电网线路管理地理信息系统的设计与实现

要 随着社会的不断进步，科技的不断发展，人们不断通 过互联网快速获取、发布和传递信息，它在社会的各个方面有着 重要的作用。因此各种信息系统建设的地位不容忽视，它已成为各个单位在信息 化建设中的不过或缺的一部分。而电网线路信息管理作为电力企业管理的核心系 统，其重要性是越来越重要。将新技术运用于电网公司管理有着极大的理论与实 际价值，可以大大降低企业管理成本，提高效率，进而使电力企业的生产力与效 率得到整体提高。而电力企业如何有效管理线路资产，如何用先进的方法实现线 路和资产的管理和运行维护，是当前一个迫切需要解决的问题。因此，采用科学 、直观、信息量大的配电网管理方法，彻底取代传统的配电手段成为可能，设计 出在地理信息系统平台上运行的线路及杆塔管理系统是解决以上问题的捷径。 本文以眉山市青神县电网线路为研究对象，主要研究基于 电网线路空间数据的管理与存储，原型系统的设计与 实现。本文在查阅、思考、消化、吸收国内外有关线路管理系统研究的基础上， 设计与实现了一个基于多层架构的电网线路管理信息系统。本文首先系统的调研 了当前系统的需求以及研究发展现状，对当前的线路管理与 慧城市研究与发展的现状进行了综述，对研究区域进行了需求与现状调研，了解了研究区域的 概况与相关数据情况，对系统的功能需求等进行了充分的调研。然后在需求分析的基础上，建立了电网线路空间数据库，设计了完整的数据转换与管理的技术方案，解决了 统中的关键的数据格式与空间管理的问题。最后在需求与数据基 础上，根据软件工程的思想，进行了系统的概要设计、详细设计、数据库设计，并采用 +进行了系统代码实现。完成了系统原型系统的开发，列出了相关实现细节。 关键词： 电网线路；地理信息系统；空间数据库；系统设计与开发 of of to it an in of of be in of an of it as of is of of of to to to is an to of of of in is a to In of as IS of on of a on of as as of of to an of of as a on of to to of in IS on of on of + + of a 录 第一章 绪论 . 1 究的背景与意义 . 1 内外的研究现状 . 2 内研究现状 . 2 外研究现状 . 3 文的研究内容与研究方法 . 4 文的组织结构 . 5 第二章 相关理论基础 . 7 力信息系统管理 . 7 理信息系统概述 . 7 理信息系统 . 7 感影像 . 7 层体系架构技术 . 8 网线路管理信息系统中的 间分析 . 8 第三章 电网线路空间数据建库与分析 . 10 究区域与主要技术路线 . 10 究区域概况 . 10 据获取 . 10 件系统 . 10 体技术路线 .网线路空间数据库建立的核心技术 . 12 形转换为 据 . 12 格图像的校正预处理 . 13 网空间图像的生成 . 14 网线路空间数据叠置分析 . 15 间叠置分析概念及原理 . 15 网线路叠置分析基本过程 . 15 第四章 系统设计及实现 . 17 统总体设计 . 17 统逻辑架构设计 . 17 统的物理构架设计 . 18 统设计目标与原则 . 18 统功能模块设计 . 19 路及杆塔的资产管理 . 19 塔定位及线路抢修检修 . 21 建线路的优化及改造 . 21 建线路的规划及辅助设计 . 23 统安全管理 . 24 统详细设计 . 24 据层次体系设计 . 24 心类结构设计 . 25 统数据库设计与操作 . 26 本设计 . 26 键技术 . 27 统原型系统实现 . 29 发与运行环境 . 29 统用户登录模块 . 29 户管理模块 . 30 网线路管理模块 . 31 路及线杆等查询模块 . 32 第五章 系统测试 . 34 码审查 . 34 元测试 . 36 成测试 . 39 统测试 . 40 能测试 . 40 能测试 . 41 网线路信息系统软件测试效果分析 . 44 第六章 总结与展望 . 46 文总结 . 46 究展望 . 47 致 谢 . 