CN115665213B - 一种新设备挂网试运行基地数字孪生*** - Google Patents
一种新设备挂网试运行基地数字孪生*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及电网技术领域，公开了一种新设备挂网试运行基地数字孪生***，包括：采集模块，用于采集基地的各种数据，包括周边环境的卫星遥感数据和基地点云数据；数字孪生模块，包括数据存储单元、数据处理单元、建模单元和数字孪生单元，数据处理单元用于处理采集的各种数据，包括对基地点云数据进行处理，形成3DMAX精细化模型数据；建模单元用于构建BIM模型和新设备模型；数字孪生单元用于形成基地三维数字化模型；个性化操作模块，包括地图标注单元和视点导航单元；该***提高了采集数据的准确度，能够更加全面地对基地的各种相关数据进行采集和监控。
Description
技术领域
本发明涉及电网技术领域，尤其涉及一种新设备挂网试运行基地数字孪生***。
背景技术
新设备挂网试运行基地的主要实现如下工作：
1）测试新设备运行状况，收集新设备各种运行数据，为新设备入网评估提供重要的基础数据；
2）电力设备拆装相对频繁，即施工较多，大部分设备还需要进行吊装作业，施工前要进行作业空间、作业路线的核对和演练；
3）新设备入网安装前，要进行各种参数核对，包括外形尺寸、基础、电气距离等等。
上述数据收集、参数核对若通过人工方式进行，将耗费大量的人力，而且还有疏忽的因素存在，可能会导致事故发生。
发明内容
本发明提供了一种新设备挂网试运行基地数字孪生***，其提高了采集数据的准确度，并能够更加全面地对基地的各种相关数据进行采集和监控。
一种新设备挂网试运行基地数字孪生***，所述新设备挂网试运行基地用于对新设备在挂网前进行模拟测试，所述新设备挂网试运行基地数字孪生***包括：采集模块，用于采集基地周边环境的卫星遥感数据、基地点云数据、基地静态数据、基地动态数据、基地环境数据、基地的视频和图像数据、以及基地电器设备的温度数据、以及新设备的模型数据和运行数据；数字孪生模块，包括数据存储单元、数据处理单元、建模单元和数字孪生单元，所述数据存储单元用于接收并存储采集模块采集的数据；所述数据处理单元与数据存储单元连接，所述数据处理单元用于对所述采集模块采集的数据进行处理，并将处理后的数据存储在所述数据存储单元，所述数据处理单元对所述采集模块采集的数据进行处理包括对基地点云数据进行处理，形成3DMAX精细化模型数据；所述建模单元用于搭建BIM平台，并基于所述基地周边环境的卫星遥感数据和所述3DMAX精细化模型数据进行BIM建模，得到BIM模型；所述建模单元还用于基于新设备的模型数据构建新设备模型；所述数字孪生单元分别与所述数据存储单元和所述建模单元连接，所述数字孪生单元用于将所述基地静态数据、所述基地动态数据、所述基地环境数据、所述基地的视频和图像数据、基地电器设备的温度数据和新设备的运行数据与所述BIM模型和所述新设备模型进行关联融合，形成基地三维数字化模型；个性化操作模块，包括地图标注单元和视点导航单元，所述地图标注单元用于在所述基地三维数字化模型添加地图标注；所述视点导航单元用于在所述基地三维数字化模型创建视点以及实现视点的快速跳转。
优选地，所述基地静态数据包括建筑物、一次***设备、二次***设备、通信***设备以及辅助***的台账信息、资源信息、设备参数、设计参数、设计图纸、平面布置图、一次接线图的静态信息数据。
优选地，所述基地动态数据包括一次***设备、二次***设备、通信***设备以及辅助***的运行信息、监测信息、告警信息、缺陷信息、检修记录的动态信息数据。
优选地，所述基地环境数据包括继保室湿度、通信室湿度、高压室湿度、室外场地端子箱温湿度、汇控箱温湿度、电缆沟位置水浸状况、空调排水位置水浸状况以及主控楼顶风速。
优选地，所述基地的视频和图像数据包括基地全景、高压场地、主变、电容和/或电抗器、交直流配电室、蓄电池室的视频和图像，以及继保室内二次屏柜的指示灯、压板及空开的视频和图像。
