基于ArcGIS Engine的城市地下電力管網(wǎng)規(guī)劃管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

季笑慶 白曉龍 鄧昊 宋峰 張晨玥

摘 要：ArcGIS Engine作為典型的嵌入式GIS二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，采用Microsoft Visual Studio.Net 2008（.NET）為平臺(tái)、ArcGIS Engine 10.0為開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了城市地下電力管網(wǎng)規(guī)劃管理信息系統(tǒng)。本文詳細(xì)的介紹了ArcGIS Engine開(kāi)發(fā)技術(shù)和城市地下電力管網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀，從實(shí)際管理的業(yè)務(wù)需求出發(fā)，提出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和目標(biāo)，綜合運(yùn)用當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)，對(duì)基于ArcGIS Engine的城市地下電力管網(wǎng)規(guī)劃管理信息系統(tǒng)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各模塊功能，為輔助設(shè)計(jì)人員科學(xué)地規(guī)劃管道建設(shè)，提高城市地下管網(wǎng)資產(chǎn)利用率，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的電網(wǎng)規(guī)劃管理提供重要支撐。

關(guān)鍵詞：ArcGIS Engine；地下電力管網(wǎng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）06-0175-02

1 引言

城市地下電力管線作為城市管網(wǎng)中的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著信息傳輸、能源輸送等工作，是城市賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施。由于現(xiàn)有方式對(duì)大量的地下電力管網(wǎng)信息無(wú)法進(jìn)行有效的管理，造成目前城市地下電力管網(wǎng)設(shè)備無(wú)法高效利用。為了輔助設(shè)計(jì)人員更加科學(xué)地規(guī)劃管道建設(shè)，提高地下管網(wǎng)資產(chǎn)利用率，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的電網(wǎng)規(guī)劃管理，有必要開(kāi)展基于ArcGIS Engine的城市地下電力管網(wǎng)規(guī)劃管理信息系統(tǒng)建設(shè)工作。

2 ArcGIS Engine概述

ArcGIS Engine是開(kāi)放的地理信息處理平臺(tái)，具有強(qiáng)大的地理數(shù)據(jù)管理、編輯、顯示、分析等功能，它是用于構(gòu)建定制應(yīng)用的一個(gè)完整的嵌入式GIS組件庫(kù)。開(kāi)發(fā)者可以利用ArcGIS Engine使用不同的程序語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境，建構(gòu)基于用戶業(yè)務(wù)需求的GIS系統(tǒng)，為用戶提供針對(duì)電力管網(wǎng)的功能定制和業(yè)務(wù)應(yīng)用，是開(kāi)發(fā)城市地下電力管網(wǎng)規(guī)劃管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

ArcGIS Engine組件由ArcGIS Engine Runtime和ArcGIS Engine Developer Kit兩部分組成。ArcGIS Engine Runtime包含ArcObjects的核心應(yīng)用組件，能夠提供所有ArcGIS應(yīng)用程序所需要的核心功能，讓開(kāi)發(fā)人員自己定義開(kāi)發(fā)GIS應(yīng)用軟件和制圖工具；ArcGIS Engine Developer Kit提供一套完備的嵌入式GIS組件庫(kù)和工具庫(kù)，開(kāi)發(fā)者可用它來(lái)創(chuàng)建新的或更新已有的應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序可脫離ArcGIS環(huán)境單獨(dú)運(yùn)行，包含支持開(kāi)發(fā)任務(wù)所需的開(kāi)發(fā)資源。

3 城市地下電力管網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

一方面，由于城市地下電力管線資料殘缺不全，相關(guān)資料精度不高且多與現(xiàn)狀不符，規(guī)劃設(shè)計(jì)人員無(wú)法在工程施工前對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，導(dǎo)致施工單位在工程施工過(guò)程中時(shí)常發(fā)生地下電力管線被挖斷的情況，從而造成大面積停電等嚴(yán)重事故，并且由于缺乏相應(yīng)的技術(shù)手段，無(wú)法分析管網(wǎng)事故來(lái)源，造成事故響應(yīng)時(shí)間不及時(shí)，嚴(yán)重影響居民生活。

