用科技建设海洋强国：海上风力发电场三维可视化管理平台

前言

我国是一个海洋大国，拥有漫长的海岸线、辽阔的管辖海域和丰富的海洋资源。党的十九大报告明确提出：“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”。从海洋大国到海洋强国，符合我国发展规律、世界发展潮流，是实现中华民族伟大复兴“中国梦”的必然选择。

3 F% `4 t7 ?* p# E- ?4 C( k5 G

# W3 M. l* ^$ z. z( e

风能，作为一种清洁无公害，取之不尽，用之不竭的可再生资源，非常适合用来发电。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约为 10 亿千瓦，其中海上可开发和利用的风能储量达到了 7.5 亿千瓦。依托于丰富的海洋风能资源，加快海上风电项目的建设和发展，对加速沿海地区的能源转型，推动地方经济发展，提升沿海地区的生态环境，推动风电技术进展和产业升级，促进能源结构调整具有重要的意义。因此，海上风力发电场应运而生。

介于 2D 组态和 3D 组态上， Hightopo （以下简称 HT） 的 HT for Web 产品拥有丰富的组态化可供选择。文章将介绍如何运用 HT 丰富的 2D/3D 组态搭建出一个海上风力发电场的解决方案，希望能够抛砖引玉，给大家带来更多海上风电场的思考和讨论。

# F @. B) ?3 l7 h3 ~. \$ |) l

界面简介及效果总览

* r# D. g. h3 S B% s. Y

+ G* h6 c! Y: T0 i2 O3 Y3 j' S6 Y

; ~& G) m5 Y; I# U- S; F5 W+ Z" G; ~

4 U3 V3 Q! g8 `9 H7 W! U& N

Demo 主页面中展示了海上风电场的基本构成，包括一定规模数量的风电机组，输电系统和升压台。风电机组有序排放，叶片随风向和风速不停转动，将海洋上丰富的风的动能经过一系列转换，转化为宝贵的电能输出；每个风电机节点产生的电能经过输电系统源源流动，如同水流般汇聚于海上风电场的“心脏”——升压台。

; o/ ]# v$ r. j6 V% y' S

点击风机叶片，可以进入叶片的微观世界，以微观视角看风机的详细信息，包括风机参数，环境参数，发电信息和故障信息等。场景的搭建采用 HT 自主研发的基于 HTML5 的 2D/3D 渲染引擎完成，其中的动画和人机交互也是基于自主研发的组件，依托于 JavaScript 和 HTML5 完成。

实现过程

场景加载

在前面部分，文章提到本案例的场景都是通过自主研发的渲染引擎完成，那么搭建好的场景如何通过代码加载，呈现给用户呢？在 HT 中，我们通过 ht.graph.GraphView 和 ht.graph.Graph3DView 分别来呈现 2D 和 3D 场景，然后通过反序列化完成场景的加载。

: d) r7 a5 N- q& E/ O

开场动画

/ @" W0 N2 a C: d* g, m3 u5 F1 G

* C9 c/ Z3 s- I% G! O. n

9 P9 z! G: G$ \5 e3 g! h4 ]

本案例的开场动画相对比较简单，动画的核心机制是使用了 HT 内部封装的动画函数 ht.Default.startAnim()，通过启动一个动画对象来使整个动画运行起来。

) h2 L' [- k; v% D6 ~6 r2 L A

* u3 J* ]4 T6 Q, f( }

ht.Default.starAnim() 支持 Frame-Based 和 Time-Based 两种方式的动画，Frame-Based 的方式是用户通过指定 frames 动画帧数，以及 interval 动画帧间隔参数来控制动画效果，而 Time-Based 的方式是用户只需要指定 duration 的动画周期的毫秒数即可，HT 将在指定的时间周期内完成动画；还设定了 delay 动画延迟执行的时间来搭配动画实现的效果；easing 参数则是用于让用户自定义函数，通过数学公式控制动画，如匀速变化、先慢后快等效果；action 函数的第一个参数 v 代表通过 easing(t) 函数运算后的值， t 代表当前动画进行的进度 [0, 1]，一般属性变化根据 v 参数进行。

" x) l) S0 ?0 L; [

4 P& M F$ K$ U2 ~" W: @3 B3 Z3 y

finishFunc 参数代表动画结束后的动作。action 函数和 finishFunc 动画结束回调函数，通过一些效果的搭配使用，可以使用户达到平滑的动画效果。

