水电站三维虚拟仿真监控方法及系统与流程

本发明涉及电网监控领域，特别是涉及一种水电站三维虚拟仿真监控方法以及一种水电站三维虚拟仿真监控系统。

背景技术：

水电站是将水能转换为电能的综合工程设施，又称水电厂，它包括为利用水能生产电能而兴建的一系列水电站建筑物及装设的各种水电站设备。水电站将高水位水经引水系统流入厂房推动水轮发电机组发出电能，再经升压变压器、开关站和输电线路等将电能输入电网。水电站运行时，会受到不同河流之间补偿调节的影响，因此，除了需要注意电站的检修，对水电站进行监控也是确保水电站正常运行的一项重要手段。

目前对水电站进行监控的方式，多为二维组态监控，且展示的内容多为单一场景下部分设备的运行状态，无法直观了解设备之间的联系以及运行流程。

技术实现要素：

基于此，本发明实施例的目的在于提供一种水电站三维虚拟仿真监控方法以及一种水电站三维虚拟仿真监控系统，其可以直观地对水电站设备之间的联系以及运行流程进行有效监控，提高水电站运行的安全性。

为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种水电站三维虚拟仿真监控方法，包括步骤：

获取对水电站的各一次设备进行监控所采集的监控数据，并将采集的各监控数据分别在水电站三维仿真模拟监控系统中对应的一次设备上进行显示，所述水电站三维仿真模拟监控系统根据水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片建立；

向一次设备下发控制指令，采集对应的一次设备执行该控制指令之后的运行数据，并根据采集的运行数据在所述水电站三维仿真模拟监控系统中生成对应的一次设备的机械动画，并生成对应的一次设备的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示。

一种水电站三维虚拟仿真监控系统，包括：

数据监控单元，用于获取对水电站的各一次设备进行监控所采集的监控数据，并将采集的各监控数据分别在水电站三维仿真模拟监控系统中对应的一次设备上进行显示，所述水电站三维仿真模拟监控系统根据水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片建立；

控制单元，用于向一次设备下发控制指令；

运行同步单元，用于采集与所述控制指令对应的一次设备执行所述控制指令之后的运行数据，并根据采集的运行数据在所述水电站三维仿真模拟监控系统中生成对应的一次设备的机械动画，并生成对应的一次设备的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示。

根据如上所述的本发明实施例的方案，是通过根据水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片建立的水电站三维仿真模拟监控系统，将采集的各一次设备的监控数据在该水电站三维仿真模拟监控系统中进行显示，且在向一次设备下发控制指令之后，采集与该控制指令对应的一次设备执行该控制指令之后的运行数据，并根据采集的运行数据在水电站三维仿真模拟监控系统中生成该对应的一次设备的机械动画，且生成对应的一次设备的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示，可以跳出了只能对特定设备和二维组态进行监控的束缚，可以直观地对水电站设备之间的联系以及运行流程进行有效监控，提高水电站运行的安全性。

附图说明

图1为一个实施例中的水电站三维虚拟仿真监控方法的流程示意图；

图2是一个具体示例中的建立水电站三维仿真模拟监控系统的流程示意图；

图3为一个具体应用示例中的水电站三维虚拟仿真监控方法的流程原理示意图；

图4是一个具体示例中的获取监控数据并显示的流程示意图；

图5是一个具体示例中对水轮机进行控制的过程进行仿真的流程示意图；

图6是一个实施例中的水电站三维虚拟仿真监控系统的结构示意图；

图7是一个具体应用示例中的三维模拟监控系统建立单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1中示出了一个实施例中的水电站三维虚拟仿真监控方法的流程示意图。如图1所示，该实施例中的水电站三维虚拟仿真监控方法包括：

步骤S101：获取对水电站的各一次设备进行监控所采集的监控数据，并将采集的各监控数据分别在水电站三维仿真模拟监控系统中对应的一次设备上进行显示，所述水电站三维仿真模拟监控系统根据水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片建立；