优选地，所述基地电器设备的温度数据包括主变压器的温度数据、电容和/或电抗器的温度数据、场地开关刀闸的温度数据。
优选地，建模单元基于基地周边环境的卫星遥感数据和3DMAX精细化模型数据对基地一次设备、重要部分建筑、二次屏柜外观及设施设备进行BIM建模，得到BIM模型。
优选地，所述新设备挂网试运行基地数字孪生***还包括人员安全管控模块，所述人员安全管控模块用于对进入基地的人员进行三维实时定位以及在进入基地的人员进入禁入或禁出区域时发出告警，并同时在基地三维数字化模型上显示报警。
优选地，所述新设备挂网试运行基地数字孪生***还包括施工车辆安全管控模块，所述施工车辆安全管控模块用于在基地三维数字化模型上实施施工车辆作业预演，并在施工车辆作业预演过程中，实时检测施工车辆的安全距离。
本发明提供的新设备挂网试运行基地数字孪生***具有以下优点：
第一，该新设备挂网试运行基地数字孪生***通过采集模块对基地的各种相关数据进行采集，并通过数字孪生模块构建基地三维数字化模型，通过大数据、人工智能、物联网等技术实现收集物理对象运行的各种数据，监控物理对象在虚拟模型中的变化，减少了人工的参与度，提高了采集数据的准确度，并能够更加全面地对基地的各种相关数据进行采集和监控，能够为合理有效的规划或对相关设备进行维护和拆装提供有力的保障。
第二，该新设备挂网试运行基地数字孪生***通过设置个性化操作模块能够增加交互者与基地三维数字化模型的互动性，提高体验感，而且管理者可以通过地图标注单元和视点导航单元对重点区域的各种信息进行快速浏览和查看，监控更加便利。
附图说明
图1为本发明实施例提供的新设备挂网试运行基地数字孪生***的结构示意图。
附图标号说明：
10、采集模块；20、数字孪生模块；21、数据存储单元；22、数据处理单元；23、建模单元；24、数字孪生单元；30、个性化操作模块；31、地图标注单元；32、视点导航单元；40、人员安全管控模块；50、施工车辆安全管控模块。
具体实施方式
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为便于理解，下面对本发明实施例的新设备挂网试运行基地数字孪生***进行具体描述，请参阅图1，本发明实施例中一种新设备挂网试运行基地数字孪生***的包括采集模块10、数字孪生模块20和个性化操作模块30。
需要说明的是，新设备挂网试运行基地用于对新设备在挂网前进行模拟测试。
在本实施例中，采集模块10用于采集基地周边环境的卫星遥感数据、基地点云数据、基地静态数据、基地动态数据、基地环境数据、基地的视频和图像数据、基地电器设备的温度数据、以及新设备的模型数据和运行数据。
在本实施例中，基地周边环境的卫星遥感数据的采集精度大约为0.5米精度，具体范围以保障模型展示时，周边视野内真实环境可良好展示为标准。
在本实施例中，采用激光点云扫描新设备挂网试运行基地，得到基地点云数据；可以理解地，为了实现精细化建模，基地点云数据需要满足以下要求：
1）有效数据在空间上必须全部包含除隐蔽工程等不可达区域外的所有待建模区域。
2）激光点云文件的重影不超过2cm。
3）激光点云的密度（Density）不低于150。
4）激光点云精度1mm-20mm，平均精度10mm。
5）扫描区域的激光点云轮廓清晰，电气设备的点云文件必须清晰可见，包括：设备的整体、铭牌、附属表计等细节。条件满足时，激光点云应覆盖设备和建筑物的顶部。
6）提供全站高精度全景彩色激光点云。
7）全景激光点云具有精确空间坐标，且点云的基准坐标为大地坐标，以支持空间定位、导航等扩展应用。
在本实施例中，基地静态数据包括建筑物、一次***设备、二次***设备、通信***设备以及辅助***的台账信息、资源信息、设备参数、设计参数、设计图纸、平面布置图、一次接线图的静态信息数据。
