（地图学与地理信息系统专业论文）基于gis平台的配电管理系统的设计与开发.pdf

基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 摘要 在电力工业中，配电环节是连接供电部门和用户的重要纽带，在整个电力系 统中起着至关重要的作用。随着我国电网规模的不断扩大，电力部门对地理空间 信息的要求越来越高，薄弱的电网管理机制已经无法满足日益增长的用电需求。 将地理信息系统技术应用于配电管理系统可以使电网管理系统中的地图、影像和 属性数据有机地结合起来，从而大大提高电能质量和供电可靠性，降低线损，提 高配电网的安全性，提升对电力客户的服务水平。因此，建立以地理信息系统为 平台的配电网管理系统进行电网系统管理己是大势所趋。 本文分析了传统配电网管理所存在的问题，阐述了国内外配电地理信息系统 的发展现状和地理信息系统应用于配电管理系统的侧重点，指出了配电管理系统 引入g i s 的优势所在。本文以河北吴桥配电管理系统建设为例，详细介绍了系 统开发的设计思想和主要过程。系统选择o r a c l e1 0 9 作为数据库平台，采用b s 与c $ 结合的三层网络模式，以m a p i n f o 公司提供的m a p x 组件作为c s 端的开 发平台，用m a p x t r e m e 作为b s 端网上地图发布的应用服务器。 文章着重阐述了系统的整个开发过程，全面论述了g i s 应用于配电管理系 统的侧重点，并首次建立了独立的符号自定义系统，利用g p s 卫星定位技术和 g i s 技术建立电力巡检系统，从而更好地适应电力企业快速发展的技术和管理要 求。同时，系统的建成也对该地区的电力系统发展产生深远的影响。 关键词：配电管理系统，地理信息系统，配电g i s ，空间数据库 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 d e v e l o p m e n ta n dd e s i g no fp o w e r d i s t r i b u t i o nn e t w o r kb a s e do ng 1 s a b s t r a e t i np o w e ri n d u s t r y , p o w e rd i s t r i b u t i o nd e p a r t m e n ti sa l li m p o r t a n tl i n kt oc o n n e c t p o w e r - s u p p l ye n t e r p r i s ew i t hp o w e rc o n s u m e l ! i ，w h i c ha c t sa l li m p o r t a n tr o l ei nt h e w h o l ei n d u s t r y w i t hc o n t i n u a ls p r e a do ft h ep o w e rn e t w o r ki nc h i n a , t h ep o w e r d e p a r t m e n tm a k e sh i g h e rr e q u e s t st ot h eg e o g r a p h ys p a c ei n f o r m a t i o n , b u tt h ew e a k m e c h a n i s mo f e l e c t r i c a ln e t w o r km a n a g e m e n th a sn o tb e e na b l et os a t i s f yt h eg r o w i n g d e m a n do fe l e c t r i c i t yu s e sd a yb yd a y a p p l 3 ，i n gt h et e c h n o l o g yo fg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e mt ot h ep o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kc a l lc o m b i n et h em a p ，t h e i m a g ea n dt h ea t t r i b u t ed a t ao r g a n i c a l l y , s oi tg r e a t l yi m p r o v e st h eq u a l i t y o f e l e c t r i c a l e n e r g y , t h ep o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t ya n dr e d u c e st h ep o w e rl o s e , a n de n h a n c e st h e s e c u r i t yo ft h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，a n dp r o m o t e st h es e r v i c el e v e l so ft h ep o w e r c u s t o m e r s t h e r e f o r e