基于GoogleEarth的輸電線路GIS系統(tǒng)研究

龔堅(jiān)剛

（浙江省電力公司，杭州 310007）

在電力企業(yè)中，傳統(tǒng)的GIS存在很多局限性，如地理數(shù)據(jù)需要購(gòu)買且更新慢，因地圖保密性限制而只能用于專網(wǎng)，界面欠友好，執(zhí)行速度偏慢，操作比較復(fù)雜，不能廣泛實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)使用等。而GoogleEarth是已熟知并以3D方式查看衛(wèi)星圖像的軟件，應(yīng)用于點(diǎn)多面廣的電網(wǎng)，可減少圖紙購(gòu)買與拼接的麻煩，能滿足線路絕大部分的GIS應(yīng)用需求。

1 GoogleEarth的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的GIS平臺(tái)相比，GoogleEarth有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）提供免費(fèi)的衛(wèi)星或航拍地圖，與傳統(tǒng)GIS所使用的地理數(shù)據(jù)相比，更貼近現(xiàn)實(shí)，更加直觀，并能很好地體現(xiàn)高程數(shù)據(jù)，能比較準(zhǔn)確地反映實(shí)際地形情況。

（2）在顯示遙感圖片的同時(shí)可以顯示矢量數(shù)據(jù)，包括點(diǎn)、線、面等幾何圖形。

（3）具有柵格圖像疊加功能，允許用戶將柵格圖像疊加到GoogleEarth上，并且可以調(diào)整圖片的透明度。此功能可以方便用戶深入觀察與分析污穢圖、用電分布圖、雷擊密度分布圖、缺陷分布圖、故障點(diǎn)分布圖等。

（4）提供三維地圖模型工具，可以自定義三維模型，并在地圖上疊加顯示，比傳統(tǒng)GIS更容易進(jìn)行三維應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，比如：線路巡視模擬、線路弧垂分析、同桿架設(shè)仿真等。

（5）具有良好的性能。GoogleEarth自有的影像圖形數(shù)據(jù)可以通過(guò)文件分發(fā)部署到客戶機(jī)上，既解決了離線使用的問(wèn)題，又能保證圖形即時(shí)裝載。疊加的柵格圖形數(shù)據(jù)預(yù)先按照不同比例尺分層分塊生成圖片，當(dāng)用戶請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，服務(wù)器會(huì)根據(jù)用戶請(qǐng)求的范圍及比例尺，在預(yù)先生成的圖片中選擇合適的圖片拼接成需要的圖形返回給用戶，該模式可以極大降低服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)帶寬的負(fù)擔(dān)，大大提高圖形裝載效率。瀏覽器端采用Silverlight作為Web程序載體，與傳統(tǒng)Web程序（HTML、ASP.net、JSP、AJAX 等）相比提高了程序運(yùn)行效率，體現(xiàn)了更豐富的界面效果。

圖1 GoogleEarth與其他系統(tǒng)的聯(lián)系

（6）空間數(shù)據(jù)庫(kù)及其他GIS系統(tǒng)能與Google-Earth完美結(jié)合。使用現(xiàn)有GIS系統(tǒng)的圖形以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，可以通過(guò)各種接口獲取系統(tǒng)中的圖形數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)形成KML文檔，并在GoogleEarth中按照用戶要求（顯示方式、顯示樣式等）最終呈現(xiàn)，給予用戶良好的使用體驗(yàn)。如果沒(méi)有其他GIS系統(tǒng)的圖形以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可用，系統(tǒng)通過(guò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle存放數(shù)據(jù)，并提供維護(hù)工具用于管理，系統(tǒng)直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)形成KML文檔，并在GoogleEarth中按照用戶要求（顯示方式、顯示樣式等）最終呈現(xiàn)。圖1為GoogleEarth與其他系統(tǒng)建立聯(lián)系的示意圖。

圖2 基于GoogleEarth的輸電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)空間模型

2 GoogleEarth在電網(wǎng)中的應(yīng)用

基于GoogleEarth的輸電線路GIS系統(tǒng)主要需研究以下幾方面的內(nèi)容。

2.1 基于輸電業(yè)務(wù)的輸電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)空間模型研究

定義規(guī)范的輸電設(shè)施圖形、資料和連接格式，建立全省統(tǒng)一、面向?qū)ο蟮妮旊娋€路設(shè)備模型，供標(biāo)準(zhǔn)化接口調(diào)用，模型關(guān)系如圖2所示。

