变电站GIM与GIS多场景融合的轻量化展示方法

技术领域

本发明涉及变电站三维设计技术领域，尤其涉及一种变电站GIM与GIS多场景融合的轻量化展示方法。

背景技术

国网输变电工程三维设计的标准电网信息模型GlM（Grid Information Model）定义了电网工程三维设计的数据架构、编码体系、交互方式、设计深度和成果形式，目前市场上必须使用专业的行业软件才能打开，比如国外的Autodesk、Bentley，以及国内的道亨软件等公司的产品。Autodesk、Bentley产品只是打开浏览，存在加载速度慢电力参数不完整缺陷，而道亨软件为GIM成果审核用途，缺少与外界交互能力。

基于此，本案由此提出。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种变电站GIM与GIS多场景融合的轻量化展示方法，以解决变电站GIM加载速度、参数核查、GIS融合、对外共享等方面的不足。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种变电站GIM与GIS多场景融合的轻量化展示方法，包括以下步骤：

对GIM文件解析生成自定义的多层模型；

根据标准的数据结构对生成的多层模型进行有效性核查；

通过数据参数与电力资源匹配形成模数一体化映射；

将自定义的多层模型根据GIS平台应用场景做轻量化展现；

对多层模型分配操作和数据权限对外提供共享服务。

进一步的，所述GIM文件解析生成自定义的多层模型，包括以下步骤：

T1. 根据标准对GIM文件进行解析；

T2. 对解析的文件进行格式转换，将离散的模型文件组成独立的设备对象文件，包括工程对象、设备对象以及设备层次关系；

T3. 形成最终解析文件，包括gimtree.json文件、gim.json文件、各个设备对应的属性和绘制算法，其中gimtree.json文件为GIM结构树，将工程模型通过树关系连接起来，gim.json文件为GIM工程下的所有设备类表，通过gim.json列表中的模型id、设备pid找到对应的图元组合画法，从而展现。

进一步的，所述设备对象包含属性对象和图形对象，步骤T2中，需要对图形对象分层构建，形成多层图形对象，多层图形对象包括高、中、低三种不同分辨率的对象模型，根据场景不同使用不同的分辨率对象。

进一步的，所述根据标准的数据结构对生成的多层模型进行有效性核查，包括以下步骤：

T1. 核查GIM属性中是否存在设备类型为不允许为空的字段值，通过中文名称和英文名称双重匹配确定唯一性；

T2. 核查属性的值是否有效；

T3. 提供核查结果和详情。

进一步的，所述通过数据参数与电力资源匹配形成模数一体化映射，包括以下步骤：使用调度编号与调度命名匹配技术完成GIM对象与资源对象的关系映射。

进一步的，所述轻量化展现包括以下步骤：

T1. 使用three.js编写GIM的图元算法函数；

T2. 根据不同的图元使用不同的材质渲染；

T3. 将图元按照GIM工程的位置、旋转、缩放参数进行变换操作，形成实体对象，赋予对象的参数属性；

T4. 根据GIM使用的场景，分层展现提供显示效率。

进一步的，所述对外提供共享服务包括以下步骤：变电站工程包括设计、采购、生产、施工、运行、维护五个全过程阶段，其中设计阶段作为源头阶段，后续阶段依赖设计阶段形成的设计模型，在各自的阶段根据权限进行属性参数的维护工作，按照变电站GIM的对象模型为最小共享单元，在此最小共享单位中，任何一个阶段均有权限制其他阶段对本阶段数据的访问。

本发明的目的之二在于提供一种变电站GIM与GIS多场景融合的轻量化展示系统，包括：

获取模块，用于获取GIM文件；

解析模块，用于对GIM文件解析生成自定义的多层模型，其中的多层模型包括高、中、低三种不同分辨率的对象模型，可根据场景不同使用不同的分辨率对象；

对象数据结构核查模块，根据标准的数据结构对生成的多层模型进行有效性核查；

模数一体化映射模块，使用调度编号与调度命名匹配技术完成GIM对象与资源对象的关系映射；

多场景轻量化展示模块，将自定义的多层模型根据GIS平台应用场景做轻量化展现；

授权共享服务模块，对多层模型分配操作和数据权限对外提供共享服务。

进一步的，所述多场景轻量化展示模块使用three.js编写GIM的图元算法函数，根据不同的图元使用不同的材质渲染，将图元按照GIM工程的位置、旋转、缩放参数进行变换操作，形成实体对象，赋予对象的参数属性，根据GIM使用的场景，分层展现提供显示效率。

