電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺的設(shè)計與實現(xiàn)探析

范 瑩

（國家電網(wǎng)北京城區(qū)電力公司，北京 100032）

0 引 言

為能在專業(yè)化協(xié)同設(shè)計平臺輔助電力規(guī)劃設(shè)計工作，滿足電力規(guī)劃信息的整合需求，相關(guān)人員可在電力規(guī)劃設(shè)計平臺中引入GIS技術(shù)，繼而在地理信息管理和運維平臺建設(shè)中集成各類可視化和智能化技術(shù)，高效整合電力規(guī)劃設(shè)計階段的信息數(shù)據(jù)。因此，重點闡述電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺的設(shè)計及實現(xiàn)思路，維護(hù)電力企業(yè)的核心利益，并為用戶提供有效的電力服務(wù)。

1 電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺相關(guān)概述

網(wǎng)絡(luò)通信、高級配電以及計算機(jī)等技術(shù)被集成應(yīng)用于我國電力系統(tǒng)的內(nèi)部建設(shè)，用以支撐智能化和自動化的電網(wǎng)監(jiān)測機(jī)制，保障電力系統(tǒng)供電的可靠性。在電力規(guī)劃設(shè)計中，GIS平臺借助新型先進(jìn)的配電技術(shù)，整合并升級電網(wǎng)，使電力系統(tǒng)具有故障監(jiān)測、設(shè)備自動管理以及智能配電等功能，從而為我國城市電網(wǎng)的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)時代，電力系統(tǒng)在運行期間數(shù)據(jù)資料規(guī)模大且數(shù)據(jù)格式多，容易在電網(wǎng)數(shù)據(jù)管理中出現(xiàn)信息孤島問題。通過建立GIS平臺能夠統(tǒng)一管理系統(tǒng)內(nèi)部的信息數(shù)據(jù)，整合電力規(guī)劃中的項目資源，為電力規(guī)劃設(shè)計提供準(zhǔn)確和系統(tǒng)的參考依據(jù)[1]。在電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺時，相關(guān)人員可在數(shù)字高程模型、遙感影像技術(shù)、仿真技術(shù)以及自動化電力設(shè)備的協(xié)同作用下整合地區(qū)電力系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)，共享電力電網(wǎng)資源，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供助力。

2 電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺功能需求

2.1 圖形定位、顯示

電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺在設(shè)計功能時，應(yīng)增設(shè)圖形顯示和定位功能，從而清晰展示線路設(shè)施、輸電路線、配電站分布以及電壓等級圖，同時可用于定位電力規(guī)劃區(qū)域基礎(chǔ)地形圖和電力系統(tǒng)開關(guān)站圖。此外，它還能在坐標(biāo)輸入中幫助用戶快速定位線路塔桿。

2.2 圖層管理

電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺在圖層管理功能中可分層顯示塔桿、電網(wǎng)線路以及變電站等核心管理內(nèi)容，創(chuàng)建河流、高速公路以及鐵路等特殊地段的巡視圖層，以及變電站容量、電壓等級、輸電線路以及線路分布等方面的專題圖。電力規(guī)劃人員可結(jié)合圖層信息、輸入線路、設(shè)備以及塔桿等數(shù)據(jù)資料，掌握各地區(qū)輸變電的屬性信息，從而提高輸配電效率[2]。

2.3 項目管理

在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中建立線路工程時，電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺應(yīng)利用自身項目管理功能，整理工程負(fù)責(zé)人、電壓等級以及線路工程類型等項目信息，監(jiān)控項目進(jìn)度，并實時更新線路工程施工建設(shè)現(xiàn)狀。另外，在平臺內(nèi)的地理信息系統(tǒng)中輔助項目管理人員，有序完成線路接地和負(fù)荷測量等工作。

2.4 電力系統(tǒng)運維

一方面，電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺在空間量算分析中需結(jié)合電力規(guī)劃范圍中的地形土方和通視信息，在排查故障點期間提供最佳的維修線路。另一方面，該平臺在系統(tǒng)維護(hù)中可保證系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)安全，以免出現(xiàn)人為輸出和改動現(xiàn)象。另外，在系統(tǒng)運維中通過利用系統(tǒng)管理日志，可確保系統(tǒng)運維的便捷性。