輸電設(shè)施主要包括：電站、桿塔、避雷線、導(dǎo)線、電纜、耐張段、線路、桿上設(shè)施、線上設(shè)施等，桿上設(shè)施包括基礎(chǔ)、接地裝置、拉線等，線上設(shè)施包括壓接管等，防震捶、重錘、連接管、瓷瓶、金具等既屬于桿上設(shè)施又屬于線上設(shè)施的，歸類于桿上設(shè)施，并給予相應(yīng)的所屬線路屬性。設(shè)備的資料模型遵循SAP數(shù)據(jù)規(guī)范。

線路設(shè)備的顯示模型采用Oracle空間數(shù)據(jù)庫(kù)定義，以實(shí)現(xiàn)OpenGIS聯(lián)盟基本特性，支持標(biāo)準(zhǔn)OGC地理標(biāo)記語(yǔ)言（GML）以及開(kāi)放式位置服務(wù)接口。同一種設(shè)施在不同的專題圖（地理圖、線路條形圖等）中可以有不同的顯示狀態(tài)，具體標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遵循浙江省電力公司研究編制的《輸電網(wǎng)電子地圖技術(shù)規(guī)范》。

連接模型解決的是設(shè)施之間的圖形拓?fù)潢P(guān)系，當(dāng)設(shè)施之間圖形連接關(guān)系不存在或不明顯時(shí)，其相互關(guān)系用編碼系統(tǒng)來(lái)解決，編碼系統(tǒng)同時(shí)應(yīng)用于資料模型中。連接模型由Oracle空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理，便于數(shù)據(jù)的同步更新和管理。

2.2 輸電設(shè)施圖形編輯工具開(kāi)發(fā)

采用交互靈活的可視化手段，開(kāi)發(fā)輸電線路模型維護(hù)工具，能夠方便實(shí)現(xiàn)線路的并線、拆除等復(fù)雜操作，實(shí)現(xiàn)根據(jù)線路桿塔明細(xì)表進(jìn)行線路自動(dòng)生成的功能，自動(dòng)判斷并提示同桿架設(shè)情況。除實(shí)現(xiàn)基本的增、刪、改功能外，還必須實(shí)現(xiàn)交互線路的拆桿、并線、開(kāi)口等復(fù)雜操作。

2.3 GoogleEarth圖形展現(xiàn)

（1）選擇合適的開(kāi)發(fā)組件。對(duì)于二次開(kāi)發(fā)，既可以選擇生成KML文件并裝載的方式，也可以使用接口創(chuàng)建KML對(duì)象。通常兩者同時(shí)使用的情況較多，大批量數(shù)據(jù)時(shí)可采用生成KML文件裝載，通過(guò)KML文件或API接口則可以實(shí)現(xiàn)少量數(shù)據(jù)的延時(shí)加載以及動(dòng)態(tài)加載。GoogleEarth Plugin提供了全套創(chuàng)建KML對(duì)象的接口，方便二次開(kāi)發(fā)。

（2）輸電網(wǎng)具象與抽象展示研究，見(jiàn)圖3。圖形縮放、三維與平面轉(zhuǎn)化、輸電線路密度、鐵塔密度等都涉及具象與抽象展示問(wèn)題。抽象要做到與輸電線路經(jīng)典表達(dá)相似；具象做到與線路真實(shí)相似。雷電、閃絡(luò)、污區(qū)、負(fù)荷分布的表達(dá)應(yīng)形象、生動(dòng)。

圖3 輸電網(wǎng)具象與抽象展示

（3）離線訪問(wèn)。由于電網(wǎng)信息保密的需要，要求GoogleEarth能在內(nèi)網(wǎng)運(yùn)行。為解決該問(wèn)題，可通過(guò)地圖緩存拷貝、修改注冊(cè)表等方法實(shí)現(xiàn)離線訪問(wèn)。

（4）三維建筑以及三維物體的開(kāi)發(fā)。使用第三方工具事先制作好三維電力設(shè)施模型，通過(guò)KML方式或者API接口創(chuàng)建三維對(duì)象并展示。

（5）在圖元設(shè)計(jì)上附加更多信息。平面展示符合《輸電網(wǎng)電子地圖技術(shù)規(guī)范》；立體展示抽象時(shí)簡(jiǎn)潔明了，具象時(shí)豐富多彩。

