基于GIS技术在电力系统中的研究与应用硕士学位论文.doc

扬州大学硕士学位论文题目基于gis技术在电力系统中的研究与应用学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日扬 州 大 学基于gis技术在电力系统中的研究与应用摘 要第一章 概论1.1 gis概念与特点1.1.1 gis的概念地理信息系统(geographical information system缩写为gis)是地理学、计算机科学和信息管理学等多种学科交叉的产物，它把相互联系的各种地理方面的信息抽象为计算机可以表示和描述的数据存储起来，利用计算机强大的数据处理功能对其进行再加工，提出地理系统所关心的各种空间属性以及与之相联系的社会属性，并在此基础上提供实时控制、自动决策与智能分析等功能。所以gis的本质就是通过研究和分析计算机化的地理信息，在一定空间和时间范围内对地理系统的各种要素进行控制和操作。 gis自60年代初诞生以来，经过三十年的发展，在90年代初基本上完成了数据结构、算法和应用模型的理论研究和技术开发。同时在国际上也出现了一批商业化的gis产品和专业公司，其中具有代表性的有arc/inf , mapinfo , genamap和intergraph meg等。90年代中期， gis领域的研究热点逐渐转向对系统体系结构的研究，重点是追踪计算机的技术发展潮流，发展适应internet/intranet上应用的具有先进数据管理技术的gis。从专用系统到通用系统的实现，从局部单结点向网络分布的发展以及对先进相关技术的采用标志着gis理论不断趋于成熟，技术水平有了显著提高。 gis是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术，要给出gis的准确定义是困难的，因为gis涉及的面太广，站在不同的角度，给出的定义就不同。通常可以从4种不同的途径来定义gis: (1)面向功能的定义:gis是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统。(2)面向应用的定义:这种方式根据gis应用领域的不同，将gis分为各类应用系统，例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等。(3)工具箱定义方式:gis是一组用来采集、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合.这种定义强调gis提供的用于处理地理数据的工具。(4)基于数据库的定义:gis是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供一个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询。 我们认为，虽然gis是一门多学科综合的边缘学科，但其核心是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视化及空间分析。因此，可以这样定义:gis是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。1.1.2 gis的特点 （1）研究的对象是以地理空间为存在方式的各种相互联系的地理要素的总合，这里的地理空间是指确定于大地坐标的某个地理位置和地理范围。（2）利用计算机及其相关硬件作为数据输入、输出、存储和操作的工具，采用地理模型和计算机软件工程的研究方法。 （3）研究的目的是提取和加工地理信息，辅助地理决策，并能有效地推动地理学、计算机科学等各方面学科的发展。1.2gis的发展与应用 地理信息系统产生于20世纪60年代初，加拿大的roger f. tomlisom和美国的duane f. marble从不同角度提出了地理信息系统的概念。此后，地理信息系统就开始飞速的发展，主要分为以下四个阶段: 60年代开拓阶段 注重于空间数据的地学处理，出现了一些处理城市数据(如美国人口调查局建立的dime )、普量数据(加拿大统计局的grdsr)的系统等; 70年代巩固阶段 注重于空间地理信息的管理。在这一阶段，随着计算机技术的迅速发展，专业人才不断增加，政府需求增大，地理信息系统得到了全面的发展，据igu调查，70年代末就有80多个地理信息系统软件; 80年代突破阶段 地理信息系统技术大发展时期，注重于空间决策分析。地理信息系统的应用领域迅速扩大，开始进入多种学科领域。许多国家制定了本国的地理信息系统发展规划，启动了若干科研项目，建立了一些政府性、学术性机构。如我国在1985年建立了资源与环境信息系统国家重点实验室; 90年代社会化阶段 是地理信息系统的用户时代。一方面，地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统；另一方面，社会对地理信息系统的认识普遍提高，需求大幅度增加。国家级的地理信息系统成为公众关注的问题，例如地理信息系统已列入美国政府制定的“信息高速公路计划”。 