i ti sag r e a t 舡n dt oe s t a b l i s ht h es y s t e mo fp o w e rd i s t r i b u t i o n n e t w o r ko nt h ep l a t f o r mo fg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m t h i sp a p e rh a sa n a l y z e dt h eq u e s t i o no ft r a d i t i o n a lm a n a g e m e n t so fp o w e r d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，a n de l a b o r a t e dt h ed e v e l o p m e n tp r e s e n to f p o w e rd i s t r i b u t i o n n e t w o r ki nm ed o m e s t i ca n df o r e i g nc o u n t r i e sa n dt h ee m p h a s i st h ep o i n to f g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e ma p p l y i n gt ot h ep o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k , p o i n t i n g o u tt h es u p e r i o r i t yi np o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki n t r o d u c i n gg i s t i l i sa r t i c l et a k e s t h eh e b e iw u q i a op o w e rd i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e ma sa ne x a m p l e , a n d i n t r o d u e e st h ed e s i g nt h o u g h ta n dt h em a i np r o c e s so ft h es y s t e md e v e l o p m e n ti n d c t a j lt h es y s t e mc h o o s e so r a c l e1 0 9 嬲t h ed a t a b a s ep l a t f o r ma n du s e st h et h r e e n e t w o r k sp a t t e r n sc o n s t r u c t i o no ft h eb sa n dc su n i o n ，a n dp r o v i d e st h em a p x m o d u l eb ym a p l n f oc o r p o r a t i o nt od e v e l o pt h ep l a t f o r mo nc sa n dp r o v i d e st h e m a p x t r e m ea sa p p l i c a t i o ns e r v e rt os h o wm a p so nb s n l ca r t i c l ee l a b o r a t e dt h ew h o l ep e r f o r m a n c ep r o c e s so f t h es y s t e me m p h a t i c a l l y ， a n dc o m p r e h e n s i v e l yi n t r o d u c e dt h ee m p h a s i sp o i n to fg i sa p p l y i n gt ot h ep o w e r d i s t r i b u t i o nn e t w o r k , a n dh a de s t a b l i s h e dt h ei n d e p e n d e n ts y s t e mo fm a r kd e f i n i t i o n f o rt h ef i r s tt i m ea n dt h ep o w e ri n s p e c t ss y s t e mu s i n gt h eg p ss a t e l l i t ep o s i t i o n i n g t e c h n o l o g ya n dt h eg i st e c h n o l o g y s oi ta d a p t st h et e c h n o l o g ya n dm a n a g e m e n t r e q u e s t so ft h ef a s td e v e l o p m e n to fp o w e re n t e r p r i s e s a tt h es a m et i m e ，t h e c o m p l e t e so