当前,二维GIS、数码照片、视频监控等可视化技术已经成熟应用于变电站的可视化管理，但这些可视化手段并不能直观、真实的反映变电站密集的设施设备在三维空间中的分布情况。在很多行业的设计、施工和管理过程中，开始采用三维可视化手段来真实表现各种特征、细节、操作环境和运行过程，变电站也不例外。

国内已经有一些单位采用三维化手段进行变电站设计，后期的管理阶段，三维变电站主要用于仿真培训。

常见的三维变电站建模手段均是采用逆向建模的方法。建立的模型非常细致，可形成非常完备和清晰的点电站模型，在此基础上进行各种操作等应用。但弊端是建模的工作量大，周期长，只适合应用于要求高、投入大的变电站三维可视化。此外，这些方法建立的三维模型复杂，需要较高配置的电脑和复杂的算法才能实现顺畅的浏览和操作。    

三维变电站有很多的应用方向，结合国内的实际情况，三维可视化变电站主要应用于以下几个方面：

1）展示的反映变电站设备设施细节和特征，让管理人员和技术人员直观的了解变电站的设备设施情况；

2）利用三维可视化的虚拟变电站现场，培训变电站规划、建设、巡视和操作人员，充分利用文本、图形、三维影像、三维动画和声音等多媒体表现形式；

3）三维可视化的展现变电站，呈现变电站设备设施的空间关系，辅助工程设计人员进行改扩建工程的设计与分析，辅助施工单位进行改扩建工程施工；

4）作为基础空间数据，实现变电站资产数字化管理；

5）工程建设过程中，在不同阶段多次采集三维模型，可清晰表现工程建设状况和进度，为工程验收和汇报提供依据。

由于逆向建模的工作量大，建模周期长，要实现上述几点应用比较困难。本文提出利用同步多相机三维全景技术，非常快速和低成本的实现变电站三维交互可视化管理。

三维全景视觉技术

三维全景视觉系统是由硬件和软件二部分组成，硬件包括相机主体及其配件、背包、车载支架，软件包括全景生成器，图形处理云节点服务程序以及全景编辑器。

硬件介绍

全景相机：

主要技术创新点：

多镜头同步拍摄，适合各种环境，无需专业摄影技巧，通过拼接成像可覆盖到除相机底部外的全部图像。

可在零下10的低温环境下正常工作。

结合GPS、陀螺仪等提供丰富的全景位置信息

技术参数：

镜头：采用6台1200万像素镜头，能连续采集最大7200万像素的360°高分辨率全景影像，输出    全景照分辨率最大12000*6000，兼顾图片质量和处理速度建议使用8192* 4096。

GPS：内置GPS模块，外置天线，精度可达到2—5米。

存储卡：内置存储卡，可拍摄存储4000-5000张高清全景图片。

陀螺仪：内置9轴陀螺仪，用于车载、背包方式拍摄时，对上下颠簸的水平校正和自动化的导航热点箭头生成。

电池及充电器：8小时续航大容量电池、铅酸蓄电池充电器。

遥控器：有线和无线遥控。

相机支架：相机三脚架和相机安装杆一套。

拍摄：手动拍摄和自动拍摄两种方式，自动拍摄间隔4-4.5秒。

设计结构图外观：

图1

设计结构分解图：

图2

云节点图片处理工作站：

高性能PC内置自动化照片缝合服务系统，将6个镜头拍摄的照片缝合为全景图；内置分布式云节点框架，支持多台工作站组队并行处理节点的“热插拔”，提供伸缩性极强的处理服务；预装全景编辑处理软件系统。

平台关键技术研究

三维实景GIS云服务平台是将全景视觉系统（三维实景系统、软件和地理空间信息内容）功能进行拓展，结合全景相机标定、双目测距、模式识别、图像矢量化、云计算、云存储等技术建立的云服务平台。

平台整体结构

三维实景GIS云服务平台体系结构自底向上分为物理层、数据层、应用支撑层、应用层，如下图所示。

物理层：该层是云计算的最底层，由计算机硬件、交换机和网络设施组成。

数据层：该层主要功能是存储空间数据及其索引信息并为实际应用提供数据支持，包括基础数据及应用数据。该层对于大数据量的空间数据采用分布式存储，体现了三维实景GIS云服务平台的空间性。

应用支撑层：基础组件和三维实景GIS引擎位于该层，该层提供了服务和功能的具体实现，云计算支持平台实现分布式计算功能以达到高性能计算的目的。

应用层：该层包含了具体的三维实景GIS应用及服务。公开的服务位于该层，它们能够被发现和调用，并能被编排以创建组合服务，服务多数为全景信息服务，如空间信息查询、可视化服务、三维全景服务等。

项目研究内容