三维平台科技计划申报书.docx

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三维平台科技计划申报书

编号

内蒙古电力公司科技项目

申请书

项目名称：

应用于城市电网规划的三维可视化管理系统开发

申请单位：

起止时间：

2013年1月至2013年12月

项目负责人：

通信地址：

邮政编码：

联系电话：

办公/手机

传真：

电子邮箱：

申请日期：

年月

简　　　　表

项目名称

应用于城市电网规划的三维可视化管理系统开发

项目负责　人

姓名

单位

内蒙古电力科学研究院

性别

年龄

专业

电气

职称

项目分类

技术

攻关

新技术开发

新产品试制

技术引进消化吸收

应用理论基础研究

软科学

研究

推广

√

项目组

人数

其中

高级职称

中级职称

研究生

初级职称

协作单位

协作形式

申请费用总额（万元）

研究起止年月

第一年度（万元）

第二年度

第三年度

项目内容、意义和预期成果摘要

[项目内容]

开发一套应用于城市电网规划的三维可视化管理系统。

该系统主要功能是能够编辑生成规划城市电网和建筑物的三维场景展示图，展示图能够直观的反映规划电网与楼宇、道路等建筑物的三维立体关系，便于规划决策。

该系统还将具备规划区域负荷预测、规划电网数据统计分析、模拟运行、变电站选址辅助决策、网架优化等辅助功能模块，并预留实时数据采集接口。

该平台在规划基础上可进一步扩展应用到设计、施工、生产运行全周期管理。

[项目意义]

传统的城市电网规划一般使用单线图、平面图形。

而随着城市经济的快速发展，负荷容量及负荷密度的大幅增长，城市电网的规模也日趋复杂，原有简单的几何图形加注记的形式不能有效地反映城市电网线路现状以及周围城市的市政环境。

基于地理信息技术、三维可视化技术、网络技术等的综合性信息化管理技术的发展为在三维空间上的真实、准确、全面地展示城市电网规划所需的信息成为可能。

因此，本项目研究的应用于城市电网规划的三维可视化管理系统具有广阔的应用与推广价值。

[预期成果]

《应用于城市电网规划的三维可视化管理系统》辅助决策软件1套；

技术报告1份；

申请软件著作权1项；

发表科技论文1-2篇。

一、本研究项目的科技依据（包括科技意义和应用前景，国内外研究概况、水平和发展趋势；应用理论基础研究项目应阐述学术思想，立论根据，特色或创新之处，主要参考文献目录及出处；推广项目说明成果成熟程度，适用范围，以及成果的知识产权等问题）

[项目背景]

城网规划是城市总体规划的重要组成部分，应与城市的各项发展规划相互配合、同步实施，以满足城市经济增长和社会发展的需要。

随着电网建设快速增长，需要采用现代化的技术和管理手段来进行规划和设计，从而更加及时地为业主提供优质、高效、安全的服务，并大幅提高规划设计质量和效率，提高企业竞争力。

对于城市电网规划而言，基于二维空间对传统电网规划所做的改进并不能达到直观可视的效果，在很多情况下，由于输配电系统的布局非常交错复杂，仅仅依靠二维图形提供的信息很难给出完整全面的空间信息，而随着计算机技术的发展，三维可视化无疑是解决上述问题的最佳手段，并能适应目前及未来一段时期内电网发展的需要。

基于三维可视化的城市电网规划能有效搜集、整理、归纳城市电网中现已建成电力设备的参数、图像和空间信息，并结合城市地貌和建筑特点按照地理坐标建立完整的综合电网信息模型，再通过网络将这些模型联结起来，可以协调城市电网规划各方面的关系，落实好变电站用地和电力线路走廊，从而使电网规划工作者能快速、完整、形象的了解城市电网的过去、现状和未来的各种宏观和微观运行情况；同时通过规范业务流程，深入开展各项业务应用，可形成网络化、可视化、智能化的电网规划。

[应用前景]