步骤S102：向一次设备下发控制指令，采集对应的一次设备执行该控制指令之后的运行数据，并根据采集的运行数据在所述水电站三维仿真模拟监控系统中生成对应的一次设备的机械动画，并生成对应的一次设备的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示。

根据如上所述的本发明实施例的方案，是通过根据水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片建立的水电站三维仿真模拟监控系统，将采集的各一次设备的监控数据在该水电站三维仿真模拟监控系统中进行显示，且在向一次设备下发控制指令之后，采集与该控制指令对应的一次设备执行该控制指令之后的运行数据，并根据采集的运行数据在水电站三维仿真模拟监控系统中生成该对应的一次设备的机械动画，且生成对应的一次设备的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示，可以跳出了只能对特定设备和二维组态进行监控的束缚，可以直观地对水电站设备之间的联系以及运行流程进行有效监控，提高水电站运行的安全性。

其中，上述水电站三维仿真模拟监控系统可以预先根据水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片建立。图2中示出了一个具体应用示例中的建立水电站三维仿真模拟监控系统的流程示意图。如图2所示，在该应用示例中，建立水电站三维仿真模拟监控系统的方式包括：

步骤S201：获取水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片；

步骤S202：根据所述周边地形地理信息数据、所述水电站土建结构信息，采用预设三维建模方式，搭建水电站内部结构、一次设备三维模型，获得水电站标准三维模型；

步骤S203：根据所述一次设备现场图片、所述水电站土建结构信息，设置所述水电站标准三维模型中的各一次设备的模拟贴图、制作材质以及烘焙阴影；

步骤S204：根据所述一次设备运行规程，设置所述水电站标准三维模型中的各一次设备的运行原理动画；

步骤S205：加载所述水电站标准三维模型、所述模拟贴图、制作材质、烘焙阴影以及各一次设备的所述运行原理动画，根据加载的所述水电站标准三维模型、所述模拟贴图、制作材质、烘焙阴影以及各一次设备的所述运行原理动画，配置对水电站进行监控的三维仿真模拟监控系统；

步骤S206：将配置的三维仿真模拟监控系统进行发布，获得所述水电站三维仿真模拟监控系统。

其中，在上述步骤S202中搭建水电站内部结构、一次设备三维模型时，对水电站内部结构和一次设备三维模型的遮挡位置，可以进行删面处理，以提高后期运行时的运行速度。

此外，在上述步骤S203中设置所述水电站标准三维模型中的各一次设备的模拟贴图、制作材质以及烘焙阴影时，对三维模型中的一次设备的模型阴影，可以烘焙成贴图，以提高后期系统运行时的运行速度。

基于此，图3中示出了一个具体应用示例中的水电站三维虚拟仿真监控方法的流程原理示意图。在图3所示的具体应用示例中，是结合建立水电站三维仿真模拟监控系统以及进行水电站三维虚拟仿真监控的整体过程进行举例说明。

如图3所示，首先需要采集水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片。其中，水电站的周边地形地理信息数据，可以从GIS(Geographic Information System，地理信息系统)系统获得。上述水电站土建结构信息，可以基于水电站土建结构图纸获得，该水电站土建结构图纸，可以是直接扫描已有的纸件的水电站结构图纸获得，也可以是直接导入相关软件中涉及的水电站土建结构图纸信息获得。上述一次设备运行规程，可以直接导入相关的一次设备运行规程的电子文件获得，上述一次设备现场照片，可以是对水电站的一次设备拍照获得对应的一次设备的现场照片后，将这些一次设备的现场照片导入后获得。

