CN113971721A - 一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统智能化领域，提供一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，包括以下步骤：步骤1，根据设计图纸构建变电站三维线框模型；步骤2，基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型；步骤3，分区结构化存储变电站设备数字孪生体的所述三维线框模型和实体模型；步骤4，鼠标指针所在邻域内的电气设备采用实体模型，其余设备采用线框模型，实现数字孪生体的轻量化表征。本发明能够在满足模型使用功能及模型精度的前提下，实现数字孪生体的轻量化表征，有效降低了变电站设备数字孪生体对计算机资源的消耗，加快了数字孪生体模型的运行速度，进而有利于实现变电站设备的实时可视化监控。

Description

一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法

技术领域

本发明属于电力系统智能化领域，具体涉及一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法。

背景技术

随着大数据、云计算、人工智能等新兴技术的快速发展和落地应用，传统工业和计算机技术深度融合，数字孪生技术应运而生。数字孪生体是物理实体在赛博空间的数字模型，通过采集物理实体的数据，结合数据智能感知、共享传输、集成应用技术，实现与物理实体的共同进化。变电站是电力系统电能变换的重要环节，建立变电站的数字孪生体能够实现设备的全生命周期管理，为电力设备状态评估及故障预警提供了新的解决方案。

建立变电站设备的数字孪生体首先要对设备实体进行数字化处理，建模技术是其核心技术。目前变电站常用的三维建模技术主要有VRML建模、参数化建模、测绘扫描建模。VRML即虚拟现实建模语言，通过对变电站主要电气设备编程建模，进而描绘三维场景中变电站的行为。VRML建模对运维人员的综合素质要求较高，建模效率与直观效果较低。参数化建模首先从结构上将电气设备分为不同模块，然后创建各模块的控制参数，最后通过边界约束条件完成各模块的组合，建立电气设备的三维模型。参数化建模规则性强，要求模型的技术参数与接口完整、准确，建模难度较大。测绘扫描建模利用激光扫描仪采集主要电气设备及建筑物的空间位置信息和纹理信息，基于点云数据和纹理映射建立变电站的三维模型。测绘扫描建模受激光扫描仪空间移动位置的束缚，设备内部结构、地下管线等被遮挡区域无法进行数据采集，只能对变电站进行外观整体建模，且点云数据处理工艺复杂，技术难度较高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，该方法能够在满足模型使用功能及模型精度的前提下，实现数字孪生体的轻量化表征。该方法以三维线框模型作为变电站数字孪生体的骨架，当检测到电气设备位于鼠标指针所在邻域内时调用电气设备实体模型，使模型在构建逻辑、几何描述、承载信息等方面实现精简，建模效率得以提高。同时该方法有效降低了变电站设备数字孪生体对计算机资源的消耗，加快了数字孪生体模型的运行速度，进而有利于实现变电站设备的实时可视化监控。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的。

一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，包括以下步骤：

步骤1，根据设计图纸构建变电站三维线框模型；

步骤2，基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型；

步骤3，分区结构化存储变电站设备数字孪生体的所述三维线框模型和实体模型；

步骤4，鼠标指针所在邻域内的电气设备采用实体模型，其余设备采用线框模型，实现数字孪生体的轻量化表征。

在上述技术方案中，步骤1中“根据设计图纸构建变电站三维线框模型”的具体步骤为：

步骤1.1，变电站竣工图纸收集与整理，包括施工图总说明书及附图、变电站总平面图、电气一次图纸、电气二次图纸、主要电气设备清册。

步骤1.2，建立线框模型数据库，包含顶点表、边表、设备表。顶点表用于存放电气设备的全部顶点坐标数据。边表用于存放电气设备的边数据，包含了组成边的顶点信息。设备表由电气设备名称代号及个数编号构成。采用笛卡尔三维坐标系，基于所述变电站竣工图纸，建立所述3个数据表。顶点表、边表、设备表存在对应关系，能够唯一确定电气设备的线框结构模型。

