一种网络三维可视化方法
【技术领域】
[0001 ] 一种关于计算机领域中的三维可视方面的技术领域。
【背景技术】
[0002]电力系统可视化研究多以电力网络为基础。例如:用饼图和动画箭头表示线路潮流；用柱图和饼图表示节点电压；用圆柱表示发电机出力；用等值线图或曲面图表示空间分布；用三维图展示故障分析结果以及稳定域可视化。
【发明内容】
[0003]通过国家专利检索没有发现关于此系统方面的申请资料。
[0004].三维技术主要表现为三维可视化方法其方法特定为表达方式；电力系统运行中的常见数据一般可归结为节点型和线路型2大类，例如母线电压和线路潮流。
[0005].针对节点型数据，直观做法是利用空间的第3个维度，在节点所在位置用三维圆柱表达，圆柱高度表示数据的相对大小。在圆柱上加以修饰还能表示更多信息，如用圆环标记上下限值位置以及用不同颜色标识当前值、安全状态和裕度。
[0006].针对线路型数据，本文采用三维管道图和三维箭头图两种表达方式。三维管道图用沿线路分布的圆柱管道表示数据，管道半径代表数据的相对大小，当数据有向时用箭头标出方向。三维箭头图在线路上用三角箭头表示有向的线路型数据，箭头大小代表数据的相对大小，并具有流动的动画效果。
[0007]三维可视化方法:电力系统实时运行中的监控数据很多，需要对其分类，再根据不同类别的特点，选择合适的表达方式，即进行可视化主题设计。
[0008].其算法为:空间插值算法及改进在三维曲面图中，关键的一步是选择合适的空间插值算法，将定义在离散点上的数据扩展到整个平面。其公式如下所示情况，在平面上已经定义了 Kl?H这4点数据，P是平面中的任意一点，空间插值算法的任务就是计算出点的虚拟数值r P。
[0009].最常见的空间插值算法是距离平方反比算法[6 ]，其算式为:
?式中:#为已知数据点个数；dpi为数据点i到P的距离。实际中，一般要对二维网格上的各点进行插值，计算量很大。文献[6]( Individual welfare maximizat1n inelect ricity market s including consumer and full t ransmiss1n systemmodeling[D ].)对空间插值算法提出2点优化。
[0010]?首先，在式(I)中仅考虑离较近数据点的影响，即 ?式中:C为平滑常数，可调节插值
?结果在影响区域边界处过渡的平滑程度。
[0011]?理论上，已知#个数据点在# XM的网格上插值，原始算法(式(I))的乘除法计算量与成正比，而当根据经验设置为(^为插值区域面积)时，文献[6 ]及本文改进算法的乘除法计算量都只与#2成正比，计算量大大减少。
[0012]?本文的新算法保持了计算快速的特点，并且通过引入虚拟的平均点和权重修正项解决了文献[6]中算法的不足:
?①在所有数据点影响区域外，插值结果叩=K⑴；
?②在第i点影响区域边界处，vi的权重系数保证了结果的连续性；
?③仅在一个数据点影响区域内时，插值结果为该点数值与K c?的加权平均，变化连续。此外，在浮点坐标矩形网格下将数据点位置近似到网格点，也能利用对称性在I/ 4圆上完成整个影响区域中的距离计算，从而可再将计算量减少3/ 4。通过插值算法的改进，三维曲面图显示的实时性和实用性得到了很大改善。
[0013].色彩表映射色彩的运用是可视化表达中的重要内容，需要设计将不同数值映射为不同颜色的色彩映射方案。良好的色彩映射方案应该满足:
?①颜色的变化范围宽，数值区分度好；
?②符合人们的直观视觉习惯，易于理解记忆。
[0014]?用红绿蓝(RGB)分量表示色彩，则色彩映射方案可以表示为函数向量f ( K)=[/ R ( K)，/ G ( K)，/ B ( K)]。其中:K为待映射数值，通常取实际数据归一化到[O，I ]区间的结果；/R，/G，/Be[0，l]分别为与K对应的色彩分量。
[0015]?经过比较试验，采用MA TLAB软件中称为“jet”的色彩映射方案最适宜。该方案常在气温分布图中使用，本文称之为温度色彩映射方案。
[0016].从工程应用的需求出发，温度色彩映射还衍生出若干变种。例如:
?①将色彩表反向，红色表示小数值，蓝色表示大数值；
?②将两端边界处的颜色变化由渐变改为突变，以突出显示越限数据，体现安全状态的转移；
?③将颜色离散化，实现等值线图的显示效果。此外，着色既可依据物理量的实际值，也可依据实际值与限值的接近程度。除温度色彩外，还可以设计其他色彩映射方案。
【主权项】
1.一种网络三维可视化方法，其特征为空间插值算法及改进在三维曲面图中，关键的一步是选择合适的空间插值算法，将定义在离散点上的数据扩展到整个平面。2.根据权利要求1所示，首先式(I)中仅考虑离P较近数据点的影响，即式中Winf为预设的影响距离，每个数据点只影响距离小于Jinf的区域。3.根据权利要求2所示利用整数坐标正方形网格的对称性，将距离的计算次数减少到原来的I/ 8。4.根据权利要求1所述则快速插值算法，新算式为:式中W为平滑常数，可调节插值结果在影响区域边界处过渡的平滑程度。5.根据权利要求4所述；已知#个数据点在#XM的网格上插值，原始算法(式(I))的乘除法计算量与# #2成正比，而当Jinf根据经验设置为(S为插值区域面积)时，文献[6 ]及本文改进算法的乘除法计算量都只与#2成正比，计算量大大减少。6.根据权利要求5所述在所有数据点影响区域外，插值结果叩=κ-；②在第i点影响区域边界处，vi的权重系数I/ d2p1-1/ J2inf = O,保证了结果的连续性；③仅在一个数据点影响区域内时，插值结果为该点数值与K c?的加权平均，变化连续。
【专利摘要】一种网络三维可视化方法充分利用了空间的第3个维度,相对传统二维显示方式具备更强的信息表达能力,能更高效、直观地表达电网中的大量数据,便于调度员迅速了解当前系统中存在的问题及其严重程度,并使调度员对电网运行有整体的把握,引起了学者和工业界的广泛关注,成为新一代电网能量管理系统(EMS)的重要特征之一。
【IPC分类】G06T17/00, G06F17/50
【公开号】CN105654544
【申请号】
【发明人】不公告发明人
【申请人】镇江鼎拓科技信息有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月13日