。申請?zhí)枮?01110027057. 7的中國發(fā)明專利申請公開了一種電力系統(tǒng)的交互控制方法、裝置及系統(tǒng)。該控制方法包括采集所述電力系統(tǒng)的多個子系統(tǒng)的實時信息；根據(jù)所述實時信息判斷所述多個子系統(tǒng)中是否存在異常，并在所述多個子系統(tǒng)中存在異常時，將所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)切換到發(fā)生異常的子系統(tǒng)處；以及根據(jù)所述視頻信息對所述異常的子系統(tǒng)進行控制。該控制裝置包括采集模塊；判斷模塊；以及控制模塊。該控制系統(tǒng)包括采集器；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；傳輸器；以及服務器，用于對異常的子系統(tǒng)進行控制。但是，該技術(shù)方案并不能實現(xiàn)基于三維畫面的人機交互操作。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一方面，本發(fā)明提供一種用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)，其特征在于包括月艮務器、交換機、人機交互設備；所述服務器、所述人機交換設備均通過所述交換機與電力調(diào)度局域網(wǎng)連接；電力調(diào)度局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)通過所述交換機傳輸至所述服務器，所述人機交互設備獲取和展示所述服務器中電力調(diào)度局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)，所述人機交互設備接收用戶的交互信息并傳輸至所述服務器中保存。其中較優(yōu)地，所述服務器包括主用服務器和備用服務器，所述主用服務器和所述備用服務器采用主備熱備份方式備份數(shù)據(jù)。其中較優(yōu)地，所述人機交互設備包括調(diào)度員工作站和觸摸顯示屏，所述觸摸顯示屏和所述調(diào)度員工作站連接。另一方面，本發(fā)明還提供一種應用上述三維人機交互系統(tǒng)的人機交互實現(xiàn)方法，其特征在于包括如下步驟；實時讀取服務器中的數(shù)據(jù)，繪制初始圖像；創(chuàng)建臨時文件；根據(jù)所述初始圖像在所述臨時文件中繪制二維畫面；讀取臨時文件中的二維畫面信息；更新畫面材質(zhì)顯示三維畫面；用戶在三維畫面中進行交互操作；收集交互操作信息，優(yōu)化內(nèi)存負載并更新畫面。其中較優(yōu)地，所述二維畫面是EMS平面圖形、虛擬現(xiàn)實畫面或GIS畫面中的一種或多種。其中較優(yōu)地，在收集交互操作信息，優(yōu)化內(nèi)存負載并更新畫面的步驟中，首先檢測用戶在所述三維畫面中是否有交互操作，如果存在交互操作，則修改所述三維畫面的畫面刷新時間。其中較優(yōu)地，如果存在交互操作，則畫面刷新時間變更為毫秒級；如果不存在交互操作，則畫面刷新時間維持為秒級。本發(fā)明在三維空間中利用多個平面顯示電網(wǎng)運行監(jiān)控信息。各平面之間的數(shù)據(jù)可以進行聯(lián)動，便于比較分析，具有實時交互，方便快捷的特點，能更加有效地分析和處理越來越多的電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)。本發(fā)明在實現(xiàn)過程中還采用了內(nèi)存負載優(yōu)化的技術(shù)手段，進一步提高了三維人機交互系統(tǒng)的運行性能。


圖1是本發(fā)明所提供的用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示的三維人機交互系統(tǒng)硬件部署示意圖；圖3是三維人機交互系統(tǒng)對EMS畫面顯示和交互操作流程示意圖；圖4是三維人機交互系統(tǒng)對虛擬現(xiàn)實畫面顯示和交互操作流程示意圖；圖5是三維人機交互系統(tǒng)對GIS畫面顯示和交互操作流程示意圖；圖6是三維人機交互系統(tǒng)對內(nèi)存負載優(yōu)化流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容做進一步的詳細說明。