河北南網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計GIS系統(tǒng)的構(gòu)建

劉力鋮，張益國，林 榕

（1.河北省電力勘測設(shè)計研究院，石家莊市，050031；2.河北省電力公司，石家莊市，050021）

0 引言

電網(wǎng)工程周期長，涉及區(qū)域廣，從規(guī)劃、設(shè)計、施工到運營、管理、維護等都對空間信息有著強烈的需求。電網(wǎng)前期主要工作是路徑優(yōu)選和桿塔選型設(shè)計[1]，傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計手段需要大量的現(xiàn)場驗證，導(dǎo)致外業(yè)工作量大，工期長，且不易確定最佳方案。為了滿足電網(wǎng)建設(shè)和節(jié)能降耗的要求，利用地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）強大的空間數(shù)據(jù)處理和分析功能來處理電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計的相關(guān)信息[2-3]。根據(jù)電網(wǎng)設(shè)計特點和河北南網(wǎng)（河北南部地區(qū)包括石家莊、保定、衡水、滄州、邯鄲和邢臺市，其電網(wǎng)歸河北省電力公司管理）現(xiàn)狀，構(gòu)建河北南網(wǎng)規(guī)劃GIS系統(tǒng)，服務(wù)于河北南部電網(wǎng)工程設(shè)計與規(guī)劃。

1 電力GIS應(yīng)用現(xiàn)狀

GIS作為一個基礎(chǔ)平臺可應(yīng)用在電力企業(yè)各個部門中，滿足電力企業(yè)統(tǒng)一管理的需要。歐美電力企業(yè)的GIS應(yīng)用起步較早，應(yīng)用范圍非常廣泛，電網(wǎng)的規(guī)劃、運行、銷售、檢修、客服等各類業(yè)務(wù)都有GIS支持，而且與企業(yè)資源計劃（enterprise resourse planning，ERP）等系統(tǒng)的結(jié)合也十分緊密[4]。國內(nèi)電力企業(yè)在GIS建設(shè)方面做了較多的探索，實現(xiàn)了一些具有實用價值的電力輸變電GIS應(yīng)用。通過GIS實現(xiàn)了電網(wǎng)空間信息管理、輸電設(shè)備臺賬信息管理、輸電網(wǎng)絡(luò)專題圖形管理、污區(qū)管理等功能，并且實現(xiàn)了與數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)（supervisory control and data acquisition，SCADA）系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)（management information system，MIS）系統(tǒng)等集成[5]。國家電網(wǎng)公司東北分公司輸電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了全超高壓局?jǐn)?shù)據(jù)集中處理[6]；華北電網(wǎng)公司GIS系統(tǒng)，實現(xiàn)了華北電網(wǎng)公司輸電線路圖形和數(shù)據(jù)信息的全面管理[7]；天津電力公司電網(wǎng)圖形輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)，集地理信息和電網(wǎng)數(shù)據(jù)為一體，實現(xiàn)了全電壓等級電網(wǎng)圖形數(shù)據(jù)的集中存放和統(tǒng)一管理。電力GIS應(yīng)用主要集中在運行管理，針對電網(wǎng)設(shè)計的大區(qū)域GIS系統(tǒng)還很少。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

河北南網(wǎng)規(guī)劃GIS系統(tǒng)，以地形圖、遙感影像為基礎(chǔ)，對輸電線路、變電站、骨干電廠信息和項目規(guī)劃、設(shè)計、勘測資料進(jìn)行有機融合與管理，指導(dǎo)河北省南部輸電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計，達(dá)到優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提高設(shè)計工作效率的目的。

河北南網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計GIS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)應(yīng)用平臺采用C/S結(jié)構(gòu)，基于ArcGIS Engine和.NET平臺進(jìn)行開發(fā)；數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和訪問，管理員應(yīng)用ArcInfo進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護。該系統(tǒng)將輸電網(wǎng)設(shè)備空間分布、設(shè)備臺賬屬性與設(shè)計信息等有機結(jié)合在一起，實現(xiàn)空間查詢和分析的各項功能。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 概述