目前,国外已经将gis广泛应用到电力系统的各个领域,如:配电管理、输电管理、电力设施管理、停电管理、用电营业管理等等。而我国gis在电力系统领域的应用还仅仅处于起步阶段。 1.3gis研究的内容 (1)输入:地理数据如何有效地输入到gis中是一项琐碎、费时、代价昂贵的任务，大多数的地理数据是从低质地图输入gis.常用的方法是数字化和扫描.数字化的主要问题是低效率和高代价;扫描输入则面临另一个问题，扫描得到的栅格数据如何变换成gis数据库通常要求的点、线、面、拓扑关系属性等形式.就这一领域目前的研究进展而言，全自动的智能地图识别短期内没有实现的可能;因而，交互式的地图识别是矢量化方法的一种较为现实的途径，市场上已有多种交互式矢量化软件出售。 目前gis的输入正在越来越多地借助非地图形式，遥感就是其中的一种形式.遥感数据己经成为gis的重要数据来源.与地图数据不同的是，遥感数据输入到gis较为容易，但如果通过对遥感图象的解释来采集和编译地理信息则是一件较为困难的事情;因此，gis中开始大量融入图象处理技术，许多成熟的gis产品，如mapgis中都具有功能齐全的图象处理子系统。 地理数据采集的另一项主要进展是gps技术。gps可以准确、快速地定位在地球表面的任何地点，因而，除了作为原始地理信息的来源外，gps在飞行器跟踪、紧急事件处理、环境和资源监测、管理等方面有着很大的潜力。 (2)存储:gis中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类，如何在计算机中有效存储和管理这两类数据是gis的基本问题。在计算机高速发展的今天，尽管微机的硬盘容量己达到gb级，但计算机的存储器对灵活、高效地处理地图这类对象仍是不够的。gis的数据存储却有其独特之处.大多数的gis系统中采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它分成若干层，整张地图是所有层叠加的结果。在与用户的交换过程中只处理涉及到的层，而不是整幅地图，因而能够对用户的要求作出快速反应。 地理数据存储是gis中最低层和最基本的技术，它直接影响到其他高层功能的实现效率，从而影响整个gis的性能。基于微机平台的mapgis能够快速、高效地处理多达上万幅的海量地图库，这不仅在国产gis软件中处于领先地位，即使与国外同类产品相比仍是其中佼佼者，这与mapgis较好地解决了地理数据的存储问题密切相关。 (3)地理数据的操作和分析:gis中对数据的操作提供了对地理数据有效管理的手段。对图形数据(点、线、面)和属性数据的增加、删除、修改等基本操作大多可借鉴cad和通用数据库中的成熟技术;有所不同的是gis中图形数据与属性数据紧密结合在一起，形成对地物的描述，对其中一类数据的操作势必影响到与之相关的另一类数据，因而操作带来的数据一致性和操作效率问题是gis数据操作的主要问题。 地理数据的分析功能，即空间分析，是gis得以广泛应用的重要原因之一通过gis提供的空间分析功能，用户可以从己知的地理数据中得出隐含的重要结论，这对于许多应用领域是至关重要的。 gis的空间分析分为两大类:矢量数据空间分析和栅格数据空间分析。矢量数据空间分析通常包括:空间数据查询和属性分析，多边形的重新分类、边界消除与合并，点线、点与多边形、线与多边形、多边形与多边形的叠加，缓冲区析，网络分析，面运算，目标集统计分析.栅格数据空间分析功能通常包括:记录分析、叠加分析、滤波分析、扩展领域操作、区域操作、统计分析。 (4)输出:将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是gis问题求解过程的最后一道工序。输出形式通常有两种:在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出。对于一些对输出精度要求较高的应用领域，高质量的输出功能对gis是必不可少的。这方面的技术主要包括:数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变换、出版印刷等。1.4 选题的意义与本文的研究工作 长期以来我国重电源建设，对电网的投入不足，造成城乡电网的薄弱，难以保证各类用户的用电质量。国家电力公司决定，工作重点由重电源建设转移到重电网建设和改造上来，决定投资2700亿元实施城乡电网建设与改造工程，从而使城乡配电网装备水平明显提高，为2010年达到或接近世界先进水平打好重要基础。同时强调，城网改造要依靠科技进步，采用先进成熟的技术，由中档适用走向产业升级和更高的技术发展阶段。配电自动化是城网建设和改造中现代化管理的重要手段。 目前国际上还没有gis技术工业标准，而gis在上个世纪九十年代兴起，其技术发展也刚刚开始进入实用化阶段，因此很难形成相应的国际标准。因此，在此背景下对gis研究的意义是不言而喻的。 本文的研究工作主要有两方面:一方面介绍了gis基本知识，论述了gis在电力系统中的应用侧重点以及gis应用于电力系统的优势所在;另一方面详细介绍了配电gis数据库的设计思路，并以襄樊供电公司生产营销一体化信息平台为例实现了系统的设计开发，具体论述了开发过程中的一些功能的实现过程。