GIS技術(shù)在輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用

彭智　韓永璞　方宏

[摘要]由于輸電網(wǎng)絡(luò)涉及地域范圍廣、地形復(fù)雜，引入最新的信息技術(shù)是輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢發(fā)展的趨勢(shì)。地理信息系統(tǒng)（GIS）可以對(duì)與地理空間相關(guān)的信息或數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理和綜合分析，因此，本文將GIS技術(shù)應(yīng)用在輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)，將提高巡檢系統(tǒng)的安全系數(shù)，確保輸電網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]GIS；輸電網(wǎng)絡(luò)；巡檢系統(tǒng)

0引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，用電負(fù)荷迅速增長(zhǎng)，使得電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量和種類(lèi)急劇增加，分布更加廣泛，使輸電網(wǎng)絡(luò)的管理面臨著很多新的問(wèn)題，尤其是給輸電線路的日常巡檢管理工作帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。由于輸電線路長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，需要對(duì)線路及其相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效的管理并及時(shí)檢修，實(shí)時(shí)掌握線路及設(shè)備運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)危及線路安全的隱患，并給出具體檢修意見(jiàn)，及時(shí)消除隱患，避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生，從而確保輸電網(wǎng)絡(luò)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。輸電網(wǎng)絡(luò)的分布具有跨越地區(qū)的地形、環(huán)境與氣候等明顯的地理特征，使得輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢依賴(lài)于地理信息，而傳統(tǒng)的巡檢工作卻不能充分利用輸電網(wǎng)絡(luò)的地理信息，使得巡檢工作繁重、漏檢高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行有效管理與維護(hù)，因此，需要采用新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電網(wǎng)絡(luò)的高效管理。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（Geographic InformationSvstem-GIS）技術(shù)應(yīng)用到輸電網(wǎng)絡(luò)中成為可能。GIS是一門(mén)綜合性學(xué)科，結(jié)合地理學(xué)與地圖學(xué)以及遙感和計(jì)算機(jī)科學(xué)，能夠?qū)崿F(xiàn)地理信息系統(tǒng)的信息獲取、存儲(chǔ)、檢索、數(shù)據(jù)分析以及空間顯示定位等功能功能。GIS技術(shù)具有諸多特點(diǎn)，使其已經(jīng)在不同領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，例如交通、氣象、國(guó)土、環(huán)境等領(lǐng)域，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。同樣，GIS如果應(yīng)用在輸電網(wǎng)絡(luò)中，它可以提供輸電網(wǎng)絡(luò)中的輸電線路、電力設(shè)備設(shè)施、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、貫穿的山川、地勢(shì)、水文、地質(zhì)、資源等各種地理信息，并通過(guò)GIS可查詢(xún)有關(guān)數(shù)據(jù)、圖像、地圖等可視化內(nèi)容。輸電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員如果利用GIS技術(shù)，將充分挖掘輸電網(wǎng)絡(luò)中變電站、供電線路以及相應(yīng)電力設(shè)施的地理信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、巡檢管理工作的定位監(jiān)測(cè)、電力設(shè)施的運(yùn)行管理和維護(hù)，尤其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)偏遠(yuǎn)山區(qū)、環(huán)境惡劣、無(wú)電信網(wǎng)絡(luò)覆蓋地方的輸電線路監(jiān)控，這些都將大大地提高輸電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的巡檢效果。由此可見(jiàn)，GIS技術(shù)對(duì)輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢管理中的作用非常突出。

1GIS在輸電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

1.1設(shè)計(jì)原則

基于GIS輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)巡檢工作方式的變革，能夠有效解決巡檢管理工作中存在的問(wèn)題，并提高工作效率。該系統(tǒng)在建立基于GIS技術(shù)的輸電網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)基礎(chǔ)上，通過(guò)移動(dòng)終端技術(shù)，將信息轉(zhuǎn)移到野外現(xiàn)場(chǎng)，在規(guī)范化的技術(shù)支持下實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息的采集，并建立標(biāo)準(zhǔn)化的輸電線路信息數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)在實(shí)際巡檢工作中為技術(shù)人員提供一系列的查詢(xún)、狀況錄入、導(dǎo)航以及監(jiān)督等功能。該系統(tǒng)需要具有一定的先進(jìn)性，必須具有先進(jìn)的硬件構(gòu)架和科技化的軟件平臺(tái)，能夠最大限度的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的先進(jìn)性。此外，該系統(tǒng)也需要具有一定可靠性，系統(tǒng)中的硬件都采用技術(shù)成熟的產(chǎn)品，在多次嚴(yán)格測(cè)試下，篩選出使用性較強(qiáng)的產(chǎn)品，并且在實(shí)際設(shè)計(jì)中充分考慮信息的安全性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的產(chǎn)期穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需要根據(jù)《輸電網(wǎng)絡(luò)GIS應(yīng)用技術(shù)規(guī)范書(shū)》等一些相關(guān)規(guī)定的業(yè)務(wù)需求，結(jié)合實(shí)際開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)原則如下：

