（电气工程专业论文）配电网地理信息系统软件的开发与应用.pdf

重庆大学工程硕士论文 中文摘要 i 摘 要 电力系统向高度信息化，自动方向发展，电网规模的日益扩大，电力企业需 要管理庞大的电力设备数据。电力设备由于传输的特点表现出空间上复杂性。 现在 gis 已经广泛应用于电力系统的各个领域，例如，输变电管理，配电管 理，用电管理等。随着网络技术的逐渐普及，在企业内部建立一体化的解决方案， 到达资源共享，信息同步成为目前建设系统首先要考虑的。 本文结合 mapx 和 mfc 开发工具，对配电网 gis 系统进行了研究，详细介绍 了配电网地理信息系统开发的全过程。 本文主要完成了以下工作： （1）进行了配电网数据库设计，实现了单个实体各类信息的集成和整个配电 网的信息集成。最后将各种结果转化成为 gis 图形数据库、属性数据库中相应元 件的属性。 gis 应用系统与一般的应用系统不同， 大量的基础数据在建立系统时就 需要录入，系统运行过程中将有新的数据在这些数据的基础上生成。包含大量的 图形数据是 gis 应用系统的另一特点。由于图形数据本身的特点，系统的数据组 织和纯属性数据的组织有很大不同。因此在数据库设计中进行了不同处理，将空 间数据和非空间数据放置在不同类型的数据库中。 （2）详细研究了 gis 开发技术，结合 mfc 类库和 mapx 控件所提供的强大 功能，独立开发了配电网 gis 软件，为这项工作的开展进行了有益的探索。该软 件包含了系统安全模块、地图操作模块、数据管理模块。具有用户登录、用户管 理、地图编辑、地图缩放、地图平移、鹰眼移动、测距和配电网地图相关属性信 息的查询等功能。这些功能有机的结合起来，形成一个完整的配电网 gis 系统。 关键词：关键词：配电网，地理信息系统，mapinfo，mapx 重庆大学工程硕士论文 英文摘要 ii abstract with the high informationization and automation of the power system, the scale of the network becomes more and more large. the power company need manage large numbers of data of the system equipments. and the power equipments demonstrate the complexity on the space for the transmitting characteristics. today, gis has already been applied in many fields of the power system. for example, in power transmission and transformation management, in power distribution management, in power consuming management, etc. with the gradual popularization of the network technology, by setting up integrated solution in enterprises, resource sharing and information synchronization are primary problems when we establishing systems. in this paper, by using mapx and mfc developing tools, a research to gis system for the power distribution network is carry on. and, a presentation on the development process of the geographical information system is also brought out. the following are the main jobs of this paper. (1) the database of the power distribution network has been designed, and the information of each instance and the whole network has been integrated. the corresponding component property of the gis graphic database and property database has been transformed by using various kinds of results. the gis