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當(dāng)前位置：電力三維仿真系統(tǒng)案例-太原供電公司
石開三維仿真系統(tǒng)介紹：
石開三維仿真系統(tǒng)是由石開軟件開發(fā)公司經(jīng)過5年時間自主研發(fā)，并享有著作權(quán)的一套虛擬模擬現(xiàn)實(shí)場景的應(yīng)用軟件。石開三維仿真系統(tǒng)在各個行業(yè)應(yīng)用廣泛，其中在電力、鐵路和房地產(chǎn)行業(yè)尤為突出。我們的三維仿真系統(tǒng)-電力三維仿真在太原供電公司、襄陽供電公司等大的供電公司得到推廣和應(yīng)用。詳細(xì)的三維仿真系統(tǒng)介紹請查看：石開三維仿真系統(tǒng)。
太原供電公司三維仿真系統(tǒng)案例介紹：
根據(jù)地形圖或?qū)嵉氐匦伟匆欢ū壤媚嗌车炔牧现谱鞯膶?shí)物沙盤具有立體感強(qiáng)、形象直觀等特點(diǎn)，在軍事、工業(yè)、教學(xué)、旅游及房地產(chǎn)開發(fā)等許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，常用來制作經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和大型工程建設(shè)的模型，頗受計(jì)劃決策者和工程技術(shù)人員的青睞。但實(shí)物沙盤由于占地面積大、攜帶不便、表現(xiàn)方式單調(diào)、表現(xiàn)內(nèi)容有限且難以更新，己不能適應(yīng)當(dāng)前科學(xué)管理和規(guī)劃、決策的要求。
隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展，今天在很多領(lǐng)域己采用數(shù)字沙盤替代模擬沙盤。數(shù)字沙盤是計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，它運(yùn)用三維顯示技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過將真實(shí)世界的三維坐標(biāo)變換成三維的計(jì)算機(jī)坐標(biāo)，并通過光學(xué)處理模仿真實(shí)世界顯示。與實(shí)物沙盤相比，數(shù)字沙盤具有快速、簡便、精確、靈活等特點(diǎn)，而且可以動態(tài)展示，同時可以對參數(shù)進(jìn)行修訂以獲取更加豐富的展示效果，應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛。 電力沙盤的應(yīng)用同樣也得適應(yīng)當(dāng)前科學(xué)發(fā)展和規(guī)劃，隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，電力體系也越來越復(fù)雜，對供電可靠性的要求不斷提高，對工作人員的技術(shù)水平、業(yè)務(wù)熟練程度等提出了更高的要求，目前，電力應(yīng)用較多的培訓(xùn)是仿真機(jī)盤，大都是建立在物理平臺上，但隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力設(shè)備更新?lián)Q代日新月異，使得仿真機(jī)盤臺在不長時間就與真實(shí)變電站平臺形式不兼容，從而不能達(dá)到有效地培訓(xùn)效果，而《數(shù)字沙盤電力三維數(shù)字沙盤系統(tǒng)》是現(xiàn)代電力事業(yè)的必然成果。
傳統(tǒng)沙盤、多媒體沙盤、數(shù)字沙盤的綜合分析
1、實(shí)物沙盤
實(shí)物沙盤制作以項(xiàng)目的地形地貌為基礎(chǔ)，集中展示重點(diǎn)景區(qū)、公路交通等資源、基礎(chǔ)設(shè)施的等建設(shè)分布情況；實(shí)物沙盤集中展示了重點(diǎn)景區(qū)、公路交通、交通線路規(guī)劃、景區(qū)等情況。
實(shí)物沙盤是以微縮實(shí)體的方式來表示地形地貌特征，并在模型中體現(xiàn)山體、水體、道路等物，主要表現(xiàn)的是地形數(shù)據(jù)，使人們能從微觀的角度來了解宏觀的事物。地形模型的應(yīng)用范圍及其廣泛，主要運(yùn)用的行業(yè)有：政府、交通、水利、電力、公安指揮、國土資 源、旅游、人武、軍事等。
