一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统与流程

本发明涉及电力设备，更具体的，涉及基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统。

背景技术：

1、数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

2、通过数字孪生电网体系的构建，可建立现实电网空间到虚拟电网空间的映射，实现对现实空间中设备或系统状态的实时感知，并利用承载指令的数据回馈到设备或系统指导其决策，从而使电网运行、管理和服务由实入虚；另外，还可在虚拟空间进行电网的建模、仿真、演绎和操控，达到以虚控实的目的，从而加强电网的自我感知、自我决策和自我进化能力，支撑电网各项业务数字化运营。

3、目前，数字孪生电网体系的构建已经能够将全景多角度的对电网模型进行展示。但是，电网中的各类工作人员，如调度人员、运维人员、检修人员等仍然不能根据其自身需要，从孪生模型中便利的获取到电网运行过程中的分析数据。

4、此外，在目前的数字孪生电网体系中，用户通常是通过调阅设备资料的方式来得到各类设备的状态参数、运行信息的，而实际上，大量用户希望通过更为更为直观的可视化方式来获得这些参数信息和状态信息，并在此基础上，从整体层面上对于电网的运行状态实现深度理解，并相应的获取到调度、运维等的相关工作策略。

5、更进一步的，输变电设备全景展示过程中，更多的是通过三维可视化符号来实现的虚拟展示，而输变电设备的实景视频与影像中所包含的重要信息虽然能够更准确的展示电网运行状态，以及异常操作情况，但目前来说，并不存在一种能够将输变电设备的实景视频与影像中包含的重要信息融合进电网三维虚拟场景中的方法。这导致三维虚拟场景中大量重要信息的缺失，且这种缺失导致三维虚拟场景在时间或空间跨度上的运行数据、状态变更难以得到有效溯源，电网状态无法得到真实的跟踪和虚拟同步。

6、针对上述问题，亟需一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统，通过提取输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息，经过时间维度与空间维度上的统一校准，实现输变电设备全要素的全景展示。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、本发明第一方面，涉及一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法，方法包括以下步骤：步骤1，采集输变电设备的运行信息，并从运行信息中提取出输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息；步骤2，将步骤1中采集到的各类信息进行预处理，以实现各类信息在时间基准和空间基准上的统一；步骤3，采用符号化数据对步骤2中经过预处理后的各类信息进行二维或三维空间内的可视化表达，以实现输变电设备全要素的全景展示；步骤4，采用机器算法对输变电设备中的单个设备的运行状态、时间演变、空间演变进行分析，生成分析报告，并为单个设备在全景展示中添加数据标签。

4、优选的，输变电设备的运行信息至少包括输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据，以及输变电设备的实景视频与影像信息。

5、优选的，从运行信息中提取出所述输变电设备的空间定位信息还包括：从输变电设备的台账、巡查记录、历史状态数据中提取输变电设备的初步位置；基于输变电设备的初步位置，调用相应的输变电设备的实景视频与影像信息；从输变电设备的实景视频与影像信息中提取输变电设备的特征部位，从而实现对输变电设备的定位；将对输变电设备的定位作为输变电设备的空间定位信息。

6、优选的，从运行信息中提取出输变电设备的语义特征信息还包括：从输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据中提取与输变电设备相关的语义信息；采用机器学习对语义信息中的输变电设备的属性特征进行提取，从而生成语义特征信息。

7、优选的，从运行信息中提取出输变电设备的空间属性特征上的时态变化信息还包括：从输变电设备的台账、巡查记录、试验信息、在线状态与环境监测信息、设备预警信息、历史状态数据中提取出对应于输变电设备实时状态的时间；从实景视频与影像信息中提取出视频帧的时间和影像的拍摄时间。

8、优选的，实现各类信息在时间基准上的统一还包括：定义数字孪生底座的utc时间，将输变电设备实时状态的时间、视频帧的时间和影像的拍摄时间与所述utc时间进行对齐；或者，采用数字孪生底座的utc时间对获取实景视频与影像信息的实景相机设备的设备时间进行校准。

9、优选的，实现各类信息在空间基准上的统一还包括：根据实景相机设备的位置、角度信息来定义实景视频与影像信息的空间属性，并将空间属性与数字孪生底座的三维空间坐标进行关联；基于所述空间属性、以及关联对实景视频与影像信息进行缩放、平移和旋转，以实现实景视频与影像信息在虚拟孪生场景中的对齐。