48 参考文献 . 49 1第一章 绪论 究的背景与意义 电网线路是关系国家供电安全与正常运行的命脉，其 建设与管理从开始的设计、施工、监理以及后期的维护维修，都 要付出大量的人力、物力、财力，而输电线路管理效率的高低也对城市生活以及 工业生产产生较大的影响。因此，提高电网线路的管理的效率和降低成本，对于 国家电网、地方供电公司而言都可以使成本得到降低，生产力得到提升。配电网 自身具有如下特点：电压等级多、配电设备数量大、覆盖面广、更改频繁，随着 城市、农村的不断发展和用户的扩张增容，配电网在不断的扩大。传统的手工对 输电线路进行记录管理的方法由于较为笨拙、资料容易腐烂或者丢失、更新不变 、查询极极困难等缺点，已经无法满足当前对于线路管理高效的要求。 另一方面则是技术的发展，最近几年，计算机、通信 、网络的发展让人目不暇接，突飞猛进，从随时随地访问的 3 G、 各种新型的终端设备如 于 手机操作系统，以及目前各种热门的基于云计算和 应用如 ，整个世界已经向无缝化、网格化、一体化发展。仓储管理信息系统正是这个大背景下的一个趋势。在中国，2008 年 3 G 商用放号以后，无线网络得到了前所未有的发展，中国三家电信运营商纷纷推出自己的 3 G 服务，同时开始在各大城市投放无线热点访问，因此，目前用户可以自由的使用各种移动终端进行视频通话如 。 现在运营商无线业务与固话业务、三网融合等为统一的 部署物流环节上的增值业务和基础服务提供了大量机会。无线网络的技术发展使 通信速率的瓶颈问题得到解决。而电网线路管理信息系统业务本身也是当前一个 热门研究与应用领域，通过对线路的自动化管理，可以满足诸如电力企业运营、 物联网与智慧城市建设等，俨然已经成为现代化企业的关键技术支撑，为这些科技发展增光添彩。 因此，电力企业如何有效管理线路资产，如何用先进 的方法实现线路和资产的管理和运行维护，是一个迫切需要解决 的问题。近年来，计算机技术、网络通信技术，尤其是地理信息系统 (术的迅速发展，采用科学、直观、信息量大的配电网管理方法，彻底取代传统的配电 手段成为可能，设计出在地理信息系统 2平台上运行的线路及杆塔管理系统是解决 以上问题的捷径。地理信息系统建成后将为电网资源管理、电网规划、建设和管 理、输配网设施建设、调度管理等方面提供基础地理信息服务和技术支撑。虽然计算机早在各行各业得到了广泛的应用，但基于 相关电网线路管理的应用目前还正处于研究的初期，在应用上更是完全还没有起步。在后面的几年里，随着 需求的不断增加、技术的不断进步、相关标准、政策与法规的不断完善，这个行 业必将如火如荼的发展，迎来属于它的一片黄金时期。以电网地理信息数据作为 基础框架，各部门各业务系统的数据就可以在这个平台上得以集成，将各种格式 与来源的数据进行整合与融合，使电力企业的生产与决策得到科学与有效的管理 。地理信息数据与各部门业务数据有机结合将完善各专业地理信息系统的决策支 持功能，及时满足电力信息化建设对基础地理信息资源的迫切需求，其意义主要体现在： （ 1）有利于供电企业信息化建设进程 电网线路管理地理信息系统的实施对 供电企业信息化的发展具有重大的意义。系统的本身就是信息化建设的重要组 成部分，系统的实施将促进供电企业信息系统的发展，有利于提高企业信息化建设的整体水平。 （ 2）有利于促进电网的可持续发展 系统的实施有利于对县域电力资源情况的全面了解、 有利于资源配置，必将提高电网资源的合理配置、充分利用，提 高公司领导和生产部门在重大决策的科学性，对电网的可持续发展具有深远的意义。 因此，对电网线路管理进行科学的、有效的计算机化 、信息化具有很大的必要性。本文基于以上需求，主要集中以下 两个方面进行探索研究，为实现对电网线路的科学管理，实现电力资源的可持续发展提供依据。 （ 1）应用 理信息系统）的空间分析功能，一方面对研究区域内的输配电网络进行有效分析、研究，另一方面采用新技术后将管线管理进行抽象总结，提高到更科学的高度。 （ 2）利用 术对寻找与设计合适的数据模型，建立数据库，为电网线路管理的商业化评估提供有力的科学理论与技术支撑。 