第二章 gis的应用平台2.1关于ge smallword2.1.1 ge smallword公司及其产品ge smallworld是一家提供空间资源计划(简称srp)管理软件和解决方案的公司。成立于1988年，总部设在英国的剑桥，1996年在美国nasdaq上市。2000年8月，smallworld公司被ge公司全资收购，改称为ge smallworldo。ge所看中的就是smallworld公司强大的技术优势和其所占的市场份额，这给smallworld的发展提供了很好的契机。 随着ge smallworld 3. 2的发布，ge smallworld将推出一系列新的软件，保持ge smallworld的技术优势。 ge smallworld所开发和推广的软件产品真实塑造了现实世界的资源和服务，支持和完善那些需要空间信息的产品或系统。比如，客户服务、市场分析、网络管理和作业管理系统等，使企业可以直观而准确地了解他们的客户和资源的分布以及这些客户和资源之间的相互关系和连接，向他们提供企业间完美的信息系统集成。至今ge smallworld己在全球成功完成了550多个项目。2.1.2 ge smallworld中的建模ge smallworld平台提供了这样一种可视化的case建模工具，它可以用简洁、便利的图形方式建立出e-r图，并自动生成对应程序文件，用户可利用它再进行开发。因其建模是基于对象且独立于系统，因此，可继承和重用。通过ge smallworld的数据建模，用户可以实现从定义对象、应用于gis系统、定义显示风格到在gis系统中使用的全过程，从而实现常规的电力gis功能。如下图所示：数据建模是在进行了详细的需求分析与研究之后，根据系统所涉及的对象及对象间的关系，遵循cim的标准来建立的，数据建模应当是面向对象（oo）的，以便于继承与重用，并且应当是独立于系统的，它不应当随系统应用的改变而做变动。值得注意的一点是：ge smallworld提供的数据建模是一种对象建模，是完全面向对象（oo）的，线路，设备、建筑等都作为一个个对象而存在的。每个对象的结构不仅包括一般意义上的属性字段，更重要的是包括了几何字段，标示对象的点、线、面等几何特征。在完成了对象模型以后，系统就可利用这些对象，创建对象实体。对象建模包括以下几个方面: 对象的建立 对象间关系的建立 拓扑关系的生成拓扑关系是实现许多高级分析功能（如trace，最短路径分析等）的基础。在对象建模时，通过定义对象间的连接，断开，包含等关系（如:点-线连接关系，点-线断开关系，线-线相交，线线分离，点落在面内，线穿过面等），在数据录入和添加对象实体后，就可按照这种关系规则来建立对象实体之间的关联，进而由系统生成拓扑关系。与常规gis工具不同，smallworld 中的对象实体属性有其特有的字段特征，如下图所示。2.1.3 ge smallworld主要技术特点1、先进的数据库技术及数据结构 ge smallworld集成空间数据和其他数据，ge smallworld在数据存储方面，并不是将普通数据和特殊数据(如图形等)分开存储，而是将所有数据(包括字符数字属性、栅格数据和矢量数据)存储在一个连续的数据库中，因此能对数据库进行无缝、开放的访问，术语“gis数据库”描述的是应用系统得全部逻辑数据库，与所访问的数据源类型及物理位置无关。 ge smaliworld产品利用vmds(版本管理数据仓库)工具来管理ge smallworld数据库中的数据。vmds工具使每个用户都可以查看整个数据库。数据的所有变更随每个用户的改动而记录下来，从而当其它用户独立更新时，每个用户都可看到一个稳定的数据状态。 对于存储在外部的单独dbms或其它文件中的外部数据有两种访问方式:通过ge smallworld数据分区访问或作为一个独立的外部数据集来访问。 ge smallworld数据分区还通过独立的dbms访问非空间数据。非空间数据可作为外部数据库与ge srnallworld数据分区的数据模型完全集成一起。这些数据也可脱离ge smallworld系统作为常规数据库使用，因而它具有为gis提供数据并通过gis外部接口获取数据的双重功能。 每个独立的数据集是由其自身的空间对象管理器(som)来管理，而som则有空间对象控制器(soc)进行控制。soc的任务是集成来自不同数据源得数据，并将其作为一个一致的、完整的gis数据库透明地提交给用户。2、分布式数据库 gis用户通常需要使用分布式数据库，不同的地理信息由不同的部门维护，而这些数据库之间是通过网络连接，网络速度一般较慢。而经常需要对这些数据统一使用管理，一个部门的用户经常需要使用别的部门的地理信息数据。解决方法可以采用一个主服务器，在不同的使用部门有辅服务器存放缓存，缓存存储每个过程的缓冲数据。这样可以让本部门象使用本地数据一样使用远程数据。如果本地经常使用主服务器上的一部分数据，例如公用事业中的图形数据，给水系统中的功能数据等。