一種網絡三維可視化方法
【技術領域】
[0001 ] 一種關于計算機領域中的三維可視方面的技術領域。
【背景技術】
[0002]電力系統(tǒng)可視化研究多以電力網絡為基礎。例如:用餅圖和動畫箭頭表示線路潮流；用柱圖和餅圖表示節(jié)點電壓；用圓柱表示發(fā)電機出力；用等值線圖或曲面圖表示空間分布；用三維圖展示故障分析結果以及穩(wěn)定域可視化。

【發(fā)明內容】

[0003]通過國家專利檢索沒有發(fā)現(xiàn)關于此系統(tǒng)方面的申請資料。
[0004].三維技術主要表現(xiàn)為三維可視化方法其方法特定為表達方式；電力系統(tǒng)運行中的常見數(shù)據(jù)一般可歸結為節(jié)點型和線路型2大類，例如母線電壓和線路潮流。
[0005].針對節(jié)點型數(shù)據(jù)，直觀做法是利用空間的第3個維度，在節(jié)點所在位置用三維圓柱表達，圓柱高度表示數(shù)據(jù)的相對大小。在圓柱上加以修飾還能表示更多信息，如用圓環(huán)標記上下限值位置以及用不同顏色標識當前值、安全狀態(tài)和裕度。
[0006].針對線路型數(shù)據(jù)，本文采用三維管道圖和三維箭頭圖兩種表達方式。三維管道圖用沿線路分布的圓柱管道表示數(shù)據(jù)，管道半徑代表數(shù)據(jù)的相對大小，當數(shù)據(jù)有向時用箭頭標出方向。三維箭頭圖在線路上用三角箭頭表示有向的線路型數(shù)據(jù)，箭頭大小代表數(shù)據(jù)的相對大小，并具有流動的動畫效果。
[0007]三維可視化方法:電力系統(tǒng)實時運行中的監(jiān)控數(shù)據(jù)很多，需要對其分類，再根據(jù)不同類別的特點，選擇合適的表達方式，即進行可視化主題設計。
[0008].其算法為:空間插值算法及改進在三維曲面圖中，關鍵的一步是選擇合適的空間插值算法，將定義在離散點上的數(shù)據(jù)擴展到整個平面。其公式如下所示情況，在平面上已經定義了 Kl?H這4點數(shù)據(jù)，P是平面中的任意一點，空間插值算法的任務就是計算出點的虛擬數(shù)值r P。
[0009].最常見的空間插值算法是距離平方反比算法[6 ]，其算式為:
?式中:#為已知數(shù)據(jù)點個數(shù)；dpi為數(shù)據(jù)點i到P的距離。實際中，一般要對二維網格上的各點進行插值，計算量很大。文獻[6]( Individual welfare maximizat1n inelect ricity market s including consumer and full t ransmiss1n systemmodeling[D ].)對空間插值算法提出2點優(yōu)化。
[0010]?首先，在式(I)中僅考慮離較近數(shù)據(jù)點的影響，即 ?式中:C為平滑常數(shù)，可調節(jié)插值
?結果在影響區(qū)域邊界處過渡的平滑程度。
[0011]?理論上，已知#個數(shù)據(jù)點在# XM的網格上插值，原始算法(式(I))的乘除法計算量與成正比，而當根據(jù)經驗設置為(^為插值區(qū)域面積)時，文獻[6 ]及本文改進算法的乘除法計算量都只與#2成正比，計算量大大減少。
[0012]?本文的新算法保持了計算快速的特點，并且通過引入虛擬的平均點和權重修正項解決了文獻[6]中算法的不足:
?①在所有數(shù)據(jù)點影響區(qū)域外，插值結果叩=K⑴；
?②在第i點影響區(qū)域邊界處，vi的權重系數(shù)保證了結果的連續(xù)性；
?③僅在一個數(shù)據(jù)點影響區(qū)域內時，插值結果為該點數(shù)值與K c?的加權平均，變化連續(xù)。此外，在浮點坐標矩形網格下將數(shù)據(jù)點位置近似到網格點，也能利用對稱性在I/ 4圓上完成整個影響區(qū)域中的距離計算，從而可再將計算量減少3/ 4。通過插值算法的改進，三維曲面圖顯示的實時性和實用性得到了很大改善。
