CN116012557B - 基于三维***的天气自然景象数据对接***及对接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于三维***的天气自然景象数据对接***及对接方法，包括可视化模块、停复电模块、渲染模块、三维数字孪生模块和AR停复电模块；所述可视化模块，用于在设备模型中采用空间双引擎技术，以虚拟服务现实，将电网和设备模型融合，实现输电三维场景的逼真可视化展示。本发明通过在原有***中增加cesium/UE切换按钮，实现不同场景无缝切换，最大化沿用原有***前端和后台的资源，结合原有cesium引擎开展***架构改造设计，减少开发工作量，通过南网智瞰实时监控电网和设备运行情况，及时掌握电网运行信息，有效支撑一线岗位的生产班组的精准抢修，为电网高效运行提供强有力的可视化保障手段。

Description

基于三维***的天气自然景象数据对接***及对接方法

技术领域

本发明属于三维***对接天气自然景象数据技术领域，特别涉及基于三维***的天气自然景象数据对接***及对接方法。

背景技术

传统的ue4引擎无法针对海量gis数据有效管理与加载驱动。在ue4引擎下缺少一个专门针对gis空间数据的三维引擎，导致当前“ue4引擎+gis数据”的技术架构下，在三维***中，gis空间数据表现为展示效果差、加载速度慢、空间坐标不兼容，gis空间分析不支持等问题。因此如何实现微观大场景和精细可视化场景协同联动、无缝切换的功能，最大化沿用原有***前端和后台的资源，结合原有cesium引擎开展***架构改造设计，减少开发工作量是非常关键的。

由于受到天气、时间、无人机飞行状况等的影响，无人机正射影像的单幅影像内部或是多幅影像之间会出现色彩差异，以及地物阴影或是对正射影像分类产生影响的非必要遮蔽，对于正射影像中的电力设备在影像上的显示对影像分类会产生巨大的影像。同一套坐标体系中可以完全兼容的影像数据，也会存在拉花、扭曲、变形等问题，导致大型场景展示不全，只能进行分块演示，导致可视化的效果不佳。

因此，发明基于三维***的天气自然景象数据对接***及对接方法来解决上述问题很有必要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了基于三维***的天气自然景象数据对接***及对接方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于三维***的天气自然景象数据对接***，包括可视化模块、停复电模块、渲染模块、三维数字孪生模块和AR停复电模块；

所述可视化模块，用于在设备模型中采用空间双引擎技术，以虚拟服务现实，将电网和设备模型融合，实现输电三维场景的逼真可视化展示；

所述停复电模块，用于在南网智瞰实现停复电场景可视化展示与模拟，直观显示停复电范围、检修状态的实时信息，通过南网智瞰实时监控电网和设备模型运行情况，及时掌握电网运行信息，有效支撑一线岗位的生产班组的精准抢修；

所述渲染模块，用于在设备模型中引入季节、天气状况、能见度计算、光照计算中的多种计算模型，精细化设备模型的三维场景；

所述三维数字孪生模块，用于实现原有三维***功能迁移，包括杆塔台账管理、属性查询、空间定位、距离量算，进一步基于精细化设备模型和南网智瞰平台数据，实现各类运检数据、告警数据的分析展示、停复电场景的应用；

所述AR停复电模块，用于将停复电场景投放到某个指定的物理空间，用户可通过头显设备查看停复电的范围、检修状态的实时信息。

进一步的，所述可视化模块包括双引擎单元，所述双引擎单元，用于基于UE技术，结合原有cesium引擎开展***架构改造设计，提升三维展示效果，实现精准还原三维场景建设。

进一步的，所述可视化模块还包括图层切换单元；

所述图层切换单元，用于通过在精细化模型加载切换、地形图层加载切换和影像图层加载切换三个方面实现影像和设备模型的精准配对。

进一步的，所述停复电模块包括停复电场景展示单元；

所述停复电场景展示单元，通过监听事件获取电网管理平台抢修单信息以及跳闸信息，对停电标识进行存储，开始进行停电事件模拟，南网智瞰平台会同步并获取电网管理平台的停电池发送的停电标识和停电详细信息，并根据停电详细信息提供的停电范围数据在三维场景上渲染停电区域，使用高辨别色展示受影响的线路区域范围，受影响区域范围内模拟黑暗的环境，同时以图表方式展示受影响的线路统计信息，包括线路名称、电压等级、受影响的线路长度、受影响区域范围。

