電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)建模方式研究

【摘 要】本文提出了一種對電網(wǎng)勘測數(shù)據(jù)進行處理及電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)建模的方式，并對數(shù)據(jù)模型進行了可視化表現(xiàn)，實驗證明通過這一方式可以有效的提高海量電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的處理效率，通過對電網(wǎng)空間建模的研究可以為電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成及智能化分析、規(guī)劃、決策提供相應的數(shù)據(jù)支持。

【關鍵詞】電網(wǎng)建模；空間數(shù)據(jù)；GIS；數(shù)據(jù)處理；可視化

一、引言

作為重要的基礎設施，電網(wǎng)建設管理及服務一直是關系到人們生活水平的重要設施，電網(wǎng)系統(tǒng)具有沿線網(wǎng)絡節(jié)點復雜，設備種類繁多，負荷大，網(wǎng)絡運行方式多樣的要求，繁雜的電網(wǎng)設施的管理工作為電網(wǎng)運營企業(yè)提出了更高的挑戰(zhàn)性。地理信息系統(tǒng)（GIS）集計算機網(wǎng)絡、計算機圖形、測繪技術及人工智能技術為一體，可以根據(jù)不同的需求集成包括測繪及地理空間數(shù)據(jù)在內(nèi)的智能化信息系統(tǒng)，為電網(wǎng)測繪信息及其他電網(wǎng)相關設備屬性信息管理提供了強大的數(shù)據(jù)支持，并能定時定期對其中的數(shù)據(jù)進行分析為智能化決策提供依據(jù)。從而減少電網(wǎng)工作人員的相關工作量，提高電網(wǎng)員工的服務水平及工作效率【1】【2】。

在電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)建設過程中，大量的空間信息，例如電桿的位置，桿間距離等地理空間信息數(shù)據(jù)以及整個地區(qū)電網(wǎng)中存在的拓撲結構都是電網(wǎng)基礎信息的重要組成部分；同時，大量電力設置的技術參數(shù)分布在不同的電線桿、變壓器、變電站中，這些數(shù)據(jù)則屬于傳統(tǒng)格式的信息數(shù)據(jù)，如何對多源、多尺度、海量的電網(wǎng)相關空間數(shù)據(jù)進行處理及建模是電網(wǎng)地理信息系建設及智能化決策設計的數(shù)據(jù)基礎。本文提出了一種對電網(wǎng)勘測數(shù)據(jù)進行處理及電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)建模的方式，并對數(shù)據(jù)模型進行了可視化表現(xiàn)，實驗證明通過這一方式可以有效的提高海量電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的處理效率，通過對電網(wǎng)空間建模研究可以為電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成及智能化分析、規(guī)劃、決策提供相應的數(shù)據(jù)支持。

二、電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)構成及處理

2.1 電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的構成

電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)包含了大量的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的主要獲取方式為用GPS勘測電網(wǎng)線路上的基本坐標及電網(wǎng)運營部門提供的相關電力設施參數(shù)記錄表，其中空間數(shù)據(jù)主要是指電桿坐標（包括經(jīng)緯度及高程坐標）、電桿間檔距、輸電線路、電站等空間位置；屬性數(shù)據(jù)就包括了電網(wǎng)上面電力設備信息及線路相關的屬性信息等。這些數(shù)據(jù)具有多尺度、多格式、多來源、數(shù)據(jù)構成復雜等特點；另外電網(wǎng)分布廣泛，數(shù)據(jù)量巨大，使得電網(wǎng)地理數(shù)據(jù)、電力設備數(shù)據(jù)的處理及建模過程工作量巨大且復雜。電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)建模之前首先要對海量數(shù)據(jù)進行處理。

2.2 電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的處理

電網(wǎng)數(shù)據(jù)在勘測的過程中，主要是對電網(wǎng)線路上相關電桿測點進行坐標及屬性信息的采集，利用繪圖軟件對電桿進行連接，這一過程需要大量人工繪圖連線?？紤]到在勘測過程中，通常情況是沿著特點線路對電桿坐標進行勘測，大部分測點之間存在相鄰關系，可以利用程序連接兩個點并在計算誤差后自動生成檔距。

