| 标题 | 基于3D技术智能电网管理系统设计 |
| 范文 | 苟竞 朱觅 杨新婷 袁川 摘 要： 为了加快电网管理建设进程，实现向信息互联管理方法的平稳过渡，提出一种改进传统电网管理结构的3D化管理系统。该系统整体采用Unity引擎渲染3D场景，编程以控制逻辑层、业务层与传输层来指导场景构建与Web展示。文中重构了三层式管理结构并设计系统的整体框架，利用Unity开发环境实现B/S架构下的3D界面与设备参数配置，完成系统功能联动。Web3D的管理系统高度数字化和集成度高、交互简易、功能完备，具有较高的应用和研究价值。 关键词： 智能电网； Web管理系统； Unity引擎开发； B/S架构； 3D界面； 信息互联 中图分类号： TN821+.91?34； TP393 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）08?0136?03 Abstract： To speed up the process of grid management construction and realize the smooth transition to the information interconnection management method， a 3D management system based on the improvement of the traditional grid management structure is proposed. In the system， the Unity engine is wholly adopted to render the 3D scene， and programs are compiled to control the logical layer， business layer， and transport layer to guide the scene construction and Web display. The three?layer management structure is reconstructed and the overall framework of the system is designed. The Unity development environment is adopted to realize the 3D interface and equipment parameter configuration under the B/S architecture and complete the linkage of system functions. The Web3D management system is highly digitalized and integrated， has simple interaction and complete functions， and has a high application and research value. Keywords： smart grid； Web management system； Unity engine development； B/S architecture； 3D interface； information interconnection0 引 言 从电网发展的角度看，当前能源发展进入以能源互联网为标志的战略转型期，深化电网发展方式转变进入一个新阶段。而传统电网智能化不足，协调控制性较差，智能化改革成为必然趋势。智能电网因其信息化建设的灵活、经济、可靠、自适应、易接入特性而广泛运用在发电厂与设备节点间的双向流动控制与检测中[1]。此外，系统还可引入最先进的传感技术、通信网络与自动化控制技术，从而实现高度集成的新型现代化电网。基于Web3D技术实现的智能电网管理系统，其最大的特点在于高度的交互性与数据可视化，这在我国变电站和输电线路的一、二级设备信息共享中具备极大的性能优势。此外，Web3D还提供多媒体与物联网的高效人机交互、展示平台，可大幅提升系统友好性。1 Web3D智能管理关键技术 1.1 分布式与远程调用 分布式计算作为多应用分解处理复杂问题或庞大系统的信息共享方法，可轻松实现远程调用和数据通信。又根据传输模式的不同[2]，可分为：CORBA（公共对象请求代理体系结构）、DCOM（分布式组件对象模型）和RMI（远程调用方法）三种。 在基于JavaEE语言实现的基础上，三者各有优势：CORBA和RMO的IDL接口支持对象继承与动态参数调用；RMI则在远程调用时采用无安全管理机制，无需经过classpath处理即可初始化类文件。 1.2 Web3D技术 Web3D技术通过3D虚拟仿真来丰富人机交互体验，作为一种新型技术，在图形仿真和无线传感领域应用中常根据业务需求在简便性、兼容性、拟真度和交互性能中进行偏好选择[3]。本文是在B/S架构下实现Web服务器3D建模，实时渲染呈现交互界面来弥补传统操作界面复杂、无序的缺点，因此更偏好于帮助用户实现更简易、精确的数据操作。 