隨著三維技術(shù)的發(fā)展，三維展示手段也開始應用于電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)中，但是展示方式相對單一，缺乏與原有二維系統(tǒng)的良好兼容。本發(fā)明將電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)中目前擁有的展示畫面類型引入到三維空間中；并根據(jù)需要進行顯示方案的定制。通過三維人機交互系統(tǒng)，實現(xiàn)展示手段多樣化、數(shù)據(jù)抽象精細化、數(shù)據(jù)挖掘?qū)嵱没?；并實現(xiàn)電網(wǎng)運行信息從靜態(tài)、二維平面、孤立數(shù)據(jù)的展示方式到動態(tài)、三維立體、連續(xù)圖形的展示方式的轉(zhuǎn)變。
本發(fā)明提供了一種用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)。如圖1所示，該三維人機交互系統(tǒng)包括服務器1、人機交互設備2和交換機3。服務器1、人機交換設備2均通過交換機3與電力調(diào)度局域網(wǎng)(圖中未示出)連接。分散在各個發(fā)電廠和變電站的數(shù)據(jù)(例如電參量、開關(guān)量狀態(tài)等)均通過電力調(diào)度局域網(wǎng)實時傳輸，服務器I通過交換機3接收這些實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并儲存在服務器I的數(shù)據(jù)庫中。人機交互設備2獲取和展示服務器I中的實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，人機交互設備接收用戶的交互操作信息并傳輸至服務器I中保存。在本發(fā)明中，服務器I還包括SCADA (數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng))軟件。SCADA軟件主要用于收集和處理電力調(diào)度局域網(wǎng)中實時采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫中。如圖1所示，服務器I優(yōu)選采用主備熱備份方式，由主用服務器和備用服務器構(gòu)成。正常情況下，主用服務器負責收集數(shù)據(jù)和儲存數(shù)據(jù)，備機處于熱備狀態(tài)，當主用異常情況下實現(xiàn)主用服務器和備用服務器自動切換，保證了三維人機交互系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。如圖1和圖2所示，在本發(fā)明提供的用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)中，人機交互設備2優(yōu)選采用調(diào)度員工作站22和觸摸顯示屏23。當然人機交互設備不僅限于此，觸摸一體機或者調(diào)度員工作站22、其他具有同等功能的顯示裝置(例如普通顯示屏、投影、大屏幕等)和輸入裝置(例如鼠標、鍵盤、控制手柄等)組成的人機交互設備2也可以實現(xiàn)本發(fā)明中用戶和電網(wǎng)數(shù)據(jù)的控制交互。本發(fā)明中，人機交互設備2優(yōu)選用一個調(diào)度員工作站22配兩臺觸摸顯示屏23模式，便于同時監(jiān)視更多的畫面，在觸摸顯示屏23上用戶進行畫面的監(jiān)視和操作。調(diào)度員工作站22用于實現(xiàn)三維人機交互系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)展示。人機交互設備2實時向服務器I發(fā)送數(shù)據(jù)讀取命令，服務器I接收到數(shù)據(jù)讀取命令后通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送給調(diào)度員工作站22，調(diào)度員工作站22處理數(shù)據(jù)后在觸摸顯示屏23顯示。觸摸顯示屏23用于三維人機交互系統(tǒng)中畫面的展示和交互操作，用戶可以實時讀取本三維人機交互系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并以多種多樣的效果展示數(shù)據(jù)。