數(shù)據(jù)處理流程是先把測點進行處理，通過程序的方式檢查經(jīng)緯度數(shù)據(jù)及高程數(shù)據(jù)是否有重復性，如果檢測到重復點則做刪除處理。再利用程序把相鄰兩個點為端點及不同長度距離之間線垂誤差進行計算后生成擋距，把電桿屬性如桿號、所屬線路等屬性信息集成進去。同時，判斷自動生成的擋距是否有明顯與事實不相符合的。例如在實際工作中，兩個測點之間的距離很少有超過1000m的情況出現(xiàn)，如果出現(xiàn)這種情況則刪除相應擋距。最后把線路屬性，如導線型號、導線類型等集成到擋距信息中。最后，在實際情況中可能會出現(xiàn)一個接點作為多個檔距端點的情況，這需要手工進行修改、整理。通過對基礎數(shù)據(jù)進行整理后就可以對電網(wǎng)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)中所包含的關系進行建模。

利用程序方式制圖，首先是把測點數(shù)據(jù)導入到相應的GIS系統(tǒng)中，使用ArcGIS軟件平臺下的組件開發(fā)方式ArcObject在ArcGIS平臺下面定制相應的程序。并構建一新的線要素FeaturelClass圖層用來表示檔距，利用ArcObject提供的API，在Feature數(shù)據(jù)類型中順序讀取測點，根據(jù)當前測點以上一個測點為起點，當前測點為終點，生成新的Feature，新的Feature類型為線類型，計算線型長度length后根據(jù)條件刪除length為0和大于1000的數(shù)據(jù)，加上修正值后加入到length屬性數(shù)據(jù)段。把屬性數(shù)據(jù)、導線類型等整理為Excel等表格類，通過ArcOjbect的相應系統(tǒng)庫讀入Excel文檔，程序自動集成到生成的檔距中[3]。如此，通過對基礎空間數(shù)據(jù)的整理就生成了為建立電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型提供了基礎。

三、電網(wǎng)空數(shù)據(jù)模型

3.1 電網(wǎng)數(shù)據(jù)中的關系

電網(wǎng)地理數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)格式多樣、尺度不一致、來源廣泛等特點，如何讓所有類型的數(shù)據(jù)成為構建電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的基礎呢？在上述空間數(shù)據(jù)中，電桿測點是電網(wǎng)構成上最重要的數(shù)據(jù)類型，電桿測點在空間數(shù)據(jù)中屬于點要素的數(shù)據(jù)類型。電桿之間的距離即檔距是一個線要素數(shù)據(jù)類型，主要表示兩個電桿之間電線及其屬性，由不斷連續(xù)的檔距構成電網(wǎng)線路。其中電網(wǎng)線路中又有主干及分支線路，主干線路從電站中輸出后到達不同的地理位置，在不同的位置要進行分支路輸電，在這個過程中需要有不同的導線類型及變壓器參與，在電桿的特定位置進行搭火后分支。變壓器和真空開關成為了保證電網(wǎng)運行的重要電網(wǎng)設施，其中又包含了不同的型號、功率等屬性信息。

上面的空間數(shù)據(jù)構成了一個樹型網(wǎng)絡結構，其中電桿測點及檔距是網(wǎng)絡中的基本要素，搭火點是網(wǎng)絡中的節(jié)點，主干線路及分支線路構成了網(wǎng)絡中的邊，對其中包含的網(wǎng)絡關系建立空間數(shù)據(jù)模型可反映出電網(wǎng)勘測數(shù)據(jù)在地理分布及網(wǎng)絡拓撲方面的特征[4]。

3.2 電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型

通過對電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的整理，對電網(wǎng)數(shù)據(jù)極其特征提取和對包含在其中的網(wǎng)絡關系的分析，利用統(tǒng)一建模工具UML可以對其進行建模。由于空間建模和其他建模方式相比具有空間和屬性兩個方面的特征，自用美國地理信息系統(tǒng)ArcGIS平臺提供的Viso建模模版untranse下就可以對電網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)模型進行描述【4】。

