虚拟照亮现实——

走近三维数字化电网

2018-11-03 23:13:58来源:经济日报
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当前,我国正大力发展基础设施数字化、城市设施智能化。如果将国家和城市比作人体,那么电网则如同为人体输送能量的血管,高电压等级输电网络则堪比连接城市的“大动脉”。随着城市的数字化和智能化不断推进,输电网络的三维数字化将成为基础设施建设的关键一环。

什么是三维数字化电网?电网的三维数字化是指通过软件建立电网设备、建筑的三维模型,并在电网的设计、建设、运营过程中,基于模型对电网组件进行监控和管理的过程。通俗地讲,相当于在软件中以1∶1的比例虚拟出一个与现实世界中完全相同的电网体系,并且通过传感器、摄像头等设备,与电网设备连接,实时保持虚拟和现实的同步。目前,在三维数字化技术手段上,主要包括:GIS(地理信息系统)、BIM(建筑信息模型)、VR(虚拟现实)、AR(增强现实)。

其中,GIS系统的特色在于,它可以在管理电网数字化模型的同时,管理海量的地理信息。例如,输电线路周围的山脉、农田、房屋等。在电网的设计过程中应用这种技术,能够在设计阶段完成对电网线路走向、电厂位置等设计方案的优化,并在三维实景中校验和查看设计成果,提升设计效率和质量。

BIM系统的特色则在于,能够管理全寿命周期中的电网模型以及模型的全部属性信息。例如,在输电线路的BIM模型当中,不仅包含可视化的三维模型,还包括线路中铁塔的制造厂家、零件个数、导线尺寸、流量,甚至由现场传回的实景监控录像等。在电网建设过程中,通过BIM模型能够模拟和监控施工进度,并管理和控制施工物资的进场情况、堆放位置等,提升施工效率。在电网建设完工后,还可通过设备芯片、传感器等,实时监测和预警电网运行情况,确保电网安全运行。

VR及AR技术,可以看作对BIM以及GIS技术的综合应用。通过BIM、GIS系统构建的模型及实景环境,可在AR、VR场景中更多维度的观看和体验。例如,在穿戴VR设备后,工作人员可在虚拟场景中巡视和检查电网设备。抑或在AR场景中,工作人员可将一个虚拟的电厂设备摆放在面前,练习模拟检修。由于虚拟设备与真实设备完全1∶1还原,这为检修人员的培训,以及不断电故障清除等常规工作提供了更多练习机会,进一步确保了电网的高效、稳定运行。

曾经,在“科幻大片”中出现过的场景:在个人电脑中分层、分零件查看电厂、架空线路等设施,并通过对虚拟模型的操作来控制实际电网设备……这些均由GIS+BIM技术的应用成为现实。相对而言,AR、VR技术的应用仍在探索阶段——其应用瓶颈主要在于构建虚拟场景的数据匮乏,且可穿戴设备成本较高,尚未达到大规模应用条件。

随着相关技术飞速发展,软硬件设备不断升级,相信大面积应用AR、VR技术进行三维数字化电网建设并不遥远。届时,人们将能够在沉浸式的VR场景中观看电网设备的设计、建设、运营过程;发生暂时停电事故时,可实时查看故障点的检修进程。在数字中国、智慧城市的建设中,三维数字化电网作为不可或缺的数据基础,将不断发挥重要作用。(作者单位:中国电力科学研究院有限公司)

责编:季冉冉

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