另一方面，由于現(xiàn)有的地下電力管線資料都以圖紙、圖表等紙質(zhì)化形式記錄保存，并采用人工方式進(jìn)行管理，對(duì)于新建、改造管線數(shù)據(jù)編輯修改效率低下。而應(yīng)用地理信息系統(tǒng)高新技術(shù)和圖形化的管理方法可以實(shí)現(xiàn)城市地下管線的高效管理，滿足相關(guān)部門管理者對(duì)于地下電力管網(wǎng)建模的決策和工程施工單位的需要。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以客戶的應(yīng)用需求為基本出發(fā)點(diǎn)，以適應(yīng)未來(lái)發(fā)展為基本準(zhǔn)則，集成現(xiàn)有的各類數(shù)據(jù)資料，提高數(shù)據(jù)的使用價(jià)值和應(yīng)用點(diǎn)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)將遵循如下設(shè)計(jì)原則：

4.1.1 規(guī)范化原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵循規(guī)范化原則，系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)必須嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)遵循行業(yè)相關(guān)規(guī)范，對(duì)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)未能涵蓋的接口，參照行業(yè)規(guī)范，協(xié)調(diào)、統(tǒng)一制定接口規(guī)范，以利于系統(tǒng)的集成和有效運(yùn)行。

4.1.2 實(shí)用性原則

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前期，必須充分考慮用戶業(yè)務(wù)需求，為確保在大數(shù)據(jù)量空間運(yùn)算時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，必須采用先進(jìn)的技術(shù)和系統(tǒng)架構(gòu)，提高系統(tǒng)整體性能，確保系統(tǒng)的先進(jìn)性和實(shí)用性。

4.1.3 擴(kuò)展性原則

擴(kuò)展性體現(xiàn)在應(yīng)用功能的可擴(kuò)展、部署方式的可擴(kuò)展和空間數(shù)據(jù)模型的可擴(kuò)展、服務(wù)的可擴(kuò)展，為滿足用戶在系統(tǒng)建設(shè)后期不斷擴(kuò)展的應(yīng)用需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要遵循擴(kuò)展性原則，保證系統(tǒng)擴(kuò)展過(guò)程的平滑升級(jí)，避免系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)、投資。

4.1.4 安全性原則

該系統(tǒng)建設(shè)涉及的數(shù)據(jù)（基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)等）屬于國(guó)家保密數(shù)據(jù)，從信息安全性角度考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)要符合國(guó)家電網(wǎng)信息安全規(guī)范，充分考慮數(shù)據(jù)的安全性和系統(tǒng)的可靠性。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

本次城市地下電力管網(wǎng)規(guī)劃管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）基于ArcGIS Engine，在GIS平臺(tái)上集成城市地下電力管網(wǎng)數(shù)據(jù)，直觀展示管線之間錯(cuò)綜復(fù)雜的位置關(guān)系及管線臺(tái)賬數(shù)據(jù)，完成對(duì)地下管線資料的圖形化管理，實(shí)現(xiàn)城市地下電力管網(wǎng)數(shù)據(jù)的可視化綜合展示。

（2）應(yīng)用ArcObjects組件庫(kù)，建立查詢統(tǒng)計(jì)、圖形編輯、數(shù)據(jù)審核、空間分析等模塊，實(shí)現(xiàn)電力管線數(shù)據(jù)的自動(dòng)導(dǎo)入和分析，方便管理人員及時(shí)、快速地獲取決策所需的關(guān)鍵信息，提高電網(wǎng)規(guī)劃管理效率。