本发明的优点在于：本发明解决了变电站GIM加载速度、参数核查、GIS融合、对外共享等方面的不足，提升GIM应用的广度。

附图说明

图1为实施例中变电站GIM与GIS多场景融合的轻量化展示方法的流程示意图；

图2为实施例中GIM文件解析流程示意图；

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要理解的是，文中术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本实施例提出一种变电站GIM与GIS多场景融合的轻量化展示方法，解决变电站GIM加载速度、参数核查、GIS融合、对外共享等方面的不足，提升GIM应用的广度。如图1所示，该方法主要分为以下五个步骤：

S1. 对GIM文件解析生成自定义的多层模型；

S2. 根据标准的数据结构对生成的多层模型进行有效性核查；

S3. 通过数据参数与电力资源匹配形成模数一体化映射；

S4. 将自定义的多层模型根据GIS平台应用场景做轻量化展现；

S5. 对多层模型分配操作和数据权限对外提供共享服务。

在步骤S1中，GIM模型文件解析包括以下内容：对GIM文件的解析是根据Q/GDW11810.1—2018《输变电工程三维设计建模规范.第1部分：变电站（换流站）》标准对GIM文件进行的。GlM三维设计模型由物理模型和逻辑模型组成，物理模型主要包含电气设备及材料，二次系统设备及装置（含辅控系统）， 建（构） 筑物、 水工暖通系统及其它设施等；逻辑模型主要包含电气主接线、站用电等系统接线、二次原理接线等。变电一次、二次系统、线路电气设备及材料模型采用基本图元建模，土建及水暖系统的模型采用 IFC作为交互格式。模型属性包括基本属性和扩展属性，基本属性参考建模规范，扩展属性可根据模型应用要求进行扩展。变电工程三维设计模型框架包括四层结构，自下而上分别是：属性集、组件类、物理模型/逻辑模型、工程模型。属性集包括工程参数、电气参数、力学参数、材料参数、几何参数、位置参数、图形符号。组件类包括建（构）筑物类、设备类、材料类、其他设施类。物理模型（包含厂家提供的制造模型）用于描述外形尺寸和空间位置逻辑模型用于描述设备之间的关联关系。

工程模型是由工程中所有的建（构）筑物、设备、材料及其他设施模型和工程属性构成的信息集合，也包含建（构）筑物、设备、材料及其他设施之间的关联关系。

根据以上GIM模型文件的组成需要进行格式转换，将离散的模型文件组成独立的设备对象文件，形成工程对象、设备对象以及设备层次关系，其中设备对象包含属性对象和图形对象，由于建筑物类是IFC表述，图形符号只有属性对象，也统一归结于设备对象。为了达到多场景轻量化的展现效果，还需要对图形对象分层构建，形成多层图形对象。如图2所示，工程对象、设备对象、设备层次具体包括如下：

工程对象属性：工程名称、工程坐标、工程类别、电压等级；

设备对象属性：设备名称、设备类型、各种电气参数（依据标准类型属性规范）；

图形对象属性：各种几何参数（依据标准图元属性规范）；

设备层次关系：对象名称、对象类型、子设备列表（对象名称，对象类型，子设备类别（...））；

多层图形对象：对建筑物、设计类等因为存在模型加载需要耗时，故生成高、中、低三种不同分辨率的对象模型，根据场景不同使用不同的分辨率对象，达到轻量化的目的。

通过上述过程，最终解析成果文件包括gimtree.json文件、gim.json文件、各个设备对应的属性和绘制算法。其中gimtree.json文件为GIM结构树，将工程模型通过树关系连接起来，gim.json文件为GIM工程下的所有设备类表，通过gim.json列表中的模型id、设备pid找到对应的图元组合画法，从而展现。