2.5 輔助電力工程設(shè)計

在發(fā)電、變電以及線路工程的設(shè)計期間，給出電網(wǎng)線路區(qū)域的內(nèi)航帶圖和空間統(tǒng)計線路的內(nèi)部信息，匯總工程設(shè)計信息，然后根據(jù)工程設(shè)計圖紙，整合設(shè)備、生產(chǎn)以及施工作業(yè)方面的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺的設(shè)計

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)計在局域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中架構(gòu)三層客戶端，主要服務(wù)內(nèi)容為連接系統(tǒng)用戶端、服務(wù)器以及端口銜接區(qū)域。其中，用戶端研發(fā)時在軟件平臺使用C語言，研發(fā)兼容Direct 4D和OpenGL的網(wǎng)絡(luò)引擎。服務(wù)器端口網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)目標(biāo)是接收用戶請求，并反饋平臺的處理結(jié)果，整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。為增強(qiáng)電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺的安全性能和穩(wěn)定性能，減少平臺故障，可在設(shè)計服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)時采用共享存儲方案，通過“一主一備”模式，控制故障產(chǎn)生后的服務(wù)器癱瘓問題[3]。在服務(wù)器停止運行后，平臺可啟動備用服務(wù)器，從而為電網(wǎng)規(guī)劃和電力系統(tǒng)的運行提供持續(xù)穩(wěn)定的服務(wù)。

3.1.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，由于電力系統(tǒng)輸電設(shè)備和電力規(guī)劃區(qū)域中地理信息的關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)，所以在設(shè)計數(shù)據(jù)庫的模塊和功能時需結(jié)合地區(qū)地理信息。從電網(wǎng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)運維以及設(shè)備管理分析，需提供數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。具體來說，電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺數(shù)據(jù)庫模式可分為屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)交互可通過輸入標(biāo)識碼完成，且兩者之間具有對應(yīng)關(guān)系，但不同數(shù)據(jù)庫模式的應(yīng)用范圍存在一定的差異性。在電力規(guī)劃中，空間數(shù)據(jù)多用于配電、電力設(shè)備以及區(qū)域地理信息的采集和處理，而屬性數(shù)據(jù)可用于監(jiān)測電網(wǎng)線路和電力系統(tǒng)負(fù)荷[4]。

圖1 電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)計圖

3.2 電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺的設(shè)計實現(xiàn)

3.2.1 技術(shù)框架

電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺建立的技術(shù)框架由插件、三維可視化、GIS、數(shù)據(jù)庫以及影像處理等技術(shù)構(gòu)成。其中，GIS技術(shù)是電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺的核心技術(shù)，可在電網(wǎng)建設(shè)、電力系統(tǒng)運行以及線路工程開發(fā)中，通過海量地理空間數(shù)據(jù)保障電力規(guī)劃的系統(tǒng)性。平臺的技術(shù)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)庫是地理信息系統(tǒng)功能實現(xiàn)的前提條件，能將GIS空間處理信息匯集到GIS平臺的整體結(jié)構(gòu)中。

3.2.2 基本算法

GIS技術(shù)應(yīng)用范圍較為廣泛，技術(shù)實踐涉及的地形和空間數(shù)據(jù)規(guī)模大。在此背景下，GIS技術(shù)在各地區(qū)電力規(guī)劃中的占比不斷增加。GIS技術(shù)在應(yīng)用中需借助算法和動態(tài)調(diào)配機(jī)制實現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)導(dǎo)入和顯示，甚至可釋放GIS平臺范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)和信息。技術(shù)人員在GIS平臺中融入三維可視化技術(shù)，可使GIS平臺在電力過程的電網(wǎng)調(diào)度范圍內(nèi)精準(zhǔn)掌握塔桿、變電站位置以及某區(qū)域線路狀態(tài)等內(nèi)容，甚至能將遠(yuǎn)距離電力設(shè)備的狀態(tài)清晰顯示在電力系統(tǒng)的主界面，以滿足電力行業(yè)的電網(wǎng)建設(shè)和系統(tǒng)維護(hù)要求[5]。

電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺實現(xiàn)中，使用算法為Geometry Clipmap。該算法可在二維GIS技術(shù)運用中升級并調(diào)整平臺功能。例如，在GIS平臺渲染地形時，該算法可基于GPU批量算法有效存儲地形信息，并且在信息管理中結(jié)合地形的大小和分布情況分類整理地形信息，最后將其錄入平臺顯存內(nèi)，便于電力規(guī)劃人員在采樣期間使用GPU完成地形渲染任務(wù)。另外，在Geometry Clipmap算法支持下，電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺具有海量數(shù)據(jù)查詢和存儲功能，可通過簡化海量數(shù)據(jù)使相關(guān)人員快速獲取電網(wǎng)和線路信息，從而為電力行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展打好基礎(chǔ)。

