27 三维散点 scatter3D

27　三维散点 scatter3D

用途

三个变量同时呈现，如转速—转矩—效率。

示例（5 张）

27-1　三日负荷的三维散点（P-Q-t）

27-2　电机转速—转矩—效率三维工况点

27-3　三维空间测点电位分布

27-4　谐波次数—节点—幅值三维散点

27-5　电池 SOC—温度—容量三维散点

代码

以下 5 个函数取自 code/第四批_三维扩展261107.py，直接调用即可出图。样式（宋体 + Times、10 磅、刻度朝内四边、留白自检）由 code/公共配置261107.py 的 setup_cn_style() 和 save() 统一提供，本节不再重复。

# 摘自 code/第四批_三维扩展261107.py

def s3_01():
    """三日负荷的三维散点（P-Q-t）。"""
    fig, ax = new_fig3d(right=0.86, left=0.13)
    rng = np.random.default_rng(2701)
    t = rng.uniform(0, 72, 800)
    p = 440 + 160 * np.sin(2 * np.pi * t / 24) + rng.normal(0, 26, 800)
    q = 0.42 * p + rng.normal(0, 30, 800)
    s = ax.scatter(t, p, q, c=q, cmap=CMAP_SEQ, s=4, depthshade=False)
    ax.set_xlabel("时间 " + IT["t"] + " / h", labelpad=2)
    ax.set_ylabel("有功 " + IT["P"] + " / kW", labelpad=2)
    ax.set_zlabel("无功 " + IT["Q"] + " / kvar", labelpad=2)
    ax.view_init(elev=22, azim=-128)
    _k3(fig, ax, s, "无功 " + IT["Q"] + " / kvar")
    save(fig, "27_三维散点", "27_三维散点_三日负荷散点")

def s3_02():
    """电机转速—转矩—效率三维工况点。"""
    fig, ax = new_fig3d(right=0.86, left=0.13)
    rng = np.random.default_rng(2702)
    n = rng.uniform(700, 2900, 700)
    tq = rng.uniform(5, 115, 700)
    eta = 94.5 - 8.0 * ((tq - 62) / 90) ** 2 - 3.4 * ((n - 2100) / 1500) ** 2 \
        + rng.normal(0, 0.4, 700)
    s = ax.scatter(n, tq, eta, c=eta, cmap=CMAP_SEQ, s=4, depthshade=False)
    ax.set_xlabel("转速 " + IT["n"] + " / (r/min)", labelpad=2)
    ax.set_ylabel("转矩 " + IT["T"] + " / (N·m)", labelpad=2)
    ax.set_zlabel("效率 " + IT["eta"] + " / %", labelpad=2)
    ax.view_init(elev=24, azim=-130)
    _k3(fig, ax, s, "效率 " + IT["eta"] + " / %")
    save(fig, "27_三维散点", "27_三维散点_电机工况点")

def s3_03():
    """三维空间测点电位分布。"""
    fig, ax = new_fig3d(right=0.86, left=0.13)
    rng = np.random.default_rng(2703)
    x = rng.uniform(0, 30, 500)
    y = rng.uniform(0, 30, 500)
    z = rng.uniform(0, 3, 500)
    V = np.zeros_like(x)
    for gx, gy, k in [(10, 10, 1.0), (22, 18, 0.8)]:
        V += k / np.sqrt((x - gx) ** 2 + (y - gy) ** 2 + (z + 1.0) ** 2) * 42
    s = ax.scatter(x, y, z, c=V, cmap=CMAP_SEQ, s=4, depthshade=False)
    ax.set_xlabel("东向距离 / m", labelpad=2)
    ax.set_ylabel("北向距离 / m", labelpad=2)
    ax.set_zlabel("深度 / m", labelpad=2)
    ax.view_init(elev=24, azim=-126)
    _k3(fig, ax, s, "电位 " + IT["U"] + " / V")
    save(fig, "27_三维散点", "27_三维散点_三维测点电位")

def s3_04():
    """谐波次数—节点—幅值三维散点。"""
    fig, ax = new_fig3d(right=0.86, left=0.13)
    rng = np.random.default_rng(2704)
    nodes = np.repeat(np.arange(1, 13), 6)
    orders = np.tile([3, 5, 7, 9, 11, 13], 12)
    amp = 32 / orders ** 0.9 * (1 + 0.5 * rng.random(nodes.size))
    s = ax.scatter(orders, nodes, amp, c=amp, cmap=CMAP_SEQ, s=22,
                   depthshade=False)
    ax.set_xlabel("谐波次数 " + IT["h"], labelpad=2)
    ax.set_ylabel("节点", labelpad=2)
    ax.set_zlabel("幅值 " + IT["I"] + SUB["h"] + " / A", labelpad=2)
    ax.view_init(elev=24, azim=-126)
    _k3(fig, ax, s, IT["I"] + SUB["h"] + " / A")
    save(fig, "27_三维散点", "27_三维散点_谐波三维分布")

def s3_05():
    """电池 SOC—温度—容量三维散点。"""
    fig, ax = new_fig3d(right=0.86, left=0.13)
    rng = np.random.default_rng(2705)
    soc = rng.uniform(0, 100, 600)
    temp = rng.uniform(-20, 45, 600)
    cap = (100 * (1 - 0.0042 * np.abs(temp - 25) ** 1.35)
           * (0.86 + 0.14 * soc / 100) + rng.normal(0, 1.2, 600))
    s = ax.scatter(soc, temp, cap, c=cap, cmap=CMAP_SEQ, s=5, depthshade=False)
    ax.set_xlabel("荷电状态 SOC / %", labelpad=2)
    ax.set_ylabel("温度 " + IT["T"] + " / °C", labelpad=2)
    ax.set_zlabel("可用容量 / %", labelpad=2)
    ax.view_init(elev=24, azim=-128)
    _k3(fig, ax, s, "可用容量 / %")
    save(fig, "27_三维散点", "27_三维散点_电池三维特性")

说明

• 图片尺寸 1181×944 px（100 mm × 80 mm @ 300 dpi），三维图为 1181×1122 px。
• 图内不放标题，图题由本文件的二级/三级标题承担。
• 数据为贴近广东实际量级的仿真算例，随机种子固定，重跑结果一致。