觸摸顯示屏23可以接收當前用戶對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的各種操作交互，將這些操作交互記錄并傳輸給調(diào)度員工作站22，調(diào)度員工作站22根據(jù)交互操作信息處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并更新相應觸摸顯示屏23的顯示畫面。當多個觸摸顯示屏23同時訪問同一個畫面時或相同的數(shù)據(jù)時，各畫面都是通過調(diào)度員工作站22實時讀取服務器的數(shù)據(jù)，在各自觸摸顯示屏實時顯示，保證了不同觸摸顯示屏數(shù)據(jù)顯示的一致性。本發(fā)明提供的用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)具有較強的兼容性和豐富的表現(xiàn)力，具有豐富的用戶定制手段；支持各種三維展示效果的定制和擴充，系統(tǒng)自由度比較高；支持對各種定制的三維效果的顯示，也可以自由的進行擴充。本三維人機交互系統(tǒng)展示效果包括平面效果、弧形平面效果、三維空間展示效果等。三維空間展示效果包括平面排列樣式、立方體樣式、屏風樣式、多米諾骨牌樣式。后文將有進一步的說明。在本三維人機交互系統(tǒng)中，用戶還可以根據(jù)自己的實際需求訂制各種不同顯示效果的二維畫面，訂制的二維畫面以上述各種展示效果在人機交互設備的顯示裝置中顯示，主要有EMS (能量管理系統(tǒng))平面圖形，例如廠站圖、地理接線圖、目錄圖等；標準⑶I圖形組件，例如表格、按鈕、文本框等；圖元，例如曲線、棒圖、餅圖、表計、氣泡圖、雷達圖等；虛擬現(xiàn)實畫面，例如變電站場景等；GIS (地理信息系統(tǒng))畫面，例如二維GIS、三維GIS等。定制的畫面隨著系統(tǒng)的啟動加載到系統(tǒng)中。啟動定制畫面顯示，并實時更新顯示畫面，更新的畫面信息傳送回顯示裝置進行顯示。本三維人機交互系統(tǒng)可以根據(jù)需要進行方案定制展示相關(guān)的二維、三維畫面，更能全方位、立體化、多角度、多層次的展示電網(wǎng)實時運行狀態(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、展示細節(jié)、直觀表現(xiàn)相關(guān)場景，實現(xiàn)宏觀和微觀聯(lián)動。本發(fā)明還提供一種應用上述用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)進行三維空間人機交互的實現(xiàn)方法。該三維人機交互系統(tǒng)啟動完畢后，人機交互設備實時讀取服務器中的數(shù)據(jù)。人機交互設備根據(jù)服務器中數(shù)據(jù)庫中的實時數(shù)據(jù)繪制初始圖像，然后根據(jù)初始圖像創(chuàng)建臨時文件(Buffer Image),并根據(jù)該初始圖像信息在該臨時文件中繪制二維畫面。人機交互設備讀取該臨時文件中的二維畫面信息，以更新畫面材質(zhì)形式將該臨時文件中讀取的畫面信息在三維空間進行顯示。此時用戶可以根據(jù)自己的實際需要對人機交互設備顯示的三維畫面進行交互操作，例如在EMS系統(tǒng)平面圖形中的正常選取、框選、圈選等模式；在虛擬現(xiàn)實畫面中的漫游瀏覽、掛牌等；在GIS畫面中放大、縮小定位等，在此不一一贅述。人機交互設備進一步收集用戶的交互操作信息，并根據(jù)當前的交互操作做出相應的操作響應并實時更新畫面。三維人機交互系統(tǒng)在生成畫面和更新畫面時，按照窗口和畫面的大小以更新畫面材質(zhì)形式在平面上展示三維畫面，各種三維畫面主要為用戶提供各種不同的展示效果，每一種展示效果既能以三維畫面展示電網(wǎng)的圖形畫面以及動態(tài)數(shù)據(jù)，同時也能以二維的畫面展示電網(wǎng)的圖形以及動態(tài)數(shù)據(jù)。三維畫面對電網(wǎng)數(shù)據(jù)以三維或者二維的展示效果能讓用戶快速準確的瀏覽電網(wǎng)數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)具體的畫面展示的方案對三維空間平面中畫面選擇，例如主平面畫面顯示原有電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)中的人機系統(tǒng)的主畫面，兩側(cè)平面顯示與主畫面相關(guān)的輔助信息畫面，并對畫面進行關(guān)聯(lián)，各畫面之間可以快速進行切換。