電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型包括三類基本數(shù)據(jù)類型既點、線、面三要素，這三類要素繼承了抽象數(shù)據(jù)類型Feature表示抽象的空間要素類型，分別表示地理數(shù)據(jù)中的電桿測點、電桿檔距和變電站。由基本數(shù)據(jù)類型構建成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)類型NetWorkFeature，并把其中的點要素（電桿測點）網(wǎng)絡中的節(jié)點，線要素（電桿檔距）作為連接要素JunctionFeature構成整個網(wǎng)絡。在網(wǎng)絡中有連接connectivity問題，分別把連續(xù)的測點看作起點和終點，生成的檔距作為網(wǎng)絡要素中的邊，構成一個空間網(wǎng)絡模型。由連續(xù)電桿檔距構成的分支線路是多對一的關系，多個分支線路通過搭火點連接入主干線路中。同時，在點要素中又具體包括了具體的變壓器、真空開關等電網(wǎng)附屬設施數(shù)據(jù)。還可以空間數(shù)據(jù)模型中引入通信線路、橋梁信息、基本地物設施等空間信息，并可以進一步構建電網(wǎng)網(wǎng)絡的拓撲關系。

四、電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)可視化

4.1 空間數(shù)據(jù)模型的實現(xiàn)

空間數(shù)據(jù)模型的實現(xiàn)依賴于具體的空間數(shù)據(jù)庫，這里選用美國ESRI公司提供的地理信息系統(tǒng)平臺ArcGIS作為模型實現(xiàn)的平臺，在ArcGIS平臺下面建立空間數(shù)據(jù)庫PersonalGeodatabase。ArcGIS為空間數(shù)據(jù)庫建模提供了一系列建模及CASE工具，利用ESRI提供的XMI Export工具把空間數(shù)據(jù)導出成為標準數(shù)據(jù)交換模式XMI，然后利用Arcgis Catalog中的schema wizard 將模型導入到Geodatabase中【3】，空間數(shù)據(jù)模型就實現(xiàn)了。由于電網(wǎng)空間模型是構建在一定的地物要素上面，可以通過和其他表示測點相對位置的地物要素進行疊加，如地形圖等；進一步實電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型的可視化。

4.2 空間數(shù)據(jù)模型可視化

空間數(shù)據(jù)模型可視化過程，是利用電網(wǎng)建模模型，及GIS軟件對空間模型做可視化的表現(xiàn)，可選用美國ESRI公司的ArcMap地理信息系統(tǒng)平臺對空間數(shù)據(jù)模型進行實現(xiàn)及可視化表現(xiàn)。把處理好的數(shù)據(jù)導入到相應的personal geodatabase中，根據(jù)空間數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)的數(shù)量，對不同的空間數(shù)據(jù)類型符號設置；在電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型中，電桿測點是數(shù)量最大的，變量用小的符號表示，而變壓器則相對數(shù)量少可以用相對大的符號進行表示。主干線路和分支線路用不同粗細的線性進行表示，和底圖進行疊加、配準后可以進行可視化展示。

五、實驗

建模實驗是對云南省元謀縣內(nèi)的電網(wǎng)線路進行了勘察，總計對2萬個測點進行了勘察，利用上面提出的數(shù)據(jù)處理及建模方式可以極大提高檔距的生產(chǎn)效率，2萬個相鄰點連線在ArcGISObject定制程序處理下自動連線時間為2.06秒，數(shù)據(jù)導入到空間數(shù)據(jù)模型后得到效果如下圖所示效果：

在圖中對電網(wǎng)空間模型進行了可視化展示，通過分層形式來表現(xiàn)不同的地理數(shù)據(jù)要素，如桿測點，桿距，變壓器，變電站等，并利用1:1000的柵格地形圖作為背景配準。通過可視化表現(xiàn)電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型可以方便的管理電網(wǎng)及其附屬設施。

六、結語

本文對電網(wǎng)空間建模的方式進行了研究，從電網(wǎng)數(shù)據(jù)勘測、數(shù)據(jù)的處理、地理要素的生成、空間數(shù)據(jù)模型的構建的整個過程做了描述，通過對電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)進行建模，可以極大程度的提高電網(wǎng)勘測空間數(shù)據(jù)的利用率，最大程度的實現(xiàn)測繪數(shù)據(jù)及電網(wǎng)設備信息的共享程度，為電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的智能化分析決策提供有效的數(shù)據(jù)支持。

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