（3）該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，提供了城市地下管網(wǎng)設(shè)備的完整建模、最佳路徑分析等功能，輔助規(guī)劃人員制定合理的管道建設(shè)方案，提高地下管網(wǎng)資產(chǎn)利用率，有效減少已建管道的浪費(fèi)。

4.3 系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)及開(kāi)發(fā)語(yǔ)言

GIS運(yùn)行組件：ArcGIS Desktop，ArcGIS Engine 10.0 Runtime for Windows，ArcGIS Engine SDK10.0。

.NET運(yùn)行平臺(tái)：Visual Studio 2008。

數(shù)據(jù)庫(kù)：Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)。

開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：C#。

5 功能實(shí)現(xiàn)

從目前電力管線管理現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)城市地下電力管線信息化管理進(jìn)行探索，充分利用ArcGIS軟件平臺(tái)提供的全面、可伸縮、易集成的開(kāi)發(fā)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)基于ArcGIS Engine的城市地下電力管網(wǎng)規(guī)劃管理信息系統(tǒng)應(yīng)有的基本操作、查詢統(tǒng)計(jì)、圖形編輯等基本功能，同時(shí)提供城市地下管網(wǎng)電纜走廊分析、電纜路徑分析等空間分析功能，并實(shí)現(xiàn)電纜輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)和分析城市地下電力管線的空間分布情況，為相關(guān)部門管理者提供輔助決策支持。

5.1 基本操作

基于電網(wǎng)GIS地圖，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基本操作功能，包括放大、縮小、平移、前一視圖、后一視圖、全圖、功能釋放、長(zhǎng)度測(cè)量、角度測(cè)量、面積測(cè)量等。

5.2 查詢統(tǒng)計(jì)

提供點(diǎn)查詢、圓查詢、矩形查詢、多邊形查詢的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行查詢，而且對(duì)于查詢到的結(jié)果可以在圖形中進(jìn)行地理位置定位。

5.3 圖形編輯

根據(jù)電網(wǎng)GIS平臺(tái)電網(wǎng)模型的元數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)、線、面等各類電網(wǎng)資源的圖形以及屬性編輯功能。構(gòu)建城市地下電力管網(wǎng)模型，應(yīng)用圖形編輯工具，實(shí)現(xiàn)各種類型的地下管網(wǎng)設(shè)備圖形的繪制功能、同步編輯入庫(kù)及電纜與埋設(shè)關(guān)聯(lián)。

5.4 數(shù)據(jù)審核

圖形繪制結(jié)束后，支持發(fā)起任務(wù)，增加審核流程，進(jìn)行審核，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。通過(guò)與GIS、PMS的充分集成，實(shí)現(xiàn)管道圖形與臺(tái)賬資料的共享，形成對(duì)地下管網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)流程的全過(guò)程閉環(huán)管理，有效規(guī)范地下管網(wǎng)的相關(guān)業(yè)務(wù)流程。

5.5 空間分析

作為GIS的核心功能，空間分析為用戶利用GIS進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃與管理提供了決策依據(jù)?；陔娋W(wǎng)GIS地圖，利用分析模型完善空間分析功能，實(shí)現(xiàn)橫斷面分析，用戶選擇需要分析位置后，以選擇的位置為基準(zhǔn)面，分析出此斷面下包含的各類電網(wǎng)管線設(shè)備和市政管網(wǎng)設(shè)備的橫斷面情況，包括設(shè)備水平距離，垂直距離，并能生成設(shè)備之間凈距離，位置關(guān)系的臺(tái)賬，方便掌握管線之間的空間位置關(guān)系。

5.6 規(guī)劃設(shè)計(jì)

根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃相關(guān)內(nèi)容（如：變電站布點(diǎn)位置、供電區(qū)域、規(guī)劃功能塊劃分）和電網(wǎng)儲(chǔ)備項(xiàng)目等，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、規(guī)劃理論和國(guó)網(wǎng)典設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等，開(kāi)展城市地下電力管網(wǎng)需求預(yù)測(cè)，提出電力管線數(shù)量和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃建設(shè)時(shí)序（年限），電纜走廊、電纜路徑規(guī)劃等電網(wǎng)規(guī)劃分析結(jié)論。

