一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法技术

本发明专利技术属于电力系统智能化领域，提供一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，包括以下步骤：步骤1，根据设计图纸构建变电站三维线框模型；步骤2，基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型；步骤3，分区结构化存储变电站设备数字孪生体的所述三维线框模型和实体模型；步骤4，鼠标指针所在邻域内的电气设备采用实体模型，其余设备采用线框模型，实现数字孪生体的轻量化表征。本发明专利技术能够在满足模型使用功能及模型精度的前提下，实现数字孪生体的轻量化表征，有效降低了变电站设备数字孪生体对计算机资源的消耗，加快了数字孪生体模型的运行速度，进而有利于实现变电站设备的实时可视化监控。视化监控。视化监控。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法


[0001]本专利技术属于电力系统智能化领域，具体涉及一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法。

技术介绍

[0002]随着大数据、云计算、人工智能等新兴技术的快速发展和落地应用，传统工业和计算机技术深度融合，数字孪生技术应运而生。数字孪生体是物理实体在赛博空间的数字模型，通过采集物理实体的数据，结合数据智能感知、共享传输、集成应用技术，实现与物理实体的共同进化。变电站是电力系统电能变换的重要环节，建立变电站的数字孪生体能够实现设备的全生命周期管理，为电力设备状态评估及故障预警提供了新的解决方案。
[0003]建立变电站设备的数字孪生体首先要对设备实体进行数字化处理，建模技术是其核心技术。目前变电站常用的三维建模技术主要有VRML建模、参数化建模、测绘扫描建模。VRML即虚拟现实建模语言，通过对变电站主要电气设备编程建模，进而描绘三维场景中变电站的行为。VRML建模对运维人员的综合素质要求较高，建模效率与直观效果较低。参数化建模首先从结构上将电气设备分为不同模块，然后创建各模块的控制参数，最后通过边界约束条件完成各模块的组合，建立电气设备的三维模型。参数化建模规则性强，要求模型的技术参数与接口完整、准确，建模难度较大。测绘扫描建模利用激光扫描仪采集主要电气设备及建筑物的空间位置信息和纹理信息，基于点云数据和纹理映射建立变电站的三维模型。测绘扫描建模受激光扫描仪空间移动位置的束缚，设备内部结构、地下管线等被遮挡区域无法进行数据采集，只能对变电站进行外观整体建模，且点云数据处理工艺复杂，技术难度较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，该方法能够在满足模型使用功能及模型精度的前提下，实现数字孪生体的轻量化表征。该方法以三维线框模型作为变电站数字孪生体的骨架，当检测到电气设备位于鼠标指针所在邻域内时调用电气设备实体模型，使模型在构建逻辑、几何描述、承载信息等方面实现精简，建模效率得以提高。同时该方法有效降低了变电站设备数字孪生体对计算机资源的消耗，加快了数字孪生体模型的运行速度，进而有利于实现变电站设备的实时可视化监控。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术措施实现的。
[0006]一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，根据设计图纸构建变电站三维线框模型；
[0008]步骤2，基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型；
[0009]步骤3，分区结构化存储变电站设备数字孪生体的所述三维线框模型和实体模型；
[0010]步骤4，鼠标指针所在邻域内的电气设备采用实体模型，其余设备采用线框模型，
实现数字孪生体的轻量化表征。
[0011]在上述技术方案中，步骤1中“根据设计图纸构建变电站三维线框模型”的具体步骤为：
[0012]步骤1.1，变电站竣工图纸收集与整理，包括施工图总说明书及附图、变电站总平面图、电气一次图纸、电气二次图纸、主要电气设备清册。
[0013]步骤1.2，建立线框模型数据库，包含顶点表、边表、设备表。顶点表用于存放电气设备的全部顶点坐标数据。边表用于存放电气设备的边数据，包含了组成边的顶点信息。设备表由电气设备名称代号及个数编号构成。采用笛卡尔三维坐标系，基于所述变电站竣工图纸，建立所述3个数据表。顶点表、边表、设备表存在对应关系，能够唯一确定电气设备的线框结构模型。
[0014]步骤1.3，构建单个电气设备的三维线框模型。基于所述线框模型数据库中的顶点表、边表、设备表，采用贝塞尔曲线建立单个电气设备的三维线框模型。
[0015]步骤1.4，变电站整体模型空间布置。依据所述变电站总平面图，确定单个电气设备线框模型在空间中的具体位置，同时体现各电气设备间的拓扑关系，完成变电站整体模型的空间布置，构建变电站的三维线框模型。
[0016]在上述技术方案中，步骤2中“基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型”的具体步骤为：