然后，通过相关的三维建模软件，根据上述周边地形地理信息数据、所述水电站土建结构信息，采用预设三维建模方式，搭建水电站内部结构、一次设备三维模型，获得水电站标准三维模型，并根据所述一次设备现场图片、所述水电站土建结构信息，设置所述水电站标准三维模型中的各一次设备的模拟贴图、制作材质以及烘焙阴影，根据所述一次设备运行规程，设置所述水电站标准三维模型中的各一次设备的运行原理动画。然后加载所述水电站标准三维模型、所述模拟贴图、制作材质、烘焙阴影以及各一次设备的所述运行原理动画，根据加载的所述水电站标准三维模型、所述模拟贴图、制作材质、烘焙阴影以及各一次设备的所述运行原理动画，配置对水电站进行监控的三维仿真模拟监控系统；并将配置的三维仿真模拟监控系统进行发布，获得所述水电站三维仿真模拟监控系统。本领域技术人员可以理解的是，此处发布的三维仿真模拟监控系统，实际上是一个可交互的包含了智能水电站的外部地形、内部结构和一次设备的整体三维仿真监控系统。

可以理解的是，为了能够进行三维建模，上述水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片可以是导入到具体的三维建模软件中，也可以是进行三维建模的工作人员结合实际的建模的需要再行使用。三维建模软件可以采用任何可以进行三维建模的软件，本发明实施例不对三维建模软件的形式做具体限定。相应地，本领域技术人员可以理解，基于已经获得的相关信息进行三维建模的过程可以采用任何可能的方式信息，在此不做具体限定。

在一个具体应用示例中，可以采用任何可能的三维图形渲染引擎实现上述三维仿真模拟监控系统，本发明实施例不对三维图形渲染引擎的形式做具体限定。

在结合三维图形渲染引擎实现上述三维仿真模拟监控系统时，在上述方法的实际运行过程中，可以通过三维图形渲染引擎加载所述水电站标准三维模型、所述模拟贴图、制作材质、烘焙阴影以及各一次设备的所述运行原理动画；以及可以通过所述三维图形渲染引擎将采集的各监控数据分别在水电站三维仿真模拟监控系统中对应的一次设备上进行显示；还可以通过所述三维图形渲染引擎根据采集的运行数据在所述水电站三维仿真模拟监控系统中生成对应的一次设备的机械动画，并生成对应的一次设备的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示。

在上述过程中，可以以水电站的真实场景设备的材质为参考，设置所述水电站标准三维模型中的各一次设备的模拟贴图、制作材质以及烘焙阴影，这里的水电站的真实场景设备的材质，可以是对水电站进行实际考察后进行记录后获得，也可以基于上述一次设备现场照片确定，也可以是结合水电站土建结构信息确定。

在上述设置各一次设备的运行原理动画时，除了依据一次设备运行规程，同时也可以结合各一次设备的工作原理来进行设置。

在加载制作好的水电站标准三维模型、所述模拟贴图、制作材质、烘焙阴影以及各一次设备的所述运行原理动画之后，根据加载的所述水电站标准三维模型、所述模拟贴图、制作材质、烘焙阴影以及各一次设备的所述运行原理动画，配置对水电站进行监控的三维仿真模拟监控系统时，可以同时结合水电站应用流程的需要，在配置的三维仿真模拟监控系统中添加相关的监控模块以及相关的控制模块，以实现对整个水电站发电流程的仿真模拟。

在一个具体示例中，以结合三维图形渲染引擎实现上述三维仿真模拟监控系统为例，上述三维图形渲染引擎可以包括监视模块和控制模块。

在将配置的三维仿真模拟监控系统进行发布，获得所述水电站三维仿真模拟监控系统之后，可以由可编程逻辑控制器在一次设备上采集数据，获得上述监控数据，然后通过三维图形渲染引擎的监视模块显示在三维仿真模拟监控系统中的对应的一次设备上。

