電網(wǎng)極端天氣區(qū)劃圖智能繪制系統(tǒng)的建設(shè)

黃俊杰，阮羚，馬劍輝，馬黎莉

（1.湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北武漢 430070；2.武漢康普常青軟件技術(shù)股份有限公司，湖北武漢 430074）

電力系統(tǒng)特殊區(qū)域?qū)ｎ}圖是對(duì)輸電線路極端天氣區(qū)域（污區(qū)、風(fēng)區(qū)、雷區(qū)、冰區(qū)、舞動(dòng)區(qū)等）信息的表征和模擬，能從宏觀上綜合把握線路自身運(yùn)行及周邊環(huán)境狀況，以便采取相應(yīng)措施防災(zāi)減災(zāi)，保障輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。電網(wǎng)極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖智能化繪制系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和可視化技術(shù)為支撐，建設(shè)集雷區(qū)、風(fēng)區(qū)、冰區(qū)、舞動(dòng)區(qū)域?yàn)橐惑w的全國(guó)極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖信息智能化繪制應(yīng)用平臺(tái)，解決以往人工繪制專題圖費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，缺乏動(dòng)態(tài)調(diào)整和分析，不能實(shí)時(shí)更新，因主觀人為因素造成的不準(zhǔn)確等問(wèn)題，滿足輸電系統(tǒng)開(kāi)展綜合、精細(xì)、動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的要求，對(duì)電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)維工作具有實(shí)際指導(dǎo)作用。

電網(wǎng)極端天氣區(qū)劃圖智能化繪制系統(tǒng)基于XML和WebService建立數(shù)據(jù)交換接口引擎，為極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖的成圖功能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源，同時(shí)將成圖規(guī)則以模塊化的方式存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以便基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在不同的規(guī)則下渲染成不同的圖形。系統(tǒng)分為兩種網(wǎng)絡(luò)模式：B/S和C/S，B/S系統(tǒng)將數(shù)據(jù)以WMS服務(wù)方式發(fā)布特殊區(qū)域數(shù)據(jù)，用戶可通過(guò)訪問(wèn)WMS服務(wù)來(lái)對(duì)發(fā)布的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)；C/S系統(tǒng)則直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包含兩部分：一部分是全國(guó)1∶5000電子地圖數(shù)據(jù)和google高清影像的Geodatabase地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；一部分是包括氣象、雷電、覆冰、風(fēng)、舞動(dòng)專題的Postgres電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)。

1.1 全國(guó)1∶5000電子地圖和Geodatabase地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

全國(guó)1∶5000電子地圖主要包括行政區(qū)域、交通、水系、居民地、境地、地貌6類基礎(chǔ)地理底圖數(shù)據(jù)，具有空間定位和地理目標(biāo)屬性表達(dá)，是準(zhǔn)確載入影像數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。

Google高清影像數(shù)據(jù)包括各省16級(jí)影像、各市20級(jí)影像、其余各地市18級(jí)影像。影像需經(jīng)過(guò)一定的處理，方能與電子地圖重合，且采用ArcGIS的柵格鑲嵌集（Mosaic Dataset）技術(shù)管理影像[2]，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接。具體方法如下：

1）采用python腳本調(diào)用arctoolbox工具中的shift編寫影像批處理腳本，將所有影像整體向x方向偏移-0.00541°，y方向偏移0.002391°；

2）建立柵格鑲嵌集數(shù)據(jù)庫(kù)，坐標(biāo)系采用WGS-84，波段數(shù)為3；

3）將湖北所有影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入柵格鑲嵌集數(shù)據(jù)庫(kù)，建立動(dòng)態(tài)鑲嵌規(guī)則。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示Fig.1 System data disp lay

1.2 Postgres電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)庫(kù)

電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)主要包括桿塔、發(fā)電廠（火電廠、水電廠）、1000/500/220 kV變電站、開(kāi)關(guān)站、換流站、500/800 kV直流線路、110 kV及以上交流線路、極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖數(shù)據(jù)。其中，極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖數(shù)據(jù)包括雷區(qū)、風(fēng)區(qū)、冰區(qū)、舞動(dòng)區(qū)4個(gè)類別的數(shù)據(jù)，是采用系統(tǒng)自動(dòng)繪制生成的。電網(wǎng)專題數(shù)據(jù)均采用Postgis技術(shù)將空間圖形數(shù)據(jù)和非空間屬性數(shù)據(jù)很好地存儲(chǔ)于Postgresql數(shù)據(jù)庫(kù)中。

在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換引擎接口，自動(dòng)獲取氣象、雷電、覆冰等在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)于Postgresql中。系統(tǒng)界面展示如圖1所示。

2 系統(tǒng)建設(shè)

系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2所示。

各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)融合機(jī)制如下：

1）各模塊間使用集中數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)交換技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的流通共享，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部信息數(shù)據(jù)的舒暢流動(dòng)，解決了以往信息系統(tǒng)普遍存在的信息在系統(tǒng)內(nèi)封閉存在卻無(wú)法與外界連通的“信息孤島”問(wèn)題。

2）統(tǒng)一辦公桌面功能，使用戶可以在單一的一個(gè)應(yīng)用程序入口訪問(wèn)所有的應(yīng)用子系統(tǒng)，在一個(gè)登錄頁(yè)面上進(jìn)行一次登錄，身份被確認(rèn)后，就可以使用到所有的應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)了單點(diǎn)登錄和統(tǒng)一安全認(rèn)證。

