基于图扑 HT 数字孪生 3D 风电场可视化系统实现解析

在 “双碳” 目标与产业数字化升级的双重驱动下，风力发电作为可再生能源的核心组成部分，其智能化管控需求持续攀升。图扑（Hightopo）基于自主研发的 HT for Web 前端可视化引擎，构建了数字孪生 3D 风电场可视化系统，实现了风电场全场景的远程监测、智能巡检与数字化管理。本文从技术角度出发，结合系统功能模块，深入解析各核心功能的实现逻辑与技术路径。

系统以 HT for Web 为核心技术支撑，该引擎基于 WebGL 与 Canvas 技术构建，具备高性能的 2D/3D 图形渲染能力，支持跨终端、跨浏览器运行。采用 B/S 架构设计，无需安装额外插件，用户可通过 PC、PAD、智能手机等设备的浏览器随时随地访问系统，实现风电场的远程监查与管控。

系统采用 WebSocket 与 HTTP 相结合的数据对接方式，实现实时数据与静态数据的高效传输：

实时数据接入：通过 WebSocket 建立客户端与服务器的长连接，实时接收风电场的风机运行参数、环境数据、设备状态等动态信息，确保数据传输的低延迟与高实时性，满足风电场监测对时效性的要求。

静态数据加载：通过 HTTP 请求获取风电场的地理信息、设备模型参数、施工计划等静态数据，为 3D 场景构建与系统功能实现提供基础数据支撑。

数据处理与更新：获取各类数据后，通过 JavaScript 脚本解析数据格式，调用 HT for Web 提供的 API 接口，实现 2D 面板数据动态更新、3D 场景状态实时同步，确保可视化界面与风电场实际运行状态保持一致。

系统基于现场取景照片、卫星图、CAD 图纸等资料，先在专业建模软件中完成风力发电机组、升压站、配电室等核心设施的写实风格建模，精准复刻设备外观结构与空间布局；再将建好的模型导出为 HT for Web 支持的格式，导入到系统内，实现风电场物理场景的 1:1 数字化还原，为用户提供真实的可视化体验。

为实现风电场的全方位巡检，系统设计了第一人称视角漫游与无人机视角漫游两种模式，核心实现逻辑如下：

视角控制机制：通过 JavaScript 脚本定义漫游动画的运动轨迹、速度参数，调用 HT for Web 的相机控制 API，实现相机在 3D 场景中的移动、旋转与视角切换。

交互按钮功能：在场景界面设置漫游动画、暂停动画、停止动画、初始视角四个控制按钮，用户点击按钮时触发对应的事件响应函数，实现漫游状态的灵活控制。

沉浸式体验实现：第一人称视角漫游通过模拟人员在风电场内的巡视路径，结合设备模型与环境渲染，营造 “沉浸式” 巡检体验；无人机视角漫游则从高空视角展示风电场全貌，通过相机的升降、平移运动，直观呈现风电场的空间布局与宏大场景。

生产监测模块集中展示风电场的核心运行数据，实现数据的可视化呈现与实时更新，关键技术实现如下：

数据面板构建：利用 HT for Web 的 2D 绘图能力，设计多维度数据面板，包括项目概况、实时指标、环境参数、发电统计、机组状态等子模块。对接数据接口后，通过特定的 API 实现数据的动态填充。

实时指标监测：通过 WebSocket 接收总装机容量、风机总台数、投运时间、风电负荷、风机预警处理率等实时数据，调用数据更新 API，实现面板数据的秒级刷新，确保管理人员及时掌控风电场运行状态。

数据可视化展示：采用柱状图、折线图、数字统计等多种可视化形式，展示日发电量、月发电量、累计发电量及各风机日发电排行等数据。通过 HT for Web 的图表组件，将原始数据转换为直观的图形化展示，降低数据解读难度。

升压站监测实现

电流流向可视化：借助 HT for Web 的管道建模、UV 贴图映射与动态动画驱动技术，精准模拟风机集电线路中电流向升压站汇聚的流动轨迹，以直观动态的视觉效果，清晰呈现风力发电的全过程传输路径。

多维度数据整合：整合升压站的环境信息（天气、温度、风向、风速）、负荷统计、风功率预测、消防检查信息、巡检车信息等数据，通过 2D 面板与 3D 场景联动，点击升压站 3D 模型即可跳转至专属视角，展示详细监测数据。