河北南網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計GIS系統(tǒng)提供區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)整體信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的圖形化管理及空間數(shù)據(jù)查詢和分析功能，為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計提供各種輔助性工具，提高設(shè)計方案的優(yōu)化程度，減少外業(yè)工作量和勞動強度，提升電網(wǎng)的建設(shè)和管理水平。GIS系統(tǒng)的主要功能如圖2所示。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)以河北南部1∶50000矢量地形圖和2.5 m分辨率影像圖作為基礎(chǔ)，覆蓋線路、變電、電源、通信、勘測專業(yè)數(shù)據(jù)，共同構(gòu)建河北南網(wǎng)GIS系統(tǒng)。

3.3 信息多方式檢索

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和電網(wǎng)數(shù)據(jù)按圖層進(jìn)行分類組合和顯示，電網(wǎng)數(shù)據(jù)按照電壓等級進(jìn)行分類組合和顯示，系統(tǒng)對整網(wǎng)的信息實現(xiàn)多方式檢索，包括點擊查詢、框選查詢、選擇名稱定位查詢、選擇分類查詢、SQL條件查詢等，可查詢線路的各類技術(shù)參數(shù)，實現(xiàn)按地區(qū)、電壓等級、供電區(qū)域、分時段、分專業(yè)等要素的檢索。

3.4 電網(wǎng)設(shè)備管理

系統(tǒng)將各電壓等級的線路路徑、線路桿塔信息、電網(wǎng)設(shè)備的分布、臺賬屬性及運行等信息，按實際地理位置，表現(xiàn)在空間地理背景上，建立起全信息數(shù)字化電網(wǎng)模型，增強對電網(wǎng)整體的掌握程度，提高對電網(wǎng)存在問題的分析能力；在足不出戶的情況下就能全面了解電網(wǎng)信息，其中包括電網(wǎng)的概況信息、設(shè)備分布地形地貌、污穢區(qū)的分布、系統(tǒng)圖、線路斷面圖等，根據(jù)這些信息形成電網(wǎng)專題圖、線路剖面圖，指導(dǎo)電網(wǎng)工程設(shè)計、規(guī)劃與管理。

3.5 電網(wǎng)輔助設(shè)計

系統(tǒng)滿足線路設(shè)計前期的路徑選擇需求。線路初步設(shè)計階段大致分為：現(xiàn)場勘測、路徑選擇、排桿定位與基礎(chǔ)設(shè)計、其他電氣設(shè)計、材料統(tǒng)計、概算。業(yè)務(wù)流程環(huán)環(huán)相扣，設(shè)計人員根據(jù)地形圖和影像圖，配合電網(wǎng)信息，進(jìn)行線路路徑的初選和校對，優(yōu)化線路走廊，并輸出最優(yōu)路徑圖。系統(tǒng)提供新建線路、切改線路、添加桿塔、修改桿塔、坐標(biāo)導(dǎo)入、圖紙輸出等功能。同時系統(tǒng)能夠提取交叉跨越物，并輸出道亨格式的平斷面圖。系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)在精確度和可信度上都能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足可研、初設(shè)要求的深度和精度。

3.6 電網(wǎng)輔助規(guī)劃

電網(wǎng)規(guī)劃對現(xiàn)有電網(wǎng)信息非常依賴。系統(tǒng)提供了電廠、變電站、各種電壓等級線路的準(zhǔn)確地理坐標(biāo)信息，結(jié)合污區(qū)圖、重要障礙區(qū)、交叉跨越物等要素，加上系統(tǒng)空間分析功能，優(yōu)化規(guī)劃方案，使供電接線更加合理，使電網(wǎng)規(guī)劃更加真實，滿足經(jīng)濟調(diào)度要求。通過在現(xiàn)狀圖的基礎(chǔ)上增加已經(jīng)完成的電網(wǎng)規(guī)劃項目，及時了解規(guī)劃的實施結(jié)果及其影響。