在步骤S2中，对数据结构的核查具体为：建立设备类型标准模型参数表，对每一个类型进行有效性核查，包括内容的校验；根据属性表对每个对象属性进行差异性和有效性核查。

设备类型属性的格式为：属性名称、数据类型、单位、英文字段名称、是否可空，比如 电压等级、kV、VOLTAGE、N。GIM中的属性达格式为：英文属性名称=中午属性名称=属性值，比如VOLTAGE =电压等级=1000kV。

首先要核查GIM属性中是否存在设备类型为不允许为空的字段值，需要通过中文名称和英文名称双重匹配才能确定唯一性；再核查属性的值是否有效，分为3种类型，1、字符；2、数值；3、枚举，默认为字符类型，因为数值型的属性值后会附加单位，如光判断值是否符合类型是不完善的，需要去除设备类型属性中单位的字段内容，如枚举类型也要判断枚举的值是否带有单位属性。

核查完成后提供核查结果和详情，实例如下表1和表2所示：

表1 核查结果

表2 核查明细

在步骤S3中，GIM提供了三维设计模型，要实现GIM与生产融合就对GIM对象与资源对象两种进行对象映射，使用调度编号与调度命名匹配技术完成两者的关系映射。

GIM设备对象均包含名称属性，在设计阶段为设备的通用名称，一般为设备的类型名称，当工程建设投运后将会被赋予调度命名，包含名称和编号双命名法则。考虑到名称是人工维护，存在大小写、全半角、谐音等不规则输入，需要对内容进行算法匹配，算法匹配包括以下几中情况：

1. 转换全半角输入的数字，使用字符替换法，比如“１０”置换成“10”；

2. 转好大小写输入的英文字母，使用字符函数，比如LowerCase(“AbCd”)转换为“abcd”；

3. 名称中数字为调度编号，所以数字匹配时可以将数字与数字比较，文字与文字比较，需要将文字和数字分离，通过数字的ASCII码表进行判断， Ord(“0”)=30，Ord（“9”)=39，判断字符码在0到39之间分为数字，其他为文字，比如“天安0114线”转为“天安线”和“0114”两个部分，前者是文字，后者是数字；

4. 存在简称等内容，需要将常用的电力术语进行归一化，规则为：“线路”->“线”，“变电站”->“站”，“单元”->“间隔”；

5. 调度命名时存在“#”前缀，但是人工输入时可能输成了后缀，比如“1#”变成了“#1”，可以将“#”字符统一去掉，比如上述转换为“1”；

6. 计算两个单词的相似度，通过相似度比较两个词语是否为同一语境，判断方案首先判断两个单词是否完全一致；再判断一个单词是否是另一个单词的部分内容；最后再判断两个单词是否存在中间区域交叉，其算法为每个字符在对侧是否存在，存在为1，不存在为0，最后取所有数学和/所有字符长度得出相似度的百分比，比如得到的字符串为10011110，数学和/字符长度为5/8，相似度即为62.5%。

在步骤S4中，多场景轻量化展现的实现具体方式如下。变电工程GIM模型中包含地理信息系统，包括坐标系和高程数据，坐标系使用 2000 国家大地坐标系（CGCS2000），高程使用1985国家高程基准，故可以与GIS融合，进行空间展现。目前常用的GIS平台为ArcGIS、WebGIS，这些平台均不支持GIM的图形绘制算法，需要额外算法渲染，进行空间叠加。而three.js，是JavaScript编写的WebGL第三方库，在桌面端和移动端均有良好的表现。

故本申请轻量化展现的实现过程为使用three.js编写GIM的图元算法函数，比如圆柱、棱台、套管等，再根据不同的图元使用不同的材质渲染，可能存在一个图元包含多种材质的设备，比如绝缘子，内管和绝缘套是不同材质；再将图元按照GIM工程的位置、旋转、缩放参数进行变换操作，形成实体对象，赋予对象的参数属性；最后根据GIM使用的场景，分层展现提供显示效率。