2、多媒體沙盤
多媒體沙盤由4個主要部件組成：圖文掃描儀、中心電腦、電子驅(qū)動器、“傳統(tǒng)沙盤 ”。通過聲、光、電、圖像、三維動畫以及計(jì)算機(jī)程控技術(shù)與實(shí)體模型相融合，憑借其動感的，鮮明的三維立體畫面，把現(xiàn)代電子技術(shù)與老式沙盤相結(jié)合，使古老的沙盤獲得新生。但是關(guān)閉多媒體沙盤的光影效果時，可以認(rèn)為這就是一個傳統(tǒng)的沙盤模型，是純靜態(tài)的。 多媒體沙盤通過其互動、參與、感受、體驗(yàn)等手段，被廣泛的應(yīng)用于科技館、博物館、多媒體展廳、房地產(chǎn)展廳、多功能會議室、展會。
3、數(shù)字沙盤
數(shù)字沙盤是可以根據(jù)用戶需求制作實(shí)時瀏覽的三維立體數(shù)字沙盤?？梢阅M飛行和游覽過程，并能顯示地理坐標(biāo)和高度信息。 其中虛擬數(shù)字沙盤內(nèi)容可包括：矢量的專題地圖、柵格的衛(wèi)星影象上、數(shù)字高程模型三者結(jié)合，形成三維虛擬現(xiàn)實(shí)的數(shù)字沙盤，可以根據(jù)需要標(biāo)注如地名、路名等文字信息；在三維環(huán)境中以任意調(diào)整高度、角度進(jìn)行瀏覽；可以填加建筑物、道路、樹木、人物等三維設(shè)施；可以任意查詢詳細(xì)屬性、照片、錄像等信息。 數(shù)沙盤與現(xiàn)在已有的電子沙盤相比，除了數(shù)字沙盤具有的效果外，它對規(guī)劃景觀的展現(xiàn)更具有立體直觀的演示效果，恢復(fù)了沙盤本來的含義，并且不再需要實(shí)物沙盤；虛擬數(shù)字沙盤與傳統(tǒng)沙盤模型相比，能實(shí)現(xiàn)實(shí)物沙盤不能實(shí)現(xiàn)的功能，如對局部區(qū)域進(jìn)行縮放顯示。并且，同一個沙盤的演示區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)多個沙盤的功能。因此，它的應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，具有真實(shí)、立體、快速、簡便、精確、動態(tài)的特點(diǎn)，以獲取更加豐富的演示效果。
數(shù)字沙盤三維仿真關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)字沙盤的研究與開發(fā)在國內(nèi)外己經(jīng)有較長的時間。目前的研究主要集中在場景的三維建模以及基于Gls 的動態(tài)可視化方面。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為數(shù)字沙盤的交互性提供了一個很好的實(shí)現(xiàn)途徑，目前對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字沙盤中的應(yīng)用主要集中在采用VRML構(gòu)建三維場景 ，達(dá)到形象、逼真的目的。在交互方面，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)后主要實(shí)現(xiàn)了實(shí)時改變場景觀察的方位、角度和距離、沿某一路徑運(yùn)動視覺模擬以及跨圖幅大范圍的三維漫游觀察。
基于GIS 的虛擬場景與實(shí)際場景的無縫融合技術(shù)研究，對于主體是大規(guī)模三維虛擬地形場景的沙盤，利用現(xiàn)有虛擬現(xiàn)實(shí)地理信息系統(tǒng)（VRGIS ）方面的研究成果是一個很好的選擇，可以借鑒成熟的VRGIS 的虛擬場景生成渲染技術(shù)對沙盤的三維地形模型進(jìn)行實(shí)時渲染。然而在完成虛擬三維地形模型的建立以后，必須考慮其與實(shí)物沙盤的融合問題。因?yàn)樯潮P的周邊存在一定的光照環(huán)境，向?qū)嵨锷潮P中嵌入的虛擬場景必須與此光照環(huán)境的強(qiáng)度、方向、構(gòu)成的陰影等方面吻合，另外還有實(shí)物沙盤中的實(shí)物模型與虛擬場景中的物體可能存在的遮擋問題等在VRGIS 的相關(guān)研究中不需要涉及的問題。而這些問題是三維仿真數(shù)字沙盤為了達(dá)到虛實(shí)“無縫”融合必須考慮的問題。