则缓存数据服务器会及时更新这样的数据，使本地使用和远程数据库保持一致。 缓存机制对远程分布式数据库是很适合的解决方法。而且先进的算法可以让缓存数据库自动更新本部门最常用的数据，可以将整个数据库的数据分布达到最合理的状态。 此外，这种缓存只能在版本管理数据库中才可以真正得以实现。因为这样对数据块的读写和版本控制数据库一致。 缓存数据库是在层次结构中使用的。本部门如果需要检索数据，则现在本部门内部缓存数据库中检索，如果没有，就向最近的缓存数据库请求，如果还没有，就向上请求，这样一层一层请求数据。3、开放性体系结构，向opengis方向发展 作为一个用户需求不断发展的行业，电力系统自身也在飞速发展，这就要求所有电力行业的应用系统要有一个很高的开放性，为今后的功能扩展留下一个良好的基础。gis系统尤其重要并具有很强的开放性。 ge smallworld作为opengis协会的六家创始会员之一，在开放性上具有勿庸置疑的领先性。4、面相对象的开发 面相对象程序设计系统(oops )现在被认为是组建灵活、易于维护与无缝扩充的强大应用的关键技术。 magik开发语言是一种真正的面向对象语言，源于第一代面向对象语言smalltalk，目前其含有1800个类和约15000个类方法，这大大方便了用户开发和整套系统维护。ge smallworld还提供了使用其他高级语言(如vb, vc,delphi等)来开发系统的功能。ge smallworld也提供了actiwex控件来供用户选用开发。我们应用magik是为了建立一个开放的、无缝的开发环境。5、强大的系统优势跨平台的操作 ge smallworld具有良好的可移植性，可以在多种平台上运行，例如:windows nt, windows2000, unix, linux，由于其特有的虚拟机机制，在不同平台上编写的代码可以直接移植，极大的方便了开发人员。当服务器端的系统在unix上运行时，客户端可通过仿真终端，直接运行并操作在unix上的程序，而客户端可以是windows nt或windows 98 a适合的client/server结构ge smallworld先进的三层结构适用于现代网络技术的发展与应用，形成了胖服务器/瘦客户的体系结构(详见配置方案)，客户端软件只需要普通浏览器。满足电力行业架设各级别计算机网络的要求。高速缓存技术 在gis应用系统，客户机和服务器间的传输能力是一个重要的问题，主要是因为其中牵涉到大量数据及大量的用户。安装具体的实际网络时，所采用的体系结构取决于操作的要求。为了尽可能提高安装效率，ge smallworld提供了一系列有效策略，其中有些可用于smallworld数据仓库文件。 永久高速缓存这项ge smallworld的独特技术是clientlserver结构体系的自然延伸，它能向大型系统及广域网上的系统提供分布式数据结构，大大提高了用户和数据库间的数据传输速率。 内存的高速缓冲器用于存储单个客户最近所使用的从文件服务器上访问的数据块和本地更新的数据块。尽量优化数据仓库文件中的记录存储确保:如果访问数据块的某一条记录时，也将访问带到同一数据块中的相关记录。永久高速缓冲适用于服务一群客户机的慢速wan(广域网);它增大本地缓冲以减少周期性带宽问题。永久缓冲器存储所有远程站点的客户机磁盘上的最近所访问的数据块，从而提供一个更大的、共享的、本地高速缓冲，在整个gis对话期间均有效。当数据块被更新时，必须通过低速连接重写需要访问的主文件服务器。 这对于拥有大量使用人员和复杂网络结构的电力系统而言，ge smallworldgis具备了很好的系统性能。高级备份功能 ge smallworld采用“冻结文件”技术进行数据备份。因为大多数电力gis数据并不是每年在变，那些静态的数据可以存贮和备份在安全的存贮介质上(如cd-rom )。只有经常变化的数据才需要周期性地备份。由于往磁带上备份的数据减少，因而数据恢复时间就缩短了。菜单驱动的“热备份”功能可以在使用数据库过程中的任何时候，对它进行备份，较好的保护了数据。6、独特的版本管理技术，多用户并发 ge smallworld允许用户直接在它们的工作站上处理，而不用在服务器上处理，这降低了系统的负载，优化了整个系统的性能。ge smallworld可以成千上万的空间数据并在任何时间至少能支持数千个用户的并发访问。 通过具有革命性意义的版本技术，gis高效的长事务处理使得所有得用户在任何时间都有访问全部数据的权限。ge smallworld提供了一种可控制的方式，使得用户能够维护、合并和管理一个具有层次结构的版本，这归功于ge smallworld提供的强有力的client/server环境。7、优秀的数据格式转换功能 在ge smallworld中，其数据转换功能的强大主要体现在两点:一方面，对于一些主要提供定位信息的地理参考图片类型:包括航片、卫片、地形图、规划图等的扫描图，srnallworld可提供方便的导入工具，并能纠正图片，保证其纳入smallworld当前的投影坐标系统中，尤其对于多幅图形的拼接问题，其屏蔽了多项式计算、仿射变换等专业、复杂的概念，而是提供了简捷、有效的用户友好的操作界面，充分体现了ge smallworld包容复杂、高深技术于内核，而展现给用户的永远是最简捷的特点。