基于三维场景的电力数据可视化管理方法

戚群朗

南京宁众人力资源咨询服务有限公司 210000

摘要：针对在电力数据可视化管理中运用三维仿真技术能够有效增强管理者对电力数据信息获取的能力,基于三维场景渲染算法和数据挖掘技术，对三维场景的电力数据可视化管理进行研究。在研究中,利用八叉树数据结构对三维场图进行描述,同时采用基于不可见物体剔除算法对三维场景进行渲染,结合优化Apriori数据挖掘算法实现对三维场景中电力设备的动态更新。实验证明,基于该算法实现的变电站动态场景图能够满足锄数据三维可视化管理的要求。

关键词:三维场景;电力大数据;三维场景渲染

引言

随着电力业务上云和大数据分析工具及数据挖掘工具的不断出现，带来了越来越多量大和维度高的数据。文中概述了传统电力数据的

特征及展现的特点以及其存在的局限，提出了通过层次化、网格化、坐标化、地图化及三维和动画的场景适配来适应电力大数据的可视化，并对电网企业可视化技术应用提出了建议。

电力数据的特点南方电网公司在"十二五"信息化整体规划中推动6+1"企业级信息系统的建设，形成了资产管理(投资计划管理、物资管理、项目管理、安全生产管理、固定资产管理）)、营销管理系统、人力资源管理系统、财务管理系统、协同办公系统、综合管理系统（审计、法务、财务在线审计、监察管理）和决策支持平台。传统电力系统中的数据是分布在不同的系统中，很多业务数据都只能在自己的系统中进行使用和查看，从而形成了各自的孤岛，只有少部分工单是在多个系统中进行流转。当时各个系统也只能展现自己业务内关心的简单数据统计图表。随着上云之后，例如之前发生停电，生产调度系统可以知道哪些线路的情况，但是客服那边并不能及时得知哪些用户发生了停电到用户打入电话进行投诉，同时在电网规划的时候，调度系统结合实际的客服数据比较少，对于新投营业厅、推广新渠道存在一定的不足。

一、智能电网时代的电力设备检测分析

智能电网时代，基于大量故障不会在同一时间发生的判断，电力设备管理更加注重各种先进技术的应用，来使得设备劣化的发展过程能够及时反映出来。反映设备运行状态的参考量很多，要进行全方位的监测，不仅要含纳基本的电力设备状态参数，鉴于其对不同电力设备的不同意义，还要对电压、电流、声音、温度、振动、光亮等物理量和油、气分析等化学量进行科学设计统筹。比如一次设备的共同特点是与高电压、大电流直接关联，在监测中需要注意监测设备的绝缘安全，不得影响一次设备的可靠运行。输电线路运行环境更为恶劣，一是雷电、树木、小动物等无法控制的情况的干扰，二是输电线路一般路径较长，采用的常规监测手段往往是依靠人力。大型电力变压器多是油浸式的，过热和放电故障，都会伴随着特定气体的产生，在线检测氢气含量是简单实用的方法。二次设备都是电子设备及其二次回路，不过分依赖传感器及其他监测装置，主要是通过自检功能及二次回路的设计来监测。总的来说，自2006 年国家电网公司开始推行电力设备状态检修，由于其更强的针对性、更好的延寿性、更好的经济性，不断的朝着全新的阶段发展进步。但基于没有形成全过程的电力系统的设备生命管理和电力设备监测技术手段的不完善，一直无法实现质的突破。随着信息技术的迅速发展和大数据时代的到来，设置关键性指标并以此为核心打造内在数据逻辑体系和外在可视化体系，成为电力设备管理的一个创新趋势。

二、三维数据可视化对电力行业的作用。

电力工程管理方法一般从2个层面下手，一方面是电力工程数据的采集，一方面是电力工程智能管理系统，他们2个是不可缺少的一部分。现阶段电力工程数据收集基础能够精准到小数位后的俩位，基础考虑了生活起居、办公室与生产制造，因此更偏重于机器设备的购置。而电力工程智能管理系统就有点儿五花八门了，作用、系统软件、展现方法、终端设备等都都有差别，电力工程三维可视化综合性智能管理系统做为世峰数据可视化综合性管理系统的一部分，它以三维仿真、三维互动交流的方法，把电力工程数据信息开展生产加工剖析与总体展现，产生一套切实可行的电力工程智能管理系统。