内外的研究现状 内研究现状 在计算机网络、通信技术的发展背景下，各种管线管 理计算机系统已经成为 3当前企业管理、物流自动化的主要发展方 向，如同当年电脑替代纸笔办公一样，已经成为时代的趋势。它在人力上和物力 上有很多优势，比如：自动线路管理、单位与收发管理，能够减少浪费，利于环保，提高效率。 为了提高线路管理的灵活性，线路信息管理系统现在被应用到许多领域4。其中就包括排水管线、通讯管线、各种电子 商务网站的物流线路分配，例如目前竞争火热的京东、苏宁易购等电商网站，由 于线路管理系统的存在任何城市都可以进行方便的调货、配货与送货。国外的线路管理系统出现并广泛应用于上世纪 80年代，其中就包括微软、 公司的各类开发商的产品，这些系统成本低效率高，明显优于传统的考试形式，并得到了广泛的发展5。 我国己在“七五”和“八五”期间成功地利用各种技 术手段对我国地下管线与地上管线进行了全面的综合调查，并对 其的动态变化及其产生的生态效益做了综合评价5。在电网线路管理方面，王宪英对大兴安岭地区电网线路在 1987 年清查数据进行了对比分析。目前我国的中小 城市与乡镇大部分线路管理还是采用传统的手工管理员方式，这种方式至少要经 过多个复杂的人工步骤。显然，随着自动化和工作量要求的不断提高，人工对电网线路管理将是十分繁琐和复杂的工作，一些不确定因素也会影响到仓库管理，无 法保证准确率，可以看出传统的管理方式无法与现代线路管理相接轨。 同时通过对电网线路管理系统进行核算，证实了电网线路管理自动化的价值。我国在电网线路管理上成绩出色的主要有： (1)北京密云水电网管理自动化系统 ;(3)湖北武汉市电网输送线路及其信息系统等。 外研究现状 一些外国学者在电网线路资源变化问题方面进行了大量的研究工作。 如 据、地貌数据以及地形高程模型作为数据层进行空间叠加操作， 分析不同地貌类型、 不同流域的电网线路动态及变化9。遥感和 段相结合监测河岸电网线路变化11。 1 35。 研究调查了气候改变对电网线路物种组成的影响16。国外学者多应用 遥感技术，将电网线路资源和环境的变化有机的结合起来，手段较先进，研究也较深入。在文献 14中，义了基于策略的仓库管理框架 ，来完成基于策略的模式。在策略细化转换方面，文献 15利用 4事件演算（ 究了基于目标的策略细化方法。文献 16分析了几种不同的策略转换方法（分析模型、在线算法、模拟方法等） ，并提出了从机器学习的角度来进行策略转换的方法。在策略管 理工具与策略产生和分析模型方面也有了比较深入的研究：伦敦皇家学院提出策略管理工具 7, 人提出策略产生和分析模型 18。在策略冲突消解方面国内外研究者做了比较深入的研究， 出消除策略冲突的改进模型 19，文献 20提出了基于网元的策略冲突解决方法 ,文献 21提出了基于描述逻辑的策略冲突检测方法研究及实现。 以上研究者对策略规范语言、策略框架、策 略管理工具及策略冲突消除在不同方面的应用进行了深入研究，但是这些策略一 般都是预设的，如何让系统依据在线诊断和预测的结果来制定相应的调控策略并推导 相应的调控计划方面研究的还不够。 国外对于电网线路管理自动化评价 方面的研究，美国马里兰大学的 1997 年发表于 志上的那篇著名的论文估算出全球 16 种主要生态系统的 17 种生态功能的经济价值为 33 美元。 文的研究内容与研究方法 本研究旨在利用 术手段，快速、准确地描述研究区域中的电网线路及其环境的空间信息和其他信息，并结合 地理信息系统软件和其它的图形材料，建立其空间数据库。通过组织有序的数字的电网线路的空间信息模型，来对其进行有效管理，为合理经营管理电 网线路与规划提供科学依据，使电网管理自动化、明晰化，并为社会所承认，最 后，还可以为电力行业管理者实施可持续发展战略提供有效的保证。本论文进行 电力系统运行线路的地理信息系统的应用开发，通过了解计算机系统仿真的在实 际应用中的必要性以及其仿真的基本原理，明确地理信息系统的开发原理，实现 电力系统运行线路的地理信息系统的开发，以最常见的配电网络为例进行仿真研 究。首先，对电力系统运行线路的地理信息系统进行详细的功能设计。