一种特高压输电线路电磁干扰三维仿真系统的制作方法

本发明涉及一种风力发电领域的方法，具体讲涉及一种特高压输电线路电磁干扰三维仿真系统。

背景技术：

随着特高压电网建设的发展，特高压电网对重要军事设施、无线电台(站)、城镇规划区及居民区等环境敏感目标的电磁干扰影响成为土地资源日益稀缺条件下特高压输电线路走廊规划和输电线路设计的突出矛盾。研究特高压输电线路对邻近无线电台(站)的电磁干扰机理，确定线路与各类无线电台(站)之间的防护间距及可采取的防护措施显得尤其重要。而对电磁干扰结果进行可视化，以三维形式生动展现电磁干扰结果与特高压输电线路、电磁防护目标、周边地形地貌等地理信息，对实现电网安全可靠、节能环保、优质高效地运行，实现三维数字化输电工程与智能电网建设具有重要的现实意义。

对电力应用方面而言，当前电磁干扰相关研究主要集中在机理、模型和算法、防护等，对计算结果进行的可视化局限于结果本身，并未和输变电工程及周边环境这些地理信息结合起来。

对国内电力GIS而言，起步较晚，现有的和地理信息结合紧密的电力GIS系统主要是利用三维地理场景来辅助勘测设计、工程建设和后续运营维护工作，并未涉及电磁干扰计算与可视化相关的功能。

GIS凭借其强大的信息管理和空间分析能力，已经成为电力信息化建设的重要研究方向，并逐渐发展为电力企业级的空间信息可视化管理平台。但传统的GIS平台不能满足电力的专业应用，迫切需要一种具有电力专业特色的电力GIS系统。

本发明提供一种将电磁干扰应用和GIS技术进行集成实现对特高压输电线路电磁干扰进行三维仿真的系统。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种特高压输电线路电磁干扰三维仿真系统。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种特高压输电线路电磁干扰三维仿真系统，其改进之处在于：所述系统包括数据访问层、业务逻辑层和表现层；

所述数据访问层为数据访问组件，访问的数据包括场景数据库、杆塔符号库、ACCESS数据库、渲染符号库和云图数据；

所述业务逻辑层包括多源空间数据管理模块、线路信息提取模块、杆塔信息提取模块、电磁干扰计算模块、云图生成模块、距离量测模块和场强查询模块，各模块在ArcEngine组件的支持下实现特定的功能；

所述表现层包括用户交互界面，用于接收用户输入的数据和显示处理后数据结果。

进一步的，所述场景数据库保存卫星影像、高程数据、点位信息和杆塔模型；

所述杆塔符号库保存Style符号库和塔形预览图库；

所述ACCESS数据库保存工程概况和线路属性；

所述渲染符号库保存渲染符号；

所述云图数据为电磁干扰三维仿真系统进行电磁干扰计算和三维可视化生成的数据，包括文本文件、Shapefile文件、TIN数据集和GRID数据集文件。

进一步的，所述数据访问组件和所述ArcEngine组件实现所述数据访问层和所述业务逻辑层间数据的调用。

所述ArcEngine组件用于构建定制应用的一个完整的嵌入式的GIS组件库。

进一步的，所述多元空间数据管理模块用于通过所述数据访问组件对所述场景数据库、杆塔符号库、ACCESS数据库、渲染符号库、云图数据进行操作，实现对数据的读取、增加、删除、修改和查询。

进一步的，在电磁干扰计算流程中，所述线路信息提取模块用于通过所述数据访问组件获取ACCESS数据库中的输电线路信息，将用户选择的线路信息提交给杆塔信息提取模块。

进一步的，在电磁干扰计算流程中，所述杆塔信息提取模块用于通过所述数据访问组件读取ACCESS数据库，根据用户选择的线路信息获取该线路的输电杆塔列表，处理需要纳入计算的杆塔的信息，输出电磁干扰计算所需参数的文本文件。

进一步的，所述电磁干扰计算模块实现电磁干扰计算；

所述仿真系统接收电力数据、导线数据和需纳入计算的杆塔编号；通过所述电磁干扰计算模块调用计算输出文本文件格式的计算结果；将所述文本文件的计算结果转换为GIS识别的Shapefile文件。

进一步的，所述云图生成模块根据所述电磁干扰计算模块输出的Shapefile文件得到特定方向电磁干扰场强的栅格数据；通过所述栅格数据的加载和渲染的方式实现云图叠加显示在三维场景里。

进一步的，所述距离量测模块用于读取云图场景中两点间的距离，所述测场强查询模块用于读取测量点的场强值。

与最接近的现有技术相比，本发明具有以下优异效果：

1、本方法提供的系统将电磁专业应用方面对电磁干扰计算结果的可视化和输变电工程及周边环境的地理信息结合起来，实现特高压输电线路电磁干扰的三维仿真。

2、本发明提供的系统通过电力系统和三维GIS的结合，在输电线路场景中实现电磁干扰云图仿真的三维可视化技术，将电网基础设施、电力应用与GIS技术高度集成。

3、本发明提供的系统基于组件GIS开发技术的优势，ArcEngine能够让开发者按需要定制功能，也可将定制的GIS功能灵活地嵌入到其他软件系统中，既能节约开发成本，又能精简冗余功能。