10、优选的，将空间属性与数字孪生底座的三维空间坐标进行关联还包括：采用全自动或半自动的坐标对齐方法提取出实景视频与影像信息中的特征几何结构；将实景视频与影像信息中的特征几何结构与虚拟孪生场景中的特征几何结构进行匹配；基于匹配结果生成相似变换矩阵，从而赋予实景视频与影像信息的单位尺度，并基于单位尺度在缩放实景视频与影像信息的尺度后，采用相似变换矩阵刻画空间属性与所述数字孪生底座的三维空间坐标之间的关联关系，以及基于关联关系对实景视频与影像信息的平移和旋转；从相似变换后的实景视频与影像信息中提取目标设备，并显示在虚拟孪生场景中。

11、优选的，符号化数据为二维或三维的可视化符号；并且，可视化符号的色相、亮度、纹理基于预处理后的空间定位信息实现变化；可视化符号为动态符号，动态标符号的颜色、形状和样式基于预处理后的各类信息中所包含的质量差异、数量等级、空间不确定性特征实现定义；可视化符号上还附属有数据标签，数据标签用于对分析报告中的参数信息进行展示，或提供分析报告在虚拟孪生场景中的获取方式。

12、本发明第二方面，涉及一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示系统，系统用于实现本发明第一方面中方法的步骤；并且，系统包括提取模块、统一模块、展示模块和标签模块；其中，提取模块，用于采集输变电设备的运行信息，并从运行信息中提取出输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息；统一模块，用于将提取模块中采集到的各类信息进行预处理，以实现各类信息在时间基准和空间基准上的统一；展示模块，用于采用符号化数据对统一模块中经过预处理后的各类信息进行二维或三维空间内的可视化表达，以实现输变电设备全要素的全景展示；标签模块，用于采用机器算法对输变电设备中的单个设备的运行状态、时间演变、空间演变进行分析，生成分析报告，并为单个设备在全景展示中添加数据标签。

13、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中的一种基于数字孪生底座的输变电设备全景展示方法及系统，通过提取输变电设备的空间定位信息、语义特征信息、空间属性特征上的时态变化信息，经过时间维度与空间维度上的统一校准，实现输变电设备全要素的全景展示。本发明确保电网工作人员根据自身需求从电网数字孪生模型中便利的获取到电网运行过程中的分析数据，将深层次的设备属性信息以可视化方式实现全景展示，并将输变电设备的实景视频与影像中所提供的重要信息融入全景展示，极大提升了孪生设备全景展示的深度、信息的丰富程度和信息交互过程中的友好度。

14、本发明的有益效果还包括：

15、1、采用时间基准和空间基准上的统一技术，确保了预处理后的各类信息能够准确的反应电网中的真实情景，克服了数据采集过程中的时间偏差和空间偏移，保证各类信息能够良好融合至数字孪生底座中，实现全景展示的准确性、统一性和实时性。

16、2、方法采用了符号化数据来实现输变电设备全要素的展示，符号化数据能够从颜色、形状和样式等多种不同角度来根据各类信息进行重新定义与修改，确保可视化场景中信息的丰富度，确保了电网工作人员能够从整体层面上对于电网的运行状态实现深度理解，并相应的获取到调度、运维等的相关工作策略。

17、3、输变电设备的全景展示的同时，不仅能够将设备的各项参数、实时状态采用恰当的方式合理展示在全景界面中，而且能够对输变电设备的运行情况生成分析报告，这一分析报告可以跨越时间、空间，为设备的未来运行、检修、维护和调度提供有价值的建议，且这种建议也能够以数据标签的方式展示在全景界面中，方便用户的随时调取和参阅。这为各类电网工作人员提供了极大的便利，确保了工作效率，节约了人为分析或跨系统调取信息的劳动量。

18、4、本发明基于电网资源业务中台数字孪生底座，提供了输变电设备的全景数据展示与实景智能交互的方法步骤，解决了输变电主设备资产精益管理辅助决策的实景交互难题。同时，方法针对输变电主设备资产精益管理辅助决策的实景交互难题，基于数字孪生底座，提供了输变电主设备大数据的全景展示与分析，并在此基础上，提供了实景视频与影像同步到数字孪生底座的时空中，以实现时空基准自动统一。这种方法确保了基于实景式增强现实的输变电设备的人机智能交互，从而实现输变电设备管理过程中数字孪生数据的自适应补缺与异常校正，提升了电网业务部门的精细管理与辅助决策能力。