然后通过 编程及数据库设计分别实现了各种管理模块，并且从用户端出发开发了一种便于 使用的管理系统，最后对实现的地理信息系统进行测试，证实系统有一定的实用价值。 总之，本研究借助于 司的 件平台，对所研究的电网线路进行空间分析，从多个层次、多个角度动态理解 与管理时空分布、变化规律和特征，从而为线路资源的合理利用、管理与科学评 估提供科学的理论基础与有效的技术支 5撑，也为实现我国电力管理的数字化、大信息化提供实践依据和基础研究。 拟采用的研究方法 本文主要采用以下研究方法： （ 1）文献调研 文献调研方法将当前线路管理系统的现状和问题进行 综述与分析，了解当前最新研究动态，获取到相关的方法信息。 （ 2）定性与定量分析 所谓定性分析，是指不采用数学方法，仅采用研究者 的直觉、感观、经验对研究对象进行判断，并结合以前的事实或者其他资料，对研究对象的性质、趋势、规律等作出感性判断的一种方法 ，最后采用文字等方式进行描述表达。 所谓定量分析，是指根据研究对象的各项指标特点与 数值，采用概率模型、统计模型等进行适当的数据建模，并用规 范的数学语言进行描述的一种方法。通过科学的定量分析，可以从本质上了解事物的发展规律。 定性分析和定量分析两种方法是相互依存的，缺一不 可，定量分析以定性分析作为基础，而定性分析要通过定量分析 来具体化、精确化，只有将这两种研究方法结合起来使用，才能达到较好的研究效果。 （ 3）理论分析与实证研究相结合 理论分析是指运用软件工程理论、管理学理论对系统 需求及实现进行了深入剖析。 实证分析是指借助本文最后采用的对经验事实的描述 通过诉诸事实来解决人们经验事实中所遇到的问题。它注重人的现实功利要求追求结果的时效性。 文的组织结构 本文包括以下五章： 第一章绪论：介绍了研究电网线路管理信息化重要意 义，以及线路管理自动化情况在国内外的研究现状，阐述了研究基于 线路地理信息系统的需求和可行性，最后给出本文的主要研究内容、研究方法和章节安排。 第二章介绍本文研究相关的理论基础，主要分为两个部分，首先对数字城市、智慧城市、智慧地球基本概念进行了介绍 ，从而引出了线路智能管理的需求。然后地理信息系统的基本概念进行了较深入的介绍，主要包括 感影像、虚拟地理环境的概念和 临的挑战。最后介绍了进行电网线路管理的 法。 6第三章对电网线路建库与数据空间分析方法进行了详 细介绍，从研究区域的概况开始，集中到整个研究的数据获取流 程、软件系统应用与总体的技术路线上来。然后分别讨论线路空间数据库建立的 详细步骤，并详细阐述了空间数据叠置分析的关键步骤与技术，并给出了详细数据论证。 第四章则根据软件工程的标准化思路，从系统的总体 设计、功能模块设计、详细设计到原型系统的开发与实现进行了 详细的介绍，并给出了关键的图片与代码。 第五章系统测试，结合软件测试理论，设计了一整套 多层次软件测试方案对系统的各个方面进行了严格的测试，证明了本系统的科学性与有效性。 第六章总结与展望：对本文的研究进行总结，并对未来的工作做展望和建议。 7第二章 相关理论基础 本章主要介绍电网线路管理的背景知识与 关基本概念，为后面章节中的定量分析与实验提供理论基础。 力信息系统管理 电力信息系统 (以电力系统的网络规划、生产运行维护管理和经营管理等过程为基 础，利用信息管理技术描述电力企业的电网规划、生产运行维护管理和经营管理的一门综合或者交叉技术。 它包括发电 输变电 配电 ， 每种应用均是自动制图 (设施管理 ( 综合技术。这是因为电力系统地域分布广，涉及的设备数量 庞大，设备设施更改频繁，社会对电能质量要求高，客户服务影响深等问题。 理信息系统概述 理信息系统 地理信息系统是采用计算机技术与网络技术，对地理 空间数据、地球上的对象进行数据采集、建模、表达、管理、存储、可视化、分析以及应用的交叉学科。它通过对空间数据进行建模与表达，将地 球上的对象映射至计算机硬盘中的比特流，并进一步进行科学处理。 地理信息系统当前主要包括网络 维 件 研究方向。由于互联网的发展，基于位置的应用与服务、 导航对地理信息系统起了巨大的推动作用。 2012 年 9 月，苹果公司新发布的 软件中，苹果推出了自己的地图应用程序，标志着这一当前技术最领先的公司也介入地理信息系统中来。 