電力GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

陳 亮，王劍鋒，單寶麟，解偉光，王炳輝

(1. 國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300384； 2. 國網(wǎng)天津市電力公司，天津 300010； 3. 天津市普迅電力信息技術(shù)有限公司，天津 300384)

電力GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

陳 亮1，王劍鋒2，單寶麟3，解偉光3，王炳輝3

(1. 國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300384； 2. 國網(wǎng)天津市電力公司，天津 300010； 3. 天津市普迅電力信息技術(shù)有限公司，天津 300384)

為提高電網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)采集的工作效率，保證電網(wǎng)GIS平臺空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的整體性、完整性、準(zhǔn)確性和及時性，綜合運用現(xiàn)代的Ntrip網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)、移動GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和RFID識別技術(shù)，成功研發(fā)了電力GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實際工程應(yīng)用表明，該系統(tǒng)提高了采集的工作效率，可有效滿足電網(wǎng)GIS采集的工作需要。

電網(wǎng)GIS；移動GIS；RFID；GPS測量；數(shù)據(jù)采集

隨著電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展和體制變革的不斷深入，我國電力企業(yè)發(fā)展重點從原來的生產(chǎn)發(fā)電深入到用電管理。據(jù)了解，目前電力企業(yè)的電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)主要存在于其下屬縣公司GIS中。由于建設(shè)與錄入數(shù)據(jù)存在偏差、后期更新制度不完善等原因，很多地區(qū)的電力設(shè)備信息缺失，數(shù)據(jù)難以核實，缺乏一張完整的線路圖。對很多地區(qū)而言，電力設(shè)備信息不明阻礙了電網(wǎng)資源全覆蓋建設(shè)進(jìn)程，也給設(shè)備檢修維護(hù)帶來很大困難。同時，我國大部分電力企業(yè)、公司普遍存在電力設(shè)備信息調(diào)查技術(shù)手段陳舊、人少設(shè)備多、采集效率低等問題。

因此，如何采用現(xiàn)代技術(shù)快速準(zhǔn)確地采集電網(wǎng)資源的數(shù)字信息，實現(xiàn)對區(qū)域電網(wǎng)資源全面徹底的普查，保證電網(wǎng)GIS平臺空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的整體性、完整性、準(zhǔn)確性和及時性，是電力企業(yè)面臨的一大技術(shù)難題。本文開發(fā)的電力GIS數(shù)據(jù)采集軟件就是綜合運用現(xiàn)代的Ntrip網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)、移動GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和RFID識別技術(shù)來解決這一難題。

1 系統(tǒng)總體框架

1.1 總體設(shè)計原則

電力GIS數(shù)據(jù)采集軟件采用了網(wǎng)絡(luò)RTK、移動GIS、數(shù)據(jù)庫和RFID識別等多種先進(jìn)技術(shù)，雖然較為復(fù)雜，但總體架構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理。為確保有效支撐軟件的建設(shè)、實施和運行，軟件設(shè)計必須遵循規(guī)范性、實用性、可靠性、可擴(kuò)展性、安全性和先進(jìn)性等原則。

1.1.1 規(guī)范性原則

從數(shù)據(jù)采集到管理，從技術(shù)流程到操作流程，從數(shù)據(jù)質(zhì)量到成果標(biāo)準(zhǔn)都明確給予規(guī)定。軟件架構(gòu)設(shè)計各部分內(nèi)容，遵循《國家電網(wǎng)公司應(yīng)用軟件架構(gòu)設(shè)計規(guī)范》《國家電網(wǎng)公司軟硬件目標(biāo)架構(gòu)設(shè)計規(guī)范》《國家電網(wǎng)公司應(yīng)用安全設(shè)計規(guī)范》，以及其他架構(gòu)設(shè)計、技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)規(guī)范要求；同時，GPS技術(shù)開發(fā)遵循國際的通用協(xié)議Ntrip和NMEA。

1.1.2 實用性原則

系統(tǒng)集多種技術(shù)于一身，能夠快速測量、高效采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備采集全覆蓋，優(yōu)化采集流程，最大化實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化處理，提高采集精度和采集效率。

1.1.3 可靠性原則

軟件采用模塊化設(shè)計方法，降低了軟件的復(fù)雜度，使軟件設(shè)計、調(diào)試和維護(hù)等操作變得簡單而又全面，保證了軟件運行的高度可靠。

1.1.4 可擴(kuò)展性原則

為滿足當(dāng)前用戶對系統(tǒng)的要求和今后系統(tǒng)的擴(kuò)充，系統(tǒng)采用柔性設(shè)計，充分考慮各層面的可擴(kuò)展性，包括系統(tǒng)硬件架構(gòu)、軟件架構(gòu)、系統(tǒng)接口和數(shù)據(jù)架構(gòu)等，為今后系統(tǒng)的擴(kuò)展升級留有余地。