ft h es y s t e mh a dt h ep r o f o u n di n f l u e n c et ot h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r i c a l p o w e rs y s t e mi nt h ea r e a k e yw o r d s ：p o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ， p o w e rd i s t r i b u t i o ng i s ，s p a t i a ld a t ab a s e 学位论文原创性声明 本人所提交的学位论文基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发， 是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文中已经注明弓 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过的研究成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中标明。 本声明的法律后果由本人承担。 论文作者( 签名) ：易哟 珈7 年月2e l 学位论文原创性确认书 学生麴j 所提交的学位论文基于g i s 平台的配电管理系统的设计与 开发，是在本人的指导下，由其独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文 中已经注明引用的内容外，该论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的研究成果。 指导教师( 签名) ：_ 1 够像it 幻 蝴年苦b7b 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 1 绪论 随着我国经济的快速发展，电网规模不断扩大，薄弱的电网运行管理已经越来越无 法满足日益增长的用电需求，原有的手工处理和计算机处理共存的工作模式已经成为制 约供电企业提高现代化管理水平的瓶颈【1 j 。电力企业的生产过程主要包括发电、输电、 变电、配电和用电等环节，配电作为电能发、变、送、配中的最后一个环节，是连接用 户和供电部门的纽带，因此。配电环节的管理对整个电力系统的安全、经济和高效运行 起着至关重要的作用。 当今信息化时代计算机技术广泛应用，通信网络技术不断得到完善和发展，配电网 m i s 系统、s c a d a 系统的广泛应用和g i s 技术的成熟，为基于g i s 韵配电网分析和管 理技术的实现提供了条件1 2 捌。将地理信息系统技术所具有的潜在优势应用到配电网系统 的管理中，可以使电网管理系统中的地图、图像和属性数据有机地结合起来，并在电子 地图上生动、形象地反映配电网设备的运行情况，从而大大提高电能质量和供电可靠性， 降低线损，提高配电网的安全性，提升对电力客户的服务水平。根据国内外的应用经验 来看，电力g i s 系统是城乡电网建设与改造工程必须使用的信息技术i l 】，利用以地理信 息系统为平台的配电网管理系统进行电网系统管理己是大势所趋。 1 1 配电管理系统简介 1 1 1 配电管理系统的概念 配电管理系统( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，d m s ) 是将配电系统中的负荷管理、 配电管理、配网调度等统一起来，利用电子技术、计算机通信技术、控制技术和智能化 技术等手段，对配电、供电进行监视、控制和综合管理，其目的是使配电网以最小的损 耗，最大限度迨向用户提供合格的电力。配电管理系统的内容包括配电网数据采集和监 控、网络分析和优化、工作管理系统、负荷监控和远方抄表及计费自动化和调度员培训 模拟系统等几个部分。 1 1 2 配电管理系统的特点 电力系统包括输变电系统和配电系统，与输变电系统相比，配电管理系统具有其自 身的特点： 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 ( 1 ) 地理空间分布特性 在配电系统的日常管理中，网络的结构与设备和它们所处的地理环境密切相关，如 变电站、杆塔、用户、变压器等设备和地理坐标紧密地联系在一起【2 1 。而且配电网设备 大都沿配电线路安装在电线杆上，具有点多、面广、分布分散、关系复杂等特点，而输 电网的设备一般都是放在变电站内。配电系统的正常运行、计划检修、故障排除、恢复 供电以及用户报装、电量计费、馈电增容、规划设计等，都要用到地理空间信息。因此， 一个完整的配电系统模型，不管其自动化程度如何，都离不开设备和地理信息【l 。 ( 2 ) 设备数量大且变动频繁 和输电系统不同，配电系统要从变电站、馈电线路( 由电源端向负载端敷设的线路) 一直延伸到千家万户的电能表，不仅与供方的变电设备和网络相连，而且还直接与为数 众多、性质各异且经常变化和增长的用户设备有联系。配电网将线路、开关电器和变压 器结合在一起，在通常情况下，配电系统所需的设备数量通常要比相连输电系统所需的 数量要多一个数量级( 1 0 倍) 。至于用电，既有公用的市政用电( 如街道电杆照明用电) ， 又有情况各异的大、中、小用户用电，可见，配电设备的管理任务十分繁重【7 一。 ( 3 ) 配电网数据库规模大 供电企业负责配电网管理的相关部门拥有大量的电网图纸和记录电力设备各种属性 信息的档案资料，由于设备种类多且数量大，配电网中的设备管理和规划设计比输电网 更加复杂。配电网系统的功能涉及到运行、规划、设计、管理等多个方面，个性问题较 多，所以要求的数据库规模也比输电网大。 ( 4 ) 拓扑关系复杂 一般输电网呈网状连接，而配电网多为辐射型结构。在配电系统的日常管理中，配 电的设备管理、运行管理、生产调度、规划设计等不但要将设备及其地理特征位置联系 起来统管理，还要掌握电网的拓扑关系和网络结构，如变电站、杆塔、用户、变压器 等设备之间都存在者复杂的网络关系。 1 1 3 配电网系统管理存在的问题 ( 1 ) 传统纸质图纸的弊端 传统电力系统的管理方式是用纸质图册、表格等手段来管理电力设备资料，数据易 损毁和丢失，信息的查找、统计录入都采用人工方式，难于达到准确、及时、完整的要 求。配电设备种类多，数量大，变动频繁，在纸质图中修改非常麻烦，往往不能得到及 时更新，这无疑给设备管理和维护带来很多困难。 2 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 ( 2 ) 数据库功能薄弱 受当时计算机技术的制约，早期电力系统的数据库只能管理电力设备的属性和运行 参数，很多电力系统仍采用传统的管理模式，即根据不同的要求，绘制地理地形图，再 在图册和设备资料手册之间反复翻阅查询，绘制相应图形，录入信息，费时费工效率不 高而且容易产生差错。虽然后期使用a u t o c a d 等专业图形处理技术绘制电路走向图或 进行工程设计，但仍无法满足图形与属性信息地统一管理，数据库管理功能较弱，地理 定位、拓扑分析等问题也未能解决。 ( 3 ) m i s ( 管理信息系统) 的不足 为了弥补传统电力管理系统的不足，近十年来，很多供电企业引进了m i s 系统来强 化各种生产管理和分析决策能力，管理信息系统对当时的电力生产管理也取得了较大的 成绩。但建成的m i s 系统仅仅使用了关系数据库技术来描述生产组织运作模型以及生产 管理信息，而在供电生产活动中几乎所有的业务工作都与空间信息有关，关系型数据库 难以直接动态描述空间信息，这种现象极易发生数据错误、信息残缺以及信息过时等问 题。因此，许多电力企业m i s 系统的实际使用效果很难达到最初的系统设计目标。 ( 4 ) “信息孤岛”现象 由于电力企业财力雄厚，各职能部门各自为政，习惯于只根据自身的需求单独立项， 开发功能单一、开放性较差的专用系统，几十年的积累，往往使一个大型电力公司内同 时运行着成百上千的计算机系统。这些不同的系统功能不同，开发工具不同，结构也存 在很大差异，而最大的问题就是数据的不可兼容，最终形成了数量众多的“信息孤岛”。 1 2 本文的主要研究工作和组织 1 2 1 本文的主要研究工作 本文的研究工作主要有两方面：一方面介绍了配电管理系统相关理论知识和g i s 基 本知识，论述了g i s 在配电管理系统中的应用侧重点以及g i s 应用于配电管理系统的优 势所在；另一方面详细介绍了配电g i s 数据库的设计思路，并以河北吴桥配电管理系统 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。 1 2 2 本文的组织 第一章绪论，介绍配电管理系统的基本概念和特点，并介绍了传统配电网系统存 在的问题，即引入g i s 发展配电系统的必要性，指出利用g i s 技术发展配电管理系统是 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 电力系统发展的一大趋势。 第二章g i s 与配电管理系统的结合一配电g i s ，介绍了地理信息系统的基本概 念和功能特点，配电g i s 的相关内容并深入讨论了g i s 在配电管理系统中的应用侧重点， 最后介绍了国内外地理信息系统在配电管理系统中的发展情况。 第三章配电g i s 数据库的研究与设计，介绍了一般数据库的设计原则，配电g i s 空间数据库的特点及所选用的数据库类型，阐述了数据的生产流程和数据库的设计流程， 最后详细介绍了配电g i s 空间数据库的组织。 第四章配电g i s 系统的设计与开发以河北吴桥配电管理系统为例，分析系统 设计原则和目标，从系统开发方式、网络开发模式和总体结构框架三方面阐述系统的总 体设计方案，介绍m a p x 的功能，最后详细介绍配电g i s 系统的开发设计内容。 第五章结论与展望，总结全文内容并介绍系统的运行情况，最后展望了配电系统 开发的发展方向。 葺 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 2 g i s 与配电管理系统的结合一配电g i s 2 1 地理信息系统概述 2 1 1 基本概念 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是融计算机图形和数据库于一体 的信息管理系统，它将地理对象的空间位置和相关属性有机结合，从空间和属性两方面 进行查询、检索和分析，并将结果以形象、直观的形式表达出来，是一种具有采集、储 存、显示、管理、分析和应用空间信息的高新技术。 