王文欣，郝鵬坤，宋亮亮

（國網(wǎng)陜西榆林電力分公司，陜西 榆林719000）

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)迄今已發(fā)展了20余年，成為人們分析復(fù)雜問題強(qiáng)有力的武器。自2006 年起,可視化領(lǐng)域國際頂級開始每年舉辦“可視分析科學(xué)與技術(shù)”會議（IEEE conference on visual analytics science and technology，簡稱IEEE VAST）[1]。

人類從外界環(huán)境獲得的信息大概有百分之八十以上來自于視覺系統(tǒng)，一張圖勝過千言萬語。大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)前新興學(xué)術(shù)的研究熱點(diǎn)以外，美國人稱大數(shù)據(jù)是繼物聯(lián)網(wǎng)和云計算之后又一個革命性的信息技術(shù)。2018年數(shù)據(jù)可視化需求急劇暴增，特別是一些監(jiān)控中心、指揮中心、調(diào)度中心等重要場所，大屏信息可視化已成為核心基礎(chǔ)系統(tǒng)，如何實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的價值，從而幫助從業(yè)者實(shí)現(xiàn)管理、事前預(yù)警、集中指揮調(diào)度、事后分析研究等多方面提升智能決策能力。目前，大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)已初見雛形，已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域：城市交通、智能電網(wǎng)調(diào)度與監(jiān)測、生物醫(yī)療、安全反恐、物流、電商、金融、互聯(lián)網(wǎng)等。

隨著我國電網(wǎng)容量的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，電網(wǎng)智能化、智能變電站的大量建設(shè)和試運(yùn)行，傳統(tǒng)靠人工經(jīng)驗(yàn)的電網(wǎng)監(jiān)控運(yùn)行分析將由更多的智能化的機(jī)器設(shè)備所取代，原有的基于人工監(jiān)控的運(yùn)行方式無法滿足大電網(wǎng)協(xié)同控制和一體化運(yùn)維發(fā)展的要求，加之?dāng)U容導(dǎo)致的業(yè)務(wù)激增，避免大量人力物力的投入，智能化的電網(wǎng)大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)迫在眉睫。電網(wǎng)大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了一些成果，可視化監(jiān)控系統(tǒng)在特高壓電網(wǎng)、地鐵供電網(wǎng)中已被廣泛研究與應(yīng)用［2-4］。

目前，國內(nèi)國家電網(wǎng)已建構(gòu)的電網(wǎng)智能大數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)已在江蘇示范應(yīng)用,系統(tǒng)應(yīng)用方面，已完成4 大中心、5 類應(yīng)用、51 個功能模塊。其中36 個功能模塊已經(jīng)在四川、江蘇、浙江、遼寧、天津5 個試點(diǎn)調(diào)控中心上線運(yùn)行，但是，截至目前，監(jiān)控運(yùn)行大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)研究與應(yīng)用仍處于起步階段，仍需進(jìn)一步研究和深化應(yīng)用[5]。而大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)目前尚處在數(shù)據(jù)可視化階段，重點(diǎn)在數(shù)據(jù)的可視化展示，缺乏對大量數(shù)據(jù)的分析、統(tǒng)計、計算；缺少挖掘數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律這些信息可視化的功能[6]。在大數(shù)據(jù)監(jiān)控分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)可視化功能是本文研究的方向。

1 系統(tǒng)構(gòu)建與功能模塊

1.1 大數(shù)據(jù)可視化分析的意義

大數(shù)據(jù)可視分析是指在大數(shù)據(jù)自動分析挖掘方法的同時，利用支持信息可視化的用戶界面以及支持分析過程的人機(jī)交互方式與技術(shù)，有效融合計算機(jī)的計算能力和人的認(rèn)知能力，以獲得對于大規(guī)模復(fù)雜數(shù)據(jù)集的洞察力（insight）[7]。大數(shù)據(jù)可視化分析技術(shù)在利用計算機(jī)智能化分析數(shù)據(jù)的同時，結(jié)合人對可視化信息的認(rèn)知能力的優(yōu)勢，將人和計算機(jī)的各自強(qiáng)項有機(jī)結(jié)合，從而使人們更為直觀和高效地洞悉大數(shù)據(jù)背后的信息、知識和智慧。

1.2 該系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計了4 層系統(tǒng)模塊，分別是：第一層大數(shù)據(jù)的采集和接入；第二層數(shù)據(jù)的存儲，本文采用的存儲技術(shù)是用現(xiàn)在的云數(shù)據(jù)存儲技術(shù)進(jìn)行歸類存儲；第三層數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、挖掘、計算、管理，提供有數(shù)據(jù)備份的安全服務(wù)和專家分析、算法庫等分析服務(wù)；第四層是整合分類、聚類、關(guān)聯(lián)規(guī)則等各種數(shù)據(jù)算法后得出的信息，進(jìn)行圖形化的可視化展示。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計亮點(diǎn)