下面以人機交互設備2選用觸摸顯示屏23為優(yōu)選例對本三維人機交互系統(tǒng)的交互展示效果做詳細介紹。平面排列樣式中，三維人機交互系統(tǒng)將電網(wǎng)運行中的穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、自動發(fā)電控制、自動電壓控制、動態(tài)監(jiān)測、動態(tài)預警、網(wǎng)絡分析六種畫面分別顯示在六個平面中。在觸摸顯示屏23顯示的三維空間中，當前平面中只顯示一種畫面。當用戶在觸摸顯示屏23的畫面上通過手指向左或向右滑動時，在展示平面上觸發(fā)拖拽動作，由手指拖拽時的終點與起點計算拖拽的距離判斷向左還是向右滑動，從而更換相應展示的畫面，實現(xiàn)對不同畫面的流暢的切換。立方體樣式中，三維人機交互系統(tǒng)在觸摸顯示屏23顯示的立方體的六個面放置六種畫面，分別為穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、自動發(fā)電控制、自動電壓控制、動態(tài)監(jiān)測、動態(tài)預警和網(wǎng)絡分析。該樣式在開始運行時，觸摸顯示屏23顯示一個傾斜的立方體。當手指在立方體其中一個面上滑動時觸發(fā)立方體的旋轉(zhuǎn)，根據(jù)手指拖拽時的終點與起點計算拖拽的距離判斷旋轉(zhuǎn)的方向進行旋轉(zhuǎn)。用戶對觸摸顯示屏23的立方體中的一個畫面在屏幕上通過雙手指分開進行放大操作，通過手指合攏進行縮小操作。手指的分開和合攏操作相當于同時按下CTRL鍵和鼠標的滾輪，根據(jù)滾輪的方向確定放大還是縮小。畫面放大后，會出現(xiàn)與該畫面相對應的輔助信息內(nèi)容，先展開左側(cè)相關(guān)畫面，再展開右側(cè)相關(guān)畫面。此時，通過手指拖拽立方體向不同的方向旋轉(zhuǎn)，立方體兩側(cè)的輔助信息也會發(fā)生相應的變化。屏風樣式中，三維人機交互系統(tǒng)顯示了六組畫面，分別為穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、自動發(fā)電控制、自動電壓控制、動態(tài)監(jiān)測、動態(tài)預警和網(wǎng)絡分析。觸摸顯示屏23顯示的畫面在初始時畫面由遠及近顯示出來，屏風的中間部分顯示主畫面，兩側(cè)的平面為畫面的輔助信息。用戶在觸摸顯示屏23顯示的屏風中間部分的主畫面上進行手指的上下滑動，通過手指滑動的終點和起點的距離判斷是切換到上一頁還是下一頁，從而完成主畫面的切換，同時兩側(cè)的輔助畫面也發(fā)生同樣的變化。主畫面兩側(cè)的輔助信息是有一定角度的，可以通過手指的橫向滑動，通過手指滑動的終點與起點判斷畫面切換到左側(cè)還是右側(cè)，從而實現(xiàn)兩側(cè)的輔助信息也能顯示到用戶的正前方，便于用戶瀏覽。多米諾骨牌樣式中，三維人機交互系統(tǒng)將穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、自動發(fā)電控制、自動電壓控制、動態(tài)監(jiān)測、動態(tài)預警和網(wǎng)絡分析畫面像多米諾骨牌一樣，縱向排列。用戶通過手指在觸摸顯示屏23顯示的畫面上向上和向下的滑動操作，各個平面可以前后依次排列移動。當通過兩個手指分開的動作對最前端的平面進行放大操作的時候，平面飛到前端進行顯示。下面分別以EMS平面圖形、虛擬現(xiàn)實畫面、GIS畫面在三維人機交互系統(tǒng)中三維空間展示和用戶交互操作響應為例展開詳細的說明。實施例1 :EMS平面圖形在三維人機交互系統(tǒng)中的三維空間展示和交互操作三維人機交互系統(tǒng)啟動完畢后，人機交互設備實時讀取服務器中的數(shù)據(jù)，人機交互設備根據(jù)服務器中數(shù)據(jù)庫中的實時數(shù)據(jù)繪制初始圖像，此時繪制的初始圖像不進行顯示。如圖3所示，人機交互設備根據(jù)繪制的初始圖像創(chuàng)建臨時文件；根據(jù)該初始圖像在該臨時文件中繪制二維畫面。人機交互設備讀取該臨時文件中的畫面信息；以更新畫面材質(zhì)形式將該臨時文件中讀取的畫面信息在三維畫面顯示。應當理解，此處人機交互設備顯示三維畫面可以是觸摸顯示屏23，也可以是普通顯示屏、投影、大屏幕等圖像輸出設備替代。