并且，对于还要进一步处理的背景图(如栅格式量化)，smallworld还提供屏幕半自动方法和手扶数字化仪跟踪矢量化方法，采用鼠标和数字化仪两种模式，为用户设下一个方便的数据维护环境。 另一方面，对于当前市场上通用的gis数据格式，smallworld提供了强大的互转换工具，这个工具主要有dxf translator, fme 。 以ge smallworld为开发平台，可建立一个综合的gis管理信息系统。2.2关于oracle数据库2.2.1 oracle数据库的定义与特点oracle 是以高级结构化查询语言(sql)为基础的大型关系数据库，通俗地讲它是用方便逻辑管理的语言操纵大量有规律数据的集合。是目前最流行的客户/服务器(client/server)体系结构的数据库之一。oracle数据库有以下几个特点：1、oracle7.x以来引入了共享sql和多线索服务器体系结构。这减少了oracle的资源占用，并增强了oracle的能力，使之在低档软硬件平台上用较少的资源就可以支持更多的用户，而在高档平台上可以支持成百上千个用户。2、提供了基于角色(role)分工的安全保密管理。在数据库管理功能、完整性检查、安全性、一致性方面都有良好的表现。3、支持大量多媒体数据，如二进制图形、声音、动画以及多维数据结构等。4、提供了与第三代高级语言的接口软件pro*系列，能在c,c+等主语言中嵌入sql语句及过程化(pl/sql)语句，对数据库中的数据进行操纵。加上它有许多优秀的前台开发工具如 power build、sql*forms、visia basic 等，可以快速开发生成基于客户端pc 平台的应用程序，并具有良好的移植性。5、提供了新的分布式数据库能力。可通过网络较方便地读写远端数据库里的数据，并有对称复制的技术。2.2.2 oracle数据库的存储结构1、物理结构oracle数据库在物理上是存储于硬盘的各种文件。它是活动的，可扩充的，随着数据的添加和应用程序的增大而变化。下图为oracle数据库扩充前后在硬盘上存储结构的示意图：2、逻辑结构oracle数据库在逻辑上是由许多表空间构成。主要分为系统表空间和非系统表空间。非系统表空间内存储着各项应用的数据、索引、程序等相关信息。我们准备上马一个较大的oracle应用系统时，应该创建它所独占的表空间，同时定义物理文件的存放路径和所占硬盘的大小。下图为oracle数据库逻辑结构与物理结构的对照关系：2.2.3 oracle分布式数据库管理介绍1、原理物理上存放于网络的多个oracle数据库，逻辑上可以看成一个单个的大数据库。用户可以通过网络对异地数据库中的数据同时进行存取，而服务器之间的协同处理对于工作站用户及应用程序而言是完全透明的：开发人员无需关心网络的连接细节、无需关心数据在网络接点中的具体分布情况、也无需关心服务器之间的协调工作过程。2、过程由网络相连的两个oracle数据库之间通过数据库链接(db-links)建立访问机制，相当于一方以另一方的某用户远程登录所做的操作。但oracle采用的一些高级管理方法，如同义词(synonme)等使我们觉察不到这个过程，似乎远端的数据就在本地。数据库复制技术包括：实时复制、定时复制、储存转发复制。对复制的力度而言，有整个数据库表的复制，表中部分行的复制。在复制的过程中，有自动冲突检测和解决的手段。2.2.3 oracle中的中间交换模型由于smallworld系统相对独立的数据库存储技术，使它对于其他应用系统的数据共享和开放性有所局限，基于smallworld数据库建立的电网设备模型，很难被实时数据采集平台直接拿来引用，相关的实时数据采集后也不适合存放到smallworld的数据库中来。因此我们根据gis模型的要求，采用oracle数据库重新构造一套中间交换模型，并按照数据模型的要求，通过gis的版本管理机制自动把存储于smallworld中的电力对象和互相之间的拓扑关系提交转存至公共开放的oracle数据库中存储。概述oracle中间交换模型设计的目的是给第三方程序访问smallworld的gis系统图形数据提供一个通用的方案。gis的版本管理机制在数据提交到顶层的时候，自动负责把数据存储到关系化的数据库。第三方程序读取关系化数据库里面的数据，不直接与gis系统打交道。同时也起到数据备份的作用。在应用扩展情形下，我们将oracle中间交换模型扩充为所有图形、属性数据的交换平台。在oracle中间交换模型里，不仅存储了图形和属性数据，而且，更重要的是存储了中间交换模型的定义，以及其他应用系统和中间交换模型的映射。配置oracle公共数据模型的配置包括以下几部分信息：1. 批次oracle公共数据模型中的数据包括一个全量的数据批次和以后的各个增量数据。而且，在插入增量数据批次时，同时将增量数据合并到全量数据。2. 设备种类中间交换模型的设备种类划分基本依据以下原则： 对应真实设备 对应不同应用系统（配电、输电、变电）划分 不根据电压等级划分 不根据站内站外划分 虚拟设备（包括参数、馈线、杆位图列表等）单独划分。