地下三维管线决策系统的制作方法

本发明涉及配电网设计技术领域，特别涉及一种地下三维管线决策系统。

背景技术：

目前设计单位在选择配电线路路径和配电装置的常用设计手段还是以传统的利用测绘部门提供的1：10000或1：1000比例的二维地形图进行室内选线或选址，然后根据室内选线和选址的结果去现场踏勘。然而由于二维地形图的空间表现和分析能力有很大的局限性，现场多数的交叉跨越物不能直观的在图纸上反映出来，需要设计人员多次进行现场踏勘和核对，并对室内选线或选址方案进行调整，经过多次反复的现场核对和室内选线或选址之后才能形成最终的设计成果，这在一定程度上影响了是室内选线和选址的效果，并大大降低了工作效率。同时在路径方案、可研方案等设计评审过程中，由于评审专家时间和精力有限，不可能现场核实每一个杆位和交叉跨越点，有可能会造成评审专家对评审结果的误判。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种地下三维管线决策系统，实现了二维平面设计到三维设计的转变，有效地提高配电工程设计质量和设计深度，优化工程投资预算，为配电工程的顺利实施打下了坚实的基础。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种地下三维管线决策系统，所述系统包括：控制终端；配电图元三维模型库，用于存储配电图元的三维模型和设备信息；三维地理信息展示平台，用于对区域范围内的地理信息图可视化展示；配电图元可视化布置模块，响应于控制终端以调用配电图元三维模型库中的配电图元并布置在三维地理信息展示平台中；配电路径选线模块，响应于控制终端对三维地理信息展示平台中布置的配电图元依次连接形成配电路径；配电路径库，用于存储所述配电路径；辅助应用模块，响应于控制终端自动巡游或漫游配电路径、可视化浏览与查询配电图元三维模型、基于三维空间的间距检测与效验；系统用户，包括评审人员权限和设计人员权限；权限获取模块，根据唯一识别信息以获取对应权限；基于设计人员权限，所述控制终端调取配电图元三维模型库中的配电图元的三维模型和设备信息并布置于三维地理信息展示平台上，控制配电路径选型模块形成配电路径，并将完成的配电路径存入配电路径库；基于评审人员权限，所述控制终端调取配电路径库中的配电路径，控制辅助应用模块终端自动巡游或漫游配电路径、可视化浏览与查询配电图元三维模型、检测与效验三维空间的间距，以评审配电路径。

进一步的，所述地理信息图远视距为卫星图，近视距为与卫星图相匹配的三维地形图。

进一步的，建模软件根据配电设备的照片素材制作成配电图元三维模型，由控制终端设置配电图元三维模型的坐标中心、物理碰撞区域和相对尺寸，归类整合配电图元三维模型和配电设备信息于所述配电图元三维数据库中。

进一步的，控制终端调整三维地理展示平台的视角，调取配电图元三维模型库中的配电图元摆放到三维地理信平台的指定位置，同时避免配电图元三维模型的物理碰撞区域重叠。

进一步的，在所述三维地理信息展示平台中，控制终端根据平台上显示的试点区域负荷分布情况选择配电图元库中的相关配电图元并拖入三维地理信息展示平台中，依次摆放连接，形成所述配电路径。

进一步的，所述配电图元包括配电设备、配电房、杆塔、杆上设备、导线、电缆通道、电缆、室内机柜、安全工具，控制终端可在配电图元三维模型数据库中选择配电房设置于三维地理信息展示平台，并在电图元三维模型数据库中选取室内机柜、安全工具拖入配电房内指定位置。

进一步的，控制终端可在三维地理信息展示平台中设置若干个巡游节点并配置其中两个节点为起点与终点，辅助应用模块根据巡游节点信息生成巡游路径自动巡游；或控制终端控制虚拟人物在三维地理信息展示平台中自由漫游。

进一步的，在选择配电图元时，辅助应用模块自动显示该配电图元的三维模型，同时显示详细的参数说明；或通过控制终端输入名称、类别、型号、参数范围进行配电图元的筛选。

进一步的，控制终端在三维地理信息展示平台中设置两个坐标点，调用测距工具根据经纬度换算后的坐标及当前比例尺算出这两坐标点的实际距离。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)通过创建和应用配电工程可视化设计和评审平台，使得传统的设计理念发生了彻底改变，将以图纸设计为核心转化为以数据建模为核心，实现了二维平面设计到三维设计的转变，有效地提高配电工程设计质量和设计深度，优化工程投资预算，为配电工程的顺利实施打下了坚实的基础；