进一步的，所述停复电模块包括停复电数据展示单元；

所述停复电数据展示单元，通过简单的动画，模拟检修过程；大屏数据平台基于已保存的停电标识轮询电网管理平台接口查询检修状态，并根据返回状态信息在三维场景中渲染停电区域同步电网管理平台的检修进度，使用不同颜色着色显示线路检修状态，已检修区域标绿，待检修区域标红，同步展示故障信息、检修人员信息、检修计划。

进一步的，所述停复电模块还包括展示单元；

所述展示单元，在南网智瞰实现停复电场景可视化展示与模拟，直观地展示停复电的范围，在完成停复电检修之后，***会自动生成分析报告，即停复电统计报告，便于管理人员了解停复电的详细情况，为电网高效运行提供强有力的保障手段。

进一步的，向所述渲染模块引入季节、天气状况、能见度计算、光照计算中的多种计算模型，使得设备模型支持景观模型、动画特效、声音效果、支持时间、季节、云雨雪的天气特效，实现身临其境、更具交互性、真实感、沉浸感的三维体验。

进一步的，所述AR停复电模块包括物理空间定位；

所述物理空间定位，基于AR头显设备来实现功能，获取用户的实时物理空间位置信息。

本发明还提供基于三维***的天气自然景象数据对接方法，包括以下步骤：

在设备模型中采用空间双引擎技术，以虚拟服务现实，将电力环境和设备模型融合，实现输电三维场景的逼真可视化展示；

实现原有三维***功能迁移，包括杆塔台账管理、属性查询、空间定位、距离量算；

在南网智瞰实现停复电场景可视化展示与模拟，直观显示停复电范围、检修状态的实时信息；

在设备模型中引入季节、天气状况、能见度计算、光照计算中的多种计算模型，精细化设备模型的三维场景。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过在原有***中增加cesium/UE切换按钮，实现不同场景无缝切换，最大化沿用原有***前端和后台的资源，结合原有cesium引擎开展***架构改造设计，减少开发工作量，通过南网智瞰实时监控电网和设备运行情况，及时掌握电网运行信息，有效支撑一线岗位的生产班组的精准抢修，为电网高效运行提供强有力的可视化保障手段。

2、本发明引入季节、天气状况、能见度计算、光照计算等多种计算模型，精细化三维场景，支持景观模型、动画特效、声音效果、支持时间、季节、云雨雪等天气特效，实现身临其境、更具交互性、真实感、沉浸感的三维体验；通过在UE中实现原有三维***功能迁移，包括杆塔台账管理、属性查询、空间定位、距离量算等，进一步基于精细化设备模型和南网智瞰平台等数据，实现各类运检数据、告警数据的分析展示、停复电场景等应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的基于三维***的天气自然景象数据对接***及对接方法图；

图2是本发明实施例的基于三维***的天气自然景象数据对接***及对接方法图。

图中：

1、停复电模块；2、AR停复电模块；3、三维数字孪生模块；4可视化模块；5、渲染模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了基于三维***的天气自然景象数据对接***，如图1所示，包括可视化模块4、停复电模块1、渲染模块5、三维数字孪生模块3和AR停复电模块2。

一、可视化模块，用于融合地形、影像以及输电杆塔的精细化模型等多源数据，在设备模型中采用空间双引擎技术，以虚拟服务现实，将电网和设备模型融合，实现输电三维场景的逼真可视化展示。

其中，双引擎技术包括可视化场景协同联动、无缝切换功能和双引擎融合。

可视化场景协同联动：基于UE、Cesium双引擎技术，采用像素流送技术，其借助拥有强大GPU的本地桌面应用程序中可用的渲染功能，实现轻量级网页浏览器也能显示原本无法显示的高质量高分辨率场景，从而实现微观大场景和精细可视化场景协同联动。

无缝切换功能：基于WebRTC点对点通信框架，信令和Web服务器通过媒体流送的方式，实现Web平台与UE引擎高效的通信，从而实现无缝切换的效果。

双引擎融合：基于UE技术，结合原有cesium引擎开展***架构改造设计，既保留UE技术强大渲染效果以及采用pbr物理材质***，达到实时渲染的效果，又处理了以往在三维***下，gis空间数据表现为展示效果差、加载速度慢、空间坐标不兼容，gis空间分析不支持等问题进行研究处理，进一步提升三维展示效果，实现精准还原三维场景建设。