3. 设备文本属性 中间交换模型并不企图建立一个一层不变的模型，而是遵循cim标准建立一个具备灵活扩展、具备最大包容性的模型。当发现模型需要扩充时，只要修改文本属性配置，不用修改物理存储表结构就可以马上存储变化。4. 设备图形属性 将图形划分为以下基本要素：拓扑点、简单点、拓扑线、简单线、面、文本。设备的图形属性由一个或者多个图形基本要素组成。除了在图形表里存储了设备的拓扑信息外，还有一个单独的拓扑表，存储所有拓扑信息。配置信息里除了有中间交换模型的配置外，还包括了各个应用系统和交换模型的映射。使用各自的映射配置，可以将中间交换库的数据解析为各个应用系统所需要的数据。第三章 gis在电力系统中的应用3.1 引言地理信息系统作为支持空间定位信息、数字化获取、管理和应用的技术体系，随着计算机技术、空间技术和现代信息基础设施的飞速发展，在国家信息化进程中的重要性与日俱增。特别是当今“数字地球”、“数字电力”及相关概念的提出，使得人们对gis的重要性有了更深的了解。 信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。随着世界范围内的电力体制改革浪潮及国内电力体制改革的深入，电力企业正全面走向市场经济。如何利用现代科学技术提高企业效益，提升企业竞争力，满足社会对电力企业的要求，完善电力企业客户服务手段己成为人们讨论的热点。而传统的信息处理技术已经不能适应电力企业对越来越复杂的电网运行、维护、管理及市场与客户服务的需要。为此，以地理信息系统技术解决电力企业信息系统建设面临的问题是电力企业关注的重点。3.2电力地理信息系统 电力地理信息系统就是利用地理信息系统技术，结合电力系统的运行、维护、管理和电能营销、客户服务等科学技术，实现电网安全运行、维护、管理和经营活动正常运转的一门综合性的科学与技术。gis在电力系统中的应用主要体现在发电、输变电、配电和电力营销等重要环节，其地域分布广泛、涉及的设备数量庞大、设备设施更改频繁。从实际情况看，电网的各种信息与空间地理环境有着密切联系，利用gis技术管理和处理这些信息，对于提高电力系统生产效率、管理质量和科学决策水平具有十分重要的现实意义。1、在发电(电厂)中的应用 电厂的生产管理高度集中统一，整套管理体系是按电力生产特定的规律而建，并逐步发展、健全。根据电厂管理的需要，基于gis的电厂管理信息系统可以从以下两方面提供各种信息服务: (1)实现类似mis的管理功能。通过建立统一、高效的信息网络，能够及时、准确地收集、传输、处理和反馈各项生产、经营、管理过程中产生地信息，实现全厂范围内的数据共享，为生产、经营管理提供现代化的管理手段和科学的决策支持。 (2)实现面向图形信息的管理功能。对于电厂的各种管线、设备、厂房、科室、人员等涉及地理位置的空间信息实施管理，结合多媒体信息的应用，可在充分保证信息处理的实时性前提下，使系统更具可伸缩性、开发性、可扩充性和可移植性。2、在输变电工程中的应用 gis在输变电工程中具有广大的客户市场，其客户群主要包括输变电工程的系统规划、勘测设计、施工建设和电网运行管理部门中的各级决策、管理和技术人员。从输变电线路的规划、设计到施工，一般需要5-10年的时间，而投入运行后的维护和管理是一个更长的过程。在这一过程的不同时段里，将涉及成百上千公里线形延长区域内的空间图形及相关的属性数据(如地形地貌、地质、水文、建筑物、输电线路、杆塔等)。它们往往使时空宽广的海量数据，如何进行数据的采集和处理是一项复杂度高的技术工作，需要专门的设备和技术辅以实现。 输变电gis是地理信息系统技术在输变电工程管理方面的实用型系统，是在地理背景图上对输变电区域内的各种地理信息以及杆塔参数、电力设备设施等进行综合分析和管理的系统，以辅助电网的规划、设计、施工、运行管理和科学决策。 (1)规划管理。规划部门在基础地形数据库和相关的专题数据库基础上，可利用gis进行线路或电网的规划，并初步统计该线路的各种经济、技术指标，从而确定选线的可行性。同时可对工程费用作初步预算，以便向勘测和设计部门提供经济合理的选线路径方案。 (2)工程设计。在规划成果的基础上，进一步完善空间数据库，形成以三维地面模型为载体的各种专业的详细数据库，使设计部门能实时方便地获取丰富、详细地定量和定性数据，从而有助于进行选线和自动排位，并将设计数据入库。依据设计成果，最后可向投资方提供各种准确可靠的经济技术指标，向施工部门提供各种详细的施工数据和施工环境数据。 (3)工程施工。在施工阶段，可以准确、快速地从设计成果中获取有关设计数据、交通状况等指标，并可进行工程的监督，把握施工进度。同时还可以及时地对施工阶段地数据进行采集、编辑、入库，直接为电网地运行维护和管理提供支持。 (4)运行维护。由于系统中已经建立了基于实际地理位置的电网空间数据库(如线路走向图、杆塔分布图、交叉跨越等)和属性数据库以及相关的技术资料，因此在运行维护阶段，可以依据这些实际数据和电网运行的数据(如电流、电压等)，进行各种管理和分析，为电网调度和决策提供服务。