电力工程三维可视化综合性智能管理系统并不是一个“全新”的专有名词，只是相对性完善的技术性，在工业生产、电力工程与高等院校运用的较为普遍。电力工程三维可视化综合性智能管理系统能够把灯光效果、机器设备等别的用电量机器设备都连接一个系统软件中，从全局性上把控每个机器设备的耗电量、工作电压、电流量等别的关键数据信息，另外还可以对这种数据信息设置安全值或是规定值，超过安全值或规定值的数据信息，电力工程三维可视化综合性智能管理系统会给与提醒、警告与警示，让电力工程的管理方法变为智能化系统、简单、高效性。

电力工程三维可视化综合性管理系统做为可视化综合性管理系统的一部分，当然也适用多种多样终端设备，让技术人员随时都能够根据手机上、平板电脑、PC、AR机器设备、VR机器设备开展电力工程管理方法，让电力工程管理方法已不局限性一个枯燥的二维管理系统，只是一个三维互动交流、三维仿真的三维信息化管理台。

电力工程三维可视化综合性管理系统是在开展虚拟现实技术开发设计、三维可视化信息化管理数据平台、VR培训教育、电力工程三维仿真仿真模拟学习培训、高等院校职业学校模拟仿真实验室规划、安全演练虚拟现实技术系统软件开发、虚拟现实技术系统软件开发、虚拟现实技术关键技术以后等又一大造就，坚信在之后的生活，会造成更大的使用价。

电力大数据三维可视化管理模型

三、电力大数据三维可视化

目前电力企业已有的大数据应用系统中并无针对三维可视化的设计架构,如果采用外挂三维可视化模块的方式实现对现有应用系统数据输出的三维可视化展现,会使得各种数据与业务相互分离,无法在数据挖掘过程中得到多种数据间的相关性并直观展现”。为此,本文提出一种针对电力大数据三维可视化管理的一体化的模型,将大数据生态系统与三维可视化模块整合,使三维场景的图形计算和数据分析的数值计算在同一个架构内得到有机整合，使得存储资以及计算资源能在系统共享,实现协同化的大数据可视化分析,也能使数据挖掘、数据映射、三维建模、可视化管理实现并行处理,提高了系统效率。

4. 三维场景实时渲染技术

1.2基于不可见物体剔除的三维场景渲染算法在现实场景中,物体可见部分只占全部物体的小部分,为提高三维场景的渲染效率同时不降低渲染质量,在三维场景仿真时需对不可见部的物体进行合理剔除。完成三维场景结构的描述后,考虑基于视点的内部随机射线的模式进行剔除计算。当随机射线的数量足够多，就能实现精确的剔除计算。在实际算法中，为平衡计算开销和算法精度，通常采取近似精确的策略15-16。为使剔除计算尽可能精确，同时不

至于引发超过预期的开销,本文采用基于Halton序列的随机射线剔除算法。Halton序列是采用 MonteCarl算法计算而出的具有较好均匀性和随机性的数字序列。Halton序列的基本生成原理如下 I8]:（1）选取一个质数B作为基数;

(2)给定一个数字序列N,对其进行B进制数

的转换运算,生成序列N;

(3）对序列N，中的数字除以10,得到序列N;

(4)对序列N，中的数字进行十进制转换运算，得到序列N。由上述计算过程可知,序列N，的数字均大于0且小于1。

以二维数组(0,0）~(1,1)为例,分别选择不同的质数作为基数按照上述原理生成随机序列。首先基于基数2生成序列1:

1/2,1/4,3/4,1/8,5/8,3/8,7/8,1/16,9/16,…

采用基数3生成序列2为:

1/3,2/3,1/9 ,4/9,779,2/9,5/9,8/9,1/27，…

则组合后的序列为:

(1/2,1/3),(1/4,2/3),( 3/4,19),(1/8,4/)

虽然Halton序列是以确定的方法算出来的,但它们的偏差很微小,在大多数情况下这些序列可以视作是随机序列。使用Halton序列作为随机射线的插值参数时,其顶点在平面上的分布表现出较好的随机性,因此能够保证基于随机射线的剔除算法在精度上能够保证对设备模型的可见部分的可靠还原。

结语

本文基于三维渲染算法和数据挖掘算法对基于三维场景的电力数据可视化进行了研究。该研究的关键技术是基于不可见物体剔除的三维场景的动态渲染算法和基于关联规则的优化 Apriori数据挖掘技术。通过试验证明,本文所提出的数据可视化关联方法可以基于三维场景渲染算法和数据挖掘算法的结果对变电站三维场景中的设备模型进行动态渲染,其三维场景的显示效果能够满足电力数据三维可视化管理的要求。

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