數(shù)字沙盤三維仿真系統(tǒng)是在矢量地圖數(shù)據(jù)管理與顯示子系統(tǒng)和多媒體信息管理與顯示子系統(tǒng)的支持下，把虛擬現(xiàn)實(shí)的理論與技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)場地形環(huán)境仿真領(lǐng)域形成的技術(shù)系統(tǒng)，是工人認(rèn)識戰(zhàn)場地形環(huán)境、替代或部分替代實(shí)地考察工作的有力工具。數(shù)字沙盤仿真系統(tǒng)還為施工指揮和培訓(xùn)提供了極大方便，它可以為各級工作人員和指揮人員提供一個三維的、動態(tài)的、可交互的作戰(zhàn)模擬地形環(huán)境，為工作人員和指揮人員提供可視化的交互式培訓(xùn)的虛擬環(huán)境，極大地提高了培訓(xùn)效果，同時還為領(lǐng)導(dǎo)人員提供更直觀的視覺效果。 將三維仿真技術(shù)運(yùn)用于數(shù)字沙盤中，可以充分利用現(xiàn)有三維仿真技術(shù)的研究成果，如三維仿真顯示技術(shù)、精確注冊定位技術(shù)等，研究現(xiàn)有技術(shù)成果在數(shù)字沙盤中的應(yīng)用模式，但除此之外還必須關(guān)注一些以前在三維仿真應(yīng)用領(lǐng)域并不突出的問題。綜合考慮三維仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀和數(shù)字沙盤系統(tǒng)的特點(diǎn)。 虛實(shí)場景中虛實(shí)對象添加與移除技術(shù)研究在虛實(shí)場景中進(jìn)行虛擬三維對象的添加與移除是三維仿真技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。
三維仿真數(shù)字沙盤是實(shí)物沙盤與虛擬數(shù)字沙盤的統(tǒng)一體，在沙盤上進(jìn)行的操作應(yīng)該既允許虛擬三維對象的添加與移除，也允許實(shí)物模型的添加與移除，并且可能多個使用者同時在沙盤上進(jìn)行不同的操作，因此，將三維仿真技術(shù)運(yùn)用于數(shù)字沙盤需要研究在虛實(shí)場景中添加與移除虛擬對象的方法以及在對象添加或移除后對虛實(shí)場景的影響。
電力三維數(shù)字沙盤功能
電力數(shù)字沙盤系統(tǒng)以三維可視化的方式對輸電線路工程建設(shè)過程進(jìn)行全方位、全壽命周期的交互式管理，將海拉瓦數(shù)據(jù)和勘察設(shè)計(jì)資料有效融合，在線路建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和全數(shù)字化移交，為輸電線路施工管理提供包括：全息化的二、三維施工環(huán)境展現(xiàn)、漸進(jìn)式的施工進(jìn)度管理、全階段的數(shù)字檔案管理和應(yīng)用、智能化的施工技術(shù)管理、可擴(kuò)展的外部系統(tǒng)交互接口等在內(nèi)的多項(xiàng)重要功能。本項(xiàng)目還提出了基于海拉瓦技術(shù)的“虛擬交樁”概念，設(shè)計(jì)院直接使用數(shù)字沙盤向施工單位交樁，該方式是線路建設(shè)過程中一個重要的流程創(chuàng)新， 它提高了工作效率、一定程度上避免了樁位丟失和搶種搶蓋、減少了通道清理費(fèi)用，減少砍伐，有很好的環(huán)保效益。 本項(xiàng)目所完成的數(shù)字沙盤系統(tǒng)可以直接應(yīng)用所有符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，包括：二維影像數(shù)據(jù)、二維矢量數(shù)據(jù)、三維地形數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)資料數(shù)據(jù)、施工管理數(shù)據(jù)。施工過程中的信息可以在系統(tǒng)中實(shí)時流轉(zhuǎn)和展現(xiàn)。
數(shù)字沙盤三維仿真實(shí)現(xiàn)步驟