4、由于特高压电网对周围敏感目标的电磁干扰影响成为土地资源日益稀缺条件下线路规划和设计的突出矛盾，在这样的形势下，建立特高压输电工程环境的三维GIS平台，在三维场景中实现电磁干扰云图的可视化，将电磁干扰的空间分布和影响大小生动、直观地展现给用户具有重要的现实意义和应用前景。

5、电磁干扰云图是电力系统的表述方式，本发明将电磁干扰结果文本文件经过Shapefile文件、TIN数据集，最终转换为GRID数据集，以栅格图的形式叠加显示在三维场景中，实现了GIS领域对云图新的诠释和理解。

附图说明

图1为本实施例中特高压输电线路电磁干扰三维仿真系统架构图；

图2为本实施例中电磁干扰计算与云图可视化模块流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明提供一种特高压输电线路电磁干扰仿真的三维仿真系统，该系统利用地理数据搭建输电走廊三维场景，采用组件GIS(地理信息系统)开发技术，通过特定的数据接口进行高压输电线路电磁干扰计算，在输电线路三维场景中实现电磁干扰云图的可视化。

实现特高压输电线路电磁干扰仿真的三维可视化需要以下步骤:

(1)准备必要数据，构建特高压输电走廊三维场景。

特高压交流试验示范工程输电走廊三维场景数据主要包括影像数据、高程数据、点位信息和杆塔模型，具体内容如下：

影像数据：特高压工程输电走廊全长645km的场景影像数据源主要来源于商用卫星影像，对上述卫星影像构建镶嵌数据集，以便在场景中能够按照LODs(细节层次模型)快速加载显示。

高程数据：场景高程数据采用METI和NASA于2009年开始共享全球30m级ASTER GDEM的DEM(数字高层模型)数据。

点位信息：点位信息存储在点Shapefile文件中，包括GPS(全球定位系统)实测的或其他已有资料里的杆塔中心点坐标以及敏感点坐标。

杆塔模型：输电杆塔建模采用Google SketchUp软件，建模数据来源于实测值或者设计图纸。按照设计图纸规格，在保证准确性、完整性和合理性前提下进行三维建模，导入到ArcGIS的符号库(*.style)中即可作为三维符号对场景中的输电杆塔图层进行渲染。

影像数据、高程数据、点位信息的坐标系均为WGS-84地理坐标系，输电线的坐标系为BJ54投影坐标系，将它们依次加载到ArcGlobe中，并将输电杆塔图层的符号修改为符号库中对应的塔型，即可构建后缀名为3dd的输电走廊场景文件。

(2)通过开发构建计算模型和数据接口，实现和电磁干扰计算模型的集成。

电磁干扰计算根据用户需求进行干扰计算所需的参数设置，提供数据接口给电磁干扰模型计算使用，将计算结果文本文件输出，并转换为GIS可识别的点Shapefile文件。

首先提供一个交互界面进行电磁干扰计算参数的选择和设定，根据电磁干扰计算需要设置参数，包括：

用户选择需要纳入计算的杆塔编号、输入计算所必要的电力参数(包括：台站类型、位置、发射源频率、来波方向等)、导线信息(包括：导线组数、分裂数、分裂间距、导线半径、地线根数和地线半径等)。

GIS平台根据上述参数进行初步处理，生成用于电磁干扰计算模型调用文件。

电磁干扰计算模型和算法采用Matlab平台，将计算包含模型和算法的m文件封装到.NET的类中，编译生成动态链接库文件(.dll)提交给GIS平台调用。

在GIS软件中，添加对该动态链接库的引用并调用函数进行计算，计算结果以文本文件(.txt)形式输出，格式为三维坐标和三个方向的场强，即X、Y、Z、Ex、Ey、Ez六列。

完成电磁干扰计算后，需要进行格式转换，将结果文本文件(.txt)转换为GIS能识别的点云Shapefile(*.shp)文件，包括必要的SHAPE和X、Y、Z、Ex、Ey、Ez字段。

(3)将电磁干扰计算的结果以云图仿真形式显示在三维可视化平台中。

电磁干扰云图可以直观反映电磁干扰的空间分布与影响大小，以不同的颜色表示场强的大小，将云图叠加在场景中准确的位置。

云图的计算过程是生成GIS栅格数据。

电磁干扰计算结果数据分别给出了同一位置X、Y、Z三个方向的场强大小Ex、Ey、Ez，因此，一个电磁干扰计算结果可以分别计算出对应X、Y、Z方向的三幅云图。以X方向为例进行说明，其他方向同理：