所述双引擎单元，用于基于UE技术，结合原有cesium引擎开展***架构改造设计，提升三维展示效果，实现精准还原三维场景建设。

所述可视化模块还包括图层切换单元，用于通过在精细化模型加载切换、地形图层加载切换和影像图层加载切换三个方面实现影像和设备模型的精准配对。

其中，精细化模型加载切换：基于卷积神经网络的深度学习和PointNet框架对点云进行分类和分割,得到分类的点云；采用PCA方法建立数学模型和确定轴向实现配准；基于配准点云利用K-D tree快速搜索最近点改进传统ICP方法,完成模型的快速精确配准。

地形图层加载切换：为了防止地形突变，提高海量数据的显示效率，基于UE场景，实现对不同尺度地形数据融合，对场景重要廊道内高精度地形与非廊道外非高精度地形数据之间进行插值平滑处理、地形切片和加载切换的功能。

影像图层加载切换：受到天气、时间、无人机飞行状况等的影响，无人机正射影像的单幅影像内部或是多幅影像之间会出现色彩差异，以及地物阴影或是对正射影像分类产生影响的非必要遮蔽。在UE场景中，基于匀光匀色、修正阴影及遮蔽的影像处理进行影像数据的融合和加载切换，使不同分辨率、不同时段的影像数据更自然一体，通过匀光匀色和整理优化处理，达到输电线路的影像数据和谐一致。

二、所述AR停复电模块，用于将停复电场景投放到某个指定的物理空间，用户可通过头显设备查看停复电的范围、检修状态的实时信息。

物理空间定位，基于AR头显设备来实现功能，获取用户的实时物理空间位置信息。

主要采用AR头显设备来实现停复电过程，停复电过程实现方式如下方的停复电模块。

三、停复电模块，用于在南网智瞰实现停复电场景可视化展示与模拟，直观显示停复电范围、检修状态的实时信息，通过南网智瞰实时监控电网和设备模型运行情况，及时掌握电网运行信息，有效支撑一线岗位的生产班组的精准抢修。

在进行停复电模拟前，需要对指定场景区域进行影像融合，融合过程包括对指定场景区域的GIS地图影像数据进行匀光匀色、修正阴影及遮蔽的影像处理进行影像数据融合，同时根据指定切片级别及地理空间范围创建格网，得到指定范围内需要进行切片的地理范围。

然后对指定场景进行停复电模拟，模拟过程如下：

通过监听事件获取电网管理平台抢修单信息以及跳闸信息，对停电标识进行存储，开始进行停电事件模拟，南网智瞰平台会同步并获取电网管理平台的停电池发送的停电标识和停电详细信息，并根据停电详细信息提供的停电范围数据在三维场景上渲染停电区域，使用高辨别色展示受影响的线路区域范围，受影响区域范围内模拟黑暗的环境，同时以图表方式展示受影响的线路统计信息，包括线路名称、电压等级、受影响的线路长度、受影响区域范围。

基于GIS和UE4技术在南网智瞰实现停复电场景可视化展示与模拟，直观地展示停复电的范围。在进行停复电检修时，能够查询检修进度，使用不同颜色着色显示线路检修状态，同步展示故障信息、检修人员信息、检修计划等。在检修过程中，已检修完成的区域会由红色转标记为绿色，并将已复电的区域范围绘制出来。

检修过程如下：

通过简单的动画，模拟检修过程；大屏数据平台基于已保存的停电标识轮询电网管理平台接口查询检修状态，并根据返回状态信息在三维场景中渲染停电区域同步电网管理平台的检修进度，使用不同颜色着色显示线路检修状态，已检修区域标绿，待检修区域标红，同步展示故障信息、检修人员信息、检修计划。

在检修完成后，根据模拟和检修过程，生成统计报告。

在南网智瞰实现停复电场景可视化展示与模拟，直观地展示停复电的范围，在完成停复电检修之后，***会自动生成分析报告，即停复电统计报告，便于管理人员了解停复电的详细情况，为电网高效运行提供强有力的保障手段。

四、在进行停复电模拟前，在设备模型中引入季节、天气状况、能见度计算、光照计算中的多种计算模型，精细化设备模型的三维场景。

向所述渲染模块引入季节、天气状况、能见度计算、光照计算中的多种计算模型，使得设备模型支持景观模型、动画特效、声音效果、支持时间、季节、云雨雪的天气特效，实现身临其境、更具交互性、真实感、沉浸感的三维体验。