此時用戶可以根據(jù)自己的實際需要對人機交互設備顯示的三維畫面交互操作。應當理解，此處的交互操作模式可以由三維人機交互系統(tǒng)的觸摸顯示屏23實現(xiàn)，也可以由鍵盤、鼠標、操作手柄等輸入設備替代。人機交互設備收集用戶的交互操作信息判斷當前的交互操作信息，例如，正常選取、框選、圈選等模式。正常選取模式主要用來處理光敏點交互操作事件；框選模式用來處理矩形框選交互操作事件；圈選模式用來處理多邊形的框選交互操作事件。當有操作事件發(fā)生時，根據(jù)不同的交互操作模式進行不同的處理。人機交互設備收集用戶的交互操作信息并根據(jù)當前的交互操作做出相應的操作響應并以更新材質(zhì)形式實時更新畫面。下面以用戶在觸摸顯示屏23上分別以正常選取、框選、圈選等模式事件在三維畫面中的處理為例做詳細的說明。當用戶通過單擊操作時，首先依次根據(jù)視口變換逆矩陣、投影變換逆矩陣和模型變換逆矩陣將屏幕上的坐標轉(zhuǎn)換為三維空間內(nèi)的坐標，再將三維空間內(nèi)的坐標投影到平面上計算出相對坐標。然后向人機交互軟件發(fā)送光敏點事件，人機交互軟件響應后將相對坐標轉(zhuǎn)換為其二維平面上的坐標點，遍歷平面上的圖形對象查找坐標點處的光敏點，找到后打開光敏點關(guān)聯(lián)的畫面，完成光敏點事件的操作響應。同時三維空間內(nèi)的平面通過刷新線程實時讀取人機交互設備在二維空間內(nèi)繪制的畫面，實現(xiàn)畫面的同步更新。當用戶將手指按下滑動，記錄下手指滑動的起點，將滑動過程中的最后一點作為終點，將起點和終點作為矩形的對角點構(gòu)建矩形。首先依次根據(jù)視口變換逆矩陣、投影變換逆矩陣和模型變換逆矩陣將屏幕上的坐標轉(zhuǎn)換為三維空間內(nèi)的坐標，將起點和終點作為矩形的對角點繪制矩形。再將三維空間內(nèi)的坐標投影到平面上計算出相對坐標。然后向人機交互軟件送矩形框選事件，人機交互軟件響應后根據(jù)面板的高度和寬度將相對坐標轉(zhuǎn)換為其平面上的坐標點，判斷畫面中的圖形對象是否在矩形框內(nèi)，若在矩形框內(nèi)設為選中狀態(tài)，并同時發(fā)送事件觸發(fā)輔助信息畫面發(fā)生相應的變化，完成框選事件的操作響應。同時三維空間內(nèi)的平面通過刷新線程實時讀取人機交互設備在二維空間內(nèi)繪制的畫面，實現(xiàn)畫面的同步更新。當用戶在屏幕上按下手指進行滑動，記錄手指按下的起點，并記錄滑動過程中經(jīng)過的所有點，直到終點，如起點和終點不重合，將起點和終點連接形成一個閉合圖形。首先依次根據(jù)視口變換逆矩陣，投影變換逆矩陣和模型變換逆矩陣將屏幕上的坐標轉(zhuǎn)換為三維空間內(nèi)的坐標，根據(jù)多邊形在三維空間內(nèi)的各個頂點坐標進行多邊形的繪制，再將三維空間內(nèi)的坐標投影到平面上計算出相對坐標。然后向人機交互軟件發(fā)送多邊形圈選事件，人機交互軟件響應事件后將相對坐標根據(jù)面板的高度和寬度轉(zhuǎn)換為其平面上的坐標點，判斷畫面中的圖形對象是否在多邊形矩形框內(nèi)，若在矩形框內(nèi)設為選中狀態(tài)，并同時發(fā)送事件觸發(fā)輔助信息畫面發(fā)生相應的變化，完成圈選事件的操作響應。同時三維空間內(nèi)的平面通過刷新線程實時讀取人機交互設備在二維空間內(nèi)繪制的畫面，實現(xiàn)畫面的同步更新。實施例2 :虛擬現(xiàn)實畫面在三維人機交互系統(tǒng)中的三維空間展示和交互操作如圖4所示，三維人機交互系統(tǒng)啟動完畢后，人機交互設備實時讀取服務器中的數(shù)據(jù)，人機交互設備根據(jù)服務器中數(shù)據(jù)庫中的實時數(shù)據(jù)繪制初始圖像，此時繪制的初始圖像不在屏幕上進行顯示。人機交互設備創(chuàng)建一個用于存儲虛擬現(xiàn)實中生成的畫面信息的畫面緩存文件；將該文件進行共享內(nèi)存映射，通過內(nèi)存映象文件來達到內(nèi)存共享的目的，將虛擬現(xiàn)實中生成的畫面寫入到共享內(nèi)存中。三維人機交互系統(tǒng)以字節(jié)流的方式將畫面緩存文件讀入，并將文件的內(nèi)容直接映射到計算機虛擬內(nèi)存中，然后把虛擬內(nèi)存的內(nèi)容載入物理內(nèi)存。