基于GIS的電力通信線路管理系統(tǒng)探究

（廣東電網(wǎng)湛江雷州供電局，廣東 湛江 524200）

基于GIS的電力通信線路管理系統(tǒng)探究

伍宗科

（廣東電網(wǎng)湛江雷州供電局，廣東 湛江 524200）

本文首先列舉分析了電力系統(tǒng)通信線路存在的一些問題，然后介紹了GIS技術(shù)及其在電力通信線路管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后以GIS為基礎(chǔ)提出電氣設(shè)備的建模方法，驗(yàn)證了其應(yīng)用意義。

GIS；電力通信線路管理；應(yīng)用

1 電力通信線路中存在的問題

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，電力通信網(wǎng)的通信手段層出不窮，覆蓋面積也由局部擴(kuò)展到全國。電力通信線路的安全可靠對電力系統(tǒng)發(fā)﹑變﹑輸配電等工作的穩(wěn)定運(yùn)行影響重大。目前為止通信線路存在方式通常有三種，一是架空線路，即在電線桿或鐵塔上架空的輸電線路（使用最多）；二是埋設(shè)線路，即在地下或管道中埋設(shè)輸配電的線路；三是無線線路，即借助無線電波接發(fā)信息。

電力通信線路目前存在的主要問題有：

（1）自然災(zāi)害影響極大：在雷雨或大風(fēng)天氣，線路極易出現(xiàn)短路或折斷現(xiàn)象，導(dǎo)致信號不好或中斷。而諸如臺風(fēng)﹑地震等無可避免的自然災(zāi)害可能導(dǎo)致大片區(qū)域內(nèi)的線路癱瘓；

（2）施工破壞威脅潛在：在架設(shè)或埋設(shè)過程中，可能會撞到電桿，嚴(yán)重者可能會扯斷電纜。在其他的施工中，如挖掘工作，可能會破壞埋設(shè)地下的線路；

（3）盜竊光纜現(xiàn)象時有發(fā)生：有些不法分子為了一己之私，而盜竊光纜，不僅破壞了電力通信系統(tǒng)，還極為嚴(yán)重地?fù)p害了國家利益；

（4）線路老化：在常年的使用中，由于缺少更換或其他原因，線路接頭容易老化﹑破損，存在著不同程度的安全問題。

電力線路多而復(fù)雜，信息量大，導(dǎo)致維修管理難度大大增加。近些年來，許多電力企業(yè)都建立了以 GIS 技術(shù)為基礎(chǔ)的電力通信線路管理系統(tǒng)，借助計(jì)算機(jī)等技術(shù)進(jìn)行信息管理實(shí)現(xiàn)了管理的自動化，從而提高了工作效率。

2 GIS技術(shù)及其在電力通信線路管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 GIS技術(shù)

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems）簡稱GIS，是指在計(jì)算機(jī)軟﹑硬件支持下，對各類與地理信息有關(guān)的資源及描述這些資源特性的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行采集﹑儲存﹑管理﹑運(yùn)算﹑分析﹑查詢﹑統(tǒng)計(jì)等功能的技術(shù)系統(tǒng)。GIS技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)﹑地理學(xué)﹑數(shù)據(jù)庫﹑遙感技術(shù)等多個方面，應(yīng)用十分廣泛。

2.2 GIS 技術(shù)在電力通信線路管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)多與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，以便發(fā)布數(shù)據(jù)后，能實(shí)現(xiàn)信息共享，而且在網(wǎng)上操作﹑維護(hù)較為方便，已在我國電力部門管理信息系統(tǒng)中得到了較廣泛的應(yīng)用。GIS憑借自身其空間分析和數(shù)據(jù)綜合能力較強(qiáng)，能夠更加直觀地將通信線路的信息狀態(tài)顯示出來等特點(diǎn)，在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及通信線路的檢查維護(hù)方面十分適用。總的來看，主要應(yīng)用在以下的幾個方面：

（1）用電管理系統(tǒng)--GIS技術(shù)是進(jìn)行用電管理的一個新的方法，在電子地圖上完成用戶的定位查詢﹑區(qū)域查詢﹑用戶收費(fèi)管﹑區(qū)域統(tǒng)計(jì)等功能，可以方便用戶管理，提高服務(wù)質(zhì)量。

（2）Web發(fā)布--把電網(wǎng)圖和變電站接線圖等發(fā)布到WEB服務(wù)器上，用戶通過標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器，如IE等來查看電網(wǎng)圖形﹑查詢設(shè)備的屬性。

（3）電網(wǎng)分析子系統(tǒng)--具有輔助決策的功能，在已有電網(wǎng)圖上，完成拉閘停電分析﹑阻抗計(jì)算﹑可靠性計(jì)算，為決策者準(zhǔn)確制定方案提供科學(xué)的依據(jù)。