第三層和第四層是大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的重要關(guān)鍵技術(shù)。第三層的重點(diǎn)是算法，本文沒有采用單一的算法應(yīng)用于所有模塊，而是根據(jù)某一數(shù)據(jù)模塊的特點(diǎn)及需要得出的結(jié)論，采用最優(yōu)最適用于這一數(shù)據(jù)模塊的算法，本文準(zhǔn)備采用到的算法有： Hadoop、MapReduce、全過程數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)因果分析算法、自薦式自適應(yīng)全壽命數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集技術(shù)及混合計算技術(shù)等。第四層的重點(diǎn)是：本文準(zhǔn)備引入國內(nèi)外先進(jìn)可視化技術(shù)，有文本可視化；時空數(shù)據(jù)可視化；多維度可視化；來實(shí)現(xiàn)多尺度、多焦點(diǎn)、多側(cè)面展示技術(shù)。

1.4 該系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)構(gòu)建了5 大應(yīng)用功能模塊，包括統(tǒng)計分析中心、趨勢預(yù)警中心、智能搜索中心、全景影像中心、可視化展示中心5 大類，功能全面，涵蓋準(zhǔn)確。提高了設(shè)備實(shí)時監(jiān)控全自動化水平；提升監(jiān)控運(yùn)維智能化水平；提高供電可靠性、穩(wěn)定性；人員、設(shè)備安全性；提高減少人工、物料的投資、減能增效。大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)功能體系如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)功能體系

2 本系統(tǒng)采用的新的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 三維建模

較以往的僅僅使用GPS 圖像、視頻采集方法，本系統(tǒng)采用無人機(jī)技術(shù)，使用無人機(jī)上的Street-View 全景攝像機(jī)+無人機(jī)GPS，獲取三維地表信息，作為三維建模的基數(shù)數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)是使得獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更豐富、精確、方便快捷，建立的模型更精準(zhǔn)。然后建立設(shè)備模型庫，結(jié)合真實(shí)地形繪制整個變電站三維模型。使用Autodesk 3d Max 軟件工具，對所在變電站的設(shè)備、建筑、周圍地形地貌等按照給定的建模標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高精細(xì)建模。本文提出的新方案是建模以后，再對模型進(jìn)行紋理烘焙，能實(shí)時提升渲染效果，最終繪制出與現(xiàn)場一致的高精度的三維模型。

2.2 無人機(jī)全景影像數(shù)據(jù)處理

使用StreetView 全景攝像機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行整站全景影像數(shù)據(jù)采集，重點(diǎn)要采集變電站內(nèi)關(guān)鍵部位的全景影像數(shù)據(jù)及屬性信息，同時對重點(diǎn)部位的位置信息在影像中進(jìn)行標(biāo)注，可以采用多次采集，然后使用圖像融合技術(shù)的方法得到更精確的圖像數(shù)據(jù)。最后使用圖像處理軟件Photo Shop 對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行全自動的結(jié)算處理，最終得到結(jié)算后的軌跡和校準(zhǔn)后的全景影像。對有問題的數(shù)據(jù)，及時再重新進(jìn)行采補(bǔ)再計算。

2.3 無人機(jī)遙感影像獲得

通過無人機(jī)的GPS 定位功能，獲取變電站所在區(qū)域內(nèi)的設(shè)備、建筑以及周邊輸電線路的三維地形信息，從而建立地表地形模型，采用高分辨率的衛(wèi)星遙感影像來達(dá)到高精細(xì)的建模要求。

3 可視化的人機(jī)交互界面

用C++語言作為編程語言，進(jìn)行系統(tǒng)軟件方面的編程，構(gòu)建大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分，實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)用的具有人機(jī)交互式的各種功能模塊，有統(tǒng)計分析中心、趨勢預(yù)警中心、智能搜索中心、全景影像中心等4個大的模塊及本文圖1 中的所示的4個大模塊下的各個子模塊的功能實(shí)現(xiàn)，然后經(jīng)過大數(shù)據(jù)的采集并經(jīng)過各種算法計算得到的4個數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)圖形展示，分別是監(jiān)控設(shè)備信息展示、監(jiān)控業(yè)務(wù)整體展示、監(jiān)控分析業(yè)務(wù)展示、實(shí)時全景影像展示并實(shí)現(xiàn)各個界面間的切換功能，建構(gòu)變電站大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控軟件系統(tǒng)。

4 展望

未來人們的決策將日益依賴于大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，而不是單純的依靠人的經(jīng)驗(yàn)和直覺。大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控技術(shù)在電網(wǎng)的應(yīng)用將會普遍化，直觀并實(shí)時的展示每個設(shè)備的屬性信息、位置坐標(biāo)和數(shù)據(jù)信息，模擬倒閘操作和生產(chǎn)操作，實(shí)時、動態(tài)、直觀、多視角、多層次地展示和管理變電站信息，從而提高集控、變電站一體化監(jiān)控水平。進(jìn)一步深化監(jiān)控運(yùn)行水平；提升監(jiān)控全景可視化技術(shù)；實(shí)現(xiàn)交互軟件應(yīng)用功能全面；體驗(yàn)感好的軟件平臺等，真正由技術(shù)研究到軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)可以完全面向應(yīng)用的變電站大數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控系統(tǒng)，是今后需要不斷努力改進(jìn)、探索和研究的方向。