1.1.5 安全性原則

電力GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)遵循《國家電網(wǎng)公司信息安全防護(hù)體系》要求，并結(jié)合相應(yīng)電網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的特點，采用相關(guān)安全機(jī)制和技術(shù)手段保障系統(tǒng)的應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全、主機(jī)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、物理安全。

1.1.6 先進(jìn)性原則

系統(tǒng)綜合運用Ntrip網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)、移動GIS采集技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)和RFID識別技術(shù)，保證了系統(tǒng)的先進(jìn)性。

1.2 總體技術(shù)線路

1.2.1 技術(shù)選型

從移動GIS技術(shù)上考慮，ArcGIS Mobile作為目前主流的移動GIS解決方案之一，可將ArcGIS的應(yīng)用擴(kuò)展到野外，且支持基于Eclipse的Android開發(fā)環(huán)境，對移動采集設(shè)備有很好的支撐。另外，從數(shù)據(jù)庫技術(shù)上考慮，SQLite是一款輕量級的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，占用資源少，支持Android操作系統(tǒng)，完全符合Android移動操作系統(tǒng)，且作為開源平臺，用戶可以免費下載、開發(fā)和部署，因此使用SQLite數(shù)據(jù)庫是一種非常好的選擇。Java開發(fā)語言通過ODBC接口操作SQLite，它在數(shù)據(jù)存儲、管理、維護(hù)等各方面功能都非常強(qiáng)大。

因此，筆者選擇Eclipse 3.7.2(Indigo)作為軟件開發(fā)工具，以Java作為開發(fā)語言，以SQLite 3.7.4作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，在Android 4.1.2環(huán)境下用ArcGIS API for Android進(jìn)行移動開發(fā)。

1.2.2 開發(fā)資源

在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)之前，需準(zhǔn)備以下開發(fā)資源：

(1) 開發(fā)工具：Eclipse 3.7.2(Indigo)。

(2) Java開發(fā)工具包：Java Development Kit (JDK) 7。

(3) Android插件：The Android Development Tools (ADT) Plug-In for Eclipse。

(4) ArcGIS插件：The ArcGIS API for Android Eclipse Plug-In for Eclipse。

(5) 調(diào)試設(shè)備：Android智能手機(jī)一部(機(jī)型為三星 GALAXY Note II N7100)。

1.3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)的硬件主要涉及兩部分；一是具有無線網(wǎng)絡(luò)通信、藍(lán)牙連接和RFID掃描等功能的移動設(shè)備，以加載電力GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件，用于電網(wǎng)資源采集、管理、分析及GPS接收機(jī)的連接控制；二是具有網(wǎng)絡(luò)RTK的GPS接收機(jī)，用于快速獲取電力設(shè)備點的空間信息。

系統(tǒng)的軟件主要由工程管理、數(shù)據(jù)采集、點位測量、圖形操作、數(shù)據(jù)管理5大模塊組成，其架構(gòu)如圖2所示。

1.4 模塊功能設(shè)計

1.4.1 任務(wù)管理

任務(wù)管理模塊的主要功能是對不同任務(wù)的數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行管理，包括數(shù)據(jù)庫文件的創(chuàng)建、打開、導(dǎo)入和導(dǎo)出等。每個任務(wù)的數(shù)據(jù)庫則保存該任務(wù)的電網(wǎng)資源設(shè)備數(shù)據(jù)信息，包括屬性信息和空間信息，并且默認(rèn)存放在系統(tǒng)prj文件夾下，數(shù)據(jù)庫名即為任務(wù)名。

圖1 系統(tǒng)功能模塊架構(gòu)

1.4.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集作為整個系統(tǒng)設(shè)計的初衷，采集的信息包括設(shè)備唯一條碼、設(shè)備地理位置、設(shè)備拓?fù)潢P(guān)系和設(shè)備附屬信息等。因此，該模塊主要用于設(shè)備信息的快速采集。采集過程為：掃描設(shè)備唯一條碼獲取設(shè)備信息(提取現(xiàn)有數(shù)據(jù))，補(bǔ)全缺失屬性信息，由于現(xiàn)有數(shù)據(jù)不一定正確，因此需要再根據(jù)實際情況對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行校準(zhǔn)；在所有信息都核準(zhǔn)完畢后進(jìn)行保存并將設(shè)備點展在圖上，再從圖上指定起點設(shè)備和終點設(shè)備，從而創(chuàng)建設(shè)備的拓?fù)潢P(guān)系。

