基于ＳｍａｌＩＷｏｒＩｄ平臺(tái)的配網(wǎng)ＧＩＳ的建設(shè)

摘要：基于SmallWorld在金華電業(yè)局配網(wǎng)GIS項(xiàng)目上的具體實(shí)踐，論述了如何更好地發(fā)揮SmanWorld平臺(tái)在配網(wǎng)管理上的一些應(yīng)用優(yōu)勢。以及所需注意的幾個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)；GIS；SmallWorld；拓?fù)?；?shù)據(jù)庫

0 引言

浙江省電力公司把SmallWorld作為全省GIS的統(tǒng)一平臺(tái)，省公司下屬的各個(gè)供電局必須在SmallWorld的平臺(tái)上進(jìn)行GIS的開發(fā)應(yīng)用。金華電業(yè)局配網(wǎng)GIS項(xiàng)目于2001年9月啟動(dòng)，2002年的lO月通過省公司的驗(yàn)收，2003年初在基層供電所范圍進(jìn)行全面推廣。本文談?wù)勅绾谓ㄔO(shè)好基于SmallWorld平臺(tái)的配網(wǎng)GIS，使系統(tǒng)能夠真正發(fā)揮在管線類行業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢，以及GIS技術(shù)在配網(wǎng)管理上的—些經(jīng)驗(yàn)。

1 GlS技術(shù)簡介

地理信息系統(tǒng)(GIS)主要致力于地理空間信息的描述、存儲(chǔ)、分析和輸出的理論和方法的研究，它以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用空間模型分析方法，適時(shí)提供多種空間的和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)。

2 配網(wǎng)GIS建設(shè)的必要性

2.1 現(xiàn)有的管理模式無法適應(yīng)配網(wǎng)的發(fā)展

在現(xiàn)有的管理模式下，設(shè)備的合帳信息在Excel中，配網(wǎng)的lOKv饋線一次圖在AutoACD中，整個(gè)配網(wǎng)的管理基本上還處于手工階段，數(shù)據(jù)更新困難、資料易損毀丟失、日常查詢不直觀、無法提供改造配電網(wǎng)的決策依據(jù)。配電網(wǎng)現(xiàn)有管理模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足對(duì)配網(wǎng)進(jìn)行直觀、全局、實(shí)時(shí)、綜合管理的要求，而以G／S為平臺(tái)的“配電網(wǎng)GIS\"將是配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的主流方向。

2.2 傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫不能滿足配網(wǎng)管理的要求

在配網(wǎng)中，設(shè)備量多面廣，且與地理位置關(guān)系密切，大量的地下電纜和架空線路，縱橫交錯(cuò)，通過配電房、開閉所和桿上設(shè)備等連接起來，構(gòu)成了十分復(fù)雜的配電網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，管理的只是屬性信息，空間信息(圖形信息)無法管理，很多基于圖形信息的功能，如設(shè)備的地理定位，供電范圍等無法實(shí)現(xiàn)。配電GIS可以有效地解決上述問題。

3 SmallWorId在電力應(yīng)用中優(yōu)勢

GE Smallworld是當(dāng)代新型的GIS軟件，它以電力、電信等管網(wǎng)系統(tǒng)空間信息應(yīng)用需求為背景，以面向?qū)ο?0bjeect-Oriented)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用了開放式的體系結(jié)構(gòu)、分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和組件對(duì)象模型等計(jì)算機(jī)技術(shù)。它獨(dú)特的版本管理、長事務(wù)處理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程持續(xù)駐留的技術(shù)，可允許眾多用戶通過局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)從不同的地域同時(shí)操作服務(wù)器的同一數(shù)據(jù)，因此，它廣泛適用于目前中國電力管理系統(tǒng)中的省局與地區(qū)局、地區(qū)局與縣市局之間以及每個(gè)局內(nèi)電網(wǎng)信息管理上的分工和協(xié)作。

4 在GIS的建設(shè)過程中應(yīng)注意的幾個(gè)問題

4.1 配網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系的構(gòu)造

在配網(wǎng)管理系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系是配網(wǎng)管理進(jìn)行潮流計(jì)算、負(fù)荷預(yù)測、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、線損理論計(jì)算、停電分析等高級(jí)應(yīng)用的基礎(chǔ)。在GIS中，拓?fù)潢P(guān)系用來描述空間目標(biāo)間的空間關(guān)系，而實(shí)際空間地物一般被抽象為點(diǎn)、線、面，因此，G1S研究的3種重要拓?fù)涓拍顬椋孩龠B接性。孤段在結(jié)點(diǎn)處的互相連接關(guān)系。②多邊形區(qū)域定義。多邊形與弧段的拓?fù)潢P(guān)系定義了多邊形的空間特征拓?fù)潢P(guān)系；③鄰接性。通過定義弧段的左右邊及其方向性來判斷左右多邊形的鄰接性。但是電力系統(tǒng)有其特殊性，它不但有電力設(shè)備設(shè)施的地理空間分布關(guān)系，同時(shí)還有描述電網(wǎng)邏輯結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系。因此，如何將以GIS方式描述的拓?fù)潢P(guān)系轉(zhuǎn)換為電力系統(tǒng)能夠處理的拓?fù)潢P(guān)系。就成為配網(wǎng)GIS成功實(shí)施的關(guān)鍵因素。

