建立电力GIS平台的探讨

引言 随着国民经济的发展，电力资源需求迅速增长，在不断提高供电可靠性及供电服务质量的同时，又要尽可能的降低送电运行管理的成本，这是电力部门当前工作中必须解决的主要矛盾。为此，必须及时了解当前设备的运行状况、架线走廊所经地理环境等实时信息。但是，面对密织的电网、浩繁的设备、变迁的城区，以及对用户的承诺，如何充分利用现有的网络通道、软硬件资源来降低设备成本；如何用计算机来描述和管理复杂多变的电网；如何保证设备资料的及时性和完整性；如何通过信息资源的共享和智能化决策支持来提高设备运行管理效率；如何合理地安排检修计划，缩短故障修复时间等。面对这些需求，地理信息系统这门学科渐渐得到电力部门的重视。 AM／FM／G／S 不同应用领域对GIS的理解不尽相同。美国联邦数字地图协调委员会对GIS的定义是：“GIS是由计算机硬件、软件和不同方法组成的系统；该系统具有支持空间数据的获取、管理、处理、分析、建模和显示的功能，并可解决复杂的规划管理问题。”基于上述定义，可以看到，GIS具有以下特点： （1）GIS是计算机化的技术系统，它由良好的硬件环境、多功能的软件模块、描述地理实体的空间数据和良好的用户界面所组成，GIS具有结构、功能和应用效益高度统一的特征。 （2）GIS的操作对象主要是具有地理坐标的空间实体的地理坐标及相关的属性数据和拓扑数据，这是GIS区别于其他信息系统的根本标志，也是它的最大技术难点。 （3）GIS的优势在于它的数据综合、地理模拟和空间分析能力，在于它集空间数据的获取、管理、处理、分析、建模和显示于一体的数据流程。这既是GIS的核心，也是GIS的优势所在。 地理信息系统（Geographic Information System，GIS）利用计算机建立空间地理数据库，将地理环境的各种因素，包括它们的地理空间分布状况和所具有的属性数据进行数字存储。CIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作（例如查询和统计分析等）集成在一起，可以提供决策支持、动态模拟、统计分析、预测预报等功能。电力系统从发电厂、输供电线路（架空线、电缆）、变电站、配电所直到千家万户电度表，大量的、各种各样的、不同规范的电气设施分布在广阔的地域和空间，因此输电系统的运行、雷电系统的定位、电力设施的管理（FM）、供配电系统的运行和维护、计划检修、故障管理、报装管理、电网规划、用电变更、电力营销等，都少不了地理信息，GIS为电力企业的现代化管理提供了新的途径和手段。 电力系统应用GIS 1 设备设施管理 配电网结构复杂，设备设施种类繁多，地域分布较为广泛，并且变换频繁，采用普通的数据库软件难以进行有效管理。利用GIS开发的应用系统，由于有不同比例尺的电子地图，特别是大比例尺的电子地图（1∶500、1∶1000)为参考，使得被管理的设备设施对象既有空间位置属性，又有设备固有属性；既有设备设施对象之间的空间关系，又有设备设施与最终用电户的联接和位置关系。因此，利用GIS技术不但能对电网进行有效的设备设施管理，并且能利用设备图形之间的拓扑关系，进行电网的在线和离线计算。 2 集成和开发各种专业应用系统 计算机技术应用于供电系统的领域很多。就GIS技术来说，不能只局限于它的地理特性、图形表示特征上，GIS技术可以深入到许多电力专业应用的领域。比如在SCADA系统中，传统的电网系统一次图通常是在矢量图或光栅图上叠加潮流和电压等实时信息，当电网的规模较大时，只能用简化系统一次图的方法来表现出电网拓扑关系；而采用GIS技术后，除能保留SCADA系统的原有功能外，还可以利用GIS在数据表现上的优势，将电网系统用GIS层的概念、过滤技术、GIS的面向对象数据模型，从宏观到微观逐步或交叉地表现电网中设备设施的逻辑关系、台帐信息、实时状态、运行信息等。 3 为各种供电行业的负载计算提供基本参数 配网潮流的计算是个复杂的问题，关键在于基础拓扑结构和基本数据的采集，利用GIS技术可以很好地解决这个问题。配电网络中设备和线路变化频繁，拓扑结构更是经常发生变化，而GIS支持下的配网信息系统可以动态实时获取到配网的拓扑结构、技术参数，为研究配网潮流提供了良好的基础数据。 GIS还有很好的数据表达能力，可以成为表示计算结果的平台。在GIS系统中，不仅能够很好地显示文本数据，还可以用图形形式来直观地表达信息，如潮流的方向和大小。这样，配网潮流计算的专题研究就可不必为原始数据输入和输出花费精力。 4 提高供电企业的用户服务质量 GIS技术还可以帮助提高供电企业的用户服务质量，比如在GIS支持的配电网系统中，可以提高用户报修和用户用电报装的效率。