建立電力GIS平臺的探討

2014-10-10 11:34:44 大云網(wǎng)　點(diǎn)擊量：評論 (0)

引言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力資源需求迅速增長，在不斷提高供電可靠性及供電服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，又要盡可能的降低送電運(yùn)行管理的成本，這是電力部門當(dāng)前工作中必須解決的主要矛盾。為此，必須及時(shí)了解當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀況、架線走廊所經(jīng)地理環(huán)境等實(shí)時(shí)信息。但是，面對密織的電網(wǎng)、浩繁的設(shè)備、變遷的城區(qū)，以及對用戶的承諾，如何充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通道、軟硬件資源來降低設(shè)備成本；如何用計(jì)算機(jī)來描述和管理復(fù)雜多變的電網(wǎng)；如何保證設(shè)備資料的及時(shí)性和完整性；如何通過信息資源的共享和智能化決策支持來提高設(shè)備運(yùn)行管理效率；如何合理地安排檢修計(jì)劃，縮短故障修復(fù)時(shí)間等。面對這些需求，地理信息系統(tǒng)這門學(xué)科漸漸得到電力部門的重視。
AM／FM／G／S
不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)IS的理解不盡相同。美國聯(lián)邦數(shù)字地圖協(xié)調(diào)委員會對GIS的定義是：“GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同方法組成的系統(tǒng)；該系統(tǒng)具有支持空間數(shù)據(jù)的獲取、管理、處理、分析、建模和顯示的功能，并可解決復(fù)雜的規(guī)劃管理問題。”基于上述定義，可以看到，GIS具有以下特點(diǎn)：
（1）GIS是計(jì)算機(jī)化的技術(shù)系統(tǒng)，它由良好的硬件環(huán)境、多功能的軟件模塊、描述地理實(shí)體的空間數(shù)據(jù)和良好的用戶界面所組成，GIS具有結(jié)構(gòu)、功能和應(yīng)用效益高度統(tǒng)一的特征。
（2）GIS的操作對象主要是具有地理坐標(biāo)的空間實(shí)體的地理坐標(biāo)及相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)和拓?fù)鋽?shù)據(jù)，這是GIS區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的根本標(biāo)志，也是它的最大技術(shù)難點(diǎn)。
（3）GIS的優(yōu)勢在于它的數(shù)據(jù)綜合、地理模擬和空間分析能力，在于它集空間數(shù)據(jù)的獲取、管理、處理、分析、建模和顯示于一體的數(shù)據(jù)流程。這既是GIS的核心，也是GIS的優(yōu)勢所在。
地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）利用計(jì)算機(jī)建立空間地理數(shù)據(jù)庫，將地理環(huán)境的各種因素，包括它們的地理空間分布狀況和所具有的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字存儲。CIS技術(shù)把地圖這種獨(dú)特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計(jì)分析等）集成在一起，可以提供決策支持、動態(tài)模擬、統(tǒng)計(jì)分析、預(yù)測預(yù)報(bào)等功能。電力系統(tǒng)從發(fā)電廠、輸供電線路（架空線、電纜）、變電站、配電所直到千家萬戶電度表，大量的、各種各樣的、不同規(guī)范的電氣設(shè)施分布在廣闊的地域和空間，因此輸電系統(tǒng)的運(yùn)行、雷電系統(tǒng)的定位、電力設(shè)施的管理（FM）、供配電系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)、計(jì)劃檢修、故障管理、報(bào)裝管理、電網(wǎng)規(guī)劃、用電變更、電力營銷等，都少不了地理信息，GIS為電力企業(yè)的現(xiàn)代化管理提供了新的途徑和手段。
電力系統(tǒng)應(yīng)用GIS
1 設(shè)備設(shè)施管理