一般來說，配網(wǎng)中參與電網(wǎng)拓?fù)涞脑O(shè)備主要有：電源點(diǎn)，導(dǎo)線、負(fù)荷、電纜(電纜頭)、開關(guān)(包括隔離閘刀、跌落熔斷器等)、母線、變壓器、聯(lián)接線等。其中導(dǎo)線、電纜、母線、聯(lián)接線等作為線狀設(shè)備，并且導(dǎo)線、電纜還要考慮阻抗信息。母線、聯(lián)接線則為零阻抗設(shè)備；負(fù)荷、電源點(diǎn)等可以用點(diǎn)狀設(shè)備表示；開關(guān)(包括隔離閘刀等)則屬于雙端元件，因?yàn)殚_關(guān)在斷開的情況下，有帶電側(cè)和非帶電側(cè)的區(qū)別，例如，圖1所示兩把隔離閘刀分別控制各自的變壓器的情況就是如此。 低壓GIS中變壓器是一種特殊的雙端元件，因?yàn)橛懈邏簜?cè)和低壓側(cè)之分。其他的設(shè)備如電桿、配電房、開閉所等本身不是帶電設(shè)備，不參與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。其中電桿可以作為點(diǎn)狀設(shè)備處理，開閉所、配電房等可以作為面狀設(shè)備處理。

4.2 數(shù)據(jù)庫的選擇

在系統(tǒng)建設(shè)中，常把設(shè)備的屬性數(shù)據(jù)存放在Oracle數(shù)據(jù)庫中，而空間位置信息(圖形信息)放在SmallWorld數(shù)據(jù)庫中，這樣的好處是，系統(tǒng)建設(shè)容易，數(shù)據(jù)批處理錄入效率以及運(yùn)行處理效率相對(duì)較高，圖形處理不涉及其合帳屬性，相對(duì)來說其處理效率也較高。這種方式的最大弊病是容易造成數(shù)據(jù)不一致。由于數(shù)據(jù)的維護(hù)有兩個(gè)入口，因此對(duì)同一個(gè)設(shè)備的不同操作會(huì)導(dǎo)致利用圖形不能查詢屬性或者不能通過屬性定位圖形的情況。實(shí)際使用中會(huì)碰到的問題是，當(dāng)在地理圖中刪除某一個(gè)設(shè)備時(shí)，刪除的僅僅是設(shè)備的空間位置信息，設(shè)備的屬性信息還在Oracle數(shù)據(jù)庫中，要在庫中再做一次刪除操作，才能真正刪除該設(shè)備。

SmaUWorld針對(duì)空間矢量數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提供了一種數(shù)據(jù)存取、檢索機(jī)制，同時(shí)通過一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供給網(wǎng)絡(luò)用戶使用，以滿足多用戶并發(fā)訪問數(shù)據(jù)庫的需求。并且SmallWorld系統(tǒng)不是將普通數(shù)據(jù)和特殊數(shù)據(jù)(如空間數(shù)據(jù)等)分開存儲(chǔ)，而是將所有數(shù)據(jù)(包括字符數(shù)字屬性、柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù))連續(xù)地存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，所有用戶的應(yīng)用程序可以無縫并發(fā)地訪問所有的數(shù)據(jù)。這有利于基于復(fù)雜數(shù)據(jù)的各種應(yīng)用和管理。

同時(shí)SmallWorld還提供了版本控制和協(xié)同工作機(jī)制，并且支持長事務(wù)處理，可以很好地滿足配網(wǎng)GIS用戶在多用戶并發(fā)編輯、協(xié)同工作和長事務(wù)處理上的要求。

SmallWorld的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖3所示。

由圖3可以看出，設(shè)備的所有數(shù)據(jù)(包括屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù))都存儲(chǔ)SmallWorld數(shù)據(jù)庫中，用戶直接面對(duì)SmallWorld數(shù)據(jù)庫，可以方便地實(shí)現(xiàn)多版本管理、多用戶的并發(fā)編輯。每個(gè)用戶在自己的版本里，可以實(shí)現(xiàn)長事務(wù)處理，直到一項(xiàng)工作(如設(shè)計(jì)一條分支饋線)完成并提交，其他用戶才能看到他所作的改動(dòng)。用戶也可在ORACLE商用數(shù)據(jù)庫中管理另一份較為完整的數(shù)據(jù)(屬性數(shù)據(jù))，該數(shù)據(jù)可以供其它系統(tǒng)利用?？梢远ㄆ谶M(jìn)行同步，保證兩庫中數(shù)據(jù)的一致性。