风功率预测可视化：采用双曲线图形式展示实时功率与预测功率对比，通过 HT for Web 的图表组件，结合历史功率数据与气象预测数据，实现功率变化趋势的动态展示，为管理人员决策提供数据支持。

配电室监测实现

内部场景还原：基于 CAD 图纸构建配电室内部 3D 场景，精准还原配电柜、主变设备等内部布局，采用写实风格渲染设备细节，提升场景真实性。

设备数据交互：为每个配电柜绑定唯一标识，通过 JavaScript 脚本建立设备模型与监测数据的关联，用户点击配电柜 3D 模型时，触发数据查询与展示事件，调用 API 接口加载并显示主变高压侧测控数据（如电压、电流等参数）。

施工管理模块实现对风电场施工全流程的数字化管控，技术实现逻辑如下：

进度数据可视化：通过 HT for Web 的进度条、数字统计等组件，展示施工总体进度、风机施工进度、升压站与配电室施工进度等数据。基于施工计划与实际完成情况数据，通过脚本计算进度百分比，调用 API 更新进度组件状态。

质量与安全管理：设计施工质量与安全监测面板，整合关键问题数、已整改数、未整改数、整改状态、负责人等数据，通过列表形式展示详细信息。建立数据筛选与排序机制，支持按整改状态、时间等维度快速查询。

施工计划与详情展示：通过表格组件展示施工计划（包括施工时间、对象、吊机、人数等）与施工详情（施工人员总数、吊机统计、塔基施工与塔筒吊装数据等），基于静态施工数据与动态更新的施工进度数据，实现施工全流程的数字化呈现。

系统通过数据采集与统计分析，实现节能减排效果的可视化监测，核心实现如下：

排放数据采集：通过传感器采集风电场氮氧化合物（NOx）、二氧化碳（CO₂）、二氧化硫（SO₂）等排放数据，经 WebSocket 实时传输至系统。

数据统计与展示：利用 HT for Web 的数字统计与图表组件，展示节约标准煤量、各类污染物减排量等数据。基于历史排放数据与实时监测数据，通过脚本计算节能减排成效，以直观的数字与图形化形式呈现，为风电场节能减排优化提供数据支撑。

故障预警实现

故障数据上报：巡检设备与风机等核心设备内置故障检测传感器，检测到故障时，通过数据接口将故障信息（故障时间、编码、名称、设备标识等）上报至系统后台。

故障列表展示：系统前端通过列表组件展示故障信息，调用 API 接口获取故障数据，按故障发生时间置顶排序，支持 “未处理”“已处理” 状态筛选，方便维修人员快速定位与处理故障。

巡检车信息管理

实时状态监测：AGV 巡检车配备定位、速度、电量等传感器，通过 WebSocket 实时上传运行数据。系统调用 HT for Web 的位置相关 API，在 3D 场景中实时更新巡检车位置，通过面板展示行驶速度、电量、电池状态、运行状态等信息。

路径规划与监控：基于风电场地理信息数据，通过脚本规划巡检车最优巡检路径，在 3D 场景中以轨迹线形式展示。实时监测巡检车运行状态，确保巡检工作按计划开展。

系统支持根据时间与天气接口数据，实现白天 / 黑夜、晴 / 阴 / 雨等时空状态的切换。通过 JavaScript 脚本解析时间与天气数据，调用 HT for Web 的场景效果相关的 API，切换场景光照效果、天空纹理与环境特效，呈现与现实世界一致的时空状态，提升场景沉浸感。

采用响应式设计理念，通过 HT for Web 的自适应布局 API，实现页面在不同分辨率设备上的自动适配。根据设备屏幕尺寸，动态调整 2D 面板布局、3D 场景视角与交互控件位置，确保在 PC、PAD、智能手机等终端上均能提供良好的操作体验。

基于 HT for Web 构建的数字孪生 3D 风电场可视化系统，深度融合 WebGL、Canvas 等核心渲染技术，通过 HTTP/WebSocket 等高效数据对接方式，成功打造覆盖风电场全场景的数字化管控平台。系统全面实现数据实时交互、3D 场景精准还原、多维度动态监测、智能化巡检运维等核心功能，为风电场的数字化转型与智能化升级筑牢技术根基。展望未来，随着物联网、大数据、人工智能等前沿技术的深度融合，系统将进一步迭代优化数据分析精度与智能决策能力，为新能源电力系统的稳定运行、高效调度与精细化管理提供更全面、更可靠的技术解决方案。

审核编辑 黄宇