在本实施例中，基地动态数据包括一次***设备、二次***设备、通信***设备以及辅助***的运行信息、监测信息、告警信息、缺陷信息、检修记录的动态信息数据。
在本实施例中，基地环境数据包括继保室湿度、通信室湿度、高压室湿度、室外场地端子箱温湿度、汇控箱温湿度、电缆沟位置水浸状况、空调排水位置水浸状况以及主控楼顶风速。
在本实施例中，基地的视频和图像数据包括基地全景、高压场地、主变、电容和/或电抗器、交直流配电室、蓄电池室的视频和图像，以及继保室内二次屏柜的指示灯、压板及空开的视频和图像。
可选地，视频和图像数据可以通过监控摄像头和巡检机器人采集。
在本实施例中，基地电器设备的温度数据包括主变压器的温度数据、电容和/或电抗器的温度数据、场地开关刀闸的温度数据。
可选地，基地电器设备的温度数据可以通过红外测温摄像头采集。
在本实施例中，数字孪生模块20包括数据存储单元21、数据处理单元22、建模单元23和数字孪生单元24。
在本实施例中，数据存储单元21用于接收并存储采集模块10采集的数据。
可以理解地，数据存储单元21基于数据库存储技术实现存储功能，数据库存储技术尤其是分布式云服务器存储技术的发展为全生命周期数据的存储和管理提供了平台保障，高效率存储结构和数据检索结构为海量历史数据存储和快速提取提供了重要保障，为基于云存储和云计算的***体系提供了历史数据基础，使大数据分析和计算的数据查询和检索阶段能够得以快速可靠的完成。
在本实施例中，数据处理单元22与数据存储单元21连接，数据处理单元22用于对采集模块10采集的数据进行处理，并将处理后的数据存储在数据存储单元21，其中包括对基地点云数据进行处理，形成3DMAX精细化模型数据。
在本实施例中，建模单元23与数据存储单元21连接，建模单元23用于搭建BIM平台，并基于基地周边环境的卫星遥感数据和3DMAX精细化模型数据对基地一次设备、重要部分建筑、二次屏柜外观及设施设备进行BIM建模，得到BIM模型，建模单元23还用于基于新设备的模型数据构建新设备模型，通过BIM建模使重要的三维数据更精细化，可视化精度达到LOD300以上。
可以理解地，BIM建模方式，即建筑信息模型（Building Information Modeling）或者建筑信息化管理（Building Information Management），以下简称BIM模型，以新设备挂网试运行基地项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟一次设备、重要部分建筑、二次屏柜外观及设施设备所具有的真实信息，通过三维建筑模型，实现工程监理、物业管理、设备管理、数字化加工、工程化管理等功能。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、 可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。
可以理解地，BIM三维模型解析包括两部分内容：一部分为土建及电气部分的三维空间信息（即可视的外特性），另一部分为各对象的属性、设计规格、额定参数等（即不可视的内特性），这两部分的数据综合到一起即表达了真实世界中这些对象的所有属性。通过对这两类属性的解析与深度提取，即可将真实世界进行数字化表达，为后续各类可视化展示、运行状态监测、数据关联、告警等提供有力的数据支撑。
在本实施例中，数字孪生单元24分别与数据存储单元21和建模单元23连接，数字孪生单元24用于将基地静态数据、基地动态数据、基地环境数据、基地的视频和图像数据、基地电器设备的温度数据和新设备的运行数据与BIM模型和新设备模型进行关联融合，形成基地三维数字化模型，通过数字孪生单元24实现新设备挂网试运行基地的全景可视化展示，为精细化、智能化管理提供支持。
在本实施例中，个性化操作模块30包括地图标注单元31和视点导航单元32，地图标注单元31用于在基地三维数字化模型添加地图标注，视点导航单元32用于在基地三维数字化模型创建视点以及实现视点的快速跳转。