3.7 權(quán)限管理

權(quán)限管理主要針對各不同專業(yè)和部門的用戶，在瀏覽和修改數(shù)據(jù)時進(jìn)行分權(quán)限管理。系統(tǒng)會對登錄用戶進(jìn)行權(quán)限審核，并根據(jù)權(quán)限審核的結(jié)果，在界面上顯示符合其權(quán)限的工具條和菜單，讓用戶在其權(quán)限范圍之內(nèi)對系統(tǒng)進(jìn)行訪問和操作。

3.8 與其他系統(tǒng)和軟件的接口

（1）與“信息協(xié)作平臺”的接口。“信息協(xié)作平臺”是河北省電力勘測設(shè)計研究院信息交換、辦公自動化和工程圖形庫存放的平臺。規(guī)范2個系統(tǒng)的文件格式和管理方式，系統(tǒng)之間可通過規(guī)范的工程編號進(jìn)行鏈接、訪問和下載。

（2）與AutoCAD軟件接口，電力設(shè)計制圖以CAD圖紙為主，系統(tǒng)保證設(shè)計圖紙的輸入輸出。

（3）與專業(yè)軟件的接口，如道亨軟件。

（4）與手持全球定位系統(tǒng)（global positioning system，GPS）信息采集的接口。將野外手持GPS采集的路徑數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，供設(shè)計人員參考。

3.9 數(shù)據(jù)錄入與維護

系統(tǒng)對各個專業(yè)都提供專業(yè)對象編輯工具，實現(xiàn)便捷地編輯對象、提交和上報各種工程成品數(shù)據(jù)、整理已入庫的數(shù)據(jù)、輸出指定范圍的圖紙等功能。系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)管理元數(shù)據(jù)（Meta Data，描述數(shù)據(jù)及其環(huán)境的數(shù)據(jù)）、基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù)鏈接等信息。

4 項目建設(shè)重點

4.1 需求的準(zhǔn)確把握

對電力企業(yè)的應(yīng)用需求最了解的是電力企業(yè)從事設(shè)計生產(chǎn)、經(jīng)營管理的領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員，但是這些人員缺乏GIS相關(guān)的知識，加之生產(chǎn)任務(wù)繁重，因此，總體規(guī)劃或設(shè)計方案采用外包形式實行；而外包單位的開發(fā)人員缺乏電力企業(yè)知識，使得總體規(guī)劃或設(shè)計方案深度不到位，或者應(yīng)用覆蓋不全，為系統(tǒng)的實施帶來了許多困難。要解決好這一問題必須重視項目機構(gòu)建設(shè)及人力資源、資金等配置[8]。

河北南網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計GIS系統(tǒng)的建設(shè)注重專業(yè)人員和開發(fā)人員的溝通，成立數(shù)字電網(wǎng)研發(fā)組，由線路、變電、勘測等系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)專業(yè)抽調(diào)人員組成，負(fù)責(zé)項目的過程管理和協(xié)調(diào)工作，包括制定總體方案、確定專業(yè)需求、配合開發(fā)人員落實方案、檢驗成果實現(xiàn)、進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)及系統(tǒng)維護等，解決了專業(yè)人員不懂軟件開發(fā)，軟件開發(fā)人員不懂專業(yè)問題。

4.2 數(shù)據(jù)的可持續(xù)更新

GIS系統(tǒng)的正常、良好運行，并能夠在應(yīng)用中發(fā)揮作用，數(shù)據(jù)的及時更新是關(guān)鍵。在地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成中，硬件、軟件和數(shù)據(jù)的建設(shè)投資比通常為1∶2∶7，其中數(shù)據(jù)處于核心地位[9-10]。GIS系統(tǒng)運行所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（如地形圖數(shù)據(jù)、設(shè)備臺賬、電網(wǎng)地理接線數(shù)據(jù)、設(shè)備位置數(shù)據(jù)等）有效地建立起來并持續(xù)更新，才能保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。確定更新的數(shù)據(jù)來源和可靠的數(shù)據(jù)入庫手段，是系統(tǒng)成敗的最關(guān)鍵因素。