配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備設(shè)施種類繁多，地域分布較為廣泛，并且變換頻繁，采用普通的數(shù)據(jù)庫軟件難以進(jìn)行有效管理。利用GIS開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)，由于有不同比例尺的電子地圖，特別是大比例尺的電子地圖（1∶500、1∶1000)為參考，使得被管理的設(shè)備設(shè)施對象既有空間位置屬性，又有設(shè)備固有屬性；既有設(shè)備設(shè)施對象之間的空間關(guān)系，又有設(shè)備設(shè)施與最終用電戶的聯(lián)接和位置關(guān)系。因此，利用GIS技術(shù)不但能對電網(wǎng)進(jìn)行有效的設(shè)備設(shè)施管理，并且能利用設(shè)備圖形之間的拓?fù)潢P(guān)系，進(jìn)行電網(wǎng)的在線和離線計(jì)算。
2 集成和開發(fā)各種專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于供電系統(tǒng)的領(lǐng)域很多。就GIS技術(shù)來說，不能只局限于它的地理特性、圖形表示特征上，GIS技術(shù)可以深入到許多電力專業(yè)應(yīng)用的領(lǐng)域。比如在SCADA系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)一次圖通常是在矢量圖或光柵圖上疊加潮流和電壓等實(shí)時(shí)信息，當(dāng)電網(wǎng)的規(guī)模較大時(shí)，只能用簡化系統(tǒng)一次圖的方法來表現(xiàn)出電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系；而采用GIS技術(shù)后，除能保留SCADA系統(tǒng)的原有功能外，還可以利用GIS在數(shù)據(jù)表現(xiàn)上的優(yōu)勢，將電網(wǎng)系統(tǒng)用GIS層的概念、過濾技術(shù)、GIS的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型，從宏觀到微觀逐步或交叉地表現(xiàn)電網(wǎng)中設(shè)備設(shè)施的邏輯關(guān)系、臺帳信息、實(shí)時(shí)狀態(tài)、運(yùn)行信息等。
3 為各種供電行業(yè)的負(fù)載計(jì)算提供基本參數(shù)
配網(wǎng)潮流的計(jì)算是個復(fù)雜的問題，關(guān)鍵在于基礎(chǔ)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基本數(shù)據(jù)的采集，利用GIS技術(shù)可以很好地解決這個問題。配電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備和線路變化頻繁，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更是經(jīng)常發(fā)生變化，而GIS支持下的配網(wǎng)信息系統(tǒng)可以動態(tài)實(shí)時(shí)獲取到配網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)，為研究配網(wǎng)潮流提供了良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
GIS還有很好的數(shù)據(jù)表達(dá)能力，可以成為表示計(jì)算結(jié)果的平臺。在GIS系統(tǒng)中，不僅能夠很好地顯示文本數(shù)據(jù)，還可以用圖形形式來直觀地表達(dá)信息，如潮流的方向和大小。這樣，配網(wǎng)潮流計(jì)算的專題研究就可不必為原始數(shù)據(jù)輸入和輸出花費(fèi)精力。
4 提高供電企業(yè)的用戶服務(wù)質(zhì)量
GIS技術(shù)還可以幫助提高供電企業(yè)的用戶服務(wù)質(zhì)量，比如在GIS支持的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，可以提高用戶報(bào)修和用戶用電報(bào)裝的效率。由于在城市配電網(wǎng)中一般采用1∶500和1∶1000的電子地圖，利用地圖中的建筑物對象可以很方便地表達(dá)到每一個電力用戶；在這種地圖數(shù)據(jù)上再關(guān)聯(lián)各種設(shè)備設(shè)施對象后，就可以在用戶和各種設(shè)備設(shè)施之間進(jìn)行交互訪問。不僅可以方便快捷地在系統(tǒng)中對用戶的位置進(jìn)行定位，還可以查詢到某個用戶是由哪個變壓器進(jìn)行供電，并追溯到是由哪個變電站供電，這樣就為用戶報(bào)修提供了重要的信息。結(jié)合用電MIS中的用戶用電容量信息，以及圖形庫中的用戶與鄰近的變壓器、線路之間的位置信息，就可以為用戶報(bào)修提供輔助決策信息。

