电力网络是电力系统的重要组成部分,其承担着电能的运输、变换、分配等重要职责,是城市发展的重要基础设施。随着二三维可视化、物联网、大数据等技术的发展,为实现电网的智能化管理,数字电网的建设提上了日程。电力网络管理涉及到包括变电站、架空线路、电缆线路等众多电力实体对象,在不同的管理应用情形下,往往需要不同尺度的模型数据用以决策分析。本文针对电力网络不同工程阶段所面临的多维管理问题,为满足不同工程阶段的应用需求构建相应尺度的电力网络空间数据模型,以支持电力网络的工程建设和管理。本文从电力网络的管理应用需求出发,梳理电力网络空间实体对象的语义模型,在此基础上提出基于需求驱动的电力网络三维模型多尺度分级方法,并根据此多尺度分级方法实现了电力网络的多尺度可视化表达及模型应用。该多尺度几何语义模型为电力网络工程管理提供了借鉴思路,具有一定的研究意义。本文的研究工作主要包括以下几个方面:(1)采用UML(Unified Modeling Language,统一建模语言)类图,系统梳理了电力网络的组成要素及其相互之间的关系,以此构建电力网络空间实体对象的语义模型,并在此基础上分析电力网络工程的管理应用需求,基于实际应用需求来设计划分电力网络的多细节层次模型。(2)分析归纳了当前研究中的三维空间数据模型,总结归纳电力领域常用的建模方法,分析比较常见建模软件的优缺点,结合电力网络工程涉及实体要素的特点分别选用相应的建模软件构建不同尺度的电力设备模型。提出采用隐式表达和显示表达相结合的方式进行电力网络三维场景的构建,对于具有固定结构的电力设备采用隐式表达的方式,即构建各电力设备各LOD(Levels of Detail,多细节层次)层次的三维模型符号库;对于楼房等不规则建筑物,为表达其真实形状,采用显示表达的方式。(3)构建了某地的三维虚拟地理环境,探讨电力网络BIM(Building Information Modeling)模型、传统三维模型与3D GIS的集成,研究数据格式各异的电力网络空间要素的集成可视化方法。设计构建了某一区域包括变电站、架空电力线路及电缆线路的多尺度电力网络工程场景,实现了电力网络工程场景的多尺度可视化表达。最后基于组件式GIS技术设计开发了电力网络三维可视化管理系统,将构建的不同LOD层次的电力网络模型进行实际应用,验证了本文提出的电力网络多尺度几何语义建模方法的可行性和所构模型的实用性。
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