茍競 朱覓 楊新婷 袁川

摘 要： 為了加快電網(wǎng)管理建設(shè)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)向信息互聯(lián)管理方法的平穩(wěn)過渡，提出一種改進(jìn)傳統(tǒng)電網(wǎng)管理結(jié)構(gòu)的3D化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)整體采用Unity引擎渲染3D場景，編程以控制邏輯層、業(yè)務(wù)層與傳輸層來指導(dǎo)場景構(gòu)建與Web展示。文中重構(gòu)了三層式管理結(jié)構(gòu)并設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體框架，利用Unity開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)B/S架構(gòu)下的3D界面與設(shè)備參數(shù)配置，完成系統(tǒng)功能聯(lián)動(dòng)。Web3D的管理系統(tǒng)高度數(shù)字化和集成度高、交互簡易、功能完備，具有較高的應(yīng)用和研究價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 智能電網(wǎng)； Web管理系統(tǒng)； Unity引擎開發(fā)； B/S架構(gòu)； 3D界面； 信息互聯(lián)

中圖分類號： TN821+.91?34； TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 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 interconnection

0 引 言

從電網(wǎng)發(fā)展的角度看，當(dāng)前能源發(fā)展進(jìn)入以能源互聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)志的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型期，深化電網(wǎng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變進(jìn)入一個(gè)新階段。而傳統(tǒng)電網(wǎng)智能化不足，協(xié)調(diào)控制性較差，智能化改革成為必然趨勢。智能電網(wǎng)因其信息化建設(shè)的靈活、經(jīng)濟(jì)、可靠、自適應(yīng)、易接入特性而廣泛運(yùn)用在發(fā)電廠與設(shè)備節(jié)點(diǎn)間的雙向流動(dòng)控制與檢測中[1]。此外，系統(tǒng)還可引入最先進(jìn)的傳感技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)化控制技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高度集成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)?；赪eb3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)的智能電網(wǎng)管理系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)在于高度的交互性與數(shù)據(jù)可視化，這在我國變電站和輸電線路的一、二級設(shè)備信息共享中具備極大的性能優(yōu)勢。此外，Web3D還提供多媒體與物聯(lián)網(wǎng)的高效人機(jī)交互、展示平臺，可大幅提升系統(tǒng)友好性。

1 Web3D智能管理關(guān)鍵技術(shù)

1.1 分布式與遠(yuǎn)程調(diào)用

分布式計(jì)算作為多應(yīng)用分解處理復(fù)雜問題或龐大系統(tǒng)的信息共享方法，可輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)用和數(shù)據(jù)通信。又根據(jù)傳輸模式的不同[2]，可分為：CORBA（公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)）、DCOM（分布式組件對象模型）和RMI（遠(yuǎn)程調(diào)用方法）三種。

在基于JavaEE語言實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，三者各有優(yōu)勢：CORBA和RMO的IDL接口支持對象繼承與動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)用；RMI則在遠(yuǎn)程調(diào)用時(shí)采用無安全管理機(jī)制，無需經(jīng)過classpath處理即可初始化類文件。

1.2 Web3D技術(shù)

Web3D技術(shù)通過3D虛擬仿真來豐富人機(jī)交互體驗(yàn)，作為一種新型技術(shù)，在圖形仿真和無線傳感領(lǐng)域應(yīng)用中常根據(jù)業(yè)務(wù)需求在簡便性、兼容性、擬真度和交互性能中進(jìn)行偏好選擇[3]。本文是在B/S架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器3D建模，實(shí)時(shí)渲染呈現(xiàn)交互界面來彌補(bǔ)傳統(tǒng)操作界面復(fù)雜、無序的缺點(diǎn)，因此更偏好于幫助用戶實(shí)現(xiàn)更簡易、精確的數(shù)據(jù)操作。

Web3D常用VRML 2.0實(shí)現(xiàn)，有機(jī)融合了Java及信息流節(jié)點(diǎn)建模語言，實(shí)現(xiàn)與外部鏈接的動(dòng)態(tài)行為擴(kuò)展。不過由于其運(yùn)行插件過大、圖像質(zhì)量偏低、數(shù)據(jù)庫文件過大，操作渲染過程不夠靈活，所以總體性能較差。因此本文采用新X3D標(biāo)準(zhǔn)對VRML進(jìn)行功能封裝，新增高級API并擴(kuò)展部分新特性，實(shí)現(xiàn)組件化的靈活功能擴(kuò)展。此外，X3D對底層操作系統(tǒng)接口調(diào)用更為快捷，內(nèi)核更輕量，資源占用量大幅降低。

另一方面，3D建模還需要Unity開發(fā)引擎的支持。作為C/C++開發(fā)的可視化圖形渲染引擎，在處理貼圖、空間遮罩、光線陰影、紋理渲染和后期處理上均具有極大的優(yōu)勢。Unity可極大程度上簡化Web3D的開發(fā)難度，提供簡潔、美觀的圖形界面與高效的事件交互[4]。

2 管理系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能分析

此管理系統(tǒng)主要功能模塊包括設(shè)備信息采集、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的輸入/輸出、指令操控與管理。首先，系統(tǒng)在進(jìn)行電網(wǎng)設(shè)備、業(yè)務(wù)狀態(tài)分析時(shí)，需要增加3D角度的狀態(tài)指示和預(yù)警功能；其次，考慮到用戶功能需求，系統(tǒng)要支持多任務(wù)并行處理線程，能實(shí)時(shí)處理事件，備份歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)；另外，由于加載3D插件內(nèi)存需求較大，因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)在穩(wěn)定性和安全管理機(jī)制上指標(biāo)較高；最后，考慮到未來系統(tǒng)的升級改造，系統(tǒng)建設(shè)必須保證較好的可維護(hù)性和擴(kuò)展性。