感影像 随着当前卫星、航空航天设备的突飞猛进，各种影响 与航拍数据也日益得到 8了人们的关注。从 各种导航地图，影像正在工业生产和人民生活中发挥越来越重要的作用。随着卫星的技术 的提高，影像的分辨率和时空信息越来越精细。遥感影像是地球上的某个区域经 过地表要素的综合删减和空间多维到二维转换过程后的空间数据模型。它所蕴含 的信息量庞大而准确，通过人工与机器的解译可以得到遥感影像中所反映出的植 被变化、土地利用、版图扩张、资源开采等全方位的信息，遥感影像大大的丰富了 数据来源与数据多样性，也推动了 据管理技术的进步，如立体影像数据库的出现与研究。 层体系架构技术 （1）客户层 系统对用户的可见接口称为客户层，客户层接收用户 的指令和数据输入，提交给应用层作处理，同时将业务逻辑层的 处理结果显示给用户。是用户与计算机交流、信息交换的窗口和平台。 （2）数据源层 系统的数据库引擎与数据库管理系统又称为数据源层 ，主要作用是提供数据接口，管理数据以及提供对用户的并发访问功能。 数据源层包括存储数据的数据库服务器和处理数据、缓存数据的组件。 （3）应用层 应用层即 务器，另一种称呼为中间业务逻辑层。本层主要为应用逻辑相关的各种服务构件，并直接处理交互界 面上传回的用户指令与请求。在应用层将客户层的事物进行自动分离，完成计算 任务，并将处理结果在这个层面上反馈给用户。 网线路管理信息系统中的 间分析 所谓 间分析，就是在 持之下通过对电网线路空间数据的提取、加工、管理建立一个与空间地理位置有关的专业分析模型，并将计算结果用 由于地理信息系统的强大的空间管理分析能力及电网 线路分布的时空特征，在电网线路管理中， 成为不可少的工具。 实现空间分析的基本功能，包括空间查询与量算，缓冲区分析、叠加 分析、路径分析、空间插值、统计分类 9分析等，并描述了相关的算法，以及其中 的计算公式。又由于电网线路是电网实施与发挥效能的载体，电网线路的分布控 制着电网效益的空间分布，这就为电网线路的 间管理分析打下了基础。 10第三章 电网线路空间数据建库与分析 本章主要在第二章的理论基础之上讨论电网线路空间 数据库建立的核心技术以及电网线路空间分析。 究区域与主要技术路线 究区域概况 本项研究示范与实验资料选择四川省眉山市青神县。 目前，眉山市青神县供电分公司（以下简称分公司）管辖的电网送电线路总长约 636.2 k m，其中 110 5 10路长分别约为 26.2 m。 据获取 通过与青神县电力主管部门、供电公司等部门的协调 ，本文的研究主要收集到的数据资料如下： (1) 眉山市青神县 1998 年与 2009 年 1:比例尺的电网分布图 ; (2) 眉山市青神县地质体资料 ; (3) 眉山市青神县 1:5000 的地形图 ; (3) 区域 1988、 1998 和 2009 年的航空像片 ; (4) 区域自然环境和社会经济资料。 件系统 （ 1） 011 世界知名的计算机辅助设计解决方案。 1982 年底推出 ，现在最新的版本是 012（ 。 （ 2） 美国著名地理信息系统解决方案公司 著名作品，它的软件体系涵盖了桌面 组件式开发包 及服务器开发 移动开发包 列，基本体系如图 3示： 11图 件体系架构图 其中主要由以下几个部分组成： 桌面版地理信息系统数据处理与分析软件： 包括 个部分，分别用于数据管理、制图与分析工具。就其使用级别，包括 个功能层次，分别从普通用户到专业用户过渡。 服务器开发工具 以将地图和各种空间数据信息以 布至服务器上供用户访问及调用， 并提供各种 接口， 提供 务，支持各种复杂与庞大的企业空间数据管理。 装的开发包工具 是提供组件式 发的良好工具，可以迅速搭建完整的 决方案。 另外，还有移动 发工具 提供一站式的移动平台上的决方案的开发，并完成数据的无线分发 与传输。以及网站插件 。 最全面的、可扩展的 件。本文研究通过 能级别进行空间数据库的建立，各种空间分析，以及 发工作。 体技术路线 总体技术路线图如图 3示： 12图 总体技术路线图 网线路空间数据库建立的核心技术 形