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分參照國(guó)際上的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，支持國(guó)內(nèi)外目前所流行的主流網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)行系統(tǒng)，采用國(guó)際成熟的模式，借鑒國(guó)內(nèi)其他地理信息系統(tǒng)建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)，從輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢實(shí)際需求出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)要確保技術(shù)的先進(jìn)性和實(shí)用性，具有良好的可擴(kuò)展性和靈活性，以適應(yīng)輸電網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)的迅猛發(fā)展趨勢(shì)，滿(mǎn)足當(dāng)前及未來(lái)輸電網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)應(yīng)用的需求。

（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)要遵守實(shí)用性原則，GIS系統(tǒng)涉及輸電線路所貫穿的區(qū)域，涉及電力、國(guó)土、交通等相關(guān)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)分類(lèi)繁多，數(shù)據(jù)量龐大，所以必須綜合考慮，讓輸電技術(shù)人員以最為方便的操作獲得最為實(shí)用的信息。

（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)需遵守可擴(kuò)展性原則。數(shù)據(jù)積累、用戶(hù)需求、功能完善，以及技術(shù)進(jìn)步都要求系統(tǒng)必須具有擴(kuò)展的余地。

（5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)需遵守電力系統(tǒng)開(kāi)放性原則，作為面向輸電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的GIS系統(tǒng)，客觀上要求它必須具有良好的電網(wǎng)開(kāi)放性，必須符合相關(guān)的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以充分保障系統(tǒng)與其他電力應(yīng)用系統(tǒng)的無(wú)縫集成。

（6）系統(tǒng)設(shè)計(jì)需遵守安全性原則，安全性原則的目的是保障系統(tǒng)的可靠性，通過(guò)輸電技術(shù)人員用戶(hù)認(rèn)證、權(quán)限認(rèn)證、傳輸加密等安全保障機(jī)制，建立完善的安全管理機(jī)制，防止數(shù)據(jù)受到破壞。

1.2功能分析

系統(tǒng)總體劃分為PC端和移動(dòng)終端兩大部分，運(yùn)行在不同終端上的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交換和共享，地圖采用ArcGIS技術(shù)在服務(wù)器中搭建輸電線路所在區(qū)域電子地圖服務(wù)。系統(tǒng)的主要功能模塊如下：

（1）用戶(hù)權(quán)限管理模塊。權(quán)限管理模塊為系統(tǒng)全局提供權(quán)限的配置與驗(yàn)證服務(wù)。本軟件系統(tǒng)的權(quán)限管理子系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的RBAC模型（基于角色的訪問(wèn)控制模型Role Based Access Control）進(jìn)行設(shè)計(jì)，該模型能夠準(zhǔn)確的反映用戶(hù)單位的組織機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)以及人員、崗位等的配置。

（2）桿塔數(shù)據(jù)管理模塊。桿塔坐標(biāo)可以批量進(jìn)行錄入，錄入到系統(tǒng)里的輸電線路桿塔坐標(biāo)，直觀的反映在所選地圖上，每個(gè)桿塔坐標(biāo)點(diǎn)都能錄入對(duì)應(yīng)的屬性信息，包含文字和圖像信息，采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)對(duì)輸電線路桿塔坐標(biāo)進(jìn)行管理，坐標(biāo)數(shù)據(jù)可按類(lèi)別選擇顯示或隱藏。

（3）狀態(tài)巡檢管理模塊。系統(tǒng)應(yīng)具有線路狀態(tài)巡檢管理功能和由線路管理人員在系統(tǒng)上錄入該條線路巡檢周期，系統(tǒng)根據(jù)錄入的時(shí)間，在地圖上采用不同顏色標(biāo)示出線路巡檢狀態(tài)，如：未巡檢、已巡檢和超期巡檢等。

（4）電子簽到模塊。當(dāng)巡檢人員攜帶移動(dòng)終端到達(dá)桿塔一定范圍，系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)記錄該桿塔已巡檢，并在地圖上改變線路巡檢狀態(tài)。

（5）地圖編輯功能。在地圖上應(yīng)能顯示任意位置的地理坐標(biāo)，應(yīng)能對(duì)任意多點(diǎn)進(jìn)行距離、方位角、周長(zhǎng)、面積的測(cè)量。將一條線路的桿塔坐標(biāo)點(diǎn)用線條連接后，可以繪制成一條線路，每條線路也可以錄入對(duì)應(yīng)的屬性信息。