[0017]步骤2.1，建立实体模型数据库，包含纹理映射数据表、设备表。纹理映射数据表用于存储变电站电气设备的纹理映射数据。所述设备表由电气设备名称代号及个数编号构成，与步骤1.2中所述设备表存在一一对应关系。所述纹理映射数据表、设备表存在对应关系，能够唯一确定电气设备的纹理结构模型。步骤1.2中所述电气设备线框结构模型和步骤2.1中所述电气设备纹理结构模型存在一一对应关系，能够唯一确定电气设备的实体结构模型。
[0018]步骤2.2，采集变电站设备实景图像并存储至所述实体模型数据库。通过变电站安装的监控系统采集变电站设备的实景图像，包括设备的整体外观照片以及局部的细节照片。以单个电气设备为对象，采集所述实景图像，要求图像长宽尺寸为2的倍数且具有较高的清晰度。将采集的实景图像作为纹理位图存入所述纹理映射数据表，同时设备表存入电气设备名称代号及个数编号，与步骤1.2中所述设备表存在一一对应关系。
[0019]步骤2.3，将所述变电站设备实景图像进行纹理映射，具体包括以下步骤：
[0020]步骤2.3.1，读入所述纹理位图，建立纹素的纹理空间坐标。所述纹理空间坐标常用(u,v)表示，其中0≤u,v≤1。对应所述纹理位图，左下角纹素的纹理空间坐标为(0,0)，右上角纹素的纹理空间坐标为(1,1)。
[0021]步骤2.3.2，依据所述线框模型数据库中的顶点表、边表、设备表，将笛卡尔三维空间坐标系(景物空间)投影映射到二维空间坐标系(纹理空间)，得到对应的纹理空间坐标。此过程用函数可表示为：
[0022](u,v)＝F(x,y,z)
[0023]其中，(u,v)为二维空间坐标系坐标，(x,y,z)为笛卡尔空间三维坐标系坐标，F为投影映射关系。
[0024]步骤2.3.3，依据所述纹理坐标，对所述变电站设备实景图像(纹理)进行采样，读
取对应的纹理值。所述纹理值即纹素点的RGBA值，代表Red(红色)、Green(绿色)、Blue(蓝色)、和Alpha的色彩空间，Alpha通道一般用作不透明度参数。
[0025]步骤2.3.4，将所述纹理值存入所述纹理映射数据表，同时设备表存入电气设备名称代号及个数编号，与步骤1.2中所述设备表存在一一对应关系，由此完成实体变电站模型数据库的建立。
[0026]在上述技术方案中，步骤3中“分区结构化存储变电站设备的三维线框模型和实体模型”的具体步骤为：
[0027]步骤3.1，构建变电站设备数字孪生体的实现系统。所述实现系统由数据存储模块、数据应用接口模块、中央处理模块、前端浏览模块构成。所述数据存储模块用于保存变电站设备数字孪生体的数据和信息，与数据应用接口模块连接；所述数据应用接口模块用于快速响应中央处理模块指令并对数据存储模块进行访问和管理；所述中央处理模块用于接收并执行指令，调用数据存储模块中保存的数据和信息，构建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据设计图纸构建变电站三维线框模型；(2)基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型；(3)分区结构化存储变电站设备数字孪生体的所述三维线框模型和实体模型；(4)鼠标指针所在邻域内的电气设备采用实体模型，其余设备采用线框模型，实现数字孪生体的轻量化表征。2.根据权利要求1所述的变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，其特征在于，步骤(1)中“根据设计图纸构建变电站三维线框模型”的具体步骤为：(1.1)变电站竣工图纸收集与整理，包括施工图总说明书及附图、变电站总平面图、电气一次图纸、电气二次图纸、主要电气设备清册；(1.2)建立线框模型数据库，包含顶点表、边表、设备表；顶点表用于存放电气设备的全部顶点坐标数据，边表用于存放电气设备的边数据，包含了组成边的顶点信息，设备表由电气设备名称代号及个数编号构成；(1.3)构建单个电气设备的三维线框模型；(1.4)变电站整体模型空间布置，依据所述变电站总平面图，确定单个电气设备线框模型在空间中的具体位置，同时体现各电气设备间的拓扑关系，完成变电站整体模型的空间布置，构建变电站的三维线框模型。3.根据权利要求1所述的变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，其特征在于，步骤(2)中“基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型”的具体步骤为：(2.1)建立实体模型数据库，包含纹理映射数据表、设备表；纹理映射数据表用于存储变电站电气设备的纹理映射数据，所述设备表由电气设备名称代号及个数编号构成；(2.2)采集变电站设备实景图像并存储至所述实体模型数据库；(2.3)将所述变电站设备实景图像进行纹理映射。4.根据权利要求1所述的变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，其特征在于，步骤(3)中“分区结构化存储变电站设备的三维线框模型和实体模型”的具体步骤为：(3.1)构建...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙密，袁敬中，谢景海，杨有行，姜宇，苏东禹，郭嘉，陈雨楠，何曦，王少荣，张立斌，韩锐，高杨，许颖，吕科，肖巍，敖翠玲，傅守强，付玉红，陈蕾，张金伟，李栋梁，刘沁哲，赵旷怡，王守鹏，陈翔宇，刘素伊，许芳，王畅，杨林，田镜伊，肖林，刘洪雨，
申请(专利权)人：北京京研电力工程设计有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：