步骤1.3，构建单个电气设备的三维线框模型。基于所述线框模型数据库中的顶点表、边表、设备表，采用贝塞尔曲线建立单个电气设备的三维线框模型。

步骤1.4，变电站整体模型空间布置。依据所述变电站总平面图，确定单个电气设备线框模型在空间中的具体位置，同时体现各电气设备间的拓扑关系，完成变电站整体模型的空间布置，构建变电站的三维线框模型。

在上述技术方案中，步骤2中“基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型”的具体步骤为：

步骤2.1，建立实体模型数据库，包含纹理映射数据表、设备表。纹理映射数据表用于存储变电站电气设备的纹理映射数据。所述设备表由电气设备名称代号及个数编号构成，与步骤1.2中所述设备表存在一一对应关系。所述纹理映射数据表、设备表存在对应关系，能够唯一确定电气设备的纹理结构模型。步骤1.2中所述电气设备线框结构模型和步骤2.1中所述电气设备纹理结构模型存在一一对应关系，能够唯一确定电气设备的实体结构模型。

步骤2.2，采集变电站设备实景图像并存储至所述实体模型数据库。通过变电站安装的监控系统采集变电站设备的实景图像，包括设备的整体外观照片以及局部的细节照片。以单个电气设备为对象，采集所述实景图像，要求图像长宽尺寸为2的倍数且具有较高的清晰度。将采集的实景图像作为纹理位图存入所述纹理映射数据表，同时设备表存入电气设备名称代号及个数编号，与步骤1.2中所述设备表存在一一对应关系。

步骤2.3，将所述变电站设备实景图像进行纹理映射，具体包括以下步骤：

步骤2.3.1，读入所述纹理位图，建立纹素的纹理空间坐标。所述纹理空间坐标常用(u,v)表示，其中0≤u,v≤1。对应所述纹理位图，左下角纹素的纹理空间坐标为(0,0)，右上角纹素的纹理空间坐标为(1,1)。

步骤2.3.2，依据所述线框模型数据库中的顶点表、边表、设备表，将笛卡尔三维空间坐标系(景物空间)投影映射到二维空间坐标系(纹理空间)，得到对应的纹理空间坐标。此过程用函数可表示为：

(u,v)＝F(x,y,z)

其中，(u,v)为二维空间坐标系坐标，(x,y,z)为笛卡尔空间三维坐标系坐标，F为投影映射关系。

步骤2.3.3，依据所述纹理坐标，对所述变电站设备实景图像(纹理)进行采样，读取对应的纹理值。所述纹理值即纹素点的RGBA值，代表Red(红色)、Green(绿色)、Blue(蓝色)、和Alpha的色彩空间，Alpha通道一般用作不透明度参数。

步骤2.3.4，将所述纹理值存入所述纹理映射数据表，同时设备表存入电气设备名称代号及个数编号，与步骤1.2中所述设备表存在一一对应关系，由此完成实体变电站模型数据库的建立。

在上述技术方案中，步骤3中“分区结构化存储变电站设备的三维线框模型和实体模型”的具体步骤为：

步骤3.1，构建变电站设备数字孪生体的实现系统。所述实现系统由数据存储模块、数据应用接口模块、中央处理模块、前端浏览模块构成。所述数据存储模块用于保存变电站设备数字孪生体的数据和信息，与数据应用接口模块连接；所述数据应用接口模块用于快速响应中央处理模块指令并对数据存储模块进行访问和管理；所述中央处理模块用于接收并执行指令，调用数据存储模块中保存的数据和信息，构建变电站设备数字孪生体模型；前端浏览模块用于显示变电站设备数字孪生体模型，与中央处理模块连接。

步骤3.2，建立变电站设备数字孪生体的数据存储模块，数据存储模块由所述线框模型数据库和实体模型数据库两部分组成；所述线框模型数据库由变电站设备的顶点表、边表、设备表组成，所述实体模型数据库由变电站设备的纹理映射数据表、设备表组成。