綜上所述，GIS技術(shù)在電力行業(yè)中不只用于地理的表現(xiàn)上，而可以跨出地理的概念，用GIS技術(shù)和表現(xiàn)手法來為電力行業(yè)有關(guān)專業(yè)服務(wù)。在建設(shè)一個供電企業(yè)的GIS系統(tǒng)時(shí)，不能只把著眼點(diǎn)放在地理背景圖上，要了解GIS專業(yè)技術(shù)，將GIS專業(yè)技術(shù)與具體的應(yīng)用結(jié)合起來，解決實(shí)際工作中的問題，提高信息化應(yīng)用的水平。
電力行業(yè)GIS基礎(chǔ)公用平臺
1 平臺描述
GIS是建立在空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和其他應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之上的公共基礎(chǔ)平臺。在這平臺上能建立各類需要圖形、空間分析等功能的應(yīng)用系統(tǒng)，它具有公共和基礎(chǔ)的特性。從應(yīng)用角度出發(fā)，平臺結(jié)構(gòu)如下圖所示。
2 平臺特征
作為一個電力企業(yè)應(yīng)用平臺，應(yīng)具有基礎(chǔ)性、共用性、開放性、可維護(hù)性和標(biāo)準(zhǔn)化等特征。供電企業(yè)GIS平臺必須圍繞開放性和標(biāo)準(zhǔn)化來建設(shè)。建立供電企業(yè)GIS是一個浩大的工程，它不僅涉及到各種各樣的數(shù)據(jù)的集成和更新，同時(shí)還與各個部門和專業(yè)的應(yīng)用功能的開發(fā)有關(guān)。在這個過程中，不僅需要GIS專業(yè)技術(shù)，還需要電力系統(tǒng)的專業(yè)知識和技術(shù)。供電企業(yè)GIS平臺更多地與GIS技術(shù)相關(guān)，但平臺基礎(chǔ)上的專業(yè)應(yīng)用中電力專業(yè)知識就顯得尤為重要。在供電企業(yè)中，已經(jīng)有了許多的專業(yè)應(yīng)用，供電企業(yè)GIS平臺不僅要求能夠?qū)⒁郧暗膽?yīng)用融合到GIS系統(tǒng)中來；同時(shí)要能夠讓用戶在此基礎(chǔ)上開發(fā)自己的應(yīng)用。
這就要求供電企業(yè)GIS平臺從功能接口上和數(shù)據(jù)接口上具有很好的開放性，使得系統(tǒng)具有很好的可擴(kuò)充性。
從功能接口上來說，要求GIS平臺能夠提供很好的支持。從數(shù)據(jù)接口上來說，GIS平臺中的圖形數(shù)據(jù)必須采用事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須是公開的。GIS平臺不僅要考慮網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層，而且還必須考慮元數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)來源、投影方式、坐標(biāo)系統(tǒng)、作業(yè)方式等）標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)。近年來，國外OpenGIS、WebGIS的出現(xiàn)正是順應(yīng)了這種趨勢，極大地?cái)U(kuò)展了GIS系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用范圍。
電力行業(yè)的各個部門有許多GIS應(yīng)用的需求，如果圍繞著各個專業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)，分別建立GIS子系統(tǒng)，這將導(dǎo)致各個專業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)和功能無法在整個供電企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行共享，同時(shí)無法很好的解決數(shù)據(jù)的更新維護(hù)的工作。因此，在一個供電企業(yè)，只應(yīng)建設(shè)一個基礎(chǔ)GIS共用平臺，并在此基礎(chǔ)上支持各種專業(yè)應(yīng)用，為專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)提供GIS數(shù)據(jù)支持和GIS分析功能。