河北南網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的來源確定為電網(wǎng)設(shè)計的竣工圖。GIS數(shù)據(jù)更新由專業(yè)人員進(jìn)行，給用戶提供更新接口，統(tǒng)一審批入庫，保證數(shù)據(jù)的一致性。

5 系統(tǒng)特點

（1）河北南網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計GIS系統(tǒng)是為輸電網(wǎng)設(shè)計、規(guī)劃研發(fā)的應(yīng)用軟件平臺。系統(tǒng)構(gòu)建緊密結(jié)合電網(wǎng)工程設(shè)計，集成電網(wǎng)設(shè)計功能和完善的電網(wǎng)信息，滿足工程前期階段的規(guī)劃、設(shè)計需求。

（2）基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)為1∶50000全要素數(shù)據(jù)，信息量大（包括街區(qū)、道路、村鎮(zhèn)、河流、植被等40多個圖層），時效性強。以近2年的衛(wèi)星影像為基礎(chǔ)，對基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行了更新，實現(xiàn)了矢量圖、影像圖、數(shù)字高程模型（digital elevation mode，DEM）數(shù)據(jù)、污區(qū)圖、電網(wǎng)數(shù)據(jù)的無縫疊合，解決了不同數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)疊加問題。

（3）電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)管理。電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、全面、信息量大，系統(tǒng)管理河北南網(wǎng)35 kV以上線路、變電、電廠等全方位數(shù)據(jù)，包括：線路的長度、導(dǎo)線型式、投運時間、地形比例、絕緣配置等；桿塔的準(zhǔn)確坐標(biāo)、塔型、基礎(chǔ)、呼高等；變電站、電源的平面布置圖、建設(shè)概況、設(shè)備臺賬等；通信、勘測專業(yè)的設(shè)計資料詳細(xì)信息。系統(tǒng)信息根據(jù)工程進(jìn)行管理，每個工程均可以文字、圖表、附件等形式錄入。所有電網(wǎng)信息在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確定位，高精度的電網(wǎng)數(shù)據(jù)通過GPS采集坐標(biāo)入庫，統(tǒng)一采用北京1954坐標(biāo)，不同坐標(biāo)系預(yù)留7個參數(shù)轉(zhuǎn)換接口。

（4）數(shù)據(jù)維護的版本管理。數(shù)據(jù)的更新是由使用系統(tǒng)的各個專業(yè)進(jìn)行的，數(shù)據(jù)更新人員和審批人員分散，數(shù)據(jù)更新容易產(chǎn)生沖突。為了使更新的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確完整，采用ArcGIS的版本管理（visions）模式?！鞍姹尽笔怯涗浶薷臄?shù)據(jù)的增量，將更新數(shù)據(jù)和已有數(shù)據(jù)分離為不同版本，更新數(shù)據(jù)作為新的任務(wù)版本經(jīng)過審批后才能入庫。這種方式解決了空間數(shù)據(jù)分散更新的難題，既保證了專業(yè)人員可以分散地進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，又保證數(shù)據(jù)入庫的可靠性。

6 結(jié)語

河北南網(wǎng)GIS系統(tǒng)的建設(shè)，即構(gòu)建基于地理空間的電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息共享平臺，是整合線路、變電、系統(tǒng)、發(fā)電、勘測、通信等多個專業(yè)資源的“協(xié)同工作平臺”，實現(xiàn)了更大范圍的數(shù)據(jù)共享、綜合以及多維、動態(tài)的應(yīng)用分析；充分利用各專業(yè)的數(shù)據(jù)資源，形成了全新的高效工作模式，在室內(nèi)就可以完成新線路的初選，配合外業(yè)對所選線路進(jìn)行有針對性的驗證，大幅減少可研和初設(shè)外業(yè)工作量。實現(xiàn)了電網(wǎng)資源管理的信息化和規(guī)范化，為增強電網(wǎng)設(shè)計水平、服務(wù)電網(wǎng)建設(shè)、加強電網(wǎng)監(jiān)督管理等方面提供了重要的技術(shù)手段。

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