1、場景仿真：我們對常見的線路桿塔、電力設(shè)備以及鐵路、道路、橋梁、房屋、水庫各種環(huán)境各種關(guān)鍵要素進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，可以通過對模塊布局、直觀、形象、迅速的創(chuàng)建仿真場景，現(xiàn)實(shí)環(huán)境三維真實(shí)再現(xiàn)，利用數(shù)字地形模型、高分辨率遙感影像構(gòu)建三維場景，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式，快速生成電塔、電線等電力設(shè)施的三維模型，在三維平臺中對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分層顯示。同時，允許用戶在三維場景中交互式的完成場景瀏覽、漫游、定位、剖面分析等功能，以全方位、直觀、形象的方式再現(xiàn)地形、地貌，輔助領(lǐng)導(dǎo)正確決策，作業(yè)更方便、快捷算。復(fù)雜的施工場景可以固化用于以后在此特殊場景的安全風(fēng)險防范。 電力三維數(shù)字沙盤系統(tǒng)將與電力設(shè)施相關(guān)的設(shè)備（變電站、線路桿塔、以及鐵路、道路、房屋等各種關(guān)鍵要素）及屬性信息與相應(yīng)地理空間數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合在一起，可進(jìn)行空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理及交互操作，具有直觀的圖形表達(dá)形式以及欠打的空間分析。是電力企業(yè)施工、維修的行之有效的輔助工具。
2、模擬推演：在仿真的場景基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場勘查記錄進(jìn)行危險點(diǎn)分析，并編制現(xiàn)場作業(yè)指導(dǎo)書，并按作業(yè)指導(dǎo)書的要求準(zhǔn)備工器具材料、布置落實(shí)安全技術(shù)措施，對現(xiàn)場作業(yè)進(jìn)行分工安排。電力三維數(shù)字沙盤的虛擬空間是動態(tài)的，可操縱的，我們可以借助于一些專門的外部設(shè)備（如普通鍵盤、鼠標(biāo)或游戲柄）以自然地方式來操縱電力虛擬環(huán)境的設(shè)備，電力虛擬環(huán)境可對這種操縱做出相應(yīng)（根據(jù)三維系統(tǒng)仿真算法），以完成電力三維沙盤仿真演示。 基于本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一安排和指導(dǎo)下建立起電力設(shè)施相關(guān)的設(shè)備管理系統(tǒng)，通過智能化的物理和邏輯資源管理，結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)輔助實(shí)現(xiàn)電力設(shè)施相關(guān)的設(shè)備和輸電網(wǎng)絡(luò)組織的優(yōu)化，為維修和指揮部門提供有分量的分析；實(shí)現(xiàn)地圖顯示電力設(shè)施的分布和管理；實(shí)現(xiàn)電力設(shè)施相關(guān)的設(shè)備基本數(shù)據(jù)模型的建設(shè)和維護(hù)管理；實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)施相關(guān)的設(shè)備在維修時準(zhǔn)確無誤進(jìn)行指揮操作。
3、推演回放：在模擬推演結(jié)束以后，通過回訪現(xiàn)場安全技術(shù)措施布置的流程、要求、作業(yè)分工、直觀、形象、有效地進(jìn)行作業(yè)人員的安全技術(shù)交底。 電力三維數(shù)字沙盤的意圖為便于電力使用企業(yè)在電力施工搶修時的指揮演示操作、培訓(xùn)提高電力搶修人員的業(yè)務(wù)技能、規(guī)范基層電力搶修人員業(yè)務(wù)操作、準(zhǔn)確定位到故障發(fā)生地點(diǎn)。 對電力系統(tǒng)而言，利用虛擬環(huán)境來練習(xí)員工熟悉環(huán)境設(shè)備與操作那些復(fù)雜且不能出錯的設(shè)備，并做考核，不僅增加了員工的學(xué)習(xí)愛好與效率，而且節(jié)省了許多費(fèi)用，也大幅降低了新手操作的失誤率。而且虛擬環(huán)境的工程造價低，運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)工作量小，升級輕易。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新型的培訓(xùn)方式，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益是顯而易見的，具有廣泛的應(yīng)用前景。
