黃錦增，鄉(xiāng) 立，段 煉

（廣東電網(wǎng)有限責任公司廣州供電局，廣東 廣州 510000）

0 引言

在三維可視化技術不斷發(fā)展的過程中，利用該技術對電力監(jiān)控系統(tǒng)進行改進，使三維可視化模型能夠嵌入電力監(jiān)控系統(tǒng)，達到提高電力監(jiān)控效率、保證監(jiān)控水平的目的。但是需要注意在現(xiàn)有電力監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部嵌入三維可視化模型時，需要從三維可視化技術的理論基礎出發(fā)，盡可能保持現(xiàn)有電力監(jiān)控系統(tǒng)操作方式的穩(wěn)定性，方便監(jiān)控人員及時掌握三維可視化電力監(jiān)控系統(tǒng)的操作方法。這樣才能真正發(fā)揮三維可視化技術在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢，為監(jiān)控人員提供清晰形象的監(jiān)控畫面。

1 三維可視化技術概述

現(xiàn)階段，大部分電力監(jiān)控采用的仍然是二維正交圖開展監(jiān)控工作的。這種監(jiān)控模式不能清晰地表現(xiàn)出變電站設備的具體運行信息，檢修人員也不能準確直觀地掌握變電站設備的實際運行狀態(tài)。尤其是新建的換流站，其復雜程度比較高，運維人員的日常工作量比較大，對監(jiān)控畫面的質(zhì)量要求比較高，但是二維正交圖顯示出來的運行信息具有一定局限性，會在一定程度上影響電力監(jiān)控的整體質(zhì)量。

利用三維可視化方式，有利于運維人員直觀清晰地了解監(jiān)控設備的實際運行狀態(tài)。三維可視化技術在應用過程中，可以將模型數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為圖像并顯示在屏幕上。該技術在產(chǎn)品設計、建筑、地球科學以及流體力學等方面的應用都比較廣泛。在三維可視化技術發(fā)展的過程中，開放圖形庫（Open Graphics Library，OpenGL）是一種性能相對較高的三維圖形繪制技術標準。而OSG（Open Scene Graph）是以OpenGL為基礎研發(fā)的，是將C++平臺作為基礎的開源開發(fā)組件。該技術標準可以跨平臺展示交互式圖形，同時還可以根據(jù)開發(fā)者的具體需求提供多種工具[1]。

利用OSG技術對電力監(jiān)控系統(tǒng)進行改進和優(yōu)化，可以在確保原有監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎上，對電力設備三維模型進行準確展示，提高監(jiān)控工作的整體水平。這種方法對原有監(jiān)控系統(tǒng)的改動相對較少，同時可以實現(xiàn)二維正交圖以及三維模型的交互，能夠保證對應設備狀態(tài)信息展示的準確性。

2 三維可視化電力監(jiān)控系統(tǒng)的理論基礎

當前，大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)所采用的客戶端界面是以Qt+Microsoft Visual Studio方式開發(fā)的客戶端界面。Qt作為一款跨平臺C++圖形用戶界面應用開發(fā)框架，本身屬于面向?qū)ο蟮目蚣?。而Microsoft Visual Studio是微軟公司研發(fā)的開發(fā)工具包，是比較完整的基本工具包，也是當前Windows應用程序集成開發(fā)環(huán)境。

在Qt5.4以后的版本中增加了Q OpenGL Widget類，該類是以QWidget為基礎發(fā)展而形成的。Q OpenGL Widget能夠提供顯示集成到Qt的開發(fā)應用程序內(nèi)部的OpenGL圖形，并且可以使開發(fā)者按照其他Q Widget繼承類的方式進行操作。原有的QGLWidget類的方便程度更高。此外，Q OpenGL Widget能夠提供比較方便的虛擬函數(shù)，可以在子類中重新實現(xiàn)虛擬函數(shù)，并完成典型OpenGL任務的執(zhí)行過程[2]。

虛擬函數(shù)分別為：（1）paintGL（）的主要功能是完成OpenGL場景渲染作業(yè)。在對小部件進行更新時，可以調(diào)用。（2）resizeGL（）的主要功能是完成OpenGL視口投影的設置作業(yè)，主要是在對小部件大小進行調(diào)整時調(diào)用，特別是第1次顯示小部件時所新創(chuàng)建的小部件都會自動獲取resize事件。（3）initializeGl（）的主要功能是對OpenGL資源以及狀態(tài)進行設置，在第1次對resizeGL（）進行調(diào)用時，需要調(diào)用該虛擬函數(shù)。利用Q OpenGL Widget繼承能夠保證OSG支持Qt。這樣能夠在技術理論上解決在三維可視化技術中，OSG在Qt程序中存在的集成問題。