(2)利用较为先进的倾斜摄影测量技术及计算机三维技术，结合电网地理信息系统，实现配电工程勘测数据管理、前期选址选线、三维化选线、可视化评审等全流程工程应用和信息化管理，可为电网工程设计、评审、建设、运行维护、检修等全寿命周期管理提供数字化服务。

附图说明

图1是配电图元三维模型中配电柜的结构示意图；

图2是配电图元三维模型库显示界面的示意图；

图3是配电图元可视化模块与三维地理信息展示平台的架构图；

图4是配电路径设计方案的示意图；

图5是系统用户拓扑结构图了；

图6是本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。

一种地下三维管线决策系统，所述系统包括：用于对区域范围内的地理信息图可视化展示的三维地理信息展示平台、用于存储配电图元的三维模型和设备信息的配电图元三维模型库、用于将配电图元三维模型库中的配电图元布置在三维地理信息展示平台中的配电图元可视化布置模块、用于对三维地理信息展示平台布置的配电图元依次连接，形成配电路径的配电路径选线模块、用于自动巡游或漫游配电路径、可视化浏览与查询配电图元三维模型、基于三维空间的间距检测与效验的辅助应用模块、包括管理人员端、评审人员端和设计人员端的系统用户。

1.三维地理信息展示平台

如图3所示，对于倾斜摄影数据成果可视化展示所使用的地理信息软件平台，将采用supermapiobjects8c作为底层承载平台，并选用新的软件版本进行二次开发。

(1)新的版本与原系统集成

supermapiobjects.net8c是supermapobjects.net6r的全新升级版，除了功能增强外，该版本使用新的技术架构，完全基于unicode编码；基于microsoft.netframework4.0版本，应用中可以使用到.netframework4.0所带来的新特性。

(2)开发和运行环境的升级

对6r的应用系统升级为8c时，开发和运行环境需注意以下3点：

8c版本支持的操作系统比6r有所减少，如windows2000，windowsxp(sp1，sp2)不再支持。

运行环境需要安装microsoft.netframework4.0及以上版本。

开发环境需要升级到microsoftvisualstudio2010及以上版本，或其他支持microsoft.netframework4.0的开发环境。

(3)代码和工程项目的修改

在配置新的开发环境后，需要对现有的代码和项目(project)进行修改，并重新编译后程序才能正常工作。大概操作步骤如下：

如果现有开发环境版本低于visualstudio2010，则需要通过visualstudio2010提供的项目升级功能完成项目的升级。

将项目的目标.netframework版本改为4.0或4.5，visualstudio在进行项目升级时不会修改该项目属性。

删除引用中supermapobjects.net6r所提供的程序集。

添加引用supermapiobjects.net8c所提供的程序集。

开始编译，对编译不过的地方进行修改，常见的两类错误：

(4)类型名称与其他程序集提供的类型同名，如：supermap.ui.action与system.action(.netframewok3.5新增的类型），需要在代码中使用类型的全名称。

(5)api不兼容，在8c版本中对6r的少量api进行调整，如：datasetimage.minvalue属性改为datasetimage.getminvalue(int32index)方法。

另外在数据上，8c版本完全兼容6r的现有数据，支持方式与6r相同，需要在对应的语言环境下才能正常工作。

(6)倾斜摄影三维数据集成

a.地理数据处理与展示

本项目基于supermapgis平台进行建设，导入选定区域的倾斜摄影数据，使用supermapidesktop8c桌面平台进行数据的导入、预处理，三维场景数据加载、配图，保存工作空间，建立缓存。

b.模型数据入库

配电网图元包括配电设备（包括开关站、变配电室、电缆分支箱等）、杆塔、杆上设备、导线、电缆通道以及电缆模型。在3dmax建好模型后加载supermapmaxplugin插件，可将制作好的三维模型以cad复合模型数据的形式导入到超图.udb文件型数据源。

c.矢量数据入库

supermapidesktop8c桌面平台支持shp文件型数据、autocad文件、mapgis数据格式、mapinfo文件格式等54种矢量格式，首先需要将矢量数据转换为supermap格式，然后进行数据存储。