（4）設(shè)備管理子系統(tǒng)--GIS系統(tǒng)將電網(wǎng)設(shè)施圖形信息和數(shù)據(jù)庫信息與地理信息進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，使管理單位準(zhǔn)確的掌握了配電網(wǎng)的空間分布情況，更好的完成設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作。

（5）配電管理系統(tǒng)--結(jié)合信息可視化技術(shù)，各種空間信息組織﹑分析和顯示配電網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)信息的地圖化﹑運(yùn)行數(shù)據(jù)的可視化，促進(jìn)配網(wǎng)管理的科學(xué)化。

GIS在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用有著無限的前景，如果電力企業(yè)能對其良好地利用，一定能在提高企業(yè)管理水平和工作效率方面大有成效。

3 基于GIS的電力線路管理系統(tǒng)

基于GIS 的電力線路管理系統(tǒng)利用AM/FM/GIS 技術(shù)，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)將電力設(shè)備的相關(guān)信息數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，在GIS平臺上方便有效地管理電力線路等電力設(shè)備。這種管理系統(tǒng)既能反映地理的圖形信息，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)生產(chǎn)信息的管理，也能將設(shè)備信息直觀的呈現(xiàn)在背景地圖中，方便電網(wǎng)管理者進(jìn)行直觀的可視化分析。這樣簡潔明了的管理系統(tǒng)為決策提供了更直觀的依據(jù)對實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能管理，對供電企業(yè)提高管理水平和生產(chǎn)效率都有很大的促進(jìn)作用。

基于GIS的電力線路管理系統(tǒng)功能齊全﹑易于操作，有良好的穩(wěn)定性，主要有圖層管理﹑圖層顯示﹑設(shè)備編輯以及查詢管理等幾大模塊。

（1）圖層管理模塊

該系統(tǒng)能夠同時管理多種類別的圖形，為使查詢內(nèi)容一目了然，線路和設(shè)備通常有各自獨(dú)立的圖層。同時該系統(tǒng)還備有專用的編輯工具，能夠?qū)D形進(jìn)行編輯。如在圖層管理的基礎(chǔ)上建立起來添加線路﹑移動線路及刪除線路等操作。

（2）圖形顯示模塊

該模塊能夠顯示局部窗口或全景窗口，也可將二者同時顯示，可通過收縮放大等操作，對局部和整體的關(guān)系有個更形象的了解。通過右鍵菜單的操作，可實(shí)時掌握通信線路及相關(guān)設(shè)備的各種參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)需要增加﹑減少或更換通信線路時，在圖形上經(jīng)過簡單的操作便可完成。

（3）查詢管理模塊

該系統(tǒng)具備查詢管理等功能，在繁雜的設(shè)備線路中，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行定位查詢﹑統(tǒng)計(jì)查詢以及測距查詢，迅速快捷，精確度高，查詢完畢后，可將查詢結(jié)果顯示在界面上。此外，該系統(tǒng)還具備自動統(tǒng)計(jì)分析的功能，整個通信網(wǎng)的當(dāng)前狀態(tài)或歷史信息都能得到很好的保存，在管理線路時，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如線路類型﹑檢修次數(shù)等，能夠進(jìn)一步促進(jìn)管理。

4 以GIS為基礎(chǔ)的電力設(shè)備管理

配電GIS是利用地理信息系統(tǒng)（GIS）﹑系型數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對電力系統(tǒng)中的各種設(shè)備進(jìn)行管理的信息系統(tǒng)。它一般是由自動繪圖（AM），設(shè)備管理（FM）和地理信息系統(tǒng)（GIS）三部分組成，因此，也稱為AM/FM/GIS。

配電網(wǎng)根據(jù)管理對象在空間上分布的特點(diǎn)，將對象分布?xì)w結(jié)為點(diǎn)，線，面分布。配電網(wǎng)中桿塔﹑變壓器和開關(guān)刀閘等設(shè)備都是點(diǎn)狀分布，不考慮實(shí)際意義上的占地面積；線路和街道都屬于線狀分布，反映離散的點(diǎn)與點(diǎn)之間的一種連通關(guān)系；變電站﹑開閉所﹑用戶單位和城市的行政區(qū)域都屬于面狀分布，在圖上由首尾相接的折線圍成。GIS 管理系統(tǒng)還具有狀態(tài)估計(jì)﹑負(fù)荷預(yù)測﹑短路電流分析﹑無功優(yōu)化及降損決策等功能。除此之外，當(dāng)與SCADA 系統(tǒng)接口連接后，自動生成電氣接線圖也是配電 GIS 的一個重要功能。電氣接線圖能反映整個電網(wǎng)的實(shí)時信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時潮流和網(wǎng)絡(luò)線損計(jì)算，為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