步骤3.3，对所述数据存储模块进行分区存储，分别为基础分区模块和可变分区模块两个子模块。所述基础分区模块由所述线框模型数据库构成，所述可变分区模块由所述实体模型数据库构成。数字孪生体在运行过程中，所述基础分区模块数据作为基础数据被一直调用，所述可变分区模块数据随着前端浏览模块中鼠标指针位置的变化而进行选择性的调用，由此实现计算机内存的合理规划及数字孪生体的轻量化运行。所述前端浏览模块即用于变电站设备数字孪生体可视化的装置，如计算机的显示器。

步骤3.4，将所述数据存储模块进行结构化处理。将所述变电站设备的顶点表、边表、设备表、纹理映射数据表以统一的数据结构存储至数据库中，实现数据的轻量化存储。经结构化处理的所述数据存储模块支持变电站设备的高吞吐数据写入和在线查询，可实时写入、读取数据库中的设备数据，实现数据存储模块的结构化管理。

步骤3.5，建立所述数据存储模块的数据应用接口。所述数据应用接口模块连接数据存储模块与中央处理模块，能够根据系统终端请求对所述数据存储模块进行快速访问和管理。所述系统终端即变电站设备数字孪生体运行的系统终端，包括电脑终端、系统管理软件终端。

在上述技术方案中，步骤4中“鼠标指针所在邻域内的电气设备采用实体模型，其余设备采用线框模型，实现数字孪生体的轻量化表征”的具体步骤为：

步骤4.1，将所述变电站三维线框模型作为变电站数字孪生体的骨架显示在前端浏览模块。所述中央处理模块接收数据读取指令，通过数据应用接口快速访问数据存储模块，读取所述基础分区数据库中的数据，构建变电站设备的三维线框模型，作为变电站数字孪生体的骨架显示在所述前端浏览模块。

步骤4.2，以固定的时间间隔检测鼠标指针在前端浏览模块中的位置。结合所述前端浏览模块(如计算机显示器)刷新频率，设置合适的时间间隔，调用鼠标指针位置返回函数，返回所述鼠标指针相对计算机显示器的坐标。

步骤4.3，计算所述鼠标指针所在的邻域范围。所述鼠标指针在前端浏览模块中的位置记为L(x₀,y₀)，设定邻域半径为δ，则鼠标指针所在的邻域范围用数学语言可表示为：

U(δ)＝{(x,y)|(x-x₀)²+(y-y₀)²＜δ²}

其中，U表征L的δ邻域，即以所述鼠标指针为圆心，以δ为半径的圆形区域。(x,y)为邻域内点的坐标，x,y,x₀,y₀,δ均为正整数。

步骤4.4，判断所述三维线框模型数据库中顶点表的坐标是否在鼠标指针邻域范围内。通过所述数据应用接口模块调用三维线框模型数据库中顶点表的数据，对顶点间坐标进行插值，将插值后的三维笛卡尔坐标透视投影到前端浏览模块的二维坐标。若所述二维坐标在鼠标指针邻域范围内，执行步骤4.5，否则执行步骤4.2。

步骤4.5，在鼠标指针邻域范围内的电气设备调用所述实体模型显示在前端浏览模块。所述中央处理模块接收数据读取指令，通过数据应用接口快速访问数据存储模块，读取所述可变分区数据库中的纹理映射数据信息，在所述三维线框模型的基础上构建变电站设备的实体模型。由此实现变电站设备数字孪生体的轻量化表征。

与现有技术相比，本发明提供了一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，其有益效果如下：

1.该方法以三维线框模型作为变电站数字孪生体的骨架，当检测到电气设备位于鼠标指针所在邻域内时调用电气设备实体模型，使模型在构建逻辑、几何描述、承载信息等方面实现精简，建模效率得以提高。