根据Shapefile(*.shp)文件中X方向的场强值Ex字段创建TIN(不规则三角网)，再将TIN栅格化，输出GRID格式的栅格图。

云图生成完成后自动叠加显示在三维场景里，云图显示的实质就是栅格图层的加载和渲染。渲染方式中所用色带的设置，可以自己创建色带符号进行渲染，也可以利用ArcGIS Desktop系统符号库里已有的色带。ArcGIS拥有丰富的符号库管理机制，符号库之间相互独立，可任意进行符号的添加、删除、新建等工作，且具有可视性能好，简便易用等优点。

基于云图对连续性的要求，云图采用拉伸渲染方式以保证其变化规律。电磁干扰强度在空间并不是线性变化的，有些地区变化缓慢，有些区域变化急剧。为保证渲染色带颜色连续，不产生明显颜色分割边缘；颜色信息丰富，防止变化缓慢地区变化细节丢失，变化剧烈地区颜色信息丢失；变化规律，以免让色带颜色的随机性掩盖了电磁干扰结果固有的属性等条件，本实施例中采用“Temperature”色带进行渲染。

在Serverstyle数据库中，利用ArcGIS Desktop里的样式管理器新建一个“Temperature”色带的符号库(*.style)。由于style文件只供ArcGIS Desktop使用，而serverstyle文件才是ArcEngine开发可用的符号库文件，因而需要运行ArcGIS Desktop自带的MakeServerStyleSet工具进行格式转换。GIS平台下调用该符号对云图进行渲染并加载到场景中。

由于场景中的云图可视化只能直观地反应电磁干扰空间分布，用户并不能直接读出感兴趣的距离和特定位置场强的精确值，因而设计了辅助的距离量测和场强查询功能。操作时在场景里两次拾取起点和终点，系统自动连接成临时测量线，并显示距离。选择云图所在图层，单击拾取点，系统自动绘制临时测量点，显示该点的场强值大小。

基于上述功能，本实施例中提供特高压输电线路电磁干扰三维仿真系统包括数据访问层、业务逻辑层和表现层。如图1所示，图1为本实施例中特高压输电线路电磁干扰三维可视化 仿真系统架构图。

该特高压输电线路电磁干扰三维仿真系统包括数据访问层、业务逻辑层和表现层；

所述数据访问层为数据访问组件，访问的数据包括场景数据库、杆塔符号库、ACCESS数据库、渲染符号库和云图数据；

所述业务逻辑层包括多源空间数据管理模块、线路信息提取模块、杆塔信息提取模块、电磁干扰计算模块、云图生成模块、距离量测模块和场强查询模块，各模块在ArcEngine组件的支持下实现特定的功能；

所述表现层包括用户交互界面，用于接收用户输入的数据和显示处理后数据结果。

所述场景数据库保存卫星影像、高程数据、点位信息和杆塔模型；

所述杆塔符号库保存Style符号库和塔形预览图库；

所述ACCESS数据库保存工程概况和线路属性；

所述渲染符号库保存渲染符号；

所述云图数据为电磁干扰三维仿真系统进行电磁干扰计算和三维可视化生成的数据，包括文本文件、Shapefile文件、TIN数据集和GRID数据集文件。

所述数据访问组件和所述ArcEngine组件实现所述数据访问层和所述业务逻辑层间数据的调用。

所述ArcEngine组件用于构建定制应用的一个完整的嵌入式的GIS组件库。

所述多元空间数据管理模块用于通过所述数据访问组件对所述场景数据库、杆塔符号库、ACCESS数据库、渲染符号库、云图数据进行操作，实现对数据的读取、增加、删除、修改和查询。

在电磁干扰计算流程中，所述线路信息提取模块用于通过所述数据访问组件获取ACCESS数据库中的输电线路信息，用户选择线路名称之后，将用户选择的线路信息提交给杆塔信息提取模块。

在电磁干扰计算流程中，所述杆塔信息提取模块用于通过所述数据访问组件读取ACCESS数据库，根据用户选择的线路信息获取该线路的输电杆塔列表，用户选择需要纳入计算的杆塔之后，对这些杆塔信息进行处理，输出电磁干扰计算所需参数的文本文件。

所述电磁干扰计算模块实现电磁干扰计算；

所述仿真系统接收电力数据、导线数据和需纳入计算的杆塔编号；通过所述电磁干扰计算模块调用计算输出文本文件格式的计算结果；将所述文本文件的计算结果转换为GIS识别的Shapefile文件。

所述云图生成模块根据所述电磁干扰计算模块输出的Shapefile文件得到特定方向(X、Y或Z方向)电磁干扰场强的栅格数据(GRID数据集)；通过所述栅格数据的加载和渲染的方式实现云图叠加显示在三维场景里。

所述距离量测模块用于读取云图场景中两点间的距离，所述测场强查询模块用于读取测量点的场强值。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。