2.2 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為集中式和分層式結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)采取分層式，以電網(wǎng)內(nèi)電器間隔、元件為對象進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示[5?6]。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程采用RMI通信方式，共有3層，如圖2所示。其中，遠(yuǎn)程引用層負(fù)責(zé)執(zhí)行遠(yuǎn)程引用協(xié)議并處理底層傳輸接口，傳輸層則負(fù)責(zé)建立起客戶端與服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接，監(jiān)管操作連接狀態(tài)。

2.3 系統(tǒng)分層開發(fā)設(shè)計(jì)

從功能上將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、Web層、客戶層。其中，客戶層用戶界面采用HTML文件配置，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)會相應(yīng)設(shè)定登錄認(rèn)證。待服務(wù)器獲得請求數(shù)據(jù)，完成Servlet初始化后，通過重寫doGet（）和doPost（）接口完成表單數(shù)據(jù)傳輸，從而返回客戶端請求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)Web界面展示。

RIM則作為連接底層業(yè)務(wù)與應(yīng)用程序之間的重要調(diào)用，其開發(fā)程序流程如下[7]：

1） 定義遠(yuǎn)程服務(wù)接口，按命名規(guī)則設(shè)定接口參數(shù)；

2） 定義遠(yuǎn)程服務(wù)接口方法，設(shè)定聲明訪問權(quán)限；

3） 用Javac將服務(wù)器編譯成.class，使用存根進(jìn)行參數(shù)編碼、發(fā)送和整理；

4） 創(chuàng)建服務(wù)端應(yīng)用程序，啟動(dòng)并執(zhí)行編譯程序；

5） 引導(dǎo)注冊表RIM服務(wù)及應(yīng)用程序運(yùn)行。

3 Web3D客戶端功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 管理系統(tǒng)登錄初始化

整個(gè)登錄初始化過程如圖4所示。登錄設(shè)定了三級安全體系：管理員級、普通用戶、游客，數(shù)據(jù)庫將根據(jù)用戶權(quán)限來下放界面數(shù)據(jù)信息。

3.2 房間漫游設(shè)計(jì)

登錄驗(yàn)證完成后，主界面將開放虛擬樓層及房間的入口，點(diǎn)擊進(jìn)入后將展示對應(yīng)Unity3D場景?？蛻舳舜藭r(shí)向服務(wù)器發(fā)送請求，獲取對應(yīng)房間設(shè)備信息后，更新視圖，實(shí)現(xiàn)3D化渲染[8]。此外，用戶可以在房間內(nèi)轉(zhuǎn)換視角，移動(dòng)漫游來進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)備查詢。另外，為了實(shí)現(xiàn)全景觀察，畫面渲染中采用了四角攝像技術(shù)，分別編程設(shè)定初始空間矢位坐標(biāo)，控制x，y，z三軸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)360°鏡頭切換。場景配置完畢后，進(jìn)一步設(shè)備操作要通過編寫EquipmentController腳本實(shí)現(xiàn)，具體包括刪除、調(diào)整、查看、新增操作。最后，待配置設(shè)定完畢，設(shè)備落地后獲得惟一ID，帶著對應(yīng)信息存入數(shù)據(jù)庫。

3.3 設(shè)備功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

設(shè)備功能實(shí)現(xiàn)依賴于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包括溫度、濕度、氣體檢測等模擬量，都需要采集上傳數(shù)據(jù)庫。待驗(yàn)證通過，委托RIM調(diào)用后方可獲取設(shè)備準(zhǔn)確實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對設(shè)備進(jìn)行功能操作[9?10]。具體操作項(xiàng)包括：添加設(shè)備功能節(jié)點(diǎn)，編輯設(shè)備指標(biāo)項(xiàng)，靈活監(jiān)控不同設(shè)備參數(shù)；刪除設(shè)備功能節(jié)點(diǎn)，在監(jiān)控完畢后可移除此功能點(diǎn)，來保持界面整潔。此外，界面公共區(qū)設(shè)有歷史信息查詢?nèi)肟诤途鏃l件關(guān)聯(lián)入口。當(dāng)監(jiān)測到設(shè)備指標(biāo)溢出警戒線后，會立即進(jìn)行告警，操作人員收到警告后，可相應(yīng)對設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)操作來實(shí)現(xiàn)單一或多個(gè)設(shè)備的開關(guān)、復(fù)位。至此，一個(gè)完整的、界面友好的基于Unity環(huán)境下Web3D電網(wǎng)管理操作系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié) 語

轉(zhuǎn)變電網(wǎng)發(fā)展關(guān)系就是在傳輸關(guān)系上從點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸關(guān)系向網(wǎng)對網(wǎng)的傳輸關(guān)系轉(zhuǎn)變。在供電服務(wù)上從單向供給型向智能互動(dòng)型轉(zhuǎn)變，要求加強(qiáng)各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展、互聯(lián)智能發(fā)展。一方面達(dá)成高度智能化的電網(wǎng)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)管理信息化和精益化；另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)電力用戶與電網(wǎng)之間的便捷互動(dòng)，滿足電力用戶的多項(xiàng)新型需要。本文提出一種基于Web3D技術(shù)的電網(wǎng)智能化管理系統(tǒng)，在智能電網(wǎng)通信的基礎(chǔ)上加入Web3D組態(tài)，提出新的界面設(shè)計(jì)思想和設(shè)備管理方法，重構(gòu)三層式框架來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層與底層設(shè)備交互及聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)在信息承載、展示、交互方面均獲得了極大提升，服務(wù)、業(yè)務(wù)邏輯上具備更強(qiáng)的伸縮性，事務(wù)管理更為清晰，3D化操作界面對管理員也更加友好，總體展現(xiàn)出極高的研究開發(fā)潛力。

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