application system is different from the general systems. a large amount of basic data should be inputted when establishing the system, and some new data will be built based on these data when system running. another characteristic of the gis application system is that there is a large amount of graphic data in the system. the system data organization is different from the pure property data organization according to the characteristic of the graphic data. as a result, different database design methods are adopted. the space data and non-space data have been placed into different type database. (2) the development technology for gis has been studied in detail. the software of the system has been developed with the powerful mfc class library and mapx controls and it will be help for the future research. system security modules, map operation modules and data management modules are included in this software. some other functions including user logging in, user management, map editing, map zooming, map moving, eagle eye moving, distance ranging and corresponding properties 重庆大学工程硕士论文 英文摘要 iii information of the power distribution network searching. by assembled with these functions, a complete gis system for the power distribution network has been achieved. key word: power distribution network，geographic information system，mapinfo， mapx 重庆大学工程硕士论文 1 绪论 1 1 绪论 1.1 目的和意义 电能是当今世界最重要的能源，它与国民经济的发展和人民的生活水平密切 相关，其质量的保证非常重要。配电网是电力系统配送电力能源到最终用电单位 的网络结构，承担着电网供应链中最基层的重要任务。在电力行业几十年的发展 过程中，各个电力部门都积累了距离的配电网纸质数据，同时也带来了数据更新 困难、资料易损耗丢失、日常查询不直观、无法提供对配电网改造发展的决策参 考已经等弊端，呈积累发展趋势1-3。而以地理信息系统为平台的“配电网 gis” 将是配电网系统的主流方向4。 1.2 地理信息系统 gis 简介 目前， 地理信息系统在理论和应用上都处于一个飞速发展的时期。 “数字地球” 概念的提出，更进一步推动了作为技术支撑的 gis 的发展。不管人们 21 世纪称为 什么世纪，gis 的广泛应用，普及必将成为新世纪的一个重要特征。gis 逐步发展 起来的一种采集、存储、管理、分析和描述整个地球表面（包括大气层在内）与 空间和地理分布有关的数据的空间信息系统，是介于信息科学、空间科学和地球 科学之间的交叉学科和技术，它将地球空间数据处理与计算机技术相结合通过系 统的建立，操作与模型分析，产生对区域规划及管理决策等方面的有用信息。 作为信息技术（information technologies it）的重要组成部分，地理信息系统 经过三十多年的发展，在几乎所有与空间信息相关的，诸如资源管理、城市规划、 环境管理、设施管理等领域得到了广泛应用，形成了多层次和不同尺度的应用格 局5。 与此同时，gis 软件技术体系（gis software technology system）也得到了很 大发展。