例如，输变电设备与线路档案管理、线路地理走向图管理、设备运行管理、线路实时潮流分析、故障测距、能量管理、雷电定位、检修管理、两票管理、备件库存管理、缺陷管理等。3、在配电系统中的应用 配电系统是电力系统实现优化供电，实现将电能合理分配并供给电力客户的重要环节。配电网是当前和未来电网建设的热点。随着配电网建设改造的实施，配电网越来越复杂，同时电力企业的体制改革也要求电力企业必须加强管理提高效益，必须及时响应客户需求提高售电量。因此，依靠过去传统的人工管理或者传统的信息管理技术，己经不能适应电力企业管理需要，由此利用gis技术实现配电系统管理就应运而生。它是一个利用地理信息系统技术，结合配电网管理实际，对配电网的配电设备进行综合管理的系统，可以将am/fm所提供的准确的、最新的设备信息和空间信息与配电网实时运行状态信息有机地结合起来，有效地改进电力分配和紧急情况下的调度以及用于日常维护与抢修服务等，提高调度员与设备维护人员了解系统情况与处理故障的能力。gis的引入使得网络拓扑和配电网信息更直观、更便于运行管理。gis在配电网中应用主要体现在以下几个方面: (1)设备管理。可为运行管理人员提供配电设备的运行状态数据及设备固有信息等，为配电系统状态检修和设备检修提供参考依据。 (2)配电网规划及辅助设计。利用地理信息处理技术，可结合区域行政规划及电力负荷预测，辅助配电网规划与设计，有效的减轻规划与设计人员工作量，提高配电网规划设计的效率和科学性，还可为管理人员方便及时地掌握配网建设、客户分布和设备运行地完整情况，以及科学管理与决策提供及时可靠地平台支持。 (3)电网拓扑 (4)电网分析 (5)故障报修(tcm )。可将客户的投诉请求及处理情况直观的反映在gis上，便于指挥人员及时了解故障产生原因和台区客户的相关信息以及准确、快速的制定抢修方案。 (6)客户管理。对台区客户信息进行管理。4、在电力客户服务系统中的应用 用电是电力系统建设的最后环节，也是最终目标。随着我国电力系统逐步市场化和电力能源紧张局面的进一步缓解，传统的用电管理模式已满足不了当前客户对电力需求的急剧增长。用电管理是非常复杂的电力负荷及客户业务管理工作，业务流程繁杂，传递环节过多，信息处理量大。提高用电管理工作效率、管理质量、客户服务质量及自动化水平的唯一途径是借助于现代信息处理技术和先进的管理模式，使客户服务管理系统化、制度化、规范化和自动化，真正实现用电管理“一口对外”、“业务一条龙”、“无纸化作业”。 利用gis技术实现客户服务现代、信息化具有独到的优势。除了能完成常规的业务处理能力，最重要的在于它可以在电子地图上实现更直观、有效的表现形式和空间查询分析等功能。主要表现在以下几个方面: (1)客户定位查询 (2)电能计量辅助管理 (3)区域查询 (4)电费收费管理 (5)区域统计 (6)用电监察 综上所述，gis在电力企业的应用是全方位和多角度的。因此，电力地理信息系统就是利用地理信息系统处理技术，结合电力系统的运行、维护、管理和电能营销、客户服务等科学技术，实现电力企业电网安全运行、维护、管理和经营活动正常运转的一门综合或者交叉的学科与技术。它是包括am/fm/gis向地理空间资源管理(geospatial resource manggement,grm)的综合技术，是未来电力系统信息化发展的重要方向之一。3.3目前电力gis在我国供电企业的应用现状 目前在我国各省级电力公司中，开展电力gis应用的约有半数以上，部分省已逐步建成了全省统一的电力gis系统应用，多数单位结合城网改造已实现了从开始的离线管理应用转向结合电网实时系统(如配网自动化、负荷管理系统、电量集抄系统等)的应用。 通过电力gis的建设和应用电网管理企业普遍感到:由于电力地理信息系统包含了大量的、随时变化的地理信息、电网基础信息和电网实时信息，它的成功应用能够促使并帮助企业不断收集、整理、了解其管理着的电网，通过规范业务流程，深入开展业务应用，形成网络化、可视化、信息化的电力信息平台，将为电网管理带来许多好处。1、通过有效地对设备技术、运行资料和图纸、照片等媒体资料进行整合，形成全方位动态的设备资料信息网，提高了供电企业对资源的利用，实现了资源最大范围的共享;2、通过gis系统在全省范围内的统一应用，形成了科学有效的数字电网，增强了电网的调度运行和安全性能;3、通过对业务流程的规范和管理，促进了供电企业的电网管理水平，提高了用户服务质量;4、通过对软件的使用提高供电企业员工对数字化管理的认识，提高计算机在电力行业的应用程度，为电力行业走向科学化、专业化的管理之路打下坚实基础。 但应当看到在电力gis系统的应用过程中也存在着不足和巫待解决的问题:1、总体规划或设计方案不全面。 电力行业的地理信息系统开发实施应紧密结合电力企业生产管理、经营管理、客户服务的需要，对这些应用需求最了解的应该是电力企业中从事这些工作的领导和技术人员，但由于这些人员平时工作紧张，很难抽时间学习或接受地理信息系统知识培训。