由于在城市配电网中一般采用1∶500和1∶1000的电子地图，利用地图中的建筑物对象可以很方便地表达到每一个电力用户；在这种地图数据上再关联各种设备设施对象后，就可以在用户和各种设备设施之间进行交互访问。不仅可以方便快捷地在系统中对用户的位置进行定位，还可以查询到某个用户是由哪个变压器进行供电，并追溯到是由哪个变电站供电，这样就为用户报修提供了重要的信息。结合用电MIS中的用户用电容量信息，以及图形库中的用户与邻近的变压器、线路之间的位置信息，就可以为用户报修提供辅助决策信息。 综上所述，GIS技术在电力行业中不只用于地理的表现上，而可以跨出地理的概念，用GIS技术和表现手法来为电力行业有关专业服务。在建设一个供电企业的GIS系统时，不能只把着眼点放在地理背景图上，要了解GIS专业技术，将GIS专业技术与具体的应用结合起来，解决实际工作中的问题，提高信息化应用的水平。 电力行业GIS基础公用平台 1 平台描述 GIS是建立在空间数据库、属性数据库和其他应用系统数据库之上的公共基础平台。在这平台上能建立各类需要图形、空间分析等功能的应用系统，它具有公共和基础的特性。从应用角度出发，平台结构如下图所示。 2 平台特征 作为一个电力企业应用平台，应具有基础性、共用性、开放性、可维护性和标准化等特征。供电企业GIS平台必须围绕开放性和标准化来建设。建立供电企业GIS是一个浩大的工程，它不仅涉及到各种各样的数据的集成和更新，同时还与各个部门和专业的应用功能的开发有关。在这个过程中，不仅需要GIS专业技术，还需要电力系统的专业知识和技术。供电企业GIS平台更多地与GIS技术相关，但平台基础上的专业应用中电力专业知识就显得尤为重要。在供电企业中，已经有了许多的专业应用，供电企业GIS平台不仅要求能够将以前的应用融合到GIS系统中来；同时要能够让用户在此基础上开发自己的应用。 这就要求供电企业GIS平台从功能接口上和数据接口上具有很好的开放性，使得系统具有很好的可扩充性。 从功能接口上来说，要求GIS平台能够提供很好的支持。从数据接口上来说，GIS平台中的图形数据必须采用事实上的工业标准，数据结构必须是公开的。GIS平台不仅要考虑网络应用层，而且还必须考虑元数据（如数据来源、投影方式、坐标系统、作业方式等）标准的建设。近年来，国外OpenGIS、WebGIS的出现正是顺应了这种趋势，极大地扩展了GIS系统的规模和应用范围。 电力行业的各个部门有许多GIS应用的需求，如果围绕着各个专业的应用系统，分别建立GIS子系统，这将导致各个专业应用的数据和功能无法在整个供电企业内部进行共享，同时无法很好的解决数据的更新维护的工作。因此，在一个供电企业，只应建设一个基础GIS共用平台，并在此基础上支持各种专业应用，为专业应用系统提供GIS数据支持和GIS分析功能。 平台系统支撑软件结构的要求 1 支持面向对象的数据模型和组件化的GIS软件技术 数据模型是现实世界的某一部分的逻辑描述。GIS数据模型以数字的形式表达现实世界地理对象及其相互关系。数据建模的目的就是在计算机上抽象和表达现实世界。 过去的30多年中有各种不同的数据模型被采用并取得不同程度的成功。象CAD、TIN、GRID等许多数据模型是针对特定应用的。面向数据库的地理相关模型被成功地广泛采用了十几年，特别是在早期的ARC／INFO中。在这个模型中，地理数据的几何和拓扑关系放在文件中，而其属性则存储在数据库管理系统（DBMS）中。这个模型强调几何特性，它把世界描述成一系列点、线、面。比如，杆塔一般描述为点或圆，电力线路表达为线，建筑物则用多边形来表达。这个模型很多年来以其灵活性、可扩展性和高效性满足了很多GIS用户的需求。但这一模型有其缺点，描述丰富的地理对象有一定的局限性，扩展为针对用户或领域的要素模型较为困难。 现在，一些大的软件公司引入了面向对象的GIS数据模型，允许用户建立自己的面向对象的在基本模型基础上扩展的数据模型。面向对象的数据模型与用户通常看待、所研究事物的观点及分类很接近，因此直观且使用简单，软件处理的将是面向用户的概念，例如：杆塔和线路、变压器与开关；而不是面向系统的概念，例如：点、线、面。 2 全关系型GIS技术 GIS软件管理两类数据：空间数据和属性数据。其中，属性数据刻划了对象除空间位置外的性质，这类数据一般是可以结构化的，因此可以用传统的关系型DBMS来管理它们，并实现快速、可靠的检索；而空间数据则刻划对象的空间位置以及对象之间的相互关系，结构化的难度较大，因此一般采用文件系统来管理空间数据。这种数据管理的不一致性，一方面增加了GIS软件开发的复杂性，另一方面也不易保证数据管理的可靠性，给使用带来不便。 近年来，国外GIS与数据库开发商（如ESRI公司和IBM公司）加紧了联合的步伐，共同开发全关系的GIS软件，使GIS软件能充分利用商用数据库中已经成熟的众多特性，如内存缓冲、快速索引、数据完整性<