gis 作为一门崭新的综合的信息技术，目前正处于一个不断发展的时期， 新概念和新产品层出不穷。从发展历程看，经历了从集成化 gis 到模块化 gis 的 不同阶段。当今，组件式的 gis（components gis）已经成为地理信息系统的重要 发展方向。 以往的 gis 都很难与管理信息系统 （mis） 以及专业应用模型完成高效、 无缝的集成，也不能适应可视化程序设计的潮流，组件式 gis（如 mapinfo 推出的 mapx） ，是标准的组件式平台，各个组件之间不仅可以进行自由、灵活的重组， 而且具有可视化的界面和使用方便的标准接口。 其基本的特点有： 1) 所有的相关信息按特定的坐标系进行严格的坐标定位，对空间数据和属性 重庆大学工程硕士论文 1 绪论 2 数据进行统一的存储和管理。 2) 将多信息源的空间数据和统计数据进行分级分类、规格化和标准化，使其 适应计算机输入输出的要求，便于进行社会经济和自然资源、环境要素之 间的对比和相关分析。 3) 具有图形与数据双向查询检索、统计计算和列表绘图等基本功能，并可按 照指定的范围进行图形查询和提供综合的空间分布数据。 4) 向用户提供空间数据多因素空间分析、复合分析、预测预报和模拟优化等 技术手段。 5) gis 与一般数据库应用有关，但是又重大的区别。在一个 gis 里的所有信 息都与空间位置相关，一般数据库也可能会包括位置信息（如街道地址） ， 但是，一个 gis 数据库使用地理参照来作为存储和访问信息的主要方法。 6) gis 是一种集成技术。尽管其他技术可以用来分析航空照片和卫星图像， 建立统计模型或绘制地图， 但一个综合的gis系统可以提供所有这些功能。 7) 具有许多功能的gis不应该仅仅看作是硬件和软件， 而应该看作一个过程。 gis 是用于作决策的。在一个 gis 系统里，数据输入、存储和分析的方法 必须反映信息被用于专门研究和作决策的。把 gis 看作一个纯硬件和软件 系统就会遗漏它在综合决策过程中所起到的作用。 应用地理信息系统完成各项任务与传统的方法相比，显示了许多优越性，可 以概括为以下几点5： 1) 允许存储多种性质的数据，包括字符的、图形的、影像的、调查统计等等， 易于读取、安全可靠。 2) 允许使用数学、逻辑方法，借助于计算机的指令编写各种程序，易于实现 对图形对象及其属性信息各种分析处理，系统具有强大判断能力和辅助决 策能力，适于开发出各种应用分析系统。 3) 提供了多种造型能力，例如覆盖分析、网络分析，可以利用规划等模式研 究，以及用来编制各种专题图、综合图等。 4) 易于改变比例尺和地图投影，可以进行坐标变换，平移或旋转、地图接边、 制表和绘图等工作。 按照研究内容来进行划分，地理信息系统大致可以分成专题地理信息系统 （thematic gis）和区域信息系统（regional gis）两大类。专题地理信息系统例 如，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6-9。 重庆大学工程硕士论文 1 绪论 3 在实施应用中，地理信息系统由以下三各部分构成： 1) 计算机系统，硬件和软件，核心软件包括数据处理，管理，地图模拟和空 间分析等，应用部分包括一些特殊的应用问题。 2) 地理数据库系统，空间数据组织（矢量结构，栅格结构） 。地理数据库系 统是 gis 应用项目的重要资源和基础，需要投入高强度的人力和物力，是 gis 应用项目的的瓶颈技术。 3) gis 系统的应用人员和组织结构 作为一个 gis 系统应 s 能够解决诸如位置（地方名，邮政编码，地理坐标） 、 条件 （满足条件的地理位置分布） 、 趋势 （随时间变化的趋势， 如人口， 分区负荷） 、 模式(揭示空间对象的空间分布)、模型（解决问题的方案，如变电站选址、电源的 变化）等问题。必须具备数据的获取；数据编辑及变换处理；数据的组织与管理； 检索与分析；数据的输出等基本功能，功能结构如下所示： 数据输入与转换 图形及文本编辑 地理数据库 显示输出 空间查询 与空间分析 图 1.1 gis 功能结构 figure 1.1 structure diagram of gis 作为地理信息系统，能够描述物体的地理数据或者空间位置信息是作为其首 要特征。地理数据可以看成具有时态特征（指时刻或时段）的地理空间位置（属 性数据） 。 地理数据有栅格、矢量混合等两种空间数据模型： （1）矢量模型 通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。点，空间的一 个坐标点；线，多个点组成的线段；面，多个弧段组成封闭多边形。这种模型有 利于描述一些离散特征，但对连续特征就不太有用。 （2）栅格模型 采用规则的数据单元阵列表达地理空间；每一个地理空间都对应着地理空间 的一个区域；用行列数表达地理空间位置关系；单元内的数值大小定义了某种属 性；单元格的大小表达了精度（分辨率问题） ；非常适用于描述一些连续特征，有 点象扫描地图和照片。 