[0013].色彩表映射色彩的運用是可視化表達中的重要內容，需要設計將不同數(shù)值映射為不同顏色的色彩映射方案。良好的色彩映射方案應該滿足:
?①顏色的變化范圍寬，數(shù)值區(qū)分度好；
?②符合人們的直觀視覺習慣，易于理解記憶。
[0014]?用紅綠藍(RGB)分量表示色彩，則色彩映射方案可以表示為函數(shù)向量f ( K)=[/ R ( K)，/ G ( K)，/ B ( K)]。其中:K為待映射數(shù)值，通常取實際數(shù)據(jù)歸一化到[O，I ]區(qū)間的結果；/R，/G，/Be[0，l]分別為與K對應的色彩分量。
[0015]?經過比較試驗，采用MA TLAB軟件中稱為“jet”的色彩映射方案最適宜。該方案常在氣溫分布圖中使用，本文稱之為溫度色彩映射方案。
[0016].從工程應用的需求出發(fā)，溫度色彩映射還衍生出若干變種。例如:
?①將色彩表反向，紅色表示小數(shù)值，藍色表示大數(shù)值；
?②將兩端邊界處的顏色變化由漸變改為突變，以突出顯示越限數(shù)據(jù)，體現(xiàn)安全狀態(tài)的轉移；
?③將顏色離散化，實現(xiàn)等值線圖的顯示效果。此外，著色既可依據(jù)物理量的實際值，也可依據(jù)實際值與限值的接近程度。除溫度色彩外，還可以設計其他色彩映射方案。
【主權項】
1.一種網絡三維可視化方法，其特征為空間插值算法及改進在三維曲面圖中，關鍵的一步是選擇合適的空間插值算法，將定義在離散點上的數(shù)據(jù)擴展到整個平面。2.根據(jù)權利要求1所示，首先式(I)中僅考慮離P較近數(shù)據(jù)點的影響，即式中Winf為預設的影響距離，每個數(shù)據(jù)點只影響距離小于Jinf的區(qū)域。3.根據(jù)權利要求2所示利用整數(shù)坐標正方形網格的對稱性，將距離的計算次數(shù)減少到原來的I/ 8。4.根據(jù)權利要求1所述則快速插值算法，新算式為:式中W為平滑常數(shù)，可調節(jié)插值結果在影響區(qū)域邊界處過渡的平滑程度。5.根據(jù)權利要求4所述；已知#個數(shù)據(jù)點在#XM的網格上插值，原始算法(式(I))的乘除法計算量與# #2成正比，而當Jinf根據(jù)經驗設置為(S為插值區(qū)域面積)時，文獻[6 ]及本文改進算法的乘除法計算量都只與#2成正比，計算量大大減少。6.根據(jù)權利要求5所述在所有數(shù)據(jù)點影響區(qū)域外，插值結果叩=κ-；②在第i點影響區(qū)域邊界處，vi的權重系數(shù)I/ d2p1-1/ J2inf = O,保證了結果的連續(xù)性；③僅在一個數(shù)據(jù)點影響區(qū)域內時，插值結果為該點數(shù)值與K c?的加權平均，變化連續(xù)。
【專利摘要】一種網絡三維可視化方法充分利用了空間的第3個維度,相對傳統(tǒng)二維顯示方式具備更強的信息表達能力,能更高效、直觀地表達電網中的大量數(shù)據(jù),便于調度員迅速了解當前系統(tǒng)中存在的問題及其嚴重程度,并使調度員對電網運行有整體的把握,引起了學者和工業(yè)界的廣泛關注,成為新一代電網能量管理系統(tǒng)(EMS)的重要特征之一。
【IPC分類】G06T17/00, G06F17/50
【公開號】CN105654544
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】鎮(zhèn)江鼎拓科技信息有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2014年11月13日