Web3D常用VRML 2.0实现，有机融合了Java及信息流节点建模语言，实现与外部链接的动态行为扩展。不过由于其运行插件过大、图像质量偏低、数据库文件过大，操作渲染过程不够灵活，所以总体性能较差。因此本文采用新X3D标准对VRML进行功能封装，新增高级API并扩展部分新特性，实现组件化的灵活功能扩展。此外，X3D对底层操作系统接口调用更为快捷，内核更轻量，资源占用量大幅降低。 另一方面，3D建模还需要Unity开发引擎的支持。作为C/C++开发的可视化图形渲染引擎，在处理贴图、空间遮罩、光线阴影、纹理渲染和后期处理上均具有极大的优势。Unity可极大程度上简化Web3D的开发难度，提供简洁、美观的图形界面与高效的事件交互[4]。 2 管理系统构架设计 2.1 系统功能分析 此管理系统主要功能模块包括设备信息采集、数据业务的输入/输出、指令操控与管理。首先，系统在进行电网设备、业务状态分析时，需要增加3D角度的状态指示和预警功能；其次，考虑到用户功能需求，系统要支持多任务并行处理线程，能实时处理事件，备份历史状态数据；另外，由于加载3D插件内存需求较大，因此，系统设计在稳定性和安全管理机制上指标较高；最后，考虑到未来系统的升级改造，系统建设必须保证较好的可维护性和扩展性。 2.2 系统拓扑结构 该管理系统结构可分为集中式和分层式结构，本系统采取分层式，以电网内电器间隔、元件为对象进行分层设计，拓扑结构如图1所示[5?6]。系统数据流程采用RMI通信方式，共有3层，如图2所示。其中，远程引用层负责执行远程引用协议并处理底层传输接口，传输层则负责建立起客户端与服务器的网络连接，监管操作连接状态。 2.3 系统分层开发设计 从功能上将系统结构分为数据层、业务层、Web层、客户层。其中，客户层用户界面采用HTML文件配置，动态数据会相应设定登录认证。待服务器获得请求数据，完成Servlet初始化后，通过重写doGet（）和doPost（）接口完成表单数据传输，从而返回客户端请求响应，实现Web界面展示。 RIM则作为连接底层业务与应用程序之间的重要调用，其开发程序流程如下[7]： 1） 定义远程服务接口，按命名规则设定接口参数； 2） 定义远程服务接口方法，设定声明访问权限； 3） 用Javac将服务器编译成.class，使用存根进行参数编码、发送和整理； 4） 创建服务端应用程序，启动并执行编译程序； 5） 引导注册表RIM服务及应用程序运行。3 Web3D客户端功能设计与实现 3.1 管理系统登录初始化 整个登录初始化过程如图4所示。登录设定了三级安全体系：管理员级、普通用户、游客，数据库将根据用户权限来下放界面数据信息。 3.2 房間漫游设计 登录验证完成后，主界面将开放虚拟楼层及房间的入口，点击进入后将展示对应Unity3D场景。客户端此时向服务器发送请求，获取对应房间设备信息后，更新视图，实现3D化渲染[8]。此外，用户可以在房间内转换视角，移动漫游来进行详细的设备查询。另外，为了实现全景观察，画面渲染中采用了四角摄像技术，分别编程设定初始空间矢位坐标，控制x，y，z三轴转动实现360°镜头切换。场景配置完毕后，进一步设备操作要通过编写EquipmentController脚本实现，具体包括删除、调整、查看、新增操作。最后，待配置设定完毕，设备落地后获得惟一ID，带着对应信息存入数据库。 3.3 设备功能设计实现 设备功能实现依赖于设备运行状态，包括温度、湿度、气体检测等模拟量，都需要采集上传数据库。待验证通过，委托RIM调用后方可获取设备准确实时数据，对设备进行功能操作[9?10]。具体操作项包括：添加设备功能节点，编辑设备指标项，灵活监控不同设备参数；删除设备功能节点，在监控完毕后可移除此功能点，来保持界面整洁。此外，界面公共区设有历史信息查询入口和警告条件关联入口。当监测到设备指标溢出警戒线后，会立即进行告警，操作人员收到警告后，可相应对设备进行联动操作来实现单一或多个设备的开关、复位。至此，一个完整的、界面友好的基于Unity环境下Web3D电网管理操作系统基本实现。4 结 语 转变电网发展关系就是在传输关系上从点对点的传输关系向网对网的传输关系转变。在供电服务上从单向供给型向智能互动型转变，要求加强各级电网协调发展、互联智能发展。一方面达成高度智能化的电网调度，实现电网管理信息化和精益化；另一方面能够实现电力用户与电网之间的便捷互动，满足电力用户的多项新型需要。本文提出一种基于Web3D技术的电网智能化管理系统，在智能电网通信的基础上加入Web3D组态，提出新的界面设计思想和设备管理方法，重构三层式框架来实现数据层与底层设备交互及联动。系统在信息承载、展示、交互方面均获得了极大提升，服务、业务逻辑上具备更强的伸缩性，事务管理更为清晰，3D化操作界面对管理员也更加友好，总体展现出极高的研究开发潜力。 参考文献 [1] 刘文，杨慧霞，祝斌.智能电网技术标准体系研究综述[J].电力系统保护与控制，2012，40（10）：120?126. 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