二维矢量数据数据的存储可使用.udb文件型存储，也可使用oracle、mysql等主流关系型数据库。

supermapiobjects.net是基于microsoft的.net技术开发的一款产品，基于supermap共相式gis内核开发的组件式gis开发平台。共相式gis内核采用标准c++编写，实现基础的gis功能，supermapiobjects.net支持所有.net开发语言，如：c#、vb.net、c++/cli等。滨江区配电可视化项目采用基于c++语言和sqlserver进行二次开发。

supermapgis二三维一体化的关键技术有：

实用。从内核实现，有机整合了强大的gis功能和炫丽的三维可视化效果，突破了单纯的三维可视化软件中看不中用、无法深度应用的瓶颈。

全平台二三维一体化。从底层完全自主研发了二三维一体化gis内核，组件、桌面、服务器、客户端、移动端等全系列产品内置三维功能，同一产品内可同时操作和管理二维数据和三维数据，降低学习成本，提升工作效率。

绚丽的视觉效果。提供水面、粒子、动画、太阳阴影等三维视觉效果，显著提升三维场景的视觉效果和用户体验。

强大的三维符号。三维场景中的配电图元、绿植、路灯、道路、铁路、水面等要素均可以用三维符号展现，可大幅降低数据建模成本，而且可以兼顾数据的展现与查询分析。

高性能。可以流畅支持1000平方公里以上的精细模型和倾斜数据，支持1000万记录以上的矢量地物，通过lod技术可以流畅支持tb级的地形和影像数据，确保三维gis应用的优越性能。

支持多种三维数据格式。提供3dmax模型导出插件，可直接导入.max格式的模型数据，并且支持模型的批量转换；导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等三维模型文件格式。

采用混合架构，具备良好跨平台性。系统支持b/s和c/s两种网络解决方案，支持win7、win8、win8.1、windowsxp32位与64位主流操作系统，同时支持在microsoftwindows、microsoftwindowsserver系列、以及红帽、suse、ubuntu、麒麟操作系统服务器版等linux操作系统上发布三维服务。三维客户端产品支持在ie（包含所有使用ie内核浏览器）、chrome、opera等主流浏览器中显示三维场景。

完整的终端和设备支持。随着互联网技术和三维gis技术的快速发展，用户对三维地理信息系统的应用需求已经从桌面端应用，扩展到web端、移动端的多端应用。supermap产品基于统一的gis底层内核研发，根据不同的端系统平台进行定制封装，使桌面端、客户端、移动端产品在保持一致的gis功能基础上，具备高效的数据调度策略与场景管理、lod技术、gpu并行计算等关键技术，做到流畅逼真的展现三维场景以及水面、粒子特效，支持三维空间对象的查询、三维通视分析与量算功能等gis基础功能；且特别针对ios和android移动设备的硬件特点优化了显示性能，使得移动平台的数据可快速构建高性能二三维一体化的移动gis应用。同时对各个端的产品提供了丰富的开发接口，可以满足用户定制三维移动应用的功能需求，帮助用户随时随地创造三维地理价值。

同时，借助it硬件领域新兴技术的推陈出新，三维gis在显示效果和人机交互方式也有了重大突破。supermap三维结合多点触控设备，大大提高应急指挥等交互操作效率；配合三维立体显示设备，可以做到足不出户，体验观看3d大片的三维立体效果；与microsoftkinect或leapmotion体感设备一同使用，可摆脱传统设备的束缚，通过不同肢体动作变化，实现自由漫游三维场景、以及gis功能交互操作。用户可以根据自身业务需求的不同配置相应的外部设备，使得三维gis应用在人机交互上拥有更丰富的视觉感、体验感。

二三维一体化技术。supermapgis二三维一体化的关键技术特点主要有：数据结构的二三维一体化，二三维一体化的空间数据管理，二三维一体化的场景构建，二三维一体化的空间分析，软件产品二三维一体化。

2.配电图元三维模型库，如图2所示，将各类配电图元显示在屏幕上。配电图元三维模型的制作包括如下步骤：

(1)配电图元设备照片素材收集

配电图元设备的照片素材是制作配电图元设备三维模型的第一步，要制作出真实细致的三维模型首先要了解真实的配电图元设备，这就要通过现场取材工作来完成。

(2)配电图元设备信息资料收集

每个配电图元的设备铭牌信息都需要仔细收集，这是在为以后方案设计中设备选型提供重要的依据。

(3)配电图元三维模型制作

如图1所示，根据拍摄的照片素材和相关信息资料，利用maya建模软件制作成fbx文件的模型资源。

(4)配电图元三维模型导入

由于用maya制作完模型后直接导出的fbx文件往往比较大，针对大批量的配电图元三维模型制作的话会占用较大的硬盘资源，但是我们可以通过利用unity3d引擎自主研发的打包插件进行模型打包压缩形成一个个模型资源包，大大减少三维模型所占用的硬盘空间，同时进一步加快配电图元三维模型的载入速度。