平臺系統(tǒng)支撐軟件結(jié)構(gòu)的要求
1 支持面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型和組件化的GIS軟件技術(shù)
數(shù)據(jù)模型是現(xiàn)實(shí)世界的某一部分的邏輯描述。GIS數(shù)據(jù)模型以數(shù)字的形式表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界地理對象及其相互關(guān)系。數(shù)據(jù)建模的目的就是在計(jì)算機(jī)上抽象和表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界。
過去的30多年中有各種不同的數(shù)據(jù)模型被采用并取得不同程度的成功。象CAD、TIN、GRID等許多數(shù)據(jù)模型是針對特定應(yīng)用的。面向數(shù)據(jù)庫的地理相關(guān)模型被成功地廣泛采用了十幾年，特別是在早期的ARC／INFO中。在這個模型中，地理數(shù)據(jù)的幾何和拓?fù)潢P(guān)系放在文件中，而其屬性則存儲在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）中。這個模型強(qiáng)調(diào)幾何特性，它把世界描述成一系列點(diǎn)、線、面。比如，桿塔一般描述為點(diǎn)或圓，電力線路表達(dá)為線，建筑物則用多邊形來表達(dá)。這個模型很多年來以其靈活性、可擴(kuò)展性和高效性滿足了很多GIS用戶的需求。但這一模型有其缺點(diǎn)，描述豐富的地理對象有一定的局限性，擴(kuò)展為針對用戶或領(lǐng)域的要素模型較為困難。
現(xiàn)在，一些大的軟件公司引入了面向?qū)ο蟮腉IS數(shù)據(jù)模型，允許用戶建立自己的面向?qū)ο蟮脑诨灸Ｐ突A(chǔ)上擴(kuò)展的數(shù)據(jù)模型。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型與用戶通常看待、所研究事物的觀點(diǎn)及分類很接近，因此直觀且使用簡單，軟件處理的將是面向用戶的概念，例如：桿塔和線路、變壓器與開關(guān)；而不是面向系統(tǒng)的概念，例如：點(diǎn)、線、面。
2 全關(guān)系型GIS技術(shù)
GIS軟件管理兩類數(shù)據(jù)：空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。其中，屬性數(shù)據(jù)刻劃了對象除空間位置外的性質(zhì)，這類數(shù)據(jù)一般是可以結(jié)構(gòu)化的，因此可以用傳統(tǒng)的關(guān)系型DBMS來管理它們，并實(shí)現(xiàn)快速、可靠的檢索；而空間數(shù)據(jù)則刻劃對象的空間位置以及對象之間的相互關(guān)系，結(jié)構(gòu)化的難度較大，因此一般采用文件系統(tǒng)來管理空間數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)管理的不一致性，一方面增加了GIS軟件開發(fā)的復(fù)雜性，另一方面也不易保證數(shù)據(jù)管理的可靠性，給使用帶來不便。
近年來，國外GIS與數(shù)據(jù)庫開發(fā)商（如ESRI公司和IBM公司）加緊了聯(lián)合的步伐，共同開發(fā)全關(guān)系的GIS軟件，使GIS軟件能充分利用商用數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)成熟的眾多特性，如內(nèi)存緩沖、快速索引、數(shù)據(jù)完整性和一致性保證、并發(fā)控制、安全和恢復(fù)機(jī)制及分布式處理機(jī)制，明顯地提高了GIS軟件管理空間數(shù)據(jù)的能力。全關(guān)系型GIS提供長事務(wù)處理和版本管理，允許很多用戶對同一套數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行編輯。
現(xiàn)在，新一代全關(guān)系型GIS支撐軟件基礎(chǔ)上開發(fā)的企業(yè)級GIS軟件已經(jīng)投入運(yùn)行，取得了很好的效果。
3 GIS支撐軟件本身是開放的和可擴(kuò)展的