重庆大学工程硕士论文 1 绪论 4 下表是 2 种模型的比较： 表 1.1 矢量模型和栅格模型的比较 table 1.1 compare of vector-motor and grid-motor 比较项 矢量模型 栅格模型 数据量 小 大 数据结构 复杂 简单 图形精度 高 低 图形运算 复杂运算，高效 简单运算，低效 遥感影象格式 不一致 一致或接近 空间查询和分析 容易实现 不易实现 数据共享 不易实现 容易实现 1.3 配电网 gis 国内外现状和发展趋势 电力系统向高度信息化，自动化的方向发展，电网规模的日益扩大，电力企 业需要管理庞大的电力设备设施数据，用户数据，规划数据等。而科学的决策在 某种程度上依赖于决策者所掌握的信息量的大小。发电，变电，输电等系统均是 包含大量信息的复杂系统。获得更多的数据，并能最大限度将有关信息集成起来， 为电力系统决策人员提供一个多元化的决策依据，这是电力系统中迫切需要的解 决的问题之一。 gis 在电力生产中应用。电力企业从发电，输电，配电到用电地每一个环节， 都表现为空间性，复杂性的特点，这些特点不但体现在电力企业的空间设备，最 终客户和电力系统所采用的技术上，更重要的是体现在电力企业的生产和运营管 理上，以及经营决策上。如何有效的管理电力企业的这些复杂性的空间资源，是 电力企业生产和运营管理人员面临的挑战。以城市配电为例，近年来，我国工业 和民用电的需求快速上升，同时城市建设也日新月异，配电设施大幅度增加，配 电网变更频繁；同时用户也对电力供应的可靠性和电能质量提出更高的，更为苛 刻的要求。配电管理系统由于涵盖配电设备众多，配电网规模庞大，业务处理复 杂，涉及 gis 技术，数据库技术，实时信息，配电自动化等方方面面，覆盖了用 电企业几乎所有的生产和职能部门10。 配电网是电力系统配送电力能源到最终用电单位的网格结构，承担着电网运 营供应链中最基层网络的重要任务。对配电网的管理涉及到点（以杆塔为附着务 的一系列电力设备） 、线（各种形式的电力线路） 、面（供电区域）各个层次上的 数据与图形管理。传统的管理方式主要是管理线路建设初期所生成的书面数据表 重庆大学工程硕士论文 1 绪论 5 格和线路图，在电力行业几十年的发展过程中，各个电力部门都积累了巨量的配 电网纸质数据。同时也带来了数据更新困难。数据易损毁丢失、日常查询不直观、 无法提供对配电网改造发展的决策参考依据等弊端，且呈积累发展趋势。对配电 网进行简单的数据管理已远不能满足直观、纵览全局、实时、综合的更高要求， 而以 gis（地理信息系统）为平台的“配电网 gis”将是配电网系统的主流方向。配 电网 gis 是指在地理信息系统上建立配电网络的可视化的地理背景下直观对配电 网进行日常管理11-14。 在欧美等发达国家，gis 的应用遍及环保、交通运输、电力、电信、资源保护、 灾害预测、投资评估、城市规划建设等众多部门。近年来，随着我国经济建设的 迅速发展和通信技术的发展，gis 的应用进程也相应加快了，在交通运输、测绘、 城市规划管理、制图等领域发挥了重要作用，在电信、电力等行业的应用也有了 好的开端，由过去只限于数据的管理逐步地进入到控制阶段。配电网 gis 是针对 10kv 及以下配电网的运行、管理等而开发的，它是利用计算机技术、通信技术将 配电网的分布、属性及实时信息按其实际地理位置描述在地理背景图上形成的集 查询统计、运行维护、分析管理等功能于一体的应用系统软件15-16。 1.4 规划建设配电网 gis 的必要性、可行性 目前应用配电网 gis 的必要性主要体现在以下三个方面4： 一是，由于国内与国外及国内不同配电网中应用配电网 gis 水平的差别，从 而带来效率和管理成本的巨大差别。特别是 10kv 及以下配电系统，过去那种粗放 的管理模式已不能适应新形势的要求； 二是，随着用电观念的转变，人们要求的相关服务的品味也在提高； 三是，未来社会是信息时代，数字化、网络化管理建立数字化电网是发展的 必然，而配电网 gis 则是最直接的服务手段。因此，配电网 gis 的实施势在必行。 实施配电网 gis 的条件是具备的。因为：一是计算机的应用已经相当普及， 这是实施 gis 的最基本条件；二是在 gis 的应用上国外已有成熟的经验。二是对 gis 的认识普遍有了提高，认识到配电网 gis 是发展法方向。 1.5 论文所做的工作 根据电力系统信息化发展的需要，本文结合 mapx 和 mfc 开发工具，对配电 网 gis 系统进行了研究，详细介绍了配电网地理信息系统开发的全过程。本文主 要完成了以下工作： （1）进行了配电网数据库设计，实现了单个实体各类信息的集成和整个配电 网的信息集成。最后将各种结果转化成为 gis 图形数据库、属性数据库中相应元 重庆大学工程硕士论文 1 绪论 6 件的属性。 gis 应用系统与一般的应用系统不同， 大量的基础数据在建立系统时就 需要录入，系统运行过程中将有新的数据在这些数据的基础上生成。