地理信息系统产生于上世纪6 0 年代，经过几十年的发展，g i s 系统已由地学领域地 应用演变为以服务地学领域应用为主要目的“基础型”平台软件，以服务商用办公领域为 主要目的的“桌面型”平台软件和以服务于公共设施管理为主要目的的a m f m g i s ( a u t o m a t e dm a p p i n g f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 系统等多个 分支【。在近5 0 年的时间里迅速形成- - i 1 融信息科学、计算机科学、现代地理、测绘 遥感学和管理科学的研究和应用于一体的综合性计算机技术。从功能上看，g i s 是以计 算机系统为支持的，集地图可视化、空间分析和数据库管理于一体的应用系统，其组成 见图1 。 图1 地理信息系统的组成 地理信息系统按照研究内容划分，大致可以分成专题地理信息系统( t h e m a t i cg i s ) 和区域地理信息系统( r e g i o n a lo i s ) 两大类。专题地理信息系统包括森林动态监测信息系 统，水资源管理信息系统，矿业资源信息系统，输配电网管理地理信息系统等。区域地 理信息系统是指按不同地域规模而建立的信息系统，如国家级，地区或省级的，市级和 县级等不同行政区域的系统：也可按自然分区或以河流为单位 1 2 - 14 】。 5 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 2 1 2 功能特点 ( 1 ) 以计算机系统为支持 g i s 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门 的地理分析方法作用于空间数据，使g i s 可以快速、精确，综合地对复杂的地理系统进 行空间定位和动态分析。利用计算机可以使纸质地图变为电子地图形式，这种表示形式 不仅可以使电网线路和设备准确定位，而且可以随意缩放并能方便查询属性信息。 ( 2 ) 以空间地理信息为研究对象 地理信息系统对空间特征数据和属性数据分别加以组织，一般信息系统所处理的数 据相当于g i s 的属性数据部分，g i s 主要的研究对象是除此之外的空间特征数据。g i s 对空闻数据的操作包括空闻数据采集、地图与图形的编辑与显示、地图的修饰功能、地 图的分层处理、属性数据的录入与查询、数据的通讯功能等。 ( 3 ) 将图形系统与数据库系统有机结合 地理信息系统处理的空间数据和属性数据并不是孤立地存放于系统之中的，它可以 利用空间引擎，将数据库、配网图形和地理背景信息有机地结合起来，从而实现图形和 属性信息的双向查询。 ( 4 ) 空间分析功能突出 除了基于数据库技术的一般信息系统分析功能外，地理信息系统还有自己独特的空 间分析功能，空间分析功能是地理信息系统最重要、最本质的功能。矢量和栅格是两种 基本的数据模型，常见的矢量分析功能包括缓冲区分析、地图叠加和距离量算等操作功 能；栅格数据可在单个单元格、单元格集合或整个格网中的单元格等不同水平上进 亍【1 5 j 。 2 2 配电地理信息系统概述 2 2 1 配电g i s 简介 配电g i s 是一个基于地理信息系统( g i s ) 、关系型数据库和计算机网络的电力设备 管理、检修和运行的高级信息管理系统，它主要针对i o 千伏及以下的配电管理系统，一 般包括自动绘图( a u t o m a t i cm a p p i n g ，a m ) 、设备管理( f a c i l i t ym a n a g e m e n t ，f m ) 和地理 信息系统，因此，也称为a m f m g i s 。配电g i s 充分利用g i s 对地理坐标和空间位置 的表示能力以及空间分析能力，为获取、存储、检索、分析和显示电力设备的空问定位 资料和属性资料建立计算机化的数据库管理系统。从而为管理部门提供更加丰富、直观 6 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 的信息资料和决策依据。 配电g i s 系统的主要功能是综合分析与检索空间定位数据，利用数据库技术可以把 地物的空间数据与属性数据一一对应联系起来，从而提高调度员与设备维护人员了解设 备工况与处理设备故障的能力。设备管理系统根据这些厂家数据和运行工况，对设备进 行经常性维修和定期检修，使设备处于良好状态，并延长其寿命。为了突出厂站、线路 和设备的走向和连接关系，地理图可采用分层消隐的办法来去掉不需要显示的部分( 如 消去房屋建筑，只保留街道河流等) ；或是在保留原图的情况下，采用降低灰度的办法来 达到同样的目的。 配电g i s 与配网自动化是两个不同但相关的系统，是不能相互替代但又相互支持的 系统。配网自动化系统是一个实时监控系统，主要目的是缩短停电时间、提高供电可靠 性，它采集的实时信息可支持配电g i s 的实时化，扩大了配电g i s 的应用范围。而配电 g i s 是一个空间配电信息管理系统，通过提高企业内部数字化管理水平达到提高生产率 和工作效率的目的。但它提供的地理信息，可以对配网自动化系统进行可视化运行，更 加真实和实用。 2 2 2 配电g i s 的数据类型 配电管理系统所需的数据中有许多都与地理空间信息有密切的关系，可以把这些信 息作为配电网数据库要描述的数据，这些数据可分为两类： 一类是空间定位数据：在以地理底图为背景所绘制的单线图上，分层显示变电站、 线路、变压器、断路器、隔离开关直至电杆路灯、用电用户的地理位置，地图上标注的 地物和地理坐标联系紧密。 