建立電力GIS平臺的探討

2014-10-10 11:34:44 大云網　點擊量：評論 (0)

引言隨著國民經濟的發展，電力資源需求迅速增長，在不斷提高供電可靠性及供電服務質量的同時，又要盡可能的降低送電運行管理的成本，這是電力部門當前工作中必須解決的主要矛盾。為此，必須及時了解當前設備的運

引言
隨著國民經濟的發展，電力資源需求迅速增長，在不斷提高供電可靠性及供電服務質量的同時，又要盡可能的降低送電運行管理的成本，這是電力部門當前工作中必須解決的主要矛盾。為此，必須及時了解當前設備的運行狀況、架線走廊所經地理環境等實時信息。但是，面對密織的電網、浩繁的設備、變遷的城區，以及對用戶的承諾，如何充分利用現有的網絡通道、軟硬件資源來降低設備成本；如何用計算機來描述和管理復雜多變的電網；如何保證設備資料的及時性和完整性；如何通過信息資源的共享和智能化決策支持來提高設備運行管理效率；如何合理地安排檢修計劃，縮短故障修復時間等。面對這些需求，地理信息系統這門學科漸漸得到電力部門的重視。
AM／FM／G／S
不同應用領域對GIS的理解不盡相同。美國聯邦數字地圖協調委員會對GIS的定義是：“GIS是由計算機硬件、軟件和不同方法組成的系統；該系統具有支持空間數據的獲取、管理、處理、分析、建模和顯示的功能，并可解決復雜的規劃管理問題。”基于上述定義，可以看到，GIS具有以下特點：
（1）GIS是計算機化的技術系統，它由良好的硬件環境、多功能的軟件模塊、描述地理實體的空間數據和良好的用戶界面所組成，GIS具有結構、功能和應用效益高度統一的特征。
（2）GIS的操作對象主要是具有地理坐標的空間實體的地理坐標及相關的屬性數據和拓撲數據，這是GIS區別于其他信息系統的根本標志，也是它的最大技術難點。
（3）GIS的優勢在于它的數據綜合、地理模擬和空間分析能力，在于它集空間數據的獲取、管理、處理、分析、建模和顯示于一體的數據流程。這既是GIS的核心，也是GIS的優勢所在。
地理信息系統（Geographic Information System，GIS）利用計算機建立空間地理數據庫，將地理環境的各種因素，包括它們的地理空間分布狀況和所具有的屬性數據進行數字存儲。CIS技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作（例如查詢和統計分析等）集成在一起，可以提供決策支持、動態模擬、統計分析、預測預報等功能。電力系統從發電廠、輸供電線路（架空線、電纜）、變電站、配電所直到千家萬戶電度表，大量的、各種各樣的、不同規范的電氣設施分布在廣闊的地域和空間，因此輸電系統的運行、雷電系統的定位、電力設施的管理（FM）、供配電系統的運行和維護、計劃檢修、故障管理、報裝管理、電網規劃、用電變更、電力營銷等，都少不了地理信息，GIS為電力企業的現代化管理提供了新的途徑和手段。
電力系統應用GIS
1 設備設施管理
配電網結構復雜，設備設施種類繁多，地域分布較為廣泛，并且變換頻繁，采用普通的數據庫軟件難以進行有效管理。利用GIS開發的應用系統，由于有不同比例尺的電子地圖，特別是大比例尺的電子地圖（1∶500、1∶1000)為參考，使得被管理的設備設施對象既有空間位置屬性，又有設備固有屬性；既有設備設施對象之間的空間關系，又有設備設施與最終用電戶的聯接和位置關系。因此，利用GIS技術不但能對電網進行有效的設備設施管理，并且能利用設備圖形之間的拓撲關系，進行電網的在線和離線計算。
2 集成和開發各種專業應用系統
計算機技術應用于供電系統的領域很多。就GIS技術來說，不能只局限于它的地理特性、圖形表示特征上，GIS技術可以深入到許多電力專業應用的領域。比如在SCADA系統中，傳統的電網系統一次圖通常是在矢量圖或光柵圖上疊加潮流和電壓等實時信息，當電網的規模較大時，只能用簡化系統一次圖的方法來表現出電網拓撲關系；而采用GIS技術后，除能保留SCADA系統的原有功能外，還可以利用GIS在數據表現上的優勢，將電網系統用GIS層的概念、過濾技術、GIS的面向對象數據模型，從宏觀到微觀逐步或交叉地表現電網中設備設施的邏輯關系、臺帳信息、實時狀態、運行信息等。
3 為各種供電行業的負載計算提供基本參數
配網潮流的計算是個復雜的問題，關鍵在于基礎拓撲結構和基本數據的采集，利用GIS技術可以很好地解決這個問題。配電網絡中設備和線路變化頻繁，拓撲結構更是經常發生變化，而GIS支持下的配網信息系統可以動態實時獲取到配網的拓撲結構、技術參數，為研究配網潮流提供了良好的基礎數據。
GIS還有很好的數據表達能力，可以成為表示計算結果的平臺。在GIS系統中，不僅能夠很好地顯示文本數據，還可以用圖形形式來直觀地表達信息，如潮流的方向和大小。這樣，配網潮流計算的專題研究就可不必為原始數據輸入和輸出花費精力。
4 提高供電企業的用戶服務質量
GIS技術還可以幫助提高供電企業的用戶服務質量，比如在GIS支持的配電網系統中，可以提高用戶報修和用戶用電報裝的效率。由于在城市配電網中一般采用1∶500和1∶1000的電子地圖，利用地圖中的建筑物對象可以很方便地表達到每一個電力用戶；在這種地圖數據上再關聯各種設備設施對象后，就可以在用戶和各種設備設施之間進行交互訪問。不僅可以方便快捷地在系統中對用戶的位置進行定位，還可以查詢到某個用戶是由哪個變壓器進行供電，并追溯到是由哪個變電站供電，這樣就為用戶報修提供了重要的信息。結合用電MIS中的用戶用電容量信息，以及圖形庫中的用戶與鄰近的變壓器、線路之間的位置信息，就可以為用戶報修提供輔助決策信息。