（6）定位模塊。地圖上能顯示移動(dòng)終端持有人所在的地理坐標(biāo)、海拔高度等參數(shù)，同時(shí)應(yīng)具有指南針功能。

（7）巡線軌跡記錄。巡檢人員可以記錄本次巡線軌跡，方便其他巡線人員。巡檢人員可以通過(guò)導(dǎo)航功能查詢(xún)被巡檢桿塔的公路路徑，同時(shí)當(dāng)對(duì)設(shè)備巡檢路徑不熟悉的管理人員或檢修人員需要到達(dá)某一桿塔時(shí)，他們可以通過(guò)巡檢人員以前的巡檢軌跡或標(biāo)注好的巡檢小路路徑進(jìn)行導(dǎo)航抵達(dá)需要前往的桿塔。

（8）離線數(shù)據(jù)模塊?？紤]到有些線路所處地段為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋地區(qū)，移動(dòng)終端系統(tǒng)應(yīng)能支持所選地圖區(qū)域下載到設(shè)備上，供離線使用。

（9）即時(shí)通訊模塊。巡檢人員可以根據(jù)工作情況自行建立小組群，在小組群里，可以多人進(jìn)行文字和視頻交流，好友之間可以設(shè)置坐標(biāo)位置共享。

（10）數(shù)據(jù)交互模塊。巡檢人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將公共數(shù)據(jù)庫(kù)的坐標(biāo)同步到移動(dòng)終端上也可以將移動(dòng)終端上的坐標(biāo)同步到個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)上。

（11）查詢(xún)統(tǒng)計(jì)模塊。針對(duì)工作需要進(jìn)行各類(lèi)數(shù)據(jù)查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)，并生成相應(yīng)報(bào)表，

2服務(wù)實(shí)施策略與技術(shù)流程

2.1軟件環(huán)境

服務(wù)器采用Microsoft Windows Server操作系統(tǒng)，安裝Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。應(yīng)用服務(wù)器軟件組成為Java以及Tomcat，電子地圖服務(wù)器采用ArcGIS。

2.2硬件環(huán)境

服務(wù)器端硬件配置處理器：英特爾8核64位及以上（如：IntelXeonE5-2690），主頻：2900MHz及以上，L3緩存：20MB及以上，內(nèi)存容量：64GB及以上，硬盤(pán)容量：8TB及以上。

2.3網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境

軟件系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的B/S架構(gòu)軟件網(wǎng)絡(luò)部署方法。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及應(yīng)用服務(wù)器部署于服務(wù)器端，應(yīng)用服務(wù)器程序負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)外聯(lián)，透過(guò)由防火墻等安全設(shè)施保護(hù)的廣域網(wǎng)或電力專(zhuān)網(wǎng)內(nèi)部局域網(wǎng)與用戶(hù)計(jì)算機(jī)連接，

2.4GIS關(guān)鍵技術(shù)及其解決方案

根據(jù)目前GIS技術(shù)現(xiàn)狀以及應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)架構(gòu)和相關(guān)規(guī)范的要求，系統(tǒng)的技術(shù)路線整體上要考慮先進(jìn)性與成熟性相結(jié)合的原則，確保系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)用與易用、安全與可靠，同時(shí)還要兼顧輸電行業(yè)的發(fā)展預(yù)留相關(guān)接口，方便應(yīng)用系統(tǒng)的擴(kuò)展。

GIS技術(shù)在系統(tǒng)建設(shè)中是一個(gè)綜合的可視化展示平臺(tái)和空間分析工具，是系統(tǒng)的應(yīng)用主體。因此，其選型對(duì)系統(tǒng)建設(shè)成功與否極為關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)比較并考慮與現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合，系統(tǒng)采用ESRI公司的ArcGIS Server產(chǎn)品。ArcGIS軟件在全球GIS市場(chǎng)占有最大的份額，特別是推出的以ArcGIS 10.2系列產(chǎn)品代表了GIS技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向，該系列產(chǎn)品還能夠與其它電網(wǎng)GIS平臺(tái)進(jìn)行集成。ArcGIS Server是用于構(gòu)建集中管理、支持多用戶(hù)的企業(yè)級(jí)GIS應(yīng)用平臺(tái)，集中的GIS應(yīng)用能夠減少在每臺(tái)機(jī)器上安裝和管理桌面應(yīng)用的費(fèi)用，且功能強(qiáng)大，為開(kāi)發(fā)人員提供多種接口進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，方便了基于瀏覽器和移動(dòng)設(shè)備的GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)。ArcGIS Server體系結(jié)構(gòu)可以用圖1來(lái)描述。因此，在本系統(tǒng)的GIS平臺(tái)選用上，采用ArcGIS Server搭建電子地圖服務(wù)器，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)符合本項(xiàng)目業(yè)務(wù)需求的功能。