因此，总体规划或设计方案往往采用外包形式，而外包的公司对电力企业知识的匾乏，使得总体规划或设计方案深度不到位，为今后系统的实施带来了许多困难，要解决好这一问题必须强调“一把手原则”和“发展与技术滚动原则”，重视项目机构建设及人力资源、资金等配置。2、系统与企业其它信息系统的融合不够。 各省电力公司在电力信息化建设方面的程度和技术实力参差不齐，各省电力企业都建有不同体系架构的mis、客户服务等应用系统，如何利用已有mis系统的数据，如何使新建的gis系统为已有信息系统服务，如何以gis系统为核心，为企业各类信息化应用提供空间数据和图形化管理手段，这些都是我们在系统规划过程中应重点考虑的问题。3、地理信息系统运行所需要的基础数据不全。 目前一些系统虽然在功能设计和开发中必须良好，但许多系统实际是一个演示功能系统，离真的实用化还有不少差距。分析其原因主要是系统运行所需要的基础数据未建立起来，系统需要的基础数据需要长期的建立才能完善，同时数据的及时更新是系统正常运行的基础。没有完整、正确的基础数据，就没有系统正确的执行结果。4、企业需求不明确造成gis平台的多样化 电网管理企业作为电力gis市场的主体，其价值取向的不成熟，在技术上对电力gis缺乏透彻的理解，对如何选择电力gis应用软件，电力gis系统与其它电力信息系统是什么关系等问题不能回答，造成了我国电力行业所用的gis软件平台品牌庞杂，这固然表现了电力行业信息化建设的开放性特点，但各gis平台间存在着较大差异，缺乏互通性，也给今后电力gis应用和技术交流以及系统的功能延伸开发带来困难。5、市场发展超前，技术标准滞后 急速增长的应用需求推动着市场迅速发展，而相应的技术标准和应用规范制定工作却未能及时完成。这种现象在近几年的电力gis应用中凸显。在各电力企业所建的gis系统中，数据组织方式、接口规则、信息存储和安全等要求均有较大差异，这些差异必将使今后的数据共享、信息交流以及日后的功能扩展带来困难。6、电网信息安全保密问题 在应用了电力gis技术后，电网资料集约化的数字是存放，使电网信息安全保密方面面临着新问题。尤其是随着测量型亚米级精度的gps设备的引进，不但电网设备的经纬度坐标数据可以从电力gis系统中得到，而且城市大比例尺电子地图中敏感地点、地物的精确经纬度坐标数据也极易由系统中直接或间接获取。此时在传统电网资料管理方式下的“隐性”敏感信息，已变成被以“显性”方式存放，传统的电力信息保密机制有可能因此而完全失效。所以在制定电力gis技术规范时应着重研究建立新的电网资料保密措施和机制。 因此，开发和建设好电力地理信息系统，必须做到地理信息系统技术、计算机技术与电力生产运行管理及维护管理、客户服务管理、生产过程自动化等统之间紧密结合，必须领导重视、企业技术人员深入参与，才能使系统真正发挥效能。第四章 gis中网络应用模式设计近年来，gis软件的网络化得到迅猛发展，电力系统计算机管理的广泛应用也要求应用于电力系统的gls软件必须要具备网络化的应用体系，这有利于电力信息资源的充分共享，也有利于充分利用计算机资源增强协同处理业务的能力，因此，建立什么样的电力gis网络应用模式?值得深入分析研究。4.1 gis网络化要求 gis应用与常规事务处理有很大不同，突出地表现在巨大的数据量和复杂的处理方式以及空间分布性上，因此 gis网络必须满足: 1)性能要求高，传输速度快 gis系统以处理图形数据为主，操作处理数据量大，在用户较多时，网络上数据通讯和网络管理繁重，大量图形图象传输易造成网络瓶颈与阻塞，要求有足够的带宽和灵活的传送技术。 2)具备分布式处理能力 gis网络是一个有机组合群体，通过网络将地理上分散的具有自治功能的多个计算机系统互联，实现信息交互、资源共享、互操作和协同工作。空间分布性，联机事务处理和分析，多用户同时操作和并行处理，是gis网络基本特征。 3)多媒体数据同步传输gis应用越来越多的涉及多媒体数据，声音、动画、影视信息的播放和处理，要实现时间敏感数据的同步传输。 4)空间操作的复杂性，长型事务处理 gis基于空间数据的操作，例如图形的参数、拓朴关系的建立，都要耗费大量的机时并独占对象及网络资源，gis网络必须对此提供足够的支持，而且一旦操作失败，网络应具备容错和恢复等安全机制。4.2电力gis网络应用模式 网络技术在gis中的应用主要体现于三个层次，即局域网、广域网、www网，从网络应用模式来看，主要存在以下儿种类型。4.2.1主机终端模式 所有的计算任务和数据处理管理任务都集中在主服务器，通过终端来访问数据，因为终端需要时刻与服务器保持联系，因而对线路要求较高，这种模式的优点是容易管理，缺点是对服务器要求高，网络速度慢、成本高。在这种网络上使用的软件一般专业性较强，开发难度大，难以扩展，现以退出主流应用。4.2.2工作组网络模式 基于工作组的对等网络，如windows95 , windows98等，加入网络的每台计算机都既是客户机，也可以做为服务器，每台计算机用户自行管理各自资源，这种网络的特点是组网容易、维护简单、使用方便，但由于缺少集中控制，安全性和易用性不够，很难实现广域网扩展。4.2.3客户机/服务器(client/server简称c/s)网络模式 这种模式是服务器集中管理核心