綜上所述，GIS技術在電力行業中不只用于地理的表現上，而可以跨出地理的概念，用GIS技術和表現手法來為電力行業有關專業服務。在建設一個供電企業的GIS系統時，不能只把著眼點放在地理背景圖上，要了解GIS專業技術，將GIS專業技術與具體的應用結合起來，解決實際工作中的問題，提高信息化應用的水平。
電力行業GIS基礎公用平臺
1 平臺描述
GIS是建立在空間數據庫、屬性數據庫和其他應用系統數據庫之上的公共基礎平臺。在這平臺上能建立各類需要圖形、空間分析等功能的應用系統，它具有公共和基礎的特性。從應用角度出發，平臺結構如下圖所示。
2 平臺特征
作為一個電力企業應用平臺，應具有基礎性、共用性、開放性、可維護性和標準化等特征。供電企業GIS平臺必須圍繞開放性和標準化來建設。建立供電企業GIS是一個浩大的工程，它不僅涉及到各種各樣的數據的集成和更新，同時還與各個部門和專業的應用功能的開發有關。在這個過程中，不僅需要GIS專業技術，還需要電力系統的專業知識和技術。供電企業GIS平臺更多地與GIS技術相關，但平臺基礎上的專業應用中電力專業知識就顯得尤為重要。在供電企業中，已經有了許多的專業應用，供電企業GIS平臺不僅要求能夠將以前的應用融合到GIS系統中來；同時要能夠讓用戶在此基礎上開發自己的應用。
這就要求供電企業GIS平臺從功能接口上和數據接口上具有很好的開放性，使得系統具有很好的可擴充性。
從功能接口上來說，要求GIS平臺能夠提供很好的支持。從數據接口上來說，GIS平臺中的圖形數據必須采用事實上的工業標準，數據結構必須是公開的。GIS平臺不僅要考慮網絡應用層，而且還必須考慮元數據（如數據來源、投影方式、坐標系統、作業方式等）標準的建設。近年來，國外OpenGIS、WebGIS的出現正是順應了這種趨勢，極大地擴展了GIS系統的規模和應用范圍。
電力行業的各個部門有許多GIS應用的需求，如果圍繞著各個專業的應用系統，分別建立GIS子系統，這將導致各個專業應用的數據和功能無法在整個供電企業內部進行共享，同時無法很好的解決數據的更新維護的工作。因此，在一個供電企業，只應建設一個基礎GIS共用平臺，并在此基礎上支持各種專業應用，為專業應用系統提供GIS數據支持和GIS分析功能。
平臺系統支撐軟件結構的要求
1 支持面向對象的數據模型和組件化的GIS軟件技術
數據模型是現實世界的某一部分的邏輯描述。GIS數據模型以數字的形式表達現實世界地理對象及其相互關系。數據建模的目的就是在計算機上抽象和表達現實世界。
過去的30多年中有各種不同的數據模型被采用并取得不同程度的成功。象CAD、TIN、GRID等許多數據模型是針對特定應用的。面向數據庫的地理相關模型被成功地廣泛采用了十幾年，特別是在早期的ARC／INFO中。在這個模型中，地理數據的幾何和拓撲關系放在文件中，而其屬性則存儲在數據庫管理系統（DBMS）中。這個模型強調幾何特性，它把世界描述成一系列點、線、面。比如，桿塔一般描述為點或圓，電力線路表達為線，建筑物則用多邊形來表達。這個模型很多年來以其靈活性、可擴展性和高效性滿足了很多GIS用戶的需求。但這一模型有其缺點，描述豐富的地理對象有一定的局限性，擴展為針對用戶或領域的要素模型較為困難。
現在，一些大的軟件公司引入了面向對象的GIS數據模型，允許用戶建立自己的面向對象的在基本模型基礎上擴展的數據模型。面向對象的數據模型與用戶通常看待、所研究事物的觀點及分類很接近，因此直觀且使用簡單，軟件處理的將是面向用戶的概念，例如：桿塔和線路、變壓器與開關；而不是面向系統的概念，例如：點、線、面。
2 全關系型GIS技術
