基于山西農(nóng)網(wǎng)的電力GIS系統(tǒng)的研究

程樹仁

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

0 引言

近幾年來，農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展迅速，大規(guī)模的農(nóng)網(wǎng)改造工作已在如火如荼地進(jìn)行中，截止2007年12月8日，山西省電力公司所屬農(nóng)網(wǎng)包括114個(gè)縣支公司、766個(gè)農(nóng)村供電所、560萬農(nóng)電用戶［1］，電力網(wǎng)日益復(fù)雜，用戶對(duì)供電質(zhì)量的要求越來越高，傳統(tǒng)的手工管理方式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的管理需求。采用先進(jìn)的技術(shù)和手段，使工作步入定量化、科學(xué)化、自動(dòng)化、現(xiàn)代化的軌道，已經(jīng)成為農(nóng)村電網(wǎng)管理工作中十分緊迫的任務(wù)，對(duì)提高管理水平、工作效率，以及樹立部門形象起著越來越重要的作用［2］。

1 農(nóng)村電網(wǎng)管理的現(xiàn)狀

隨著農(nóng)村電網(wǎng)改造的深入進(jìn)行，農(nóng)網(wǎng)在設(shè)備更新、技術(shù)改造等方面有了較大的進(jìn)步，但在信息化管理方面農(nóng)網(wǎng)與城網(wǎng)相比還比較落后。對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的管理涉及到點(diǎn)、線、面各個(gè)層次上的龐大的電力設(shè)備、設(shè)施數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)以及圖形信息的管理，在電力行業(yè)的發(fā)展過程中，各個(gè)電力部門都積累了大量的配電網(wǎng)紙質(zhì)數(shù)據(jù)。這些紙質(zhì)資料帶來的數(shù)據(jù)更新困難、資料容易損壞丟失、日常查詢不直觀、無法為配電網(wǎng)改造提供決策參考等弊端也越來越明顯。對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)管理已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足直觀、總攬全局、實(shí)時(shí)、綜合等更高要求［3］。

農(nóng)村電網(wǎng)管理中存在的另一個(gè)問題是系統(tǒng)內(nèi)的電力設(shè)施受到外力破壞或被盜，反饋信息不及時(shí)，供電可靠性及安全運(yùn)行難以保證。傳統(tǒng)管理方式中對(duì)農(nóng)網(wǎng)線路的維護(hù)、查詢、統(tǒng)計(jì)等日?；诰€路的設(shè)備管理中存在工作效率低、資料丟失損壞、數(shù)據(jù)更新困難等問題［2］。

2 農(nóng)村電網(wǎng)引入電力GIS系統(tǒng)的必要性

地理信息系統(tǒng)（GIS）是融計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)于一體的存儲(chǔ)和處理空間信息的技術(shù)，它把地理位置和相關(guān)性有機(jī)結(jié)合起來，根據(jù)實(shí)際需要準(zhǔn)確真實(shí)、圖文并茂地呈現(xiàn)給用戶，借助空間分析功能進(jìn)行各種輔助決策［4］。

GIS具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能和空間分析功能，已被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中與空間信息有密切關(guān)系的各個(gè)方面。電力GIS系統(tǒng)是將“圖數(shù)結(jié)合”技術(shù)和地理信息引入到電力設(shè)施的新管理方法，利用地理信息的特點(diǎn)，全面了解電網(wǎng)在空間的分布狀況，掌握電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，使圖形管理與數(shù)據(jù)管理融為一體。它能夠?qū)χ付ň?、變電所、區(qū)、線路進(jìn)行特定的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，使圖形、數(shù)據(jù)管理具有空間特性;能夠通過對(duì)目標(biāo)的簡(jiǎn)單操作直接查詢電網(wǎng)的設(shè)備屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，快速、準(zhǔn)確地評(píng)估、分析出數(shù)據(jù)內(nèi)部潛在的聯(lián)系，為管理人員規(guī)劃、設(shè)計(jì)、預(yù)算、決策、控制提供了一套完整的信息化解決方案［5，6］。

3 電力GIS系統(tǒng)在農(nóng)村電網(wǎng)管理中具備的特點(diǎn)

電力GIS系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):

（1）支持多種圖形處理與管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多層映射，多維空間映射，提供完整、準(zhǔn)確的地圖信息，高精度圖片，準(zhǔn)確的技術(shù)參數(shù)，標(biāo)尺準(zhǔn)確，高精確度桿塔位置，按用戶需要自動(dòng)生成專用地圖。