4.3 不能太依賴電子地圖

目前我國許多中小城市中，還沒有精確程度很高的電子地圖，就是有，也普遍存在更新滯后的問題。而電力部門也不可能單為配網(wǎng)GIS去測繪地形圖。因此在系統(tǒng)建設(shè)時(shí)應(yīng)有一個(gè)原則：不能太依賴電子地圖。否則的話，配網(wǎng)OIS的實(shí)用化將會(huì)受到地圖的嚴(yán)重制約，增加了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確錄入的難度。因此，我們可以借助先進(jìn)的GPS技術(shù)，直接在現(xiàn)場采集電力設(shè)備的坐標(biāo)和合帳數(shù)據(jù)，這樣可以有效地保證我們配網(wǎng)數(shù)據(jù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。但是在GPS的選擇上，有幾點(diǎn)要特別注意：①不要選擇GPS手持機(jī)。雖然該機(jī)價(jià)格便宜(2000~3000元)，但是誤差在15米左右，還是天氣比較好的情況，實(shí)際使用的誤差更高，無法滿足配網(wǎng)管理的要求。②GPS要采用差分定位(投資比較大)，誤差可以控制在lm左右，完全可以滿足配網(wǎng)管理上的需求，這樣，檔距、線路長度的參數(shù)都可以由系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生，為以后的高級(jí)應(yīng)用如潮流計(jì)算等可以打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。③GPs的坐標(biāo)系和所使用的電子地圖坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換要易于實(shí)現(xiàn)，以免造成不必要的麻煩。

4.4 不能太注重設(shè)備的編碼

在金華局的項(xiàng)目實(shí)踐中，設(shè)定了系統(tǒng)設(shè)備的惟一編碼，并且以電桿號(hào)為主，編碼規(guī)則如圖4所示。

跌落熔斷器的編碼為LKl91007，變壓器的編碼為PBl91007，也就是說，桿下的設(shè)備都與桿號(hào)發(fā)生關(guān)系；并且支線下的設(shè)備編碼也跟著主線，如支線的電桿編碼：191008，01等；如果主線路改造，桿號(hào)發(fā)生變化，主線下支線的設(shè)備編碼也要跟著發(fā)生變化，實(shí)際支線可能根本就沒有改造，在GIS資料更新的時(shí)候也要進(jìn)行編碼的更改，這樣的工作量將非常的大，且并不符合實(shí)際工作。為了解決上述問題，設(shè)備的編碼要掌握以下兩個(gè)原則，①設(shè)備的編碼不惟一；②為了區(qū)分設(shè)備，采用雙重命名的方法，如支線的第一號(hào)電桿的編碼為1，依次類推，另一重命名為××支線1號(hào)桿，與實(shí)際電桿的掛牌相一致。

4.5 必須將GIS納入生產(chǎn)流程

在實(shí)際情況中，由于配電網(wǎng)發(fā)展和變化很快，要保證配電GIS資料準(zhǔn)確性、時(shí)效性和實(shí)用性，就必須將GIS納入到日常的生產(chǎn)流程中去。各個(gè)部門如調(diào)度、設(shè)計(jì)、施工單位的工程技術(shù)人員可以依靠便捷的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查詢和流轉(zhuǎn)，真正實(shí)現(xiàn)圖紙資料在機(jī)內(nèi)的閉環(huán)管理。資料管理員不再直接維護(hù)CAD的圖庫，而是通過維護(hù)GIS庫并通過系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，將GIS圖形轉(zhuǎn)換成CAD的DXF格式，使得基于GIS的線路圖通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)過程中流轉(zhuǎn)，實(shí)際應(yīng)用于設(shè)計(jì)、施工、調(diào)度等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，有效地在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。并且要制定相應(yīng)的管理辦法，并納入經(jīng)濟(jì)責(zé)任制考核，從流程和制度上來控制、保證GIS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

配電資料管理流程圖如圖5所示。

4.6 一次單線圖的自動(dòng)生成

所有的GIS的工作先在地理圖中完成，然后自動(dòng)生成一次接線圖。生成的一次接線圖也具備二次修改的功能，這樣的做法帶來的好處是減少維護(hù)的工作量。設(shè)備移動(dòng)后，地理圖上的變化也要反映到一次圖中。自動(dòng)生成一次圖時(shí)，生成增量部分，不會(huì)將二次修改的一次接線圖覆蓋，如圖6所示。

5 結(jié)束語

配網(wǎng)GIS建成投運(yùn)，有利于提高配電管理水平，加速電力企業(yè)的設(shè)備管理向信息化方向發(fā)展。利用GIS技術(shù)管理電網(wǎng)，可逐步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)在線或離線的實(shí)時(shí)跟蹤、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)模擬、掛牌檢修、故障自動(dòng)追蹤、用戶報(bào)警和業(yè)擴(kuò)報(bào)裝等。將G1s技術(shù)和現(xiàn)有的管理模型有機(jī)地結(jié)合，有效地提高了企業(yè)的管理效率和生產(chǎn)效率，節(jié)約了資金，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。