示例性的，渲染模拟的天气状况如下：

基于季节特征、地理位置、温度湿度、植被颜色等相关数据作为分析输入数据，研究季节计算模型，结合季节计算模型和粒子发射模型，采用天空盒子的方式，实现高逼真的季节渲染和四季切换，不同季节所渲染的植被颜色不同且不同季节具有独特的渲染效果，比如春季绵绵细雨、夏季阳光高照、秋季树叶飘落、冬季冰天雪地等。

基于天气类型、粒子大小、粒子走向等相关数据作为分析输入数据，研究天气状况计算模型；结合天气状况计算模型和粒子发射模型，实现动态渲染的天气效果渲染和天气切换，比如雨天、雪天、由晴转阴等。

基于能见度大小、影响范围等相关数据作为分析输入数据，研究能见度计算模型；结合能见度计算模型和粒子发射模型，实现对指定范围的能见度进行渲染和控制，比如雾霾、沙尘暴等。

基于地理位置、时间、光照强度等相关数据作为分析输入数据，研究光照计算模型；结合光照计算模型，采用天空盒子的方式，实现天空云彩的模拟展示，动态渲染明暗相间、地物阴影等效果。

基于气候状况、雷电强度、落雷点、风力等级、风力走向等相关数据作为分析输入数据，研究雷电大风模型；结合雷电大风模型和粒子发射模型，实现雷雨天气的刮风下雨、闪电落雷等效果，支持模拟大风走向和落雷点标记。

基于降雪范围、降雪量、降雪时长等相关数据作为分析输入数据，研究覆冰脱冰模型；结合覆冰脱冰和粒子发射模型，实现在三维场景中的实体上渲染覆冰效果，并支持对其进行脱冰过程的模拟。

五、所述三维数字孪生模块，用于实现原有三维***功能迁移，包括杆塔台账管理、属性查询、空间定位、距离量算，进一步基于精细化设备模型和南网智瞰平台数据，实现各类运检数据、告警数据的分析展示、停复电场景的应用。

其中，杆塔台账管理以树的方式来管理输电线路及杆塔的台账信息，树结构一般可划分为运维版本、运维单位、电压等级、线路等四个主要等级，并支持对台账数据进行查询、新增、更新和删除。

属性查询，在输电线路树中，选择具体线路的具体杆塔，能够查看该杆塔的属性信息。

空间定位，在输电线路树中，选择具体线路的具体杆塔，实现在三维场景中定位到该线路杆塔的位置。

距离量算，为更好的支持空间展示功能，辅助空间计算能力，本***提供空间测量工具，包括对地距离测量、空间距离测量、空间最短距离测量和交跨距离测量等。

本发明还提供基于三维***的天气自然景象数据对接方法，包括以下步骤：

在设备模型中采用空间双引擎技术，以虚拟服务现实，将电力环境和设备模型融合，实现输电三维场景的逼真可视化展示。

实现原有三维***功能迁移，包括杆塔台账管理、属性查询、空间定位、距离量算，进一步基于精细化设备模型和南网智瞰平台数据，实现各类运检数据、告警数据的分析展示、停复电场景的应用。

在南网智瞰实现停复电场景可视化展示与模拟，直观显示停复电范围、检修状态的实时信息，通过南网智瞰实时监控电网和设备模型运行情况，及时掌握电网运行信息，有效支撑一线岗位的生产班组的精准抢修。

在设备模型中引入季节、天气状况、能见度计算、光照计算中的多种计算模型，精细化设备模型的三维场景。

本发明通过在原有***中增加cesium/UE切换按钮，实现不同场景无缝切换。最大化沿用原有***前端和后台的资源，结合原有cesium引擎开展***架构改造设计，减少开发工作量，通过南网智瞰实时监控电网和设备运行情况，及时掌握电网运行信息，有效支撑一线岗位的生产班组的精准抢修，为电网高效运行提供强有力的可视化保障手段。

在UE中实现原有三维***功能迁移，包括杆塔台账管理、属性查询、空间定位、距离量算等。进一步基于精细化设备模型和南网智瞰平台等数据，实现各类运检数据、告警数据的分析展示、停复电场景等应用。

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 (8)