城市电网规划作为城市总体规划的重要组成部分，其重要性不言而喻，科学合理的城市电网规划是城市电力安全、可靠、高质量供电的重要基础。

2009-2010年全国各网省公司均全面开展了城市电网规划工作，内蒙古电科院规划中心先后完成了包括趸受局城市电网、农电局县城电网、工业（产业）园区电网规划50多项，并继续开展滚动修编、新的园区电网规划工作。

该系统建成后可以全面应用于城市电网规划中，提升规划质量，加强工程自动化管理水平，并可为下一步设计、施工、生产运行提供管理平台，应用前景非常广泛。

[国内外研究概况]

配电网规划工作要统筹兼顾、全面考虑；不仅要研究配电网络的优化设计，还要研究配电网与输电网的关系，如输配电压的选择等，以及随着负荷增长和地理分布的变化，对现有网络进行改建、扩建的时间顺序和设备参数设计等各种情况，以期取得在规划期内的网络优化设计.近年来以采用空间负荷预测方法进行供电区域内负荷增长和地理分布的预测为基础的网络规划研究比较普遍.配电网网络规划一般都采用某种运筹学方法如：

线性规划、整数规划、混合整数规划和动态规划等.。

纵观网络规划研究的历史，可以归纳为：

（1）可行策略评价方法；

（2）分步优化方法；（3）整体一次性优化方法；（4）多阶段整体规划方法。

必须指出的是：

这些网络规划方法都有一个共同的前提，即在进行网络规划之前，必须由专家给出规划期内可能建设的配电网设备最大数目、备选站址和标准容量等级等有关技术指标。

一般说来备选设备数目不应低于相应优选出设备数目的1.5倍。

这种处理方法的优点是它所给出的规划设计优化方案在实践中是可行的。

因为在预选的过程中，已将城市地下状况、建筑条件和路线走向等因素都考虑在内，同时也取得了较为准确的数据，但是整个处理过程还是拘泥于数学算法，不能直观表现城市电网的规划和现实城市或区域的地理关系。

随着计算机技术的飞速发展，地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）在整个电力行业中得到了越来越广泛的应用，引入GIS系统已经成为现代电力企业提高管理水平和工作效率的有效手段。

传统的基于二维坐标的GIS系统，其空间表现和分析能力受到很大的局限性，因此电网信息的运行和管理的需求出发，建立一个三维的电网信息管理系统将产生巨大意义。

电网三维虚拟现实以支持“数字城市”或“数字设施”的概念出发，把电网从二维向三维发展，虚拟现实技术可以使电网信息的表现更真实、丰富、具体、精确，从静态数据处理向动态发展。

通过建立方位数据中间层的方法将地表数字高层模型、输电设备、变电站、电厂等三维模型及各类属性信息有机的结合在一起，从而满足对输电线路、变电站、电厂的各类维护及查询要求，并为运行管理、施工培训、模拟分析等高层应用构建良好的开放性框架。

采用动态实时建模技术实现对地上电网设备和地下电缆资源的三维实时展示，真实反映地上设备状态、网络分布，地下隧道、管道的结构，电力管道和其他管道的交叉情况，电缆的敷设情况，为电网空间资源的精细化管理打下坚实的基础。

二、研究、推广应用内容和预期成果（说明项目的具体研究、推广内容、技术关键和重点解决的技术问题，预计达到的技术经济指标，预期成果和提供的形式及其依托工程，应用该成果的单位落实情况和可能应用的其它工程或单位及效益。

[项目内容]

1、城市电网规划的三维可视化管理系统总体架构设计

系统网络结构将采用C/S-B/S相结合的结构，支持单机与网络平台;实现城市电网数据的共享，本平台的总体数据流采用文件、关系数据模型、面向对象数据模型相结合的数据存储方式。

2、三维模型库建立

模型库中除包含典型建筑物模型（包括楼宇、桥梁、街道、河流、绿地等），重点研究开发电力元器件三维模型，主要包括架空线路、电缆线路、配变、环网柜、开关、分支箱、开闭站、变电站等。

3、各功能模块设计开发

功能模块主要有：

视图管理、模型管理、电网规划、统计分析、系统管理。

4、系统整体开发

5、实例应用

[技术关键]