預(yù)期目標(biāo)
1、電力三維數(shù)字沙盤以三維空間為基礎(chǔ)，以桿塔設(shè)備等電力設(shè)施為元素，將配網(wǎng)線路、變電設(shè)備（變電站、桿、塔、開關(guān)、變壓器、重合器等）、安全工器具（接地線、圍欄、警示牌等）、地理走向現(xiàn)狀（交叉跨越、道路、房屋、河流等）制作成專業(yè)模塊（實(shí)際物體的縮小版）。提供一個便于操作的三維繪圖工具，便于工作人員利用制作好的三維立體模塊，按實(shí)際地理走向擺放好線路、設(shè)備、安全工器具等，組合成三維的電力線路施工、檢修模擬施工現(xiàn)場。直觀的模擬施工現(xiàn)場，能夠展現(xiàn)施工現(xiàn)場環(huán)境，如道路、河流、其他管線等交叉跨越情況。讓施工人員清楚、直觀的了解作業(yè)現(xiàn)場。并能夠模擬現(xiàn)場安全措施的布置情況。
2、要求圖形的繪制速度、逼真度、分辨率都很高，能夠無極縮放，并能從不同視角觀看。虛擬的電力施工環(huán)境給人一種身臨其境的現(xiàn)場感，將人與電力現(xiàn)場環(huán)境融為一體。建成的三維電力施工現(xiàn)場的虛擬空間是動態(tài)的、可操縱的，我們可以借助鍵盤、鼠標(biāo)來操縱虛擬的環(huán)境、設(shè)備，虛擬環(huán)境設(shè)備根據(jù)三位系統(tǒng)仿真算法對這種操縱做出響應(yīng)，以完成現(xiàn)場的仿真。像搭積木一樣，操作簡單易懂。
電力三維數(shù)字沙盤經(jīng)濟(jì)社會效益分析
建立電力三維數(shù)字沙盤是教育投資，將產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。主要表現(xiàn)在：
（一）、一次性投入終生使用，軟件正常使用后，所有的場景及模型都可以再后期制作或修改，不像實(shí)物沙盤那樣成為一次性產(chǎn)品而不能修改（或成本太高）。
（二）防止或減少誤操作事故，為保證正確操作奠定基礎(chǔ)。誤操作事故尤其是嚴(yán)重誤操作事故將帶來嚴(yán)重的人身傷亡、停電和設(shè)備損壞事故，給電力生產(chǎn)本身造成嚴(yán)重后果。避免誤操作事故帶來的嚴(yán)重后果和造成的巨大的損失，為盡快減少誤操作發(fā)生的次數(shù)，電力仿真系統(tǒng)將發(fā)生重要作用，這也是該項(xiàng)目主要效益所在。
（三）、電力三維數(shù)字沙盤使設(shè)備運(yùn)行故障處理及時、快速。經(jīng)電力仿真系統(tǒng)培訓(xùn)后，故障判斷水平提高，解決了因值班人員不會判斷、判斷不準(zhǔn)等誤判問題，便于操作人員處理事故得當(dāng)、正確，防止事故擴(kuò)大;便于檢修人員針對故障性質(zhì)，作好人員配備和帶好備件，做到現(xiàn)場處理針對性、準(zhǔn)確性強(qiáng)，縮短停電時間，減少停電損失。
（四）、縮短停送電操作時間。因操作能力提高，操作程序和具體操作熟練，使變電站正常的停送電時間縮短。
（五）、因有二次系統(tǒng)培訓(xùn)，可提高檢修人員素質(zhì)，使變電站二次系統(tǒng)檢修質(zhì)量提高，處理時間縮短。
（六）、提供考試考級現(xiàn)場，題庫齊全，判題迅速，節(jié)約了大量出題人力，現(xiàn)場制造假故障時間，減少應(yīng)試人員等待時間。 總之，電力三維數(shù)字沙盤應(yīng)用后，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，對杜絕和減少操作事故，提高故障處理能力，確保變電站安全運(yùn)行等方面奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對減少事故本身的直接費(fèi)用，停電損失直接費(fèi)用和其他生產(chǎn)的損失費(fèi)用和人身、家庭損失費(fèi)用等都有著直接作用。
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