(5)配电图元设备信息录入

配电图元设备信息包括设备三维模型路径、缩略图、设备型号、厂家、相关参数等信息，通过后台管理页面人工录入到系统数据库中。

有了这些设备信息数据以后，用户在设计配电方案时可以随时查看当前所选择的配电图元的三维模型、设备型号、参数等内容，同时也可以让用户更合理、更效率地进行设计。

(6)配电图元三维模型展示与设置

将制作好的配电图元三维模型如何准确完整地融合到三维地理信息展示平台中就需要为每个配电图元三维模型进行相关的设置。模型设置包括模型坐标中心、物理碰撞区域、相对尺寸校正设置。

模型坐标中心指的是三维模型相对于其三维坐标的偏移程度。

物理碰撞区域将定义该三维模型所占用的物理区域，防止人员、墙体的穿插。

相对尺寸校正则是三维模型在制作过程中可能由于比例尺的关系导致大小失真通过相对尺寸校正到真实大小。

(7)配电图元三维模型库

如图2所示，将所有配电图元统一整合到一起并归类形成配电图元三维模型库，方便用户查看与使用。

3.配电图元可视化布置模块

将配电图元可视化布置在三维地理信息展示平台中的步骤包括：

(1)三维视角控制

三维视角控制主要有两种，一种适用于对整体三维地理进行查看，以高空俯视的角度进行查看；另一种则是适用于人员视角模拟，可以在虚拟场景中以第一人称的视角形式漫游。

(2)配电图元设备三维模型可视化移动控制

配电线路方案设计中三维配电图元设备的移动摆放是整个方案得以实现的基础，用户可以通过鼠标自由选择想要添加的配电图元并拖动到三维地理信息展示平台的指定位置。

(3)三维模型物理碰撞区域检测

三维模型物理碰撞区域检测主要作用有两个方面，一方面是第一人称漫游时虚拟人物与三维模型直接的物理碰撞检测，防止人物穿透山体、墙面、设备等。另一方面在配电图元设备三维模型可视化移动控制时，防止配电图元设备与地面、墙面、其他设备的重叠穿插。

(4)配电线路设计模板引用与添加

配电线路方案设计往往涉及的面比较广，同时许多同类的方案往往会有较多的共通点。配电线路设计模板就是将几类配电线路典型方案整合，形成标准模板，供设计人员引用参考。

设计人员在设计配电线路前可以根据需要选择配电线路设计模板引入，模板引入后设计人员只需要在模板的基础上进行修改整理即可快速完成设计。

(5)配电线路设计信息存储与读取

用户设计完配电线路方案后，可以随时保存数据到数据库中，同时可以随时查看、检索已设计完成的配电线路方案，并进行读取和修改。

(6)配电线路设计信息评审模式

评审用户登录后可以对现有的设计方案进行沿线情况查看、多方案比选、设备选型情况查看、检查沿线走廊合理性、距建筑物安全距离等操作，同时在评审过程中可以随时在设计方案任意位置加入批注。

图3是上述配电图元可视化模块与三维地理信息展示平台的架构图。

4.配电路径选线模块

(1)配电路径选线

如图4所示，在三维地理信息展示平台中，用户根据平台上显示的试点区域负荷分布情况选择配电图元库中的相关图元并拖入地理信息平台中，依次摆放连接，最终形成一个配电路径选线方案。

用户可以在三维地理信息展示平台选择设置三维配电房，设置完成后可以对该配电房的室内机柜、安全工器具等进行虚拟布置。

5.辅助应用模块

(1)自动巡游与漫游

用户可以在三维地理信息展示平台中设置一个个巡游节点并配置其中两个节点为起点与终点，系统就会自动根据巡游节点信息生成一条合理的路径自动巡游。同时用户也可以自己控制人物在三维地理信息展示平台中自由漫游。

(2)配电图元可视化浏览与查询

每个配电线路方案设计中的配电图元选择往往是通过配电图元设备的外形、型号、相关参数等作为依据。设计人员在选择配电图元时，系统会自动显示该图元的三维模型预览，同时提供详细的参数说明。设计人员也可以通过名称、类别、型号、参数范围等进行配电图元的筛选。

(3)基于三维空间的间距测量与校验

三维地理信息展示平台将集成专门的测距工具用来测算两点间的直线距离。用户可以在三维地理信息展示平台中设置两个坐标点，系统会自动根据经纬度换算后的坐标及当前比例尺算出这两坐标点的实际距离。