此外，还可以通过三维图形渲染引擎的控制模块向各一次设备下发控制指令，实时控制相对应的一次设备运行，然后由可编程逻辑控制器在一次设备上采集一次设备执行该控制指令后的数据，获得上述运行数据，然后通过三维图形渲染引擎的监视模块显示在三维仿真模拟监控系统中的对应的一次设备上，并且在三维仿真模拟监控系统中生成对应的一次设备的机械动画，并生成对应的一次设备的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示，实现三维虚拟场景与现实场景的同时动作。

上述提及的监控数据和运行数据，可以包括电度计量数据和发电机单机组数据，当然结合实际需要，还可以包括其他类型的数据。这里的发电机单机组数据，具体可以指每个发电机壳上的数据，电度计量数据可以为各单个单发电机组数据之和。

据此，图4示出了一个具体示例中的获取监控数据并显示的流程示意图。在该具体示例中，是以结合三维图形渲染引擎实现上述三维仿真模拟监控系统为例进行说明。

如图4所示，在上述三维仿真模拟监控系统发布、运行之后，可编程逻辑控制器可以通过串口或者以太网在一次设备上采集数据，这里的数据可以是用来监控、统计单机组以及所有机组总发电量，具体可以由设置在一次设备(发电机组)的传感器来采集。在该具体示例中，所采集的数据可以包括电度计量数据、发电机单机组数据等。

可编程逻辑控制器采集到的数据可以存储在实时数据服务器中，以供后续过程中进行应用。

然后，三维图形渲染引擎读取实时数据服务器存储的数据，并将采集的数据生成贴图后显示在对应的一次设备的相关位置进行显示。

图5中以对水轮机进行控制为例，示出了三维虚拟场景与现实场景同时动作的仿真过程的流程示意图。在该具体示例中，是以结合三维图形渲染引擎实现上述三维仿真模拟监控系统为例进行说明。

如图5所示，在上述三维仿真模拟监控系统发布、运行之后，该三维仿真模拟监控系统通过所在的计算机设备的人机交互界面接收到水轮机的开机指令后，该开机指令会转发到对应的可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器会根据该指令向水轮机发送开机指令，水轮机会基于可编程逻辑控制器发送的开机指令开机运转。

在水轮机开机运转的过程中，可编程逻辑控制器采集水轮机开机运转过程中的相关运行数据，例如水轮机转速，所采集的相关运行数据会存储到实时数据服务器中。

三维图形渲染引擎读取实时数据服务器存储的数据，根据采集的运行数据在所述水电站三维仿真模拟监控系统中生成水轮机的机械动画，使水电站三维仿真模拟监控系统中的水轮机产生叶轮旋转的动画效果，模拟水轮机旋转，并生成水轮机的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示。

基于与上述方法相同的思想，本发明实施例还提供一种水电站三维虚拟仿真监控系统。图6中示出了一个实施例中的水电站三维虚拟仿真监控系统的结构示意图。

如图6所示，该实施例中的水电站三维虚拟仿真监控系统包括：

数据监控单元601，用于获取对水电站的各一次设备进行监控所采集的监控数据，并将采集的各监控数据分别在水电站三维仿真模拟监控系统中对应的一次设备上进行显示，所述水电站三维仿真模拟监控系统根据水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片建立；

控制单元602，用于向一次设备下发控制指令；

运行同步单元603，用于采集与所述控制指令对应的一次设备执行所述控制指令之后的运行数据，并根据采集的运行数据在所述水电站三维仿真模拟监控系统中生成对应的一次设备的机械动画，并生成对应的一次设备的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示。

根据如上所述的本发明实施例的方案，是通过根据水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片建立的水电站三维仿真模拟监控系统，将采集的各一次设备的监控数据在该水电站三维仿真模拟监控系统中进行显示，且在向一次设备下发控制指令之后，采集与该控制指令对应的一次设备执行该控制指令之后的运行数据，并根据采集的运行数据在水电站三维仿真模拟监控系统中生成该对应的一次设备的机械动画，且生成对应的一次设备的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示，可以跳出了只能对特定设备和二维组态进行监控的束缚，可以直观地对水电站设备之间的联系以及运行流程进行有效监控，提高水电站运行的安全性。