2.该方法分区结构化存储变电站设备的三维线框模型和实体模型，提供数据应用接口，便利了系统终端对数据的读取，支持变电站设备的高吞吐数据写入和在线查询，可实时写入、读取数据库中的设备数据，实现数据存储模块的结构化管理。

3.该方法能够在满足变电站设备数字孪生体使用功能及模型精度的前提下，实现数字孪生体的轻量化表征，有效降低了变电站设备数字孪生体对计算机资源的消耗，加快了数字孪生体模型的运行速度，有利于在数字世界展示物理世界变电站的实时状态。

附图说明

图1为本发明变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法的整体实施流程图。

图2为本发明变电站设备数字孪生体的主要建模对象及所需的设计资料示意图。

图3为本发明变电站设备数字孪生体的线框模型数据库建立流程示意图。

图4为本发明变电站设备数字孪生体构建过程中实体模型的纹理映射流程示意图。

图5为本发明变电站设备数字孪生体的轻量化表征的实现系统结构示意图。

图6为本发明变电站设备数字孪生体在二维屏幕上的透视投影示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明的上述技术方案及优势，下面结合附图和具体实施方式作进一步的详细说明。具体实施例中仅给出了本发明的一种实施方式，阐述了本发明技术方案的很多具体细节。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，整体实施流程如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1，根据设计图纸构建变电站三维线框模型，具体包括以下步骤：

步骤1.1，变电站竣工图纸收集与整理。如图2所示，变电站建模对象主要由一次设备、二次设备以及土建部分构成。变电站主要的一次设备包括主变压器、断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器、避雷器；变电站主要的二次设备包括保护装置、测控装置、通讯装置、电能表柜、直流电柜；变电站土建部分主要包括厂房、电缆沟、电缆井、检查井、混凝土砌筑的箱、罐、池等。对应所述变电站建模对象，收集与整理变电站竣工图纸时至少应包括施工图总说明书及附图、变电站总平面图、电气一次图纸、电气二次图纸、主要电气设备清册。

步骤1.2，建立线框模型数据库，包含顶点表、边表、设备表。采用笛卡尔三维坐标系，基于所述变电站竣工图纸，建立所述3个数据表，数据处理流程如图3所示。所述图纸文件可能包含CAD电子版图纸和纸质版图纸。对于纸质版图纸，首先用扫描仪进行扫描转换，获取电子版图纸。对于电子版图纸可以直接导入图形管理软件，以单个电气设备为对象生成一个数据集。数据集包含三个字段：顶点表、边表、设备表。顶点表用于存放电气设备的全部顶点坐标数据。边表用于存放电气设备的边数据，包含了组成边的顶点信息。设备表由电气设备名称代号及个数编号构成。顶点表、边表、设备表存在对应关系，能够唯一确定电气设备的线框结构模型。

步骤1.3，构建单个电气设备的三维线框模型。以所述设备表字段为索引，查找该电气设备对应的顶点表和边表。以所述边表字段为索引，将包含的顶点依次用贝塞尔曲线连接，建立单个电气设备的三维线框模型。

步骤1.4，变电站整体模型空间布置。依据所述变电站总平面图，确定单个电气设备线框模型在空间中的具体位置，同时体现各电气设备间的拓扑关系，完成变电站整体模型的空间布置，构建变电站的三维线框模型。

步骤2，基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型，具体包括以下步骤：

步骤2.1，建立实体模型数据库，包含纹理映射数据表、设备表。纹理映射数据表用于存储变电站电气设备的纹理映射数据。所述设备表由电气设备名称代号及个数编号构成，与步骤1.2中所述设备表存在一一对应关系。所述纹理映射数据表、设备表存在对应关系，能够唯一确定电气设备的纹理结构模型。步骤1.2中所述电气设备线框结构模型和步骤2.1中所述电气设备纹理结构模型存在一一对应关系，能够唯一确定电气设备的实体结构模型。