1.基于三维***的天气自然景象数据对接***，其特征在于：包括可视化模块、停复电模块、渲染模块、三维数字孪生模块和AR停复电模块；

所述可视化模块，用于在设备模型中采用空间双引擎技术，以虚拟服务现实，将电网和设备模型融合，实现输电三维场景的逼真可视化展示；

所述停复电模块，用于在南网智瞰实现停复电场景可视化展示与模拟，直观显示停复电范围、检修状态的实时信息；

所述渲染模块，用于在设备模型中引入季节、天气状况、能见度计算、光照计算中的多种计算模型，精细化设备模型的三维场景；

所述三维数字孪生模块，用于实现原有三维***功能迁移，包括杆塔台账管理、属性查询、空间定位、距离量算；

所述AR停复电模块，用于将停复电场景投放到某个指定的物理空间，用户可通过头显设备查看停复电的范围、检修状态的实时信息；

所述可视化模块包括双引擎单元，所述双引擎单元，用于基于UE技术，结合原有cesium引擎开展***架构改造设计，提升三维展示效果，实现精准还原三维场景建设。

2.根据权利要求1所述的基于三维***的天气自然景象数据对接***，其特征在于：

所述可视化模块还包括图层切换单元；

所述图层切换单元，用于通过在精细化模型加载切换、地形图层加载切换和影像图层加载切换三个方面实现影像和设备模型的精准配对。

3.根据权利要求1所述的基于三维***的天气自然景象数据对接***，其特征在于：

所述停复电模块包括停复电场景展示单元；

所述停复电场景展示单元，通过监听事件获取电网管理平台抢修单信息以及跳闸信息，对停电标识进行存储，开始进行停电事件模拟，南网智瞰平台会同步并获取电网管理平台的停电池发送的停电标识和停电详细信息，并根据停电详细信息提供的停电范围数据在三维场景上渲染停电区域，使用高辨别色展示受影响的线路区域范围，受影响区域范围内模拟黑暗的环境，同时以图表方式展示受影响的线路统计信息，包括线路名称、电压等级、受影响的线路长度、受影响区域范围。

4.根据权利要求3所述的基于三维***的天气自然景象数据对接***，其特征在于：

所述停复电模块包括停复电数据展示单元；

所述停复电数据展示单元，通过简单的动画，模拟检修过程；大屏数据平台基于已保存的停电标识轮询电网管理平台接口查询检修状态，并根据返回状态信息在三维场景中渲染停电区域同步电网管理平台的检修进度，使用不同颜色着色显示线路检修状态，已检修区域标绿，待检修区域标红，同步展示故障信息、检修人员信息、检修计划。

5.根据权利要求4所述的基于三维***的天气自然景象数据对接***，其特征在于：

所述停复电模块还包括展示单元；

所述展示单元，在南网智瞰实现停复电场景可视化展示与模拟，直观地展示停复电的范围，在完成停复电检修之后，***会自动生成分析报告，即停复电统计报告，便于管理人员了解停复电的详细情况，为电网高效运行提供强有力的保障手段。

6.根据权利要求1所述的基于三维***的天气自然景象数据对接***，其特征在于：

向所述渲染模块引入季节、天气状况、能见度计算、光照计算中的多种计算模型，使得设备模型支持景观模型、动画特效、声音效果、支持时间、季节、云雨雪的天气特效，实现身临其境、更具交互性、真实感、沉浸感的三维体验。

7.根据权利要求1所述的基于三维***的天气自然景象数据对接***，其特征在于：

所述AR停复电模块包括物理空间定位；

所述物理空间定位，基于AR头显设备来实现功能，获取用户的实时物理空间位置信息。

8.一种天气自然景象数据对接方法，由权利要求1～7任一项所述的天气自然景象数据对接***执行，其特征在于，包括以下步骤：

在设备模型中采用空间双引擎技术，以虚拟服务现实，将电力环境和设备模型融合，实现输电三维场景的逼真可视化展示；

实现原有三维***功能迁移，包括杆塔台账管理、属性查询、空间定位、距离量算；

在南网智瞰实现停复电场景可视化展示与模拟，直观显示停复电范围、检修状态的实时信息；

在设备模型中引入季节、天气状况、能见度计算、光照计算中的多种计算模型，精细化设备模型的三维场景；

所述可视化模块包括双引擎单元，所述双引擎单元，用于基于UE技术，结合原有cesium引擎开展***架构改造设计，提升三维展示效果，实现精准还原三维场景建设。