; a: v- T# e- @8 F# l) P

9 b1 U. x1 P; `/ f

' x4 I) `6 H$ {6 p3 M, O

本案例的开场动画通过设置起始和终止视角的位置，在一定周期内， 使用 setEye(eye) 来完成视角的变化。

# x" D6 h* S3 y ~; N( W( j

实现价值

0 v# c+ |, m# v5 H: D

& H- P$ C/ \9 |& l' m6 ` A

风电机组：

5 H/ i. R2 O) w5 x, l) q7 f

* y- | B x# c5 }' B

随风而动，将海上风能转化为电能

' ` P1 I1 ?. G4 a' `

; x: [$ }* x. u- z3 d4 b

: s8 {, d- q: E: m

. }# y' ^2 ^1 S' R- Z( u8 L/ [

( _( f" p/ _4 {: q

在海上风电场项目中，风电机组的数量都是具有一定规模的，这些风电机组收集海上丰富的风能，转化为人类所需的电能。那对于这些一定规模数量的风电机组，如何保证其运行的流畅性呢？本案例使用了 HT 提供的批量 （batch）提高系统性能。

* F* V* Y! ?" s* d$ X, E& [& w

' V5 L2 M) F( F3 T

批量的原理即如果图元一个个单独绘制模型时性能较差，但是当一批图元聚合成一个大模型进行一次性绘制时，则会极大提高 WebGL 的刷新性能。批量的使用方法是先通过 ht.Default.setBatchInfo 函数全局注册批量，再对 Data 使用 .s(batch, batchName) 设置对应的 batch 批量名。流程如图所示：

_0 A& r: H3 A8 S1 [9 M0 ]/ v

7 ]+ m9 p [5 E2 \. t# J

6 f/ T7 H2 H$ g6 H' f

# [: V/ q+ j" {2 [# A. p

5 }' S+ m( [2 W2 H

2 W8 @7 c' j" n2 K0 ?

在本案例中，每个风机模型被分为三部分，标签部分1，叶片部分2 和 主体部分 3。在上面图示的 batch 流程中，可以发现只对标签部分 1 和 主体部分 3 应用了 batch 操作，但是没有对主体部分 2 运用 batch。这是因为叶片部分需要随风转动，其属性会发生频繁变化，在 batch 里面的图元尽可能避免频繁的变化，如果属性频繁变化，将可能起到反作用。

2 x9 E# e/ U7 |) r

风电机的详细信息：

; L/ ?3 [+ w+ V& [+ l

进入微观视角，将风电机的一切尽收眼底

; L& ~5 M8 l- ?( J

; v. P1 H9 T0 k# ~8 R. c

点击每个风电机的叶片，都能打开风电机的详细页面。在此场景中，我们采用了科技线框风格来展示风电机的内部架构，相对于大部分的实景搭建，感官上更为震撼和炫酷。在展示风机内部结构的同时，两侧还展示了该风机周围的环境参数，海上风向风速信息，风机本身的数据监测，发电参数等。点击风电机的某个部位，可以看到以 billboard 样式展示的详细信息。

A5 h6 a) v/ O" ^1 v! a7 K

% a/ L, _6 O- t% g1 J. G9 i0 `. r

输电系统：

不辞劳苦，将电能源源不断地输送给升压台

6 R ~1 k: `% c+ z( l- L

经过风电机转换而来的电能，通过输电系统源源不断地输送给升压台，如同涓涓细流汇入大江大河。在本案例中，输电系统是使用空间管线 ht.polyline 实现的，ht.polyline 继承于 ht.shape, 支持{x: 10, y: 20, e: 30}格式的三维空间点描述。 ht.polyline 的走向由 points 和 segments 决定。案例中的流动效果是通过使用 setInterval 方法来不停地动态改变管线的 top.uv.offset 属性来实现。

, |" B2 h" ?3 J+ U

: Q+ S) b4 k' l4 H2 B" f+ h

在本案例中，输电系统的管道也是数量庞大的，因此也采用 batch 实现。其流程如图所示：

6 e5 h$ `& L. f% q

& P# |; ~ C/ h2 O

& w. \; @, @8 `. c7 P; `% @% |! O

- n! Y4 K, m. L/ i3 E

总结

% A$ f6 S, [+ h4 P! P3 _

建设海洋强国，寄托着中华民族向海图强的愿望。人类对海洋的探索永无止境，全面、准确而深刻地了解海洋，掌握海洋的运动规律，才能为建设海洋强国提供坚实的基础。开发海洋，经略海洋，保护海洋，拓展蓝色经济空间，已经成为人类生存和社会发展的趋势。海洋经济，海洋科技将来是一个主攻方向，而海上风力发电场作为海洋强国的一部分，也将会涌现一批又一批精品工程，给中国经济的底色注入更多的蓝色。我们也会更加专注于自主产品研发，在力所能及的领域贡献一份力量。

举报/反馈

3 ^/ S4 _& _0 X

1 d8 s9 o& P6 G H , R7 {" M8 }) N# P. G4 c ( X* v# T6 Z% x' V, }