步骤2.2，采集变电站设备实景图像并存储至所述实体模型数据库。通过变电站安装的监控系统采集变电站设备的实景图像，包括设备的整体外观照片以及局部的细节照片。以单个电气设备为对象采集所述实景图像，要求图像长宽尺寸为2的倍数且具有较高的清晰度。将采集的实景图像作为纹理位图存入所述纹理映射数据表，同时设备表存入电气设备名称代号及个数编号，与步骤1.2中所述设备表存在一一对应关系。

步骤2.3，将所述变电站设备实景图像进行纹理映射。变电站设备实体模型的纹理映射流程如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤2.3.1，读入所述纹理位图，建立纹素的纹理空间坐标。所述纹理空间坐标常用(u,v)表示，其中0≤u,v≤1。对应所述纹理位图，左下角纹素的纹理空间坐标为(0,0)，右上角纹素的纹理空间坐标为(1,1)。

步骤2.3.2，依据所述线框模型数据库中的顶点表、边表、设备表，将笛卡尔三维空间坐标系(景物空间)投影映射到二维空间坐标系(纹理空间)，得到对应的纹理空间坐标。此过程用函数可表示为：

(u,v)＝F(x,y,z)

其中，(u,v)为二维空间坐标系坐标，(x,y,z)为笛卡尔空间三维坐标系坐标，F为投影映射关系。

以变压器为例，对所述变压器的一个矩形侧面进行纹理映射。首先设置4个顶点对应的纹理坐标，一般设为(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1)；对顶点间坐标进行插值，然后依据所述投影映射关系F确定对应的纹理坐标。

步骤2.3.3，依据所述纹理坐标，对所述变电站设备实景图像(纹理)进行采样，读取对应的纹理值。所述纹理值即纹素点的RGBA值，代表Red(红色)、Green(绿色)、Blue(蓝色)、和Alpha的色彩空间，Alpha通道一般用作不透明度参数。

步骤2.3.4，将所述纹理值存入所述纹理映射数据表，同时设备表存入电气设备名称代号及个数编号，与步骤1.2中所述设备表存在一一对应关系，由此完成实体变电站模型数据库的建立。

步骤3，分区结构化存储变电站设备数字孪生体的所述三维线框模型和实体模型，具体包括以下步骤：

步骤3.1，构建变电站设备数字孪生体的实现系统。所述实现系统由数据存储模块、数据应用接口模块、中央处理模块、前端浏览模块构成，各模块的连接及相互关系如图5所示。所述数据存储模块用于保存变电站设备数字孪生体的数据和信息，与数据应用接口模块连接；所述数据应用接口模块用于快速响应中央处理模块指令并对数据存储模块进行访问和管理，与数据存储模块、中央处理模块连接；所述中央处理模块用于接收并执行指令，调用数据存储模块中保存的数据和信息，构建变电站设备数字孪生体模型，与数据应用接口模块、前端浏览模块连接；前端浏览模块用于显示变电站设备数字孪生体模型，与中央处理模块连接。

步骤3.2，建立变电站设备数字孪生体的数据存储模块，数据存储模块由所述线框模型数据库和实体模型数据库两部分组成。所述线框模型数据库由变电站设备的顶点表、边表、设备表组成，所述实体模型数据库由变电站设备的纹理映射数据表、设备表组成。

步骤3.3，所述数据存储模块实行分区存储，包括基础分区模块和可变分区模块两个子模块。所述基础分区模块由所述线框模型数据库构成，所述可变分区模块由所述实体模型数据库构成。数字孪生体在运行过程中，所述基础分区模块数据作为基础数据被一直调用，所述可变分区模块数据随着前端浏览模块中鼠标指针位置的变化而进行选择性的调用，由此实现计算机内存的合理规划及数字孪生体的轻量化运行。所述前端浏览模块即用于变电站设备数字孪生体可视化的装置，如计算机的显示器。

步骤3.4，将所述数据存储模块进行结构化处理。将所述变电站设备的顶点表、边表、设备表、纹理映射数据表以统一的数据结构存储至数据库中，实现数据的轻量化存储。经结构化处理的所述数据存储模块支持变电站设备的高吞吐数据写入和在线查询，可实时写入、读取数据库中的设备数据，实现数据存储模块的结构化管理。