配電 GIS 管理系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)中有許多數(shù)據(jù)來源于地理空間信息，這些數(shù)據(jù)可以分為兩大類。第一類是空間數(shù)據(jù)：將變電站﹑線路﹑變壓器﹑斷路器﹑隔離開關(guān)以及用戶的地理位置分層顯示在以地理底圖為背景所繪制的單線圖上。第二類是非空間數(shù)據(jù)：也叫做屬性數(shù)據(jù)。用以描述設(shè)備或事物特征的數(shù)據(jù)，主要包括電力設(shè)備的信息，用戶信息等這類數(shù)據(jù)，和地理坐標(biāo)并沒有直接的關(guān)聯(lián)。

下面介紹基于GIS技術(shù)的配電GIS系統(tǒng)的電力設(shè)備建模能力和自動生成電氣接線圖功能。

（1） 以GIS為基礎(chǔ)的電力設(shè)備建模

電力設(shè)備的建模方法主要有兩種：實(shí)設(shè)備建模，虛設(shè)備建模。傳統(tǒng)建模方式是實(shí)設(shè)備建模方式。它分別將每種設(shè)備作為一個獨(dú)立的對象，并對其建立實(shí)體模型，然后通過分析建立實(shí)體模型間的關(guān)系，將它們構(gòu)成完整的設(shè)備模型。以GIS為基礎(chǔ)的電力設(shè)備建模方法屬于虛設(shè)備建模。

電力設(shè)備的建模過程，就是利用系統(tǒng)的組件技術(shù)，把設(shè)備一一細(xì)分為可定義的組件。比如：設(shè)備的非圖形組件﹑圖形組件﹑符號組件和標(biāo)注組件。然后把組件封裝成設(shè)備。這種虛設(shè)備建模方法，可以保證核心數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一性﹑完備性﹑穩(wěn)定性﹑規(guī)范性和可擴(kuò)展性。另外，具有足夠的靈活，滿足各應(yīng)用系統(tǒng)靈活定義業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對象，適應(yīng)配電網(wǎng)設(shè)備多樣性。

（2）以GIS為基礎(chǔ)的電氣接線圖的生成方法

圖1 SCADA 模塊數(shù)據(jù)流圖

上述文字中提到，當(dāng)與 SCADA 系統(tǒng)接口連接后，配電GIS系統(tǒng)可以自動生成電氣接線圖。SCADA的功能是從實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù)器中獲得所需要的實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析和電網(wǎng)短期規(guī)劃。配電管理系統(tǒng)與SCADA 接口模塊的數(shù)據(jù)流圖設(shè)計(jì)如圖1所示。

電氣接線圖主要有單線圖和網(wǎng)絡(luò)圖，這兩種圖形生成的主要思想是：將地理分布圖上需要生成的設(shè)備增加相應(yīng)的詳圖組件組合成接線圖。在基于 GIS 的電力線路管理中有這樣的功能，可以根據(jù)地理圖方便快速準(zhǔn)確的生成單線圖。

比如對照已經(jīng)畫好的地理分布圖，按照預(yù)先配置好的規(guī)則將分布圖上的組件相應(yīng)地轉(zhuǎn)換為單線圖詳圖上的組件。其中大部分的轉(zhuǎn)換規(guī)則是遵循：將地理圖上的坐標(biāo)從相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中取出，再放到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中的原則?；贕IS的電力信息管理系統(tǒng)中的電氣接線圖的功能模塊主要是生成電氣接線圖，并完成對其的更新﹑刪除和排版。其中繪制電氣接線圖時，有子詳圖的面設(shè)備，如開閉所﹑開關(guān)站﹑環(huán)網(wǎng)柜等；抽象為線實(shí)體設(shè)備的導(dǎo)線﹑電纜；抽象為點(diǎn)實(shí)體設(shè)備的隔離開關(guān)﹑跌落保險(xiǎn)等都有各自的生成步驟和方法。根據(jù)GIS系統(tǒng)自動生成的電氣接線圖初不能夠滿足電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析的需要，因此要進(jìn)行相應(yīng)的排版﹑正交﹑抖直﹑旋轉(zhuǎn)等，方便管理人員的分析處理。

結(jié)語

隨著用電量和對信息的需求大幅度增加，電力通信線路也逐步增多，管理起來也更加的困難。基于GIS的電力線路通信管理系統(tǒng)為電力系統(tǒng)管理運(yùn)行節(jié)約了資源，提高了效率，保證了電力通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

[1]劉學(xué)峰，李先華，何幼斌.地理信息系統(tǒng)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].上海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，13（04）：389-393.

[2]陳海宏，張靜，萬書亭.基于GIS的電力通信線路管理系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報(bào)，2013，25（02）：164-166.

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