城市配电网的三维实景化技术

附件一：四川省电力公司科学技术项目建议书项目名称：城市配电网的三维实景化技术申请单位：四川电力科学研究院项目负责人：张睿通信地址：邮政编码：联系电话：申请日期：2011年5月项目简表项目名称城市配电网的三维实景化技术项目负责人姓名张睿单位四川电力科学研究院性别男年龄31专业计算机职称工程师费用估算（万元）150研究起止年月2012.1-2013.1项目的必要性作为智能电网的一部分，配电网工程从电网的规划、设计、施工到运营、管理、维护等都对环境的空间信息有着强烈的需求。目前，大多数的配电系统通常基于二维地理信息系统建立，这些配电系统缺乏实际设备物理信息。因此，需要更为直观、真实的三维实景化技术作为交互式查询和分析的媒介。三维实景化技术能够对配电网沿线的实际现场环境进行360°全景实景再现，并且能够进行可交互式的实景巡视。三维实景化技术在场景可视化、交互式浏览等方面较传统方法有着明显的优势。(a)传统二维城市配电网GIS系统(b)城市配电网的三维实景化技术图1传统的二维城市配电网技术与三维实景化技术在提高城市配电网的管理水平和运营维护上，三维实景化技术在以下三个方面有着传统方法不可比拟的优势：1.直观把握整体配电网：传统基于平面图的管理维护方法无法直观了解配电网周围物理环境状况，而三维实景技术能够真实再现现场的物理环境，更有利于统筹规划、综合管理。2.全方位精确的现场展现：传统方法难以迅速精确定位事故地点，也不能反映事发地点周边环境。三维实景技术不仅可以快速精确定位事发地点，更能让工作人员提前了解现场环境，为事故处理的指挥提供更准确的依据。3.辅助配电网规划：城市发展和变化快，电网重新规划或改造需花费大量精力进行现场考察。利用三维实景技术可以结合城区实际环境状况，真实再现配电网状况，方便配电网的整体布局与优化。国内外研究概况由于输电网的格局已基本形成，发展相对缓慢，而配电系统是与用户直接关联的，发展的需求量极大，因此国外往往将智能电网的开发重点放在配电网[1]。将地理信息系统，三维实景化等相关技术集成到现有的电网管理平台中，是实现智能电网的关键部分[2]。在三维实景技术方面，美国的谷歌(Google)公司于2007年在世界上率先推出全景实景产品——谷歌街景[3]，其代表实景技术的国际领先水平，并在世界上大多数地方开展了该项服务。在国内，上海杰图公司也推出了类似美国谷歌的实景地图服务，但从目前的实际应用效果上看，无论在图像合成技术还是空间探测建模技术上看，同国外先进水平还有较大差距。本项目拟将三维实景技术应用于城市配电网管理并且实现：1.交互式配电网实景再现；2.空间位置信息融入管理平台；图2Google的Streetview用户界面[1]胡学浩．智能电网：未来电网的发展态势[J].电网技术，2009，33(14)：1-5.[2]RonceroJR．Integrationiskeytosmartgrid.management[C]．IET-CIRED，CIREDSeminar，Frankfurt，2008．[3]主要研究内容为了实现城市配电网的三维实景化，需要对城市配电网的周围场景进行360°全方位的图像数据采集，并且将每一个视点（采集点）的图像数据拼接成360°全景实景图像。此外还需利用图像求取视点的位姿，从而建立起不同视点间的位置对应关系，实现图像图形深度混杂。1.单一视点中心投影技术每幅图像都有唯一的拍摄视点，国内国际上比较常见的获取全景图像的手段是通过对多方向图像的拼接和融合实现的，但由于其不满足单一视点中心投影，因此其获得的全景图像并不完美，存在明显的拼接错位现象。本项目拟通过研究构建球面映射的理论体系和算法以获得保留透视投影关系的球形图像。此球形图像不会存在拼接错位现象和多视点的问题，即符合单一视点中心投影。如图3所示。1OO2O3OO单一视点中心投影非单一视点中心投影图3单一视点中心投影与非单一视点中心投影示意图2.无错位拼接技术在球形摄像机模型的基础上，研究直接通过球面映射的方法获得保留有透视投影关系的球形图像，实现图像的无缝“拼接”，避免拼接错位现象的出现。3.信息三维空间化技术本项目拟通过三维空间化技术，使得场景中的3D虚拟实体（如地下管线、配电设备等）能够与场景实现有机结合，在场景中有其对应的三维空间位置，可以实现旋转和平移，移动过程符合透视变换关系，更加直观生动地展示场景信息。图4信息三维空间化效果示意图预期目标1.研究并实现单一视点中心投影、无错位拼接、信息三维空间化等三项关键技术。2.以某地作为试点（10000个视点所覆盖面积），建设一套配电网的三维实景化演示平台，实现对配网设备状态的直观展示，便于检修人员快速精确定位事故发生地点，并能辅助城市配电网的规划和改造。3.发表2-3篇论文。已具备的研究条件本项目合作单位沈阳迅景科技有限公司拥有一支对数字城市、计算机视觉、虚拟现实和Web3D技术领域有着深刻理解的研发团队，在全景视觉、虚拟现实等理论拥有国际领先水平的研究成果和专利技术。该公司承担了“2010上海世博会辽宁全景实景漫游虚拟展馆”、“鄂尔多斯市康巴什新区32平方公里全景实景漫游”、“清华百年校庆校园全景实景漫游项目”等重量级项目，具备大量建设三维实景化数字城市地理信息系统的实践经验。合作意向本项目拟与沈阳迅景科技有限公司合作研究。沈阳迅景科技有限公司是由海外归国学者建立的高科技创新型企业，目前为东北大学国家科技园及沈阳市和平区科技产业园入驻企业。该公司在数字城市、计算机视觉、虚拟现实和Web3D技术等领域有着强大的研发能力，拥有自主知识产权的核心技术和专利多项，开发了多个核心产品平台，主要提供数字城市管理建设、城市景观、旅游景点、房地产等的全景实景应用技术服务。