（2）數(shù)據(jù)搜索快捷，線路圖表查詢準(zhǔn)確和統(tǒng)計(jì)功能齊全。電力GIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)字化描述，其目的是能對(duì)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)快速查詢，及時(shí)掌握電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，快速診斷電網(wǎng)故障，提高處理事故能力，保證電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量以及提高用戶服務(wù)質(zhì)量。GIS可對(duì)圖形數(shù)據(jù)、可執(zhí)行圖形和屬性數(shù)據(jù)的嵌套操作與映射查詢關(guān)系運(yùn)算;根據(jù)電力系統(tǒng)提供的配電設(shè)備的圖形、屬性信息與地理位置、地形數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、線路走向數(shù)據(jù)、線路設(shè)備歷史檔案和即時(shí)信息，對(duì)線路設(shè)計(jì)方案、施工方案、搶修和停電措施提供決策依據(jù)及輔助決策。

（3）電力GIS系統(tǒng)對(duì)信息庫(kù)進(jìn)行安全保護(hù)，制定管理與使用的安全保密措施和機(jī)制，包括內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的隔離、重要電力設(shè)施電子地圖和設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫(kù)的保護(hù)等。安全措施在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與建設(shè)中充分考慮，并嚴(yán)格實(shí)施，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多層安全保護(hù)，設(shè)置用戶權(quán)限以保證系統(tǒng)資源共享下的安全，使系統(tǒng)能在可靠安全的環(huán)境下運(yùn)行［7］。

4 電力GIS系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)及其功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)對(duì)全省農(nóng)村電力的調(diào)研和需求分析，電力GIS系統(tǒng)的架構(gòu)包括應(yīng)用框架、基礎(chǔ)框架、圖形管理框架、支撐應(yīng)用框架和高級(jí)應(yīng)用框架。

圖1 電力GIS設(shè)計(jì)框架圖

4.1 應(yīng)用框架

應(yīng)用框架通過對(duì)空間信息服務(wù)進(jìn)行封裝，以Web客戶端應(yīng)用框架的方式為各業(yè)務(wù)提供典型GIS應(yīng)用。應(yīng)用框架可以嵌入各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，并可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用與應(yīng)用框架的功能交互;此外，應(yīng)用框架可以作為獨(dú)立的WebGIS應(yīng)用部署和發(fā)布，可以直接訪問。應(yīng)用框架的應(yīng)用功能主要包括:電網(wǎng)資源瀏覽、查詢定位、專題圖查詢、空間分析、電網(wǎng)拓?fù)浞治?、圖形輸出、動(dòng)態(tài)對(duì)象標(biāo)注等功能。

4.2 基礎(chǔ)框架

基礎(chǔ)框架是電力GIS系統(tǒng)與業(yè)務(wù)應(yīng)用集成的紐帶。通過電力GIS系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)SOA架構(gòu)的Web服務(wù)，為各類業(yè)務(wù)應(yīng)用提供電網(wǎng)圖形和分析服務(wù)支撐。電力GIS系統(tǒng)提供的服務(wù)主要包括:電網(wǎng)基礎(chǔ)服務(wù)、圖形瀏覽服務(wù)、查詢定位服務(wù)、矢量圖形服務(wù)、電網(wǎng)專題圖服務(wù)、空間分析服務(wù)、電網(wǎng)拓?fù)浞治龇?wù)、切片地圖服務(wù)。

4.3 圖形管理框架

以C/S方式為各業(yè)務(wù)應(yīng)用提供各類電網(wǎng)資源的空間數(shù)據(jù)維護(hù)相關(guān)功能，主要包括通用圖形編輯、定制圖形編輯、電網(wǎng)資源屬性維護(hù)、專題圖管理、設(shè)備變更管理、空間統(tǒng)計(jì)分析、電網(wǎng)拓?fù)浞治龊蛨D層顯示控制等功能。

4.4 高級(jí)應(yīng)用框架

電力GIS系統(tǒng)的功能需求范圍針對(duì)各專業(yè)與電力GIS系統(tǒng)相關(guān)的高級(jí)業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行描述，高級(jí)應(yīng)用不作為電力GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)內(nèi)容，但需要基于電力GIS系統(tǒng)之上進(jìn)行構(gòu)建。

4.5 支撐應(yīng)用框架

支撐應(yīng)用框架主要包括:模型關(guān)系管理、圖元符號(hào)維護(hù)、圖形顯示樣式管理、平臺(tái)權(quán)限管理、平臺(tái)日志管理、瓦片地圖管理及基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)管理等功能。通過支撐應(yīng)用框架的功能，為電網(wǎng)資源維護(hù)、基礎(chǔ)框架、應(yīng)用框架及高級(jí)應(yīng)用框架提

