目前，電力監(jiān)控系統(tǒng)的界面大部分還停留在二維正交圖的階段。現(xiàn)行的變電站監(jiān)控系統(tǒng)不能清晰展示出變電站設備的形狀信息，運檢人員對設備運行狀態(tài)沒有一種直觀的觀察方法。特別是新建的換流站要比原有的交流變電站復雜的多，運維人員的日常工作任務非常繁重。二維正交圖顯示運行狀態(tài)信息的方式有一定的局限性，而采用三維可視化的方式，使運維人員更能直觀的查看當前監(jiān)控設備的運行狀態(tài)。

三維可視化技術是一種將模型數(shù)據(jù)轉換成圖形或者圖像顯示在屏幕上的技術，此技術已經(jīng)應用在產(chǎn)品設計、流體力學、建筑、地球科學等領域。目前，OpenGL（開放圖形庫）被證明是一種性能比較高的實現(xiàn)三維圖形繪制技術標準。

OpenSceneGraph（OSG）是在OpenGL基礎上開發(fā)的一套基于C++平臺的開源開發(fā)組件，它能夠跨平臺的展示交互式圖形，并且能為程序開發(fā)者提供許多實用工具。三維可視化技術在電力監(jiān)控的應用是解決三維電力監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術，將OSG應用在現(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)，是解決三維可視化技術在電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的一種方法。

采用將OSG技術在電力監(jiān)控系統(tǒng)的運用方法，在對原有監(jiān)控系統(tǒng)改動比較小的情況下，實現(xiàn)了將場站或電力設備三維模型展示在監(jiān)控系統(tǒng)中。此方法具有對原有系統(tǒng)改動比較小，能夠實現(xiàn)二維正交圖與三維模型的交互，比較直觀的展示對應設備的狀態(tài)信息。

1 理論基礎研究

目前大部分監(jiān)控系統(tǒng)采用的是Qt+ Microsoft Visual Studio方式開發(fā)的客戶端界面。Qt是一款跨平臺的C++圖形用戶界面應用開發(fā)框架；是一種面向對象的框架。Microsoft Visual Studio（簡稱VS）是微軟公司的一款基本完整開發(fā)工具包，是目前比較流行的windows應用程序集成開發(fā)環(huán)境。

Qt5.4以后的版本，Qt新增了QOpenGLWidget類，此類繼承于QWidget。QOpenGLWidget提供了顯示集成到Qt開發(fā)的應用程序中OpenGL圖形的功能，它能夠使開發(fā)者像使用其他QWidget繼承類一樣方便運用。相比于原有的QGLWidget類使用更加方便。

QOpenGLWidget提供了三個方便的虛擬函數(shù)，可以在子類中重新實現(xiàn)它們來執(zhí)行典型的OpenGL任務：

• 1）paintGL()——渲染OpenGL場景。在需要更新小部件時調用。
• 2）resizeGL()——設置OpenGL視口、投影等。每當小部件被調整大小時（以及第一次顯示小部件時，因為所有新創(chuàng)建的小部件都會自動獲得一個resize事件）調用。
• 3）initializeGL()——設置OpenGL資源和狀態(tài)。在第一次調用resizeGL()或paintGL()之前調用一次。

采用繼承QOpenGLWidget實現(xiàn)OSG對Qt的支持，在技術理論上解決了OSG三維可視化技術在Qt應用程序里的集成。

實現(xiàn)方式如下：

Class osgQOpenGLWidget:public QOpenGLWidget

{

Q_OBJECT

public:

osgQOpenGLWidget (QWidget* parent = nullptr);

virtual ~osgQOpenGLWidget ();

... ...

protected:

void initializeGL() override;

void resizeGL(int w, int h) override;

void paintGL() override;

... ...