電纜走廊分析：根據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)電纜井，在一堆電纜隧道中（已經(jīng)存在電纜）選擇電纜路徑，并且生成報(bào)表，通過(guò)對(duì)已經(jīng)敷設(shè)的電纜進(jìn)行走廊分析，首先分析出電纜經(jīng)過(guò)的每段敷設(shè)，然后分析出每段敷設(shè)的臺(tái)賬，包括敷設(shè)的現(xiàn)狀，敷設(shè)的長(zhǎng)度，管孔占用情況等，實(shí)現(xiàn)電纜走廊分析。

電纜路徑分析：在兩個(gè)相隔很遠(yuǎn)的電纜井之間規(guī)劃敷設(shè)電纜（不需要有實(shí)際存在的電纜），并且可以得到優(yōu)化的敷設(shè)路徑。通過(guò)對(duì)已用管線、未用管線的分類管理，首先分析出相近電纜井兩兩之間電纜敷設(shè)現(xiàn)狀，是否有可使用管線敷設(shè)，再根據(jù)最短路徑分析出兩個(gè)相隔很遠(yuǎn)的電纜井之間的最佳路徑，實(shí)現(xiàn)電纜路徑分析。

5.7 管網(wǎng)專題圖

實(shí)現(xiàn)污區(qū)、風(fēng)區(qū)、冰區(qū)、舞動(dòng)區(qū)等管網(wǎng)專題圖的展示與分析，分析管網(wǎng)資源所屬的專題圖等級(jí)以及某等級(jí)的專題區(qū)域包含的電網(wǎng)資源。并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)設(shè)備信息地域分布的展示、定位、查詢，與設(shè)備所在區(qū)域（如：污區(qū)、風(fēng)區(qū)、冰區(qū)、舞動(dòng)區(qū)等專題區(qū)域）對(duì)設(shè)備的影響分析等高級(jí)功能。

結(jié)合管網(wǎng)專題圖信息展示，在地圖中疊加顯示污區(qū)、冰區(qū)、風(fēng)區(qū)、舞動(dòng)區(qū)等特殊區(qū)域及特殊地理信息，綜合分析各區(qū)域?qū)﹄娏υO(shè)備的影響，統(tǒng)計(jì)各個(gè)專題所影響的管網(wǎng)設(shè)備，為電網(wǎng)規(guī)劃部門提供輔助規(guī)劃。

5.8 設(shè)備全壽命周期管理

基于管網(wǎng)資源、管線占用分析等功能模塊的領(lǐng)導(dǎo)決策系統(tǒng)，以及利用管網(wǎng)資源建立起的數(shù)據(jù)分析模塊及設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)模塊。通過(guò)對(duì)甲方提供的設(shè)備巡檢記錄、維修記錄的統(tǒng)計(jì)分析，找到設(shè)備薄弱點(diǎn)，采取有效的防范措施，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期管理。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前城市地下電力管網(wǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀，利用先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)技術(shù)和ArcGIS平臺(tái)，完成基于ArcGIS Engine的城市地下電力管網(wǎng)規(guī)劃管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過(guò)應(yīng)用地理信息技術(shù)，對(duì)大量的地下電力管網(wǎng)信息進(jìn)行有效的管理，實(shí)現(xiàn)城市地下電力管網(wǎng)設(shè)備的高效利用；并提供城市地下管網(wǎng)電纜走廊分析、電纜路徑分析等功能，實(shí)現(xiàn)電纜輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)和分析城市地下電力管線的空間分布情況，為輔助設(shè)計(jì)人員科學(xué)地規(guī)劃管道建設(shè)，提高地下管網(wǎng)資產(chǎn)利用率，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的電網(wǎng)規(guī)劃管理提供重要支撐。

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