3GIS服務(wù)安全控制措施

3.1安全設(shè)計(jì)方案

GIS應(yīng)用系統(tǒng)首先必須要保證輸電網(wǎng)絡(luò)的安全，所以系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中要根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用模式，針對(duì)可能存在的安全漏洞和安全需求，在不同層次上提出安全級(jí)別要求，并提出相應(yīng)的解決方案，制定相應(yīng)的安全策略、編制安全規(guī)劃，采用合理、先進(jìn)的技術(shù)實(shí)施安全工程，加強(qiáng)安全管理，保證軟件系統(tǒng)及其牽涉的信息資源的安全性。

3.2系統(tǒng)安全策略

GIS應(yīng)用系統(tǒng)一定要正確處理輸電網(wǎng)絡(luò)保密、安全與互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放之間的關(guān)系：安全技術(shù)必須與安全管理結(jié)合：一定要分析系統(tǒng)安全的風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)造系統(tǒng)安全模型，從保護(hù)、檢測(cè)、響應(yīng)、恢復(fù)四個(gè)方面建立一套全方位的立體信息保障體系：遵循系統(tǒng)安全性與可用性相容原則，并具有適用性和擴(kuò)展性。

3.3系統(tǒng)安全措施

GIS應(yīng)用系統(tǒng)的安全主要是網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全，系統(tǒng)中包含詳細(xì)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和桿塔坐標(biāo)，部分地理信息屬于機(jī)密數(shù)據(jù)，在進(jìn)行平臺(tái)建設(shè)時(shí)，需要充分考慮數(shù)據(jù)的安全性，杜絕各種數(shù)據(jù)安全隱患。結(jié)合當(dāng)前信息安全技術(shù)的發(fā)展水平，設(shè)St--套科學(xué)合理的深層防御安全保障體系，形成有效的安全防護(hù)能力、隱患發(fā)現(xiàn)能力、應(yīng)急反應(yīng)能力和系統(tǒng)恢復(fù)能力，從物理、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、應(yīng)用和管理等方面保證系統(tǒng)安全、高效、可靠運(yùn)行，保證信息的機(jī)密性、完整性、可用性和操作的不可否認(rèn)性，避免各種潛在的威脅。

（1）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全設(shè)置。GIS巡檢系統(tǒng)及其移動(dòng)終端用戶(hù)可以采用VPN/VPDN組建信息專(zhuān)網(wǎng)，用戶(hù)只有在安全認(rèn)證通過(guò)之后才能得到訪問(wèn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限，從而實(shí)現(xiàn)了安全、快速、私密的網(wǎng)絡(luò)接入和應(yīng)用，用戶(hù)數(shù)據(jù)可以通過(guò)安全的隧道在內(nèi)網(wǎng)和外部用戶(hù)之間進(jìn)行傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽俊?/p>

（2）防火墻設(shè)置。防火墻是一種非常有效的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)工具，用來(lái)隔離風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域與安全區(qū)域的連接，僅讓安全、核準(zhǔn)了的信息進(jìn)入，最大限度地阻止不希望的、未授權(quán)的通信進(jìn)出被保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)。

（3）應(yīng)用系統(tǒng)安全設(shè)置。GIS巡檢系統(tǒng)提供的各類(lèi)應(yīng)用功能和服務(wù)都需要進(jìn)行用戶(hù)授權(quán)或CA認(rèn)證。用戶(hù)只有通過(guò)了權(quán)限認(rèn)證，才能訪問(wèn)期望的資源，不允許匿名訪問(wèn)和調(diào)用相關(guān)功能和服務(wù)，這樣能夠防止功能和服務(wù)方式的數(shù)據(jù)泄密。

（4）管理安全設(shè)置。只有技術(shù)上的安全措施和建設(shè)是不夠的，同時(shí)要對(duì)日常的運(yùn)行管理進(jìn)行安全規(guī)劃，制定安全管理制度，對(duì)用戶(hù)進(jìn)行操作安全培訓(xùn)。

4結(jié)束語(yǔ)

GIS技術(shù)應(yīng)用于輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)中，是輸電網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)的重要技術(shù)手段之一，在輸電網(wǎng)絡(luò)管理中能夠發(fā)揮重要作用。本文分析GIS技術(shù)和輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢工作的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于GIS技術(shù)的輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)，對(duì)提高巡檢效率、提升巡檢管理水平、保障輸電線路設(shè)備安全運(yùn)行，具有十分重要的意義。

[責(zé)任編輯：張濤]