步骤3.5，建立所述数据存储模块的数据应用接口。所述数据应用接口模块连接数据存储模块与中央处理模块，能够根据系统终端请求对所述数据存储模块进行快速访问和管理。所述系统终端即变电站设备数字孪生体运行的系统终端，包括电脑终端、系统管理软件终端。

步骤4，鼠标指针所在邻域内的电气设备采用实体模型，其余设备采用线框模型，实现数字孪生体的轻量化表征，具体包括以下步骤：

步骤4.1，将所述变电站三维线框模型作为变电站数字孪生体的骨架显示在前端浏览模块。所述中央处理模块接收数据读取指令，通过数据应用接口快速访问数据存储模块，读取所述基础分区数据库中的数据，构建变电站设备的三维线框模型，作为变电站数字孪生体的骨架显示在所述前端浏览模块。

步骤4.2，以固定的时间间隔检测鼠标指针在前端浏览模块中的位置。所述检测时间间隔应满足鼠标快速移动时数字孪生体实体模型能够快速响应。结合所述前端浏览模块如计算机显示器的屏幕刷新频率，设置合适的时间间隔，调用鼠标指针位置返回函数，返回所述鼠标指针相对计算机显示器的坐标。

步骤4.3，计算所述鼠标指针所在的邻域范围。所述鼠标指针在前端浏览模块中的位置记为L(x₀,y₀)，设定邻域半径为δ，则鼠标指针所在的邻域范围用数学语言可表示为：

U(δ)＝{(x,y)|(x-x₀)²+(y-y₀)²＜δ²}

其中，U表征L的δ邻域，即以所述鼠标指针为圆心，以δ为半径的圆形区域。(x,y)为邻域内点的坐标，x,y,x₀,y₀,δ均为正整数。

步骤4.4，判断所述三维线框模型数据库中顶点表的坐标是否在鼠标指针邻域范围内。通过所述数据应用接口模块调用三维线框模型数据库中顶点表的数据，对顶点间坐标进行插值。将插值后的坐标进行透视投影，将三维笛卡尔坐标转换到前端浏览模块的二维坐标。

所述透视投影变换如图6所示，其中O_W为世界坐标系，O_V为观察坐标系，O_S为所述前端浏览模块如计算机的显示器。其中，视线方向沿观察坐标系O_V的z_V轴正方向，所述计算机的显示器所在平面垂直于视线的平面，世界坐标系O_W原点位于视线延长线上。观察坐标系原点O_V的球坐标为

三维笛卡尔坐标为(a,b,c)，两种坐标满足以下转换关系：

所述透视投影变换主要包括以下步骤：

步骤4.4.1，对于在世界坐标系的点P_W(x,y,z)，通过坐标系变换计算其在观察坐标系中的坐标P_V(x',y',z')。世界坐标系与观察坐标系映射关系为：

步骤4.4.2，由观察坐标系中的坐标P_V(x',y',z')，依据相似关系计算投影到所述计算机显示器上的坐标。观察坐标系三维坐标与计算机显示器二维坐标转换关系为：

其中，P_S(Screen.x,Screen.y)为世界坐标系的点P_W(x,y,z)经过透视投影变换在所述前端浏览模块映射的二维坐标，d为观察坐标系原点O_V到所述前端浏览模块O_S的距离。

若所述二维坐标在所述鼠标指针邻域范围内，执行步骤4.5，否则执行步骤4.2。

步骤4.5，在鼠标指针邻域范围内的电气设备调用所述实体模型显示在前端浏览模块。所述中央处理模块接收数据读取指令，通过数据应用接口快速访问数据存储模块，读取所述可变分区数据库中的纹理映射数据信息，在所述三维线框模型的基础上构建变电站设备的实体模型。由此实现变电站设备数字孪生体的轻量化表征。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据设计图纸构建变电站三维线框模型；