三維人機交互系統(tǒng)根據(jù)繪制的初始圖像創(chuàng)建臨時文件；并將讀入到物理內(nèi)存的緩存文件進行轉(zhuǎn)換并生成在臨時文件中，人機交互設備根據(jù)緩存文件中的初始圖像在該臨時文件中繪制二維畫面；人機交互設備讀取該臨時文件中的畫面信息；最后將臨時文件中的畫面繪制在三維空間中的平面中。人機交互設備以更新畫面材質(zhì)形式將該臨時文件中讀取的畫面信息以三維畫面顯示；此時用戶可以根據(jù)自己的實際需要對人機交互設備顯示的三維畫面交互操作。應當可以理解，此處的顯示和交互操作輸入裝置與實施例2中的三維空間顯示和交互操作基本相同。人機交互設備收集用戶的交互操作信息，并根據(jù)當前的交互操作通過Socket (套接字)以報文的方式傳遞給虛擬現(xiàn)實畫面，完成畫面的操作響應，同時三維空間內(nèi)的平面通過刷新線程實時讀取上述的畫面緩存文件，實現(xiàn)畫面的實時更新。實施例3 =GIS畫面在上述三維人機交互系統(tǒng)中的三維空間展示和交互操作三維人機交互系統(tǒng)啟動完畢后，人機交互設備實時讀取服務器中的數(shù)據(jù)，人機交互設備根據(jù)服務器中數(shù)據(jù)庫中的實時數(shù)據(jù)繪制初始圖像，此時繪制的初始圖像不進行顯示。如圖5所示，人機交互設備根據(jù)三維空間平面的寬度和高度創(chuàng)建臨時文件；人機交互設備根據(jù)該初始圖像通過人機交互軟件實時在該臨時文件中繪制GIS畫面；人機交互設備讀取該臨時文件中的畫面信息；人機交互設備以更新畫面材質(zhì)形式將該臨時文件中讀取的畫面信息以三維畫面顯示；此時用戶可以根據(jù)自己的實際需要對人機交互設備顯示的三維畫面交互操作；應當可以理解，此處的顯示和交互操作輸入裝置與實施例1中的三維空間顯示和交互操作基本相同。人機交互設備收集用戶的交互操作信息并根據(jù)當前的交互操作做出相應的操作響應并實時更新畫面。下面對用戶交互操作做詳細的說明。如圖5所示，當人機交互設備收集用戶的交互操作在GIS畫面操作時，首先依次根據(jù)視口變換逆矩陣、投影變換逆矩陣和模型變換逆矩陣將屏幕上的坐標轉(zhuǎn)換為三維空間內(nèi)的坐標，，再將三維空間內(nèi)的坐標投影到平面上計算出相對坐標。再將相對坐標根據(jù)GIS面板的高度和寬度轉(zhuǎn)換為GIS畫面內(nèi)的坐標，然后調(diào)用GIS畫面操作響應事件接口，觸發(fā)與GIS實例相關(guān)的操作響應事件。同時三維空間內(nèi)的平面通過刷新線程實時讀取GIS生成的圖像，實現(xiàn)畫面的同步更新。本發(fā)明在收集交互操作信息更新三維空間內(nèi)畫面的同時還對內(nèi)存負載做了優(yōu)化。在三維人機交互系統(tǒng)中可以同時顯示多個平面，每一個平面中畫面的刷新由單獨線程進行控制。下面以同時顯示三個平面為例做詳細說明如圖6所示，三維人機交互系統(tǒng)同時顯示A、B、C三個平面，三個平面分別由1、I1、III三個刷新線程進行控制，在正常情況下，1、I1、III三個線程的畫面刷新時間為秒級；當某個平面如A平面中畫面檢測到操作事件時，自動修改畫面刷新的時間，將I線程的畫面刷新時間切換為毫秒級(例如20毫秒)，從而保證畫面瀏覽操作的實時性，此時，I1、III兩個線程的畫面刷新時間仍為秒級(例如3秒)；當對B平面中的畫面進行操作時，將I線程的畫面刷新時間維持為秒級(例如3秒)，將II線程的畫面刷新時間切換為毫秒級(例如20毫秒)，III線程的畫面刷新時間仍維持為秒級(例如3秒)。從而避免了多個平面同時進行毫秒級刷新而帶來的大量內(nèi)存的消耗導致運行速度變慢的問題。本發(fā)明采用內(nèi)存負載優(yōu)化的技術(shù)手段滿足三維空間內(nèi)多個平面中高分辨率調(diào)度自動化系統(tǒng)畫面顯示操作的實時性要求；大大方便用戶電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的日常監(jiān)視，實現(xiàn)了相關(guān)畫面的關(guān)聯(lián)，便于用戶對事故狀態(tài)進行分析，從而快速做出決策。上面對本發(fā)明所提供的用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法進行了詳細的說明。對本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明實質(zhì)精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構(gòu)成對本發(fā)明專利權(quán)的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權(quán)利要求