目前支持的场景为多层级、全景展现、高亮选择、画中画、虚幻对象等五中场景，各场景介绍如下：

1. 多层级：GIS显示层级现最高层级为21级比例尺（1:41.5），最低要看使用的地图所属区域，如以省为显示区域则最低为7级，市为9级，县为11级，可以将GIS层级划分为高中低三种分辨率场景，其中底分辨率：0到11级，中分辨率：12到20级，高分辨率：21至以后，IFC等建筑模型根据需要在GIM文件解析时已经生成了三种分辨率，这样可以在显示清晰度和加载效率上做到平衡；

2. 全景展现：全景展现默认显示的是变电站的外壳，通过算法优化，内部可以使用多线程的懒加载方式，让打开后外观是清晰的，优化算法为获取变电站中心点，根据对象模型到中心点的距离进行先后加载，远的先加载，近的后加载；

3. 高亮选择：激活设备对象后高亮该设备，包括边缘和外壳的高亮，通过three.js点算法，获取边缘的闭包集合，使用线条绘制函数进行线条渲染和边缘面的半透明渲染达到高亮下显示的效果；

4. 画中画：当选择设备对象后可以将设备从电站场景中脱离，使用单独的空间展现，更能详细观察对象内部细节，根据中心点距离算法，可以将整个对象使用“爆炸”显示效果，让零部件沿坐标轴分散，具有直观的表现手法；

5. 虚幻对象：此功能为了突出选择对象在整个变电站的空间位置以及与其他设备对象电气、物理连接触点，具体表现为除了选择的对象外，其他对象均为20%的透明度，使用白色光进行透视，在触点处使用红色渲染，让整体和细节在此场景中均有表现。

步骤S5中的共享服务包括以下内容：

变电站工程从开始到完成会涉及到设计、采购、生产、施工、运行、维护全过程，变电工程GIM设计阶段是源头，后续的阶段均依赖于设计模型，在各自的阶段根据权限进行属性参数的维护工作，按照变电站GIM的对象模型为最小共享单元，在此共享单位中任何一个阶段均有权限制其他阶段对本阶段数据的访问。各阶段的数据如下：

1. 设计阶段：所有设备的构建、电气连接、设备的物理参数、限额参数，还包括平面图纸、设计规范；

2. 采购阶段：根据设计的规范，进行物资采购，需要维护设备的ERP编号、采购批次、资产所属、产品原值；

3. 生产阶段：主要是设备制造厂家的参数信息，比如生成厂家、产品型号、出厂日期、服务编号、设备原理图；

4. 施工阶段：为变电站建造过程，包括设备的安装连接、土建的施工装饰，此阶段需要维护施工单位、施工时间、责任人、工作票、现场施工照片、施工技术指导书。

5. 运行阶段：变电站投运，需要维护调度编号、运行方式、所辖调度机构、运行的实时数据（开合状态、电流、电压、有功、无功等信息）；

6. 维护阶段：维护设备的巡视记录、缺陷记录、检修记录、停复役申请、试验记录、设备主人、设备责任人。

基于上述变电站GIM与GIS多场景融合的轻量化展示方法，本实施例还提出了一种变电站GIM与GIS多场景融合的轻量化展示系统，包括：获取模块，用于获取GIM文件；解析模块，用于对GIM文件解析生成自定义的多层模型，其中的多层模型包括高、中、低三种不同分辨率的对象模型，可根据场景不同使用不同的分辨率对象；对象数据结构核查模块，根据标准的数据结构对生成的多层模型进行有效性核查；模数一体化映射模块，使用调度编号与调度命名匹配技术完成GIM对象与资源对象的关系映射；多场景轻量化展示模块，将自定义的多层模型根据GIS平台应用场景做轻量化展现；授权共享服务模块，对多层模型分配操作和数据权限对外提供共享服务。

上述实施例仅用于解释说明本发明的构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。