需要说明的是，地图标注（包括：文本、画笔、图片、3D模型等几种形式）支持在场景上自由新增、更改、删除、查询标注及编辑标注的信息，能对道路、地名点等重要地物提供选择性文字标注的功能，字体、文字样式等均按照服务器运行操作***标准字样式进行设计。点击标注的图标，可以查看当前标注的相关信息内容。
在本实施例中，视点导航单元32支持对视点进行添加、删除、定位等操作。交互者可以对自己感兴趣的区域或者重要的区域及位置，进行视点的设定和保存，之后，可以通过点击该视点，快速进入兴趣区域进行浏览及其他操作。
本发明实施例的新设备挂网试运行基地数字孪生***具有以下优点：
第一，该新设备挂网试运行基地数字孪生***通过采集模块10对基地的各种相关数据进行采集，并通过数字孪生模块20构建基地三维数字化模型，通过大数据、人工智能、物联网等技术实现收集物理对象运行的各种数据，监控物理对象在虚拟模型中的变化，减少了人工的参与度，提高了采集数据的准确度，并能够更加全面地对基地的各种相关数据进行采集和监控，能够为合理有效的规划或对相关设备进行维护和拆装提供有力的保障。
第二，该新设备挂网试运行基地数字孪生***通过设置个性化操作模块30能够增加交互者与基地三维数字化模型的互动性，提高体验感，而且管理者可以通过地图标注单元31和视点导航单元32对重点区域的各种信息进行快速浏览和查看，监控更加便利。
请参阅图1，本发明实施例的新设备挂网试运行基地数字孪生***还包括人员安全管控模块40，人员安全管控模块40用于对进入基地的人员进行三维实时定位以及在进入基地的人员进入禁入或禁出区域时发出告警，并同时在基地三维数字化模型上显示报警，通过设置人员安全管控模块40能够减少人员误入禁入或禁出区域的现象，为实现安全作业提供有力保证。
可以理解地，人员安全管控模块40通过基站、定位装置、定位引擎和管理软件的配合，能够实现基站安装区域的人员定位功能。人员安全管控模块40支持人员行动路线轨迹回放，并支持人员身份绑定，实现人员安全管控功能。
人员安全管控模块40的实现方式如下：
1）作业人员进场时，基地三维数字化模型将人员与定位设备进行绑定，内部人员通过默认配置绑定，外部人员通过现场人脸识别***进行绑定。
2）基地三维数字化模型主界面右上角显示当前作业人员信息，内部人员姓名用黄色显示，外部人员姓名用白色显示，通过点击作业人员信息，能在基地三维数字化模型中快速定位至作业人员所在位置。
3）基于定位设备，实时获取运维人员的精确位置、正摄投影视野角度等信息，并在基地三维数字化模型中构建人物模型进行模拟，从而达到对作业人员的实时监控。
可以理解地，基地三维数字化模型中支持人工划定禁入或禁出区域，当作业人员误入或误出规定区域时，定位设备给人员提供声音报警，并在基地三维数字化模型中同步进行告警提示，包括主界面右上角人员信息处闪烁和人物模型增加标识符。
可以理解地，在作业人员完成作业后，基地三维数字化模型能对人员路线进行保存、回放和导出。
请参阅图1，本发明实施例的新设备挂网试运行基地数字孪生***还包括施工车辆安全管控模块50，施工车辆安全管控模块50用于在基地三维数字化模型上实施施工车辆作业预演，并在施工车辆作业预演过程中，实时检测施工车辆的安全距离，通过设置施工车辆安全管控模块50能够减少施工车辆触碰其它设备的现象，为实现安全作业提供有力保证。
施工车辆安全管控模块50的实现方式如下：
1）生成施工车辆模型：车辆库包括多款吊车、登高作业车以及卡车等车辆模型，可选中车辆模型，通过点击地面在此处生成该车辆模型。
2）施工车辆作业预演：对已生成的施工车辆模型，通过车辆操作面板对其进行操作。车辆操作面板上显示该车辆名称、参数信息，并提供对车辆的前进、后退、左转、右转的操作以及对车辆转台角度、吊臂角度、吊臂长度等参数的调整功能。