在一个具体示例中，如图6所示，该实施例中的水电站三维虚拟仿真监控系统还可以包括：

三维模拟监控系统建立单元600，用于建立所述水电站三维仿真模拟监控系统。

图7中示出了一个具体应用示例中的三维模拟监控系统建立单元的结构示意图。如图7所示，该具体应用示例中的三维模拟监控系统建立单元600包括：

数据获取模块6001，用于获取水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片；

三维建模模块6002，用于根据所述周边地形地理信息数据、所述水电站土建结构信息，采用预设三维建模方式，搭建水电站内部结构、一次设备三维模型，获得水电站标准三维模型，并根据所述一次设备现场图片、所述水电站土建结构信息，设置所述水电站标准三维模型中的各一次设备的模拟贴图、制作材质以及烘焙阴影；

动画设置模块6003，用于根据所述一次设备运行规程，设置所述水电站标准三维模型中的各一次设备的运行原理动画；

加载模块6004，用于加载所述水电站标准三维模型、所述模拟贴图、制作材质、烘焙阴影以及各一次设备的所述运行原理动画，根据加载的所述水电站标准三维模型、所述模拟贴图、制作材质、烘焙阴影以及各一次设备的所述运行原理动画，配置对水电站进行监控的三维仿真模拟监控系统；

发布模块6005，用于将所述加载模块配置的三维仿真模拟监控系统进行发布，获得所述水电站三维仿真模拟监控系统。

其中，三维建模模块6002在搭建水电站内部结构、一次设备三维模型时，对水电站内部结构和一次设备三维模型的遮挡位置，可以进行删面处理，以提高后期运行时的运行速度。

此外，三维建模模块6002在设置所述水电站标准三维模型中的各一次设备的模拟贴图、制作材质以及烘焙阴影时，对三维模型中的一次设备的模型阴影，可以烘焙成贴图，以提高后期系统运行时的运行速度。

可以理解的是，为了能够进行三维建模，上述水电站的周边地形地理信息数据、水电站土建结构信息、一次设备运行规程以及一次设备现场照片可以是导入到具体的三维建模软件中，也可以是进行三维建模的工作人员结合实际的建模的需要再行使用。三维建模软件可以采用任何可以进行三维建模的软件，本发明实施例不对三维建模软件的形式做具体限定。相应地，本领域技术人员可以理解，基于已经获得的相关信息进行三维建模的过程可以采用任何可能的方式信息，在此不做具体限定。

在一个具体应用示例中，可以采用任何可能的三维图形渲染引擎实现上述三维仿真模拟监控系统，本发明实施例不对三维图形渲染引擎的形式做具体限定。

在结合三维图形渲染引擎实现上述三维仿真模拟监控系统时，加载模块600可以通过所述三维图形渲染引擎加载所述水电站标准三维模型、所述模拟贴图、制作材质、烘焙阴影以及各一次设备的所述运行原理动画，数据监控单元601可以通过所述三维图形渲染引擎将采集的各监控数据分别在水电站三维仿真模拟监控系统中对应的一次设备上进行显示，运行同步单元602可以通过所述三维图形渲染引擎根据采集的运行数据在所述水电站三维仿真模拟监控系统中生成对应的一次设备的机械动画，并生成对应的一次设备的模拟贴图，将采集的运行数据在对应的模拟贴图上显示。

上述提及的监控数据和运行数据，可以包括电度计量数据和发电机单机组数据，当然结合实际需要，还可以包括其他类型的数据。这里的发电机单机组数据，具体可以指每个发电机壳上的数据，电度计量数据可以为各单个单发电机组数据之和。

本实施例的水电站三维虚拟仿真监控系统中未列出的其他技术特征，可以与上述水电站三维虚拟仿真监控方法中的相同，在此不再详加赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。