GIS支撐軟件是否開放主要體現(xiàn)在以下三個方面：首先是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特別是圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的開放性，要求有開放的內(nèi)部數(shù)據(jù)格式，有標(biāo)準(zhǔn)的外部數(shù)據(jù)交換格式，同時(shí)這種數(shù)據(jù)格式又是可以擴(kuò)展的，如ESRI公司的Shape數(shù)據(jù)格式和Auto Desk公司的DXF格式等。其次是產(chǎn)品二次開發(fā)技術(shù)的開放性，能夠支持通用的開發(fā)集成環(huán)境，如Delphi，Visual C++，Visual Basic等；支持通用的商業(yè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，如DB2，Oracle和SQL Server等；支持各種必須的工業(yè)接口標(biāo)準(zhǔn)等。第三是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的開放性，它們可以按不同的應(yīng)用需求，搭配構(gòu)成一種客戶／服務(wù)器（C1ient／Server）體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)規(guī)模應(yīng)該是可以縮放的，可以小到一個獨(dú)立的桌面應(yīng)用，也可以大到為面向企業(yè)級的應(yīng)用系統(tǒng)，提供基于空間信息的處理與分析，以滿足供電部門不同應(yīng)用的需求。
4 能夠提供全方位的企業(yè)級解決方案
供電企業(yè)的GIS系統(tǒng)是整個企業(yè)的應(yīng)用平臺。因此，在選擇基礎(chǔ)支撐GIS系列軟件產(chǎn)品時(shí)，這些GIS軟件產(chǎn)品應(yīng)該支持企業(yè)級的GIS應(yīng)用，也就是說，應(yīng)該能夠根據(jù)用戶的特點(diǎn)，在客戶端和服務(wù)端為用戶提供多種適合用戶的組合。
根據(jù)用戶應(yīng)用需要和投資計(jì)劃的不同，GIS產(chǎn)品系列應(yīng)該支持從偶爾用GIS功能的用戶到復(fù)雜的多用戶的企業(yè)級系統(tǒng)應(yīng)用。這意味著，隨著用戶的應(yīng)用對GIS功能需求的增長，軟件解決方案也隨之升級。因此，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用在系統(tǒng)建立時(shí)的實(shí)際需求，從某個GIS軟件家族中選取一種或多種適合的產(chǎn)品。日后，隨系統(tǒng)的擴(kuò)展而進(jìn)一步選取較高端的產(chǎn)品，以滿足新的GIS應(yīng)用需求。
5 采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
建設(shè)GIS系統(tǒng)是一個大投入、長時(shí)間的過程，這要求平臺供應(yīng)商對用戶的應(yīng)用系統(tǒng)提供長期的支持和維護(hù)。由于不同的GIS支撐軟件之間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、開發(fā)方式、技術(shù)支持上的巨大差異，所以當(dāng)用戶從一種GIS支撐軟件轉(zhuǎn)換到另一個GIS支撐軟件，往往意味著巨大的投資被浪費(fèi)；甚至即使采用同一種GIS支撐軟件，從一個開發(fā)商轉(zhuǎn)換到另一個開發(fā)商，都有可能造成數(shù)據(jù)的丟失，因?yàn)殚_發(fā)過程中，不同的開發(fā)商對相同的電力設(shè)備設(shè)施有著不同的數(shù)據(jù)描述。因此，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有利于保護(hù)用戶的投資。
另外，由于GIS系統(tǒng)所包含的內(nèi)容非常龐雜，技術(shù)涉及面廣，應(yīng)該采用具有廣大用戶群的GIS產(chǎn)品，從而在技術(shù)支持、產(chǎn)品的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的升級換代等方面得到保證。

結(jié)束語
本文對電力企業(yè)的GIS應(yīng)用從應(yīng)用系統(tǒng)平臺的角度進(jìn)行了多方面的探討，提出了建立電力企業(yè)GIS基礎(chǔ)平臺的要求、思路以及該平臺的基本技術(shù)特點(diǎn)。

責(zé)任編輯：葉雨田

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