第二类是非空间定位数据：包括电力设备以及供电服务和用户信息等数据，它们和 地理坐标无直接联系，一般称为属性数据，即表示事物的某些特征的数据。电力设备以 及供电服务要描述的设备有配电设备( 如配电馈线、变压器、地下电缆、变电站等) 和 各种继电保护设备，以及包括这些设各的地理位置及其有关属性( 如设备投运日期、材 料、运行状态、最近一次检修日期、所属权等d m s 中各个应用系统需要的公共信息) ： 供电服务信息有供电服务队伍的地理位置、人员情况、工作完成情况等；用户信息包括 地理位置、负荷类型、电话号码等。 2 3g i s 在配电管理系统中的应用侧重 g i s 在电力行业应用十分广泛，根据国内目前的应用情况，大致可分为：输变电g i s 7 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 系统、配电g i s 系统、客户服务中心系统、移动抢修g i s 系统和w e b g i s 系统等。最初 的g i s 主要应用在各部门的数字化存储和管理以及地理信息查询等方面，地理信息系统 应用于配电管理系统则要根据电力系统的具体需求来设计符合电力部门调度和管理的软 件应用系统。因此，传统地理信息系统的应用特点与配电系统中的g i s 功能需求之间存 在着一些显著区别。 2 3 1 传统应用领域中g i s 技术的应用侧重点 g i s 技术最初以解决地学领域的应用问题为主，它将研究对象抽象成点、线、面三 大数据类型进行分层表示，使相同类型且属性结构相近的空间对象放入同一层文件中， 以便进行统一显示、查询和修改等操作。 g i s 数据按照地理空间要素进行组织，包括空间数据和属性数据，空间数据采用电 子地图的形式展示，对空间地理事物的位置描述要求定位准确，因为只有准确的数据定 位才能实现进一步的空间分析、相关数据统计并生成各类专题地图；属性数据是对地图 要素的信息描述，同一图层的数据都具有相同的属性结构以便统一管理。空间数据与属 性数据之间存在着对应关系，即每一个空间对象都记录了其相应的属性信息，这样可以 实现空间数据和属性数据的双向查询和检索。 空间分析功能是地理信息系统的核心功能，也是地理信息系统区别于其他计算机系 统的根本所在。空问分析具体包括地形的模型分析、空间特征的几何分析、空间统计分 析、网络分析、数字高程模型分析、数字影像分析和地理变量的多元分析等，借助该功 能可以实现地图的包含与叠加、面积的量算、地表形态的自动分类以及缓冲区分析等。 2 3 2 配电管理系统中对g i s 功能的应用侧重点 配电管理系统引入g i s 技术后，利用地理信息系统对空间事物可视化管理的优势， 将系统中的各类数据抽象为点、线、面三类：点是地图中最基本的单元，它包括所有不 依比例尺的独立符号，如配电网络中的开关、变压器和杆塔等；配电网络中的架空线及 电缆等线状物体用颜色、粗细不同的线条表示；城市街区、房屋和配电系统供电区域等 面状物体则用封闭的多边形来表示【1 6 】。利用g i s 技术虽然可以在系统中对电网图进行地 图输入、编辑和显示，实现空间数据和属性数据的双向查询等功能，但配电系统的建设 是以更好地控制电网运行过程和提供配电管理自动化工具为目的，系统中所需的许多功 能专业性很强，一般的g i s 应用功能无法实现，因此，只有充分认识n - - 者之间的区别， 8 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 才能既充分利用g i s 技术本身的优势，又能满足配电网管理所特有的要求。配电管理系 统中的g i s 功能与一般g i s 应用功能的不同之处主要表现在以下几方面： ( 1 ) 对配电设备空间定位的精度要求并不很高，因为精确的空间定位在配电管理的 整个过程中并不起决定性作用，电网所在地区的空间地理环境只是电网系统的背景参考 信息，配电管理系统更关注对电网系统地宏观空间分析和决策。 ( 2 ) 配电管理系统依托g i s 技术对地理区域上的工程设备及其生产技术进行管理， 而系统内部应用数据的“结构化组织”是按电网运行规则完成的，这种鼍丑织”的特征是以 描述电网结构及运行逻辑( 电网模型) 为主，目的是保证各种电力应用分析操作具有较 高的运行效率。 ( 3 ) 由配电网络构成的电子地图是一种由数据库支持的可检索的数字地图，它能将 最新的影像地图与电网图叠加在一起，随着电网的不断扩充，及时、方便地修改数据库 内容。系统支持高效率的拓扑结构重构功能，即用户修改了配网设施的运行连接关系后 ( 如运行方式变更、馈线发生永久故障时) ，系统能够实时响应，同步自动更新整个电网模 型中的有关信息。 2 3 3g i s 在配电系统中的应用优势 配电网管理具有明显的空间分布性，发电、输电、变电、配电和用电五大资源分布 在广阔的空间区域内，所以，空间数据是电力企业管理电网的核心对象。地理信息系统 技术的引用不仅为电力企业提供了一个基于地理信息维护和管理的平台，更重要的是能 使电力企业已有的s c a d a 、d m s 、m i s 、c i s ( 企业形象识别系统) 和e r p ( 企业资源 规划) 等在此基础上统一集成。总的来看，g i s 在配电系统中的应用为电力部门信息的 可视化管理提供了有力的工具，主要集中在以下的几个方面： ( 1 ) 配电管理系统结合地理信息系统的可视化技术，将配电网分布图展现成电子地 图形式，通过数据库的链接实现空间信息与属性信息的统一管理，进一步促进了配网系 统的科学化管理。