1.4.3 圖形操作

地圖操作即是實現(xiàn)對地圖的基本操作，包括圖層的管理、地圖的顯示和地圖的測距等。按照用途不同，圖層可以分為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)圖層和電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)圖層。圖層的管理可以控制圖層的可見性，通過這一操作用戶可以隨意瀏覽自己感興趣的數(shù)據(jù)層。地圖的顯示包括地圖縮放、地圖漫游、搜索定位等操作，通過這些功能用戶可很方便地定位到自己感興趣的區(qū)域范圍或某個特定的對象；利用地圖的測距可計算出線路上任意兩點間或多點間的長度。

1.4.4 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理模塊完成對采集成果信息的查看、編輯和輸出。系統(tǒng)為用戶提供了多種數(shù)據(jù)查看方式，如列表點擊查看、條件查詢查看、圖上點擊查看等。對于粗差或異常值，用戶還可以通過編輯功能來更正這些信息，并將正確的信息保存到數(shù)據(jù)庫中。對于成果信息，用戶需要將其輸出為標(biāo)準(zhǔn)的臺賬模板，以便成果資料導(dǎo)入國網(wǎng)GIS平臺。

1.4.5 系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置包括藍(lán)牙連接配置、GNSS參數(shù)配置等。藍(lán)牙連接配置用于移動設(shè)備和GPS接收機(jī)間藍(lán)牙配對并建立數(shù)據(jù)通信；GNSS參數(shù)配置用于設(shè)置CORS站接入點、數(shù)據(jù)源及CORS賬號等信息，以便能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK高精度定位。

2 系統(tǒng)應(yīng)用實例

為了驗證該系統(tǒng)設(shè)計的合理性和項目應(yīng)用的可靠性，以天津電網(wǎng)建設(shè)改造項目為例進(jìn)行了系統(tǒng)測試應(yīng)用。

圖2

系統(tǒng)操作步驟分為3步：①加載現(xiàn)有地圖數(shù)據(jù)(如圖2(a)所示)，包括地形圖和設(shè)備信息現(xiàn)狀圖，取代老式的作業(yè)圖紙，這樣既方便了用戶攜帶瀏覽，又節(jié)約了打印圖紙的成本；②現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集(如圖2(b)所示)，在野外現(xiàn)場利用該系統(tǒng)直接采集保存設(shè)備相關(guān)屬性信息，并生成設(shè)備信息分布圖，無須手工記錄數(shù)據(jù)和繪制草圖等傳統(tǒng)操作；③輸出成果臺賬數(shù)據(jù)(如圖2(c)所示)，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，可以將設(shè)備信息數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)臺賬模板導(dǎo)出臺賬成果，省略了傳統(tǒng)手工編輯臺賬的內(nèi)業(yè)處理過程，大大提高了內(nèi)業(yè)工作效率。3 結(jié)束語

本文從系統(tǒng)架構(gòu)和功能設(shè)計方面對電力GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了整體介紹，并以天津電網(wǎng)建設(shè)改造項目為試點項目對該系統(tǒng)進(jìn)行了試用。應(yīng)用表明，利用該系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)了電網(wǎng)設(shè)備信息采集的內(nèi)、外業(yè)一體化，大大節(jié)約了數(shù)據(jù)采集人員的時間；此外，系統(tǒng)采用的網(wǎng)絡(luò)RTK和RFID等測量技術(shù)，保證了數(shù)據(jù)采集的精度。

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DesignandDevelopmentofElectricPowerGISDataAcquisitionSystem

CHEN Liang1，WANG Jianfeng2，SHAN BaoLin3，XIE Weiguang3，WANG Binghui3

(1.The Electric Power Research Institute of State Grid Tianjin Electric Power Company, Tianjin 300384,China; 2. State Grid Tianjin Electric Power Company, Tianjin 300010,China; 3.Tianjin Richsoft Electric Power Information Technology Co.,Ltd., Tianjin 300384,China)

In order to improve the working efficiency of the grid GIS data acquisition, ensure the integrity, accuracy and timeliness of the power grid GIS platform of spatial data and attribute data, the electric power GIS data acquisition system is successfully developed, using the modern Ntrip network RTK technology, mobile GIS technology, database technology and RFID identification technology. Practical engineering application shows that the system improves the efficiency of the collection, which can effectively meet the needs of the grid GIS collection work.

state grid GIS; mobile GIS; RFID； GPS surveying; data collection

P208

A

0494-0911(2017)01-0151-03

陳亮，王劍鋒，單寶麟,等.電力GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[J].測繪通報，2017(1)：151-153.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0034.

2016-04-12;

2016-09-30

陳 亮(1984—)，男，碩士，工程師，研究方向為電力信息系統(tǒng)管理及信息安全研究工作。E-mail: wbhcl@163.com