3）使用EAI（企業(yè)應(yīng)用集成）的方式完成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)功能應(yīng)用在統(tǒng)一的平臺(tái)上搭建，今后如需再增加業(yè)務(wù)功能，只需添置相應(yīng)的應(yīng)用子系統(tǒng)或者子系統(tǒng)中的功能應(yīng)用模塊，就可以在系統(tǒng)中增加該項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用功能的熱插拔。

4）數(shù)據(jù)交換服務(wù)使整個(gè)系統(tǒng)成為了一個(gè)數(shù)據(jù)交換中心和資源整合中心，因此對(duì)于企業(yè)以前建設(shè)的各種遺留系統(tǒng)，以及現(xiàn)在或未來(lái)將會(huì)建設(shè)的各種應(yīng)用系統(tǒng)，都可以使用EAI技術(shù)實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成、應(yīng)用集成和門戶集成等各個(gè)層次的系統(tǒng)集成，用戶就可以在統(tǒng)一信息門戶中無(wú)縫地使用這些應(yīng)用系統(tǒng)的功能。

2.1 B/S系統(tǒng)

B/S系統(tǒng)以開(kāi)源的GeoServer作為底層開(kāi)發(fā)平臺(tái)，將特殊區(qū)域數(shù)據(jù)在GeoServer上進(jìn)行發(fā)布，基于微軟DotNet平臺(tái)使用C#語(yǔ)言編寫的ASP.NET Web應(yīng)用程序，用ado.net來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，用asp.net+jquery來(lái)編寫界面，使用OpenLayers來(lái)訪問(wèn)GeoServer提供的WMS平面地圖服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)地圖基本管理和操作、信息查詢、多圖層疊加展示、動(dòng)態(tài)專題圖展示、基于專題圖的綜合分析，包括線路災(zāi)害區(qū)域分析、線路綜合緩沖分析、新建線路災(zāi)害防范建議、已建線路災(zāi)害防范配置分析。B/S系統(tǒng)功能模塊如圖3所示。

2.2 C/S系統(tǒng)

C/S系統(tǒng)采用ArcGis Engine+.net WinForm開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口采用Ado.net，主要實(shí)現(xiàn)地圖基本管理和操作（瀏覽、縮放），信息查詢，專題圖規(guī)則庫(kù)管理、專題圖智能生成、專題圖審批發(fā)布、專題圖輸出打印、氣象、PMS、GIS、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接口。C/S系統(tǒng)功能模塊如圖4所示。

2.3 特殊區(qū)域智能成圖功能

根據(jù)極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖不同的繪制方法和流程，建立相應(yīng)的規(guī)則庫(kù)和模型，來(lái)實(shí)現(xiàn)極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖智能繪制。繪制算法模型圖[3-5]如圖5所示。

圖3 B/S系統(tǒng)功能模塊圖Fig.3 Functional block diagram of the B/S system

2.4 極端天氣區(qū)域信息編輯

自動(dòng)繪制的電力系統(tǒng)極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖需要人工進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的訂正，才能與實(shí)際情況相符。本研究提供4種圖形編輯模式，用于工作人員對(duì)特殊區(qū)域信息進(jìn)行修正。

1）任意多邊形切割（見(jiàn)圖6）。根據(jù)用戶繪制的任意多邊形將原多邊形切割，并將新增多邊形的特殊區(qū)域等級(jí)在原多邊形基礎(chǔ)上增加一個(gè)等級(jí)。

2）圓形切割（見(jiàn)圖7）。根據(jù)用戶繪制的圓形將原多邊形切割，并將新增圓形的特殊區(qū)域等級(jí)在原多邊形基礎(chǔ)上增加一個(gè)等級(jí)。

3）節(jié)點(diǎn)移動(dòng)（見(jiàn)圖8）?？蓪?duì)圖形節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拖動(dòng)來(lái)細(xì)微改變圖形的形狀。

4）屬性修改（見(jiàn)圖9）?？蓪?duì)圖形的屬性進(jìn)行編輯修改。對(duì)于特殊區(qū)域等級(jí)屬性，如果修改后的特殊區(qū)域等級(jí)相較與相鄰圖形的特殊區(qū)域等級(jí)有跳級(jí)現(xiàn)象，可選擇是否根據(jù)跳級(jí)級(jí)數(shù)自動(dòng)添加2 km的緩沖帶。

3 結(jié)論

本研究依據(jù)國(guó)網(wǎng)關(guān)于極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖繪制的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件，將電力系統(tǒng)極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖繪制過(guò)程中可變的屬性作為規(guī)則參數(shù)，可供用戶修改調(diào)整，將繪制過(guò)程中固定不變流程采用計(jì)算機(jī)建模，通過(guò)GIS、.NET、數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)技術(shù)，研發(fā)了電力系統(tǒng)極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖繪制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)極端天氣區(qū)域?qū)ｎ}圖的智能成圖、編輯、審批、發(fā)布、分析、評(píng)價(jià)等多項(xiàng)功能，為電力系統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)提供有力的參考依據(jù)。

圖6 任意多邊形切割Fig.6 Free form cutting

圖7 圓形切割Fig.7 Round cutting

圖8 節(jié)點(diǎn)移動(dòng)Fig.8 Node motion

圖9 屬性修改Fig.9 Attribute modification

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