具体体现在以下几个方面：配电网运行管理人员能方便地了解线路设 备的档案情况，为配网巡检维护提供完整直观的信息支持；帮助配网规划设计人员掌握 线路设备与用户分布情况，结合地理背景进行的模拟查勘和初步设计，能有效地减轻查 勘人员的工作量，提高配网规划设计的效率和科学性；提供配网建设、用户分布和设备 运行的完整情况，为管理人员提供科学管理与决策依据。 ( 2 ) 利用g i s 技术可以在配电管理系统的电子地图上完成用户的定位查询、区域 查询、用户收费管理、区域统计等功能，既方便了用户管理，又提高了服务质量。在具 9 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 体应用中表现为以下几方面：对用户可以按照用户证号、地址码进行快速定位，查询信 息：根据地图上所选择的区域，查询数据库中的用户信息；收费清单根据实际的地理环 境分区打印，逐一对用户进行地址编码，避免不同区域交叉混乱的局面，提高了收费的 可管理性和准确性；还可以根据全局、分区、地图指定区域统计总户数、电量、收费率 等信息进行分析比较。 ( 3 ) 配电g i s 系统改变了传统纸制图册、纸质表格的资料管理形式，数据统计结 果的表现形式更加灵活，可以随时根据用户需要更改台帐的表格结构，还可以根据具体 需要打印各条线路或各个地区的电网分布图。g i s 系统将电网设备的图形信息、数据库 信息和地理信息进行有机结合，使图形信息和设备数据资料显示于地理背景之中，把供 电设施和网架结构与地理位置联系起来，这样，管理部门就能准确地掌握配电网的空间 分布情况，从而更好地完成设备运行和维护工作。 ( 4 ) 由于电力系统用户众多，为保证数据的安全性，根据各部门的具体使用情况进 行用户权限管理，管理员可以方便地将特定的权限赋予某些用户。安检科负责定期对各 个电网线路进行安全检查，对巡线员提供其所需要的功能权限，能够将外业采集的数据 导入数据库，分级显示采集数据的危险等级并打印出图。生计科根据安检科上报的信息， 对需要更新、维修的设备进行预算，然后打印输出报表，因此，生计科的用户权限包括 接收安检科的上报信息，预算、打印和报表等功能。 2 4 国内外g i s 在配电管理系统中的应用 上世纪八十年代后期，在计算机硬件性能价格比显著提高、工作站网络技术快速发 展的推动下，配电管理系统不断跟踪和应用最新的计算机技术和设备，有了较快的发展。 g i s 技术在早期主要应用于离线的电网管理信息系统中，它以a m f m ( a u t o m a t e d m a p p i n g f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t ，自动作图设备管理) 的面目出现，主要用于配电和用电 的设备管理。到上世纪九十年代初，网络技术、通信技术和面向对象技术的兴起为系统 开放和系统集成提供了有利的环境和手段，更加肯定了d m s 的“开放”和“集成”方向，出 现了s c a d a e m s ( e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ，能量管理系统) d m s 系统集成和综合开 发按需剪裁的新趋势。 国外电力g i s 大规模应用始于2 0 世纪8 0 年代末期，其应用发展主要经历了“c a d + 数据库”阶段、“传统g i s 应用”阶段，到9 0 年代初进入 a m f m g i s 应用”阶段。从g i s 功能结构来看，主要经历了自动绘图( a m ) 、设备管理( f m ) 和g i s 相对独立到各应 用系统集成融合的变换过程。现今，许多发达国家正积极实施兴建的“数字电网”计划， 1 0 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 以解决以往电力系统中电能管理中的瓶颈问题。很多企业内部已经广泛采用g i s 作为生 产、服务和管理的平台，g i s 作为“协同工作环境”的重要工具正在逐步整合企业资源管 理和客户关系管理等功能，走向更高层次的管理、决策支持和运行控制系统1 1 ”。可见， 建立“数字电网”及“协同工作环境”为特征的电力g i s 系统，已成为发达国家电力企业为 增强自身竞争能力( 降低生产成本、提高服务水平) 而进行生产经营“业务流程重组”工 作，提高电网运行科学管理水平所必不可少的工具l i ”。 g i s 技术在我国的应用起步较晚，到2 0 世纪8 0 年代初我国才对g i s 进行研究和应 用，g i s 在电力系统中应用的历史较之其它方面更短，虽然已有了初步应用，但还没有 充分发挥g i s 的功能，目前主要应用在配网与生产管理领域【1 9 1 。长期以来，我国的电力 行业主要将注意力集中在影响面较大的输电系统上，国家在输电系统的投资力度比配电 系统大很多，配电管理系统发展缓慢，造成国内配电系统在管理上日趋严重的弊端。近 二三十年来，政府和电力界认识到配电管理的重要性，逐渐将发展重点由输电系统转向 配电系统。 我国的电力企业应用g i s 技术虽然起步较晚，但发展速度很快。进入2 0 世纪9 0 年 代中期，我国少数企业开始尝试a m f m g i s 在电力行业的应用，一些大型供电企业开 始在通用或专业g i s 软件技术的支撑下，大规模建设具有国际先进水平的电力g i s 应用 系统。