6.系统用户

如图5所示，系统用户主要分为三类：管理人员端、评审人员端、设计人员端。

管理人员端拥有管理权限，可以管理和维护所有配电图元，可以查看、检索和修改已有的所有设计方案和模板。

评审人员端拥有评审权限，可以查看、检索已有的所有设计方案，并进行评审。

设计人员端拥有设计权限，可以利用配电图元设计方案，并可以查看、检索和修改自己设计的所有设计方案。

7.数据库设计

数据物理存储主要以xml文件和数据库来储存，xml主要用于系统配置信息的储存，而核心业务数据则是通过mysql数据库来读取和保存。业务数据通过mysql数据库也便于数据接口的开发。

8.数据库需求分析

系统用户数据项：用户编号、用户名称、登录密码、用户权限、在线标识。

设计人员数据项：设计人员编号、用户编号、姓名、性别、职务、所属部门。

配电图元数据项：配电图元编号、配电图元名称、配电图元类别编号。

配电图元类别数据项：配电图元类别编号、配电图元类别名称。

配电图元三维模型数据项：配电图元三维模型编号、配电图元编号、三维模型存放相对路径、三维模型坐标中心相对位置、三维模型碰撞区域相对位置、三维模型碰撞区域尺寸、三维模型校正尺寸。

配电图元信息数据项：配电图元信息编号、配电图元编号、配电图元型号、配电图元厂家、配电图元设备参数。

配电线路设计方案数据项：设计方案编号、设计用户编号、设计时间、设计方案说明。

配电线路设计方案配电图元数据项：设计方案编号、配电图元编号、配电图元位置坐标。

如图6所示，本发明的地下三维管线决策方法：

s101：采集三维地理信息数据的采集。

三维地理信息数据是通过具有一定倾角的倾斜航摄相机获取的，利用倾斜摄影测量技术可以快速建立区域内的地形地貌三维立体模型。对倾斜摄影原始数据进行室内作业处理，进行校正、配准、融合等，建立完整的区域内地表三维数据库。

s102：建立三维地理信息展示平台。

对于倾斜摄影数据成果可视化展示所需的地理信息软件平台，在现有平台的基础上进行扩展、改进，地理信息图，远视距采用卫星图，近视距载入相应的三维地形图。

根据倾斜摄影技术建立的三维地理信息数据库，在地理信息平台中完成数据的可视化展示，保证三维地理信息在选择的地理信息软件平台中可以流畅加载、显示，并为配电数据集成可视化展示、业务应用功能的开发提供基础支撑。

s103：建立配电图元三维模型库。

根据配电网相关标准，完成对配电网图元的三维建模，包括配电设备（包括开关站、变配电室、电缆分支箱等）、杆塔、杆上设备、导线、电缆通道以及电缆模型。用于在三维地理信息展示平台中配电网模型的搭建。

s104：三维可视化布置配电图元。

在三维可视化场景中，完成配电图元的手工布置，主要包含架空线路、配电设备、电缆通道以及电缆数据，同时，在布置图元后，可对配电图元录入相关属性信息，以便其他用户能够查看用电数据的属性信息。

s105：基于三维地理信息的配电线路路径选线。

根据试点区域负荷分布情况，以及预期负荷数据，在本平台中，结合真实的三维地形地貌，专业人员可以进行手工绘制线路路径，确定合理输电半径，完成配电选线相关工作。

s106：基于三维地理信息的自动巡航及漫游。

在本平台中集成的三维可视化场景中，根据设定的巡游路径，平台自动沿路径巡游，以动态的可视化播放形式，有助于查看用电数据建设情况。

s107：配电设备属性可视化预览与查询。

在本平台中集成的三维可视化场景中，用户在浏览配电设备三维模型同时，可根据需要查看指定配电设备参数等属性信息。

s108：基于三维空间的间距测量与校验。

浏览配电设备三维模型同时，可根据三维真实的地形地貌，进行空间距离测量，能够测量用电数据之间或者用电数据与道路、建筑物等三维模型之间的距离。

s109：基于三维地理信息的可视化工程评审。

根据在可视化三维平台中规划选择的多个路径方案，完成方案评审工作，包括方案沿线情况查看、多方案比选等，辅助进行方案决策。根据确定的路径方案，利用配电图元布置功能形成详细的设计方案后，可在本平台中完成设计方案评审，包括设备选型情况查看、检查沿线走廊合理性、距建筑物安全距离等。