1.多种三维表现及虚拟仿真技术

虚拟仿真技术是通过对现实世界建立逼真的三维模型，快速、高效地构造地区的地形地貌和文化特征。

系统利用3DMAX建立高仿真、精美的三维模型，基于构件建模，实现虚拟城区构件级还原仿真。

对应系统的功能要求，设计一套简洁的数据模型，满足用户定义简便，便于观察显示，查询能力强、可扩展、易于维护的要求。

数据模型中最重要的是三维要素的数据模型，它应实现对城区空间的表示、对路径的表示、对设备的表示和同一工作空间几何对象多比例尺的表示，采用改进的矢量数据表示方法可以满足上述要求。

建立系统标准，包括：

元数据标准、数据库标准、信息分类和编码标准、三维物件库标准、电子数据交换基础标准等；系统交互界面的功能模型，与GIS系统的结合，同一界面多比例尺三维模型显示，实现对地物空间的简便三维定义、管理与维护。

2.三维场景建模技术

三维建模是虚拟城区中最重要的部分，没有三维模型无法支撑整个虚拟城区。

对于城区的模型，将三维建模方法归纳为两种类型：

一是从局部到整体，这种方法类似于搭积木，然后优化模型，最后搭建使之成为整体；另一个是从整体到局部，这种方法是根据cad图纸使用多边形挤出的方法，从整体不断分离创建出新的模型，最终形成整个模型。

在本项目建设中我们利用3DSMAX工具来建模。

3DSMAX是一种功能强大的可视化建模工具，在对复杂的虚拟场景的构建中使用它可以得到适合用户需求的模型，同时可以实现场景设置、建筑材质设计、场景动画设置、运动路径设置、计算动画长度、创建摄像机并调节动画。

在虚拟城市电网场景的构建中，充分利用3DSMAX提供的建模方法，例如直接创建几何体对象等，对其使用可以大大简化编程的复杂程度。

对三维建模成功后可以直接保存为模型文件格式，在编辑环境中可以由模型驱动引擎实现一些场景的或物体的组合以及交互性和动态行为等。

3.三维构件化模型与数据管理技术

三维构件化模型生成与数据管理技术实现对三维设备模型及其组件的简便结构定义，采用特殊的结构定义三维模型及其组件的空间结构，使用者可以方便准确快速进行定义和显示查询操作，同时，地图比例尺与建筑物比例尺可以不同，同一幅图出现多种比例尺的情况，可以实现对不同地区的建筑物结构同时显示，观察。

对应系统的功能要求，设计一套简洁的数据模型，满足用户定义简便，便于观察显示，查询能力强、可扩展、易于维护的要求。

[技术经济指标]

1.技术指标：

强大的图形平台：

开发出规划工作所需要的三维模型平台，系统提供基于地理信息和城市规划信息基础上的三维电网规划模型管理功能，变电站选址和线路走廊的制定均在三维模型平台上进行，规划过程更加清晰和直观；

信息化管理平台：

将电网规划的数据分门别类进行管理，防止由机构调整、人员变动或存储媒介损坏等所造成数据丢失、不连续，整理不规范的问题，解决规划编制或规划滚动修编收集数据难的瓶颈，提高工作效率和管理水平；

兼容AutoCAD：

系统可以导入和导出AutoCAD图形文档，并可打印电网地理信息图等标准工程图纸；

计算和分析功能：

系统集成多种科学预测方法对负荷预测、电力平衡数据进行科学计算和分析，并可对分析过程和结果进行专家干预，以保证规划制定结果的科学性、正确性、合理性；

全面的评估和优化工具：

评估规划网架的供电能力、变电站选址、线路走廊、网架是否优化，对规划年网架的可靠性进行校验；

灵活的报表处理实现：

灵活调用电网相关数据及系统分析计算结果，形成各种图形和报表，并可根据用户需求进行定制开发；

规划书编制管理：

系统内置规划书模板，可快速导入各功能模块内容到规划书的相应章节中，形成规划方案或规划书核心内容，具备Word和Excel文档或数据快速导入、导出功能，模板可根据用户需求调整；

接口灵活：

通过开放的数据接口进行数据收集，实现数据共享，保证数据的实效性，减少规划工作人员的工作量，提高工作效率，如