(2)基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型；

(3)分区结构化存储变电站设备数字孪生体的所述三维线框模型和实体模型；

(4)鼠标指针所在邻域内的电气设备采用实体模型，其余设备采用线框模型，实现数字孪生体的轻量化表征。

2.根据权利要求1所述的变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，其特征在于，步骤(1)中“根据设计图纸构建变电站三维线框模型”的具体步骤为：

(1.1)变电站竣工图纸收集与整理，包括施工图总说明书及附图、变电站总平面图、电气一次图纸、电气二次图纸、主要电气设备清册；

(1.2)建立线框模型数据库，包含顶点表、边表、设备表；顶点表用于存放电气设备的全部顶点坐标数据，边表用于存放电气设备的边数据，包含了组成边的顶点信息，设备表由电气设备名称代号及个数编号构成；

(1.3)构建单个电气设备的三维线框模型；

(1.4)变电站整体模型空间布置，依据所述变电站总平面图，确定单个电气设备线框模型在空间中的具体位置，同时体现各电气设备间的拓扑关系，完成变电站整体模型的空间布置，构建变电站的三维线框模型。

3.根据权利要求1所述的变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，其特征在于，步骤(2)中“基于所述三维线框模型构建变电站设备实体模型”的具体步骤为：

(2.1)建立实体模型数据库，包含纹理映射数据表、设备表；纹理映射数据表用于存储变电站电气设备的纹理映射数据，所述设备表由电气设备名称代号及个数编号构成；

(2.2)采集变电站设备实景图像并存储至所述实体模型数据库；

(2.3)将所述变电站设备实景图像进行纹理映射。

4.根据权利要求1所述的变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，其特征在于，步骤(3)中“分区结构化存储变电站设备的三维线框模型和实体模型”的具体步骤为：

(3.1)构建变电站设备数字孪生体的实现系统，所述实现系统由数据存储模块、数据应用接口模块、中央处理模块、前端浏览模块构成；所述数据存储模块用于保存变电站设备数字孪生体的数据和信息，与数据应用接口模块连接；所述数据应用接口模块用于快速响应中央处理模块指令并对数据存储模块进行访问和管理；所述中央处理模块用于接收并执行指令，调用数据存储模块中保存的数据和信息，构建变电站设备数字孪生体模型；前端浏览模块用于显示变电站设备数字孪生体模型，与中央处理模块连接；

(3.2)建立变电站设备数字孪生体的数据存储模块，数据存储模块由所述线框模型数据库和实体模型数据库两部分组成；所述线框模型数据库由变电站设备的顶点表、边表、设备表组成，所述实体模型数据库由变电站设备的纹理映射数据表、设备表组成；

(3.3)对所述数据存储模块进行分区存储，分别为基础分区模块和可变分区模块两个子模块；所述基础分区模块由所述线框模型数据库构成，所述可变分区模块由所述实体模型数据库构成；

(3.4)将所述数据存储模块进行结构化处理；将所述变电站设备的顶点表、边表、设备表、纹理映射数据表以统一的数据结构存储至数据库中，实现数据的轻量化存储；

(3.5)建立所述数据存储模块的数据应用接口。

5.根据权利要求1所述的变电站设备数字孪生体的轻量化表征方法，其特征在于，步骤(4)中“鼠标指针所在邻域内的电气设备采用实体模型，其余设备采用线框模型，实现数字孪生体的轻量化表征”的具体步骤为：

(4.1)将所述变电站三维线框模型作为变电站数字孪生体的骨架显示在前端浏览模块；

(4.2)以固定的时间间隔检测鼠标指针在前端浏览模块中的位置；

(4.3)计算所述鼠标指针所在的邻域范围；

(4.4)判断所述三维线框模型数据库中顶点表的坐标是否在鼠标指针邻域范围内；

(4.5)在鼠标指针邻域范围内的电气设备调用所述实体模型显示在前端浏览模块。

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