GIS軟件管理兩類數據：空間數據和屬性數據。其中，屬性數據刻劃了對象除空間位置外的性質，這類數據一般是可以結構化的，因此可以用傳統的關系型DBMS來管理它們，并實現快速、可靠的檢索；而空間數據則刻劃對象的空間位置以及對象之間的相互關系，結構化的難度較大，因此一般采用文件系統來管理空間數據。這種數據管理的不一致性，一方面增加了GIS軟件開發的復雜性，另一方面也不易保證數據管理的可靠性，給使用帶來不便。
近年來，國外GIS與數據庫開發商（如ESRI公司和IBM公司）加緊了聯合的步伐，共同開發全關系的GIS軟件，使GIS軟件能充分利用商用數據庫中已經成熟的眾多特性，如內存緩沖、快速索引、數據完整性和一致性保證、并發控制、安全和恢復機制及分布式處理機制，明顯地提高了GIS軟件管理空間數據的能力。全關系型GIS提供長事務處理和版本管理，允許很多用戶對同一套數據同時進行編輯。
現在，新一代全關系型GIS支撐軟件基礎上開發的企業級GIS軟件已經投入運行，取得了很好的效果。
3 GIS支撐軟件本身是開放的和可擴展的
GIS支撐軟件是否開放主要體現在以下三個方面：首先是數據結構特別是圖形數據結構的開放性，要求有開放的內部數據格式，有標準的外部數據交換格式，同時這種數據格式又是可以擴展的，如ESRI公司的Shape數據格式和Auto Desk公司的DXF格式等。其次是產品二次開發技術的開放性，能夠支持通用的開發集成環境，如Delphi，Visual C++，Visual Basic等；支持通用的商業關系數據庫，如DB2，Oracle和SQL Server等；支持各種必須的工業接口標準等。第三是產品結構的開放性，它們可以按不同的應用需求，搭配構成一種客戶／服務器（C1ient／Server）體系結構。系統規模應該是可以縮放的，可以小到一個獨立的桌面應用，也可以大到為面向企業級的應用系統，提供基于空間信息的處理與分析，以滿足供電部門不同應用的需求。
4 能夠提供全方位的企業級解決方案
供電企業的GIS系統是整個企業的應用平臺。因此，在選擇基礎支撐GIS系列軟件產品時，這些GIS軟件產品應該支持企業級的GIS應用，也就是說，應該能夠根據用戶的特點，在客戶端和服務端為用戶提供多種適合用戶的組合。
根據用戶應用需要和投資計劃的不同，GIS產品系列應該支持從偶爾用GIS功能的用戶到復雜的多用戶的企業級系統應用。這意味著，隨著用戶的應用對GIS功能需求的增長，軟件解決方案也隨之升級。因此，用戶可以根據自己的應用在系統建立時的實際需求，從某個GIS軟件家族中選取一種或多種適合的產品。日后，隨系統的擴展而進一步選取較高端的產品，以滿足新的GIS應用需求。
5 采用工業標準或事實上的工業標準
建設GIS系統是一個大投入、長時間的過程，這要求平臺供應商對用戶的應用系統提供長期的支持和維護。由于不同的GIS支撐軟件之間數據結構、開發方式、技術支持上的巨大差異，所以當用戶從一種GIS支撐軟件轉換到另一個GIS支撐軟件，往往意味著巨大的投資被浪費；甚至即使采用同一種GIS支撐軟件，從一個開發商轉換到另一個開發商，都有可能造成數據的丟失，因為開發過程中，不同的開發商對相同的電力設備設施有著不同的數據描述。因此，采用工業標準和事實上的工業標準有利于保護用戶的投資。
另外，由于GIS系統所包含的內容非常龐雜，技術涉及面廣，應該采用具有廣大用戶群的GIS產品，從而在技術支持、產品的穩定性和產品的升級換代等方面得到保證。

結束語
本文對電力企業的GIS應用從應用系統平臺的角度進行了多方面的探討，提出了建立電力企業GIS基礎平臺的要求、思路以及該平臺的基本技術特點。