以電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺地形測繪為例，Geometry Clipmap算法在實現(xiàn)像素大小三角形中將像素定義為：

其中，ngt為地形區(qū)域大小，W為平臺窗口大小，n為區(qū)域平面內(nèi)邊長數(shù)量。

3.2.3 功能實現(xiàn)

電力規(guī)劃設(shè)計中，GIS平臺功能的實現(xiàn)可根據(jù)電力行業(yè)內(nèi)部平臺的成果數(shù)據(jù)，設(shè)計對應(yīng)的數(shù)據(jù)接口，以確保平臺作用與電力系統(tǒng)和電網(wǎng)信息系統(tǒng)的無縫銜接。另外，在平臺功能結(jié)構(gòu)中針對電力規(guī)劃區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)集成方案，可將地理信息系統(tǒng)、地質(zhì)信息數(shù)據(jù)以及電力行業(yè)內(nèi)信息進(jìn)行整合和歸類[6]。電力行業(yè)以此為基礎(chǔ)共享電力規(guī)劃信息，以推進(jìn)電網(wǎng)業(yè)務(wù)的協(xié)作開展，從而在優(yōu)化配置行業(yè)內(nèi)部資源過程中改進(jìn)電力行業(yè)內(nèi)的業(yè)務(wù)流程。此外，電力規(guī)劃設(shè)計中GIS平臺所建設(shè)的一體化服務(wù)可遵循電力企業(yè)總體架構(gòu)，結(jié)合功能服務(wù)對象，提供數(shù)據(jù)、GIS、身份驗證以及設(shè)備管理等服務(wù)。強(qiáng)化電力系統(tǒng)運行的監(jiān)控力度，使GIS平臺在電力規(guī)劃設(shè)計中可進(jìn)行實時的動態(tài)化監(jiān)測服務(wù)。

平臺建設(shè)中各功能板塊相互配合，可作為不同地區(qū)電力規(guī)劃、輸變電工程設(shè)計以及業(yè)務(wù)流程創(chuàng)新的基礎(chǔ)支撐。例如，功能板塊在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計中可輔助電力規(guī)劃工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和流通，使相關(guān)人員可高效控制電網(wǎng)建設(shè)和電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。GIS平臺開發(fā)軟件可選擇Microsoft Visual Studio 2019，數(shù)據(jù)庫軟件選用SYBASE，平臺二維和三維的功能開發(fā)通過ArcGIS組件和客戶端實現(xiàn)。

3.2.4 數(shù)據(jù)獲取

電力規(guī)劃設(shè)計平臺中會產(chǎn)生矢量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像以及數(shù)值高程等海量數(shù)據(jù)信息。因此，技術(shù)人員需借助GIS柵欄數(shù)據(jù)格式增強(qiáng)平臺兼容性，使平臺穩(wěn)定且高效地獲取不同格式的數(shù)據(jù)。另外，相關(guān)人員基于電力規(guī)劃設(shè)計中的GIS平臺可直接采集并獲取地區(qū)的原始數(shù)據(jù)，對比電力規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的地形資源，恢復(fù)原有地形地貌，以確保電網(wǎng)建設(shè)中該地區(qū)地形影像的系統(tǒng)性。在數(shù)據(jù)存儲中可以以文件形式存儲數(shù)據(jù)，無需在數(shù)據(jù)庫內(nèi)搜索信息，有助于完善電力規(guī)劃信息查詢體系，提高其規(guī)劃效率，從而滿足我國電力行業(yè)的發(fā)展建設(shè)需求[7]。

4 結(jié) 論

綜上所述，城市電網(wǎng)建設(shè)中可通過建立電力規(guī)劃設(shè)計GIS平臺發(fā)揮GIS技術(shù)的核心價值，實現(xiàn)電力規(guī)劃設(shè)計中信息和功能應(yīng)用的一體化。平臺的設(shè)計需結(jié)合電力規(guī)劃的基本需求，融合三維可視化和插件等先進(jìn)技術(shù)，整合電力行業(yè)的平臺資源。相關(guān)人員在線路工程和電力設(shè)備管理中利用自動化和智能化服務(wù)，可確保電力規(guī)劃設(shè)計工作的實效性，為完善我國電力行業(yè)建設(shè)體系提供助力。