3）实时距离检测：推演过程中，对施工车辆进行实时距离检测，例如对吊车吊臂顶端和登高作业车作业平台中心进行实时距离检测，计算出车辆可能触碰到的设备范围和安全距离。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种新设备挂网试运行基地数字孪生***，其特征在于，所述新设备挂网试运行基地用于对新设备在挂网前进行模拟测试，所述新设备挂网试运行基地数字孪生***包括：
采集模块，用于采集基地周边环境的卫星遥感数据、基地点云数据、基地静态数据、基地动态数据、基地环境数据、基地的视频和图像数据、基地电器设备的温度数据、以及新设备的模型数据和运行数据；
数字孪生模块，包括数据存储单元、数据处理单元、建模单元和数字孪生单元，所述数据存储单元用于接收并存储采集模块采集的数据；所述数据处理单元与数据存储单元连接，所述数据处理单元用于对所述采集模块采集的数据进行处理，并将处理后的数据存储在所述数据存储单元，所述数据处理单元对所述采集模块采集的数据进行处理包括对基地点云数据进行处理，形成3DMAX精细化模型数据；所述建模单元用于搭建BIM平台，并基于所述基地周边环境的卫星遥感数据和所述3DMAX精细化模型数据进行BIM建模，得到BIM模型；所述建模单元还用于基于新设备的模型数据构建新设备模型；所述数字孪生单元分别与所述数据存储单元和所述建模单元连接，所述数字孪生单元用于将所述基地静态数据、所述基地动态数据、所述基地环境数据、所述基地的视频和图像数据、基地电器设备的温度数据和新设备的运行数据与所述BIM模型和所述新设备模型进行关联融合，形成基地三维数字化模型；
个性化操作模块，包括地图标注单元和视点导航单元，所述地图标注单元用于在所述基地三维数字化模型添加地图标注；所述视点导航单元用于在所述基地三维数字化模型创建视点以及实现视点的快速跳转。
2.根据权利要求1所述的新设备挂网试运行基地数字孪生***，其特征在于，所述基地静态数据包括建筑物、一次***设备、二次***设备、通信***设备以及辅助***的台账信息、资源信息、设备参数、设计参数、设计图纸、平面布置图、一次接线图的静态信息数据。
3.根据权利要求1所述的新设备挂网试运行基地数字孪生***，其特征在于，所述基地动态数据包括一次***设备、二次***设备、通信***设备以及辅助***的运行信息、监测信息、告警信息、缺陷信息、检修记录的动态信息数据。
4.根据权利要求1所述的新设备挂网试运行基地数字孪生***，其特征在于，所述基地环境数据包括继保室湿度、通信室湿度、高压室湿度、室外场地端子箱温湿度、汇控箱温湿度、电缆沟位置水浸状况、空调排水位置水浸状况以及主控楼顶风速。
5.根据权利要求1所述的新设备挂网试运行基地数字孪生***，其特征在于，所述基地的视频和图像数据包括基地全景、高压场地、主变、电容和/或电抗器、交直流配电室、蓄电池室的视频和图像，以及继保室内二次屏柜的指示灯、压板及空开的视频和图像。
6.根据权利要求1所述的新设备挂网试运行基地数字孪生***，其特征在于，所述基地电器设备的温度数据包括主变压器的温度数据、电容和/或电抗器的温度数据、场地开关刀闸的温度数据。
7.根据权利要求1所述的新设备挂网试运行基地数字孪生***，其特征在于，所述建模单元基于基地周边环境的卫星遥感数据和3DMAX精细化模型数据对基地一次设备、重要部分建筑、二次屏柜外观及设施设备进行BIM建模，得到BIM模型。
8.根据权利要求1所述的新设备挂网试运行基地数字孪生***，其特征在于，还包括人员安全管控模块，所述人员安全管控模块用于对进入基地的人员进行三维实时定位以及在进入基地的人员进入禁入或禁出区域时发出告警，并同时在基地三维数字化模型上显示报警。
9.根据权利要求1所述的新设备挂网试运行基地数字孪生***，其特征在于，还包括施工车辆安全管控模块，所述施工车辆安全管控模块用于在基地三维数字化模型上实施施工车辆作业预演，并在施工车辆作业预演过程中，实时检测施工车辆的安全距离。
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