3 三維可視化技術在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，對三維可視化模型進行嵌入應用時，需要根據(jù)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的實際情況，保證三維可視化模型能夠有效嵌入現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)。主要采取的方式包括以下兩種：（1）可以直接將三維可視化圖形作為獨立窗口顯示。這種嵌入方式對現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的改動相對較小，可以保證現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的完整性。但是應用三維可視化模型開展電力監(jiān)控工作對監(jiān)控人員的操作水平有新的要求，并且其操作方法與現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)之間可能會存在差異，會影響三維可視化模型的應用效果。（2）將監(jiān)控界面的一部分與原有的二維正交圖顯示結(jié)合在一起，能夠提高現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的三維可視化效果。這種方法能夠使三維可視化模型與現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)進行有效結(jié)合，并且不會使監(jiān)控人員的操作習慣出現(xiàn)比較大的改變，應用效益更佳。因此，大多數(shù)電力監(jiān)控系統(tǒng)改進過程中，都使用的是第2種三維可視化模型嵌入方式[3]。

現(xiàn)階段，對Qt編寫的監(jiān)控系統(tǒng)進行應用時，主要是將Q Graphics Scene作為載體，并在載體上繪制圖形信息，利用監(jiān)控界面的一部分與原有二維正交圖進行融合的方法，可以將三維可視化模塊作為圖元直接繪制在Q Graphics Scene中，成為界面的一部分。并且可以利用Q Graphics Proxy Widget類直接作為代理，在內(nèi)部Q Graphics Scene嵌入QWidget。Q Graphics Proxy Widget類可以有效解決Q Graphics Scene以及Q Widget類存在的轉(zhuǎn)發(fā)問題。此外，還能夠解決Q Widget類中以整數(shù)幾何圖形為基礎與Q Graphics Scene以實數(shù)幾何圖形為基礎的轉(zhuǎn)換作業(yè)。在這一監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，Q Graphics Proxy Widget類可以支持鍵盤輸入、拖放以及彈出窗口等功能。

在Q Graphics Proxy Widget類繼承封裝時，需要將其封裝在繪制的基本圖元內(nèi)，同時要配置三維可視化要求屬性信息。這樣能夠確保三維可視化模型與原有的三維圖元一致，直接作為圖元加入Q Graphics Scene，如圖1所示。

圖1 三維可視化監(jiān)控系統(tǒng)應用

4 三維模型交互設計

實現(xiàn)三維可視化模型在Q Graphics Scene畫布的繪制顯示后，需要完成三維模型的交互設計作業(yè)。主要從以下兩方面出發(fā)，保證三維模型交互設計的科學性以及合理性：（1）三維模型人機交互設計。在三維模型人機交互設計中，要保證運行人員可以利用鼠標事件控制三維模型。在這一期間，需要解決三維可視化模型對應的鼠標鍵盤以及事件交互等功能需求，才能保證人機交互設計的有效性。（2）三維模型以及監(jiān)控數(shù)據(jù)之間的交互設計。在設計時，要保證OSG內(nèi)的osg：：Node Visitor類可以實現(xiàn)達到節(jié)點訪問的目的，同時繼承osg：：Node Visitor完成apply函數(shù)設計。每一個三維模型都設置有唯一的ID值，并且ID值與顯示中的實際設備是相互對應的，如果監(jiān)控系統(tǒng)采集到某一設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，可以直接調(diào)用apply函數(shù)，并利用模型ID獲取相對應的節(jié)點，可以根據(jù)實際需求對模型節(jié)點的顏色、形狀、位置以及描述設備實時狀態(tài)的信息進行修改，能夠有效實現(xiàn)輸出數(shù)據(jù)交互功能。

5 結(jié)語

總而言之，在當前三維可視化技術發(fā)展的過程中將其應用在電力監(jiān)控系統(tǒng)中，可以提高監(jiān)控工作效率，保證監(jiān)控質(zhì)量。但是需要注意三維可視化模型嵌入現(xiàn)有電力監(jiān)控系統(tǒng)時，需要對現(xiàn)行二維正交圖電力監(jiān)控系統(tǒng)進行適當改進，確保三維可視化模型可以與現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)有效結(jié)合，盡可能保證改進后的電力監(jiān)控系統(tǒng)與原有監(jiān)控系統(tǒng)操作方式的一致性，從而提高三維可視化技術在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應用水平，提高電力系統(tǒng)監(jiān)控質(zhì)量。