目前国内许多大城市，如北京、上海、广州、深圳、武汉、石家庄等地区均己建 立适合本地区电力系统特点的配电地理信息系统，应用情况总体处于部分“a m f m g i s ” 应用向全面推广发展阶段【2 0 】。例如，2 0 0 2 年9 月竣工的武汉供电局配电g i s 二期工程， 覆盖武汉市区7 0 0 多平方公里，是当时全国第一个分布式结构且规模最大的配电g i s 系 统，该系统实现了规划的全部新功能，如配电运行管理、高压用户报装、线路工作管理、 输电设备管理、低压台压管理、w e b 查询及调通g i s 等；同时实现了与用电营销、s c a d a 等多种系统的连接。2 0 0 4 年启动的昆明配电g i s 系统采用i n t e r g r a p h 的g e l e c t d e 平台， c s + b s 的体系结构，针对昆明供电局的实际电网情况设计开发而成，主要包括配电业 务功能、配网分析工具和综合管理三大模块，目前已完成系统建模，正在进行数据录入 2 q 。 总之，把g i s 应用于配电网管理，国外比国内开始得早，管理水平比国内高，技术 比国内先进，管理功能比国内完善。但是，由于我国的电网结构、管理方式与国外不同， 完全引进外国的技术和设备不适应我国电力系统的实际情况，而且引进国外的技术和设 备一般投资都很大，对我国电力系统的发展不利。只有面向我国电力企业实际的发展需 求，才能开发出适合自己国情的配电网管理地理信息系统1 2 2 1 。 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 3 配电g i s 数据库的研究与设计 数据是整个系统的重要基础，数据库管理系统( d b m s ) 是建立信息管理系统的基本环 境，数据库设计的好坏直接影响了整个系统的效率和质量，是信息系统的基础和核心部 分，所以数据库的规划是整个系统开发的关键环节。 3 1 数据库设计的原则 ( i ) 数据库设计应充分考虑系统的可扩展性，若采用关系型数据库应尽量满足数据 库设计的第三范式要求，不能达到的应有充分的理由并以文档形式与数据字典一起保存。 ( 2 ) 为了便于管理和保证数据的安全，省级以下的供电企业采用地市和县市为单位 集中建立数据库，并实现整个系统的数据共享。 ( 3 ) 配电系统数据量巨大，为节省内存空间，提高显示速度，在添加背景地图或设 备图层前，系统将检查是否是新地图或新图层，若尚未建立，则添加地图或图层及其属 性信息等内容，从而减少用不到的数据库的数量。 ( 4 ) 数据要具有统一性和规范性，配电系统设备种类繁多，为避免数据冗余，必须 对所有数据种类进行统一分类，并规范每个图层的属性结构，尤其是数据库中索引部分 的编码设计。 3 2 配电g i s 空间数据库 随着数据库技术的发展和成熟，地理信息系统库中出现了专门表示地理要素空间几 何关系的图形数据，图形数据之间除了存在逻辑关系外，还具有严谨的空间几何关系。 空问数据库将相同类别的空间实体存放于同一文件中，作为一个图层文件存在，每个空 间实体包括空间数据和非空间属性数据。空间数据库采用文件系统和关系数据库相结合 的模式，由文件系统存储空间数据，关系数据库存储属性数据，二者通过唯一的标识符 相互联系。 关系型数据库进一步发展，在关系型数据库中引入了面向对象技术的对象- 关系型 数据库，如d b 2 、o r a c l e 、s q ls e r v e r2 0 0 0 、i n f o r m i x 等，该类系统的空间数据模型既 能反映面向对象的思想，又能充分利用现有数据库在数据查询等方面的技术优势，将属 性数据和空间数据都存贮在数据库中加以管理，实现了管理的一体化，有利于实现数据 共享。 基于g i s 平台的配电管理系统的设计与开发 3 2 1 空间数据库的特点 ( 1 ) 数据量大 地理系统是一个复杂的综合体，要用数据来描述各种地理要素，尤其是要素的空间 位置，其数据量往往很大。 ( 2 ) 数据类型复杂 空间数据库所存储的数据不仅有地理要素的属性数据( 与一般数据库中的数据性质 相似) ，还有大量的空间数据，即描述地理要素空间分布位置的数据，并且这两种数据之 间具有不可割的联系，即空间特征数据和属性数据之间存在一一对应的挂联或链接关系 幽l 。 ( 3 ) 数据集中管理和共享 数据库以一定的组织形式集中控制和管理有关数据，既能增强对数据间关系的描述， 又能克服文件管理中数据分散的弱点，实现数据资源的共享，提高了数据的使用效率。 ( 4 ) 减少了数据冗余 数据库按照一定的方式对数据进行重新组织，最大限度地减少数据的冗余，节省了 存储空间，保证了数据的一致性，这是文件管理所无法实现的湖。 3 2 2o r a c l e 空间数据库介绍 o r a c l e 是一个极其强大、灵活和复杂的系统，可以用于构造从小型的单用户系统到 支持数千个并发用户的大中型应用项目。与s q ls e r v e r 、d b 2 和s y b a s e 等数据库管理系 统相比，o r a c l e 数据库系统在开放性、并行性、客户端支持及应用模式、操作难易程度、 整体性能等多个方面都显示了自己独到的优势。o r a c l e 提供了和其它软件连接的开放式 接口，能在所有主流平台上运行，支持所有的工业标准，采用完全开放策略，从而使客 户选择最适合的解决方案。比如o r a c l es p a c i a l 本身提供了与m a p l n f o 公司