1.一種用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)，其特征在于包括服務器、交換機和人機交互設備；所述服務器、所述人機交換設備通過所述交換機連接電力調(diào)度局域網(wǎng)；電力調(diào)度局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)通過所述交換機傳輸至所述服務器，所述人機交互設備獲取和展示所述服務器中電力調(diào)度局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)，所述人機交互設備接收用戶的交互信息并傳輸至所述服務器中保存。
2.如權(quán)利要求1所述的三維人機交互系統(tǒng)，其特征在于所述服務器包括主用服務器和備用服務器，所述主用服務器和所述備用服務器采用主備熱備份方式備份數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的三維人機交互系統(tǒng)，其特征在于所述人機交互設備包括調(diào)度員工作站和觸摸顯示屏，所述觸摸顯示屏和所述調(diào)度員工作站連接。
4.一種應用權(quán)利要求1、2或3所述三維人機交互系統(tǒng)的人機交互實現(xiàn)方法，其特征在于包括如下步驟實時讀取服務器中的數(shù)據(jù)，繪制初始圖像；創(chuàng)建臨時文件；根據(jù)所述初始圖像在所述臨時文件中繪制二維畫面；讀取臨時文件中的二維畫面信息；更新畫面材質(zhì)顯示三維畫面；用戶在三維畫面中進行交互操作；收集交互操作信息，優(yōu)化內(nèi)存負載并更新畫面。
5.如權(quán)利要求4所述的人機交互實現(xiàn)方法，其特征在于所述二維畫面是EMS平面圖形、虛擬現(xiàn)實畫面或GIS畫面中的一種或多種。
6.如權(quán)利要求4所述的人機交互實現(xiàn)方法，其特征在于在收集交互操作信息，優(yōu)化內(nèi)存負載并更新畫面的步驟中，首先檢測用戶在所述三維畫面中是否有交互操作，如果存在交互操作，則修改所述三維畫面的畫面刷新時間。
7.如權(quán)利要求6所述的人機交互實現(xiàn)方法，其特征在于如果存在交互操作，則畫面刷新時間變更為毫秒級；如果不存在交互操作，則畫面刷新時間維持為秒級。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電網(wǎng)監(jiān)控的三維人機交互系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，電力調(diào)度局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)通過交換機傳輸至服務器，人機交互設備獲取和展示服務器中電力調(diào)度局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)，人機交互設備接收用戶的交互信息并傳輸至服務器中保存。本發(fā)明還公開一種應用上述三維人機交互系統(tǒng)的人機交互實現(xiàn)方法，包括實時讀取服務器中的數(shù)據(jù)，繪制初始圖像；創(chuàng)建臨時文件；根據(jù)初始圖像在臨時文件中繪制二維畫面；讀取臨時文件中的二維畫面信息；更新畫面材質(zhì)顯示三維畫面；用戶在三維畫面中進行交互操作；收集交互操作信息，優(yōu)化內(nèi)存負載并更新畫面。采用本發(fā)明可以提高電網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)的運行性能。
文檔編號H02J13/00GK103049165SQ20121037629
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月30日
發(fā)明者趙林, 楊立波, 習新魁, 張亮, 孫湃, 張國強, 胡紹鑫, 趙鵬, 孫麗卿, 李一鵬, 王麗麗, 馬斌, 程大闖, 王亞軍, 劉艷 申請人:北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司, 河北省電力公司