};

重新實現(xiàn)paintGL()函數(shù)，實現(xiàn)三維圖形的渲染。

void osgQOpenGLWidget::paintGL()

{

OpenThreads::ScopedReadLock locker(_osgMutex);

//Oview = new osgViewer::Viewer();

Oview ->frame();

}

2 三維可視化模型嵌入現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)方法

三維可視化模型嵌入現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)有兩種解決方式：一種是三維可視化圖形作為獨立的窗口顯示，另一種作為監(jiān)控界面的一部分跟原有二維正交圖顯示在一起。由于第二種方法在使用中兼顧了現(xiàn)行的監(jiān)控平臺，使用人員的操作習慣不會有較大的改變，所以本文采用第二種方法作為研究方向。

目前采用Qt編寫的監(jiān)控系統(tǒng)大部分，是利用QGraphicsScene作為載體，在上面繪制相關的圖形信息。采用上述第二種方式就是將三維可視化模塊作為圖元繪制在QGraphicsScene上作為界面的一部分。

采用QGraphicsProxyWidget類作為代理，可以在QGraphicsScene中嵌入QWidget。QGraphicsProxyWidget類能夠解決QGraphicsScene與QWidget之間的事件轉發(fā)，并且解決了QWidget的基于整數(shù)的幾何圖形和QGraphicsScene的基于實數(shù)的幾何圖形之間進行轉換。QGraphicsProxyWidget支持QWidget的所有核心功能，包括選項卡焦點、鍵盤輸入、拖放和彈出窗口。

對QGraphicsProxyWidget進行繼承封裝成在QGraphicsScene繪制的基本圖元，為其配置三維可視化需要的屬性信息，這樣就將三維可視化的模型像原有二維圖元一樣作為圖元添加到QGraphicsScene上面，如圖1所示。

圖1 三維可視化應用示例

在同一面視圖上同時展示二維正交圖與三維可視化模型，根據(jù)設備不同的狀態(tài)信息，設備對應三維可視化模型做出相應的變化，并根據(jù)右邊的數(shù)據(jù)信息，這樣更能方便直觀的將設備運行狀態(tài)展示給運行監(jiān)護人員。

具體實現(xiàn)方法如下dsOsgItem繼承于QGraphics- ProxyWidget。

class dsOsgItem : public QGraphicsProxyWidget

{

public:

dsOsgItem();

virtual ~dsOsgItem();

...

};

將osgQOpenGLWidget設置為dsOsgItem代理的窗口即可，既調用函數(shù)dsOsgItem.setWidget (osgQOpenGLWidget)。

3 三維模型交互設計

上文已經(jīng)實現(xiàn)了將三維可視化模型展示在QGraphicsScene畫布的繪制顯示，下面討論三維模型的交互設計。

1）三維模型人機交互

三維模型人機交互既運行人員通過鼠標事件控制三維模型。根據(jù)需要重新實現(xiàn)osgQOpenGLWidget的如下事件函數(shù)：

void keyPressEvent(QKeyEvent* event);

void keyReleaseEvent(QKeyEvent* event);

void mousePressEvent(QMouseEvent* event);

void mouseReleaseEvent(QMouseEvent* event);

void mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent* event);

void mouseMoveEvent(QMouseEvent* event);

void wheelEvent(QWheelEvent* event);

解決三維可視化模型對應的鼠標、鍵盤事件交互。

2）三維模型與監(jiān)控數(shù)據(jù)之間的交互

OSG中osg::NodeVisitor類能夠實現(xiàn)節(jié)點訪問，繼承osg::NodeVisitor設計apply(osg::Node& node)函數(shù)，

簡單示例如下：

virtual void apply(osg::Node &node)

{

traverse(node);

}

上述示例遍歷了所有節(jié)點。每個三維模型都設置有惟一的ID值，分別一一對應顯示中的實際設備。當監(jiān)控系統(tǒng)采集到某一設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)后，調用上述apply函數(shù)，通過模型ID找出對應的節(jié)點（node），修改此模型節(jié)點的顏色、形狀、位置以表示該設備的當前狀態(tài)信息。這樣就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互的功能。

4 結論

圖2 組態(tài)工具集成三維示意圖

目前許繼集團正在開發(fā)的新一代監(jiān)控平臺三維展示組件采用此了方案。圖2是將三維展示組件使用的示意圖，是三維可視化技術集成在監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)工具中示意，圖中展示了在繪圖區(qū)內(nèi)添加了GIS三維模型。

此文方法針對現(xiàn)行的二維正交圖電力監(jiān)控系統(tǒng)，將三維可視化集成到原有電力監(jiān)控系統(tǒng)的方法，不用對原有監(jiān)控系統(tǒng)進行較大修改就能實現(xiàn)，但是此文獻只是初步的討論了理論上的實現(xiàn)，特別是數(shù)據(jù)交互方面。具體的實現(xiàn)還需進一步研究。