供平臺(tái)應(yīng)用支撐。

圖2 圖層顯示控制圖

5 電力GIS系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

電力GIS系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接部署在服務(wù)器上的數(shù)據(jù)服務(wù)訪問數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務(wù)根據(jù)電力GIS系統(tǒng)的請(qǐng)求操作數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，并可按照配置信息將部分?jǐn)?shù)據(jù)緩存在本地。而數(shù)據(jù)服務(wù)中則存放數(shù)據(jù)切片，電力GIS系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)服務(wù)獲取數(shù)據(jù)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)后，也可以根據(jù)配置信息將需要的數(shù)據(jù)緩存在本地緩存中。

數(shù)據(jù)緩存后，電力GIS系統(tǒng)與數(shù)據(jù)服務(wù)的連接可以斷開，電力GIS系統(tǒng)訪問本地緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形的瀏覽和編輯。待編輯完成需要提交時(shí)或網(wǎng)絡(luò)重新連通時(shí)本地緩存數(shù)據(jù)與服務(wù)器數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，保持緩存數(shù)據(jù)與服務(wù)器同步。

采用該解決方案后，電力GIS系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)服務(wù)和本地緩存技術(shù)將可以滿足海量影像和矢量數(shù)據(jù)的訪問要求，并具有以下優(yōu)勢(shì):

（1）只有在客戶端將數(shù)據(jù)變更提交到數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)變更需要同步到本地時(shí)，客戶端才需要與服務(wù)器通信，能夠減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，降低系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的要求。

（2）提升系統(tǒng)響應(yīng)速度?？蛻舳藨?yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)的查詢和修改均基于本地緩存進(jìn)行，系統(tǒng)響應(yīng)速度要優(yōu)于通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)方式。使系統(tǒng)可以離線運(yùn)行。

（3）采用本地緩存后，客戶端和服務(wù)器不要求持續(xù)連接，客戶端編輯操作可以基于本地緩存完成?？蛻舳诵枰獙⒕庉嫿Y(jié)果提交到服務(wù)器時(shí)，才需要與服務(wù)器建立連接，將數(shù)據(jù)變更發(fā)送到服務(wù)器，并解決沖突。

6 結(jié)束語

由于山西農(nóng)電管理的信息化程度不高，電力GIS系統(tǒng)的應(yīng)用又是一個(gè)新興的應(yīng)用領(lǐng)域，企業(yè)受人、財(cái)、物方面的限制，電力GIS系統(tǒng)將是一個(gè)長(zhǎng)期不斷完善的過程。只要不斷探索創(chuàng)新、積極推廣應(yīng)用，逐漸完善功能，隨著供電企業(yè)信息化的加快，自動(dòng)化技術(shù)的日臻成熟，相信數(shù)字化的農(nóng)電管理，甚至數(shù)字化的供電企業(yè)，在不遠(yuǎn)的將來都能成為現(xiàn)實(shí)。

［1］國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)山西電力監(jiān)管辦公室.省公司農(nóng)電營(yíng)銷自動(dòng)化系統(tǒng)全部上線運(yùn)行［EB/OL］.http://tyb.serc.gov.cn/item/1338.aspx’2007-12-8/2011-6-25.

［2］蘇小磊，趙瑞鵬，郭麗麗.農(nóng)電管理系統(tǒng)中引入GIS的必要性［J］.農(nóng)村電氣化，2009，7.（266）:36-37.

［3］劉元彤，宮雁群，許童羽，等.GIS在農(nóng)電企業(yè)配電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2008，4（2）:50-52.

［4］寧永林，林春華.內(nèi)蒙古敖漢旗農(nóng)電局配電線路條圖實(shí)現(xiàn)GIS系統(tǒng)管理［N］.經(jīng)理日?qǐng)?bào)，2008-04-01.（C1）.

［5］曹英麗，楊勇.縣級(jí)配電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.農(nóng)村電氣化，2004（2）:25-27.

［6］方彥軍，習(xí)博.縣級(jí)城區(qū)配電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.江西電力，2005，29（2）:22-24.

［7］王翰秋.深圳供電局地理信息系統(tǒng)（GIS）的開發(fā)及在農(nóng)電運(yùn)行管理中的應(yīng)用［D］.北京:華北電力大學(xué)，2008.