3 GoogleEarth輸電應(yīng)用研究案例

3.1 整體架構(gòu)研究

系統(tǒng)采用兩層架構(gòu)，如圖4所示。地區(qū)局的維護(hù)數(shù)據(jù)送入省公司Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)；GoogleEarth KML服務(wù)器監(jiān)測(cè)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中輸電設(shè)施的更新情況，同步生成最新的KML格式數(shù)據(jù)，供WEB服務(wù)器調(diào)用。WEB服務(wù)器將KML格式數(shù)據(jù)以加密的方式（KMZ）供Web瀏覽用戶使用，增強(qiáng)數(shù)據(jù)保密性。這種兩層架構(gòu)鏈接關(guān)系可構(gòu)建全國(guó)電網(wǎng)的GIS。

圖4 電網(wǎng)GoogleEarth展示的兩層架構(gòu)圖

整個(gè)系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，客戶端采用IE+Silverlight+GoogleEarth plugin，服務(wù)器端使用WebServices訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle92（可以升級(jí)到更高版本）。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 電網(wǎng)GoogleEarth展示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.2 GoogleEarth的主要功能

（1）輸電設(shè)施圖形編輯工具功能。包括線路開(kāi)口、插桿、刪桿、拆分耐張段、合并耐張段、桿號(hào)重排。

（2）豐富的圖形展現(xiàn)功能。不僅能夠展示電網(wǎng)設(shè)施所在地的三維地形地貌，而且可以展示電力設(shè)施的三維模型、輸電線路的設(shè)計(jì)弧垂，甚至是實(shí)際弧垂 （需接入SCADA信息）。所有展示內(nèi)容都可以方便地從任意角度“全景”查看。系統(tǒng)可以看到該地區(qū)局的線路總體概貌，點(diǎn)擊圖層菜單上的線路名稱，自動(dòng)飛行定位到該線路，當(dāng)用戶改變視角范圍和縮放比例時(shí)，系統(tǒng)會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)整桿塔的顯示模式。

（3）線路臺(tái)帳信息展現(xiàn)功能。能夠根據(jù)用戶在客戶端工具中的視野展示最相關(guān)的線路和桿塔信息，并且可以展示線路和桿塔的臺(tái)帳信息及其狀態(tài)信息，如當(dāng)前缺陷、SCADA信息等。

（4）數(shù)據(jù)可視化展示功能。可以直接展示和地理位置相關(guān)的數(shù)據(jù)，如污區(qū)分布圖、用電量分布圖等。

（5）線路飛行功能?？梢匝鼐€飛行，查看沿線地理狀況和設(shè)備分布。

（6）雷電回放及分析功能。接入雷電系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，動(dòng)畫播放落雷情況；模擬實(shí)際落雷，若鏈接架空輸電線路防雷評(píng)估系統(tǒng)，則可對(duì)已建或設(shè)計(jì)線路進(jìn)行自動(dòng)防雷評(píng)估，采取科學(xué)對(duì)策。

（7）實(shí)時(shí)巡視功能。接入線路巡檢系統(tǒng)，實(shí)時(shí)查看巡檢人員位置以便調(diào)度，并可查詢和回播歷史軌跡。

（8）其他功能，如鏈接變電所、發(fā)電廠查詢等相關(guān)信息。

4 結(jié)論

通過(guò)基于GoogleEarth的輸電線路GIS系統(tǒng)研究，可得到以下結(jié)論：

（1）GoogleEarth與平面GIS可實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)展示，并為今后拓展GIS深化應(yīng)用提供了新的途徑。

（2）GoogleEarth通過(guò)地圖的本地緩存技術(shù)，可滿足內(nèi)網(wǎng)隔離環(huán)境下的應(yīng)用。

（3）采用GoogleEarth Plugin開(kāi)發(fā)組件，能夠滿足輸電線路技術(shù)相關(guān)功能開(kāi)發(fā)的需要。

（4）應(yīng)用浙江省電力公司研究并編制的《輸電網(wǎng)電子地圖規(guī)范》及立體圖元，可實(shí)現(xiàn)輸電網(wǎng)具象、抽象、形象的系統(tǒng)展示。

（5）通過(guò)地理數(shù)據(jù)規(guī)劃，可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星影像圖、航拍圖、柵格圖的粘貼，滿足不同電壓等級(jí)線路不同層次對(duì)地圖管理的要求。

（6）球 GIS（BallGIS，如 GoogleEarth）技術(shù)能基本滿足輸電管理需求，成本低，效率高。

通過(guò)基于GoogleEarth的輸電線路GIS系統(tǒng)研究實(shí)踐，解決了技術(shù)問(wèn)題，印證了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的可操作性，證明其具有很好的應(yīng)用前景。

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