包含大量的 图形数据是 gis 应用系统的另一特点。由于图形数据本身的特点，系统的数据组 织和纯属性数据的组织有很大不同。因此在数据库设计中进行了不同处理，将空 间数据和非空间数据放置在不同类型的数据库中。 （2）详细研究了 gis 开发技术，结合 mfc 类库和 mapx 控件所提供的强大 功能，独立开发了配电网 gis 软件，为这项工作的开展进行了有益的探索。该软 件包含了系统安全模块、地图操作模块、数据管理模块。具有用户登录、用户管 理、地图编辑、地图缩放、地图平移、鹰眼移动、测距和配电网地图相关属性信 息的查询等功能。这些功能有机的结合起来，形成一个完整的配电网 gis 系统。 重庆大学工程硕士论文 2 配电网gis系统的数据库设计 7 2 配电网 gis 系统的数据库设计 2.1 配电网 gis 的应用范围,特点 gis起源于60世纪60年代，到现在已经在国民经济各个部分得到了发展应用。 在我国电力部门中，也在不同的区域和部分得到了应用。但对于电力系统来说， gis系统的应用在定位、功能上，因为各个企业的实际情况和应用目的不同，因此 也存在着非常大的差别。本文的研究是着眼于配电网管理系统上的地理信息系统。 作为一个配电网管理地理信息系统，应该能够结合可视化技术，采用生动直 观的方法，结合各种空间信息组织、分析和显示配电网网络各项数据，实现配电 网信息的地图化、运行数据的可视化，促进配电网管理的科学化。 电力gis在配电网网中应用，应能够分层显示变电站，线路，短路器，隔离开 关，杆塔，用户等地理位置。并且建立的配电网gis系统能够在电能的输送、分配、 使用的过程之上，完整反映了配网的拓扑结构，满足了各种配电网分析应用软件 的要求，完成短路计算、理论线损等的计算，可以用于描述任意复杂的辐射状配 电网络，在配电网络中具有普遍适用性。这样的系统是一个能对配电网大量数据 信息进行综合处理的综合系统，传统的数据处理方法已难已满足要求，必须借助 于先进的数据库技术10-11。 2.2 数据库开发策略和设计过程 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。数据库的设计应遵照以下的开发策略17-20： 数据的完整性：数据的完整性：电力大量的数据信息，可以按三种方式划分：根据能量的流 动过程划分；按管理的职责划分；按地理位置划分。系统的各种信息分析和处理， 都是按照上述三种划分方式进行。所以，当数据库设计时，应当考虑从这三个方 面对信息进行存储，才能确保数据的完整性。 数据一致性：数据一致性：系统存在大量数据信息，除各子系统内部特有信息外，还有大 量的各子系统或某几个子系统共有的信息，存在数据交叉现象。如各子系统均有 各自独立的数据库系统，不仅会造成数据大量重复，还难以统一更新，产生数据 混乱现象。所有数据库必须统一管理。 数据共享性：数据共享性： 数据共享不仅指数据的“共用”， 还应满足数据库不依赖于各子系 统，数据与程序严格分离，数据的增删、更改等不需要更改程序。要求数据库必 须具有很好的通用性。 数据安全性：数据安全性：数据库是应用程序的基础，必须保证数据库系统的高度安全可 重庆大学工程硕士论文 2 配电网gis系统的数据库设计 8 靠性。如数据库服务器双机热备用，磁盘镜像、数据库备份和采用高性能服务器 等。 现代数据库系统主要采用以逻辑数据库设计和物理数据库设计为核心的规范 设计方法。逻辑数据库设计是根据需求和特定数据库管理系统的具体特点，设计 数据库全局、局部逻辑结构。物理数据库设计是完成逻辑结构确定后，设计数据 库的存储结构和实现细节。各式的设计方法在步骤上存在差别，一般可以分为图 2.1的六个阶段4-5。 图 2.1 数据库设计过程 figure 2.1 design flow diagram of the database 进行数据库的设计，首先须准确了解、分析用户的需求（包括信息需求和操 作需求）。正确抽象出现实世界的需求后，进行综合、归纳和抽象。把用户需求 统一到概念模式，形成独立于dbms的关于应用体的概念模式，即概念结构设计。 概念结构的设计是用概念数据模型对现实世界应用进行建模。概念数据模型是现 实世界的一个真实模型，易于理解、修改、易于向各种数据模型转换，以便生成 逻辑模式。逻辑结构设计将概念结构转换为dbms支持的数据模型，并进行优化。 最后，完成数据库的物理设计和数据库实施，把数据库存储到物理设备中，投入 运行和维护。 2.3 数据的分析和处理 图 2.2 图形数据与属性数据的关联关系 figure 2.2 associated connections between graph-data and attribute-data 塔杆编号 塔杆图形文件(.tab) 塔杆编号 名称 规格 所属线编号 . 塔杆表(sqlserver) 概 念 结 构 设 计 逻 辑 结 构 设 计 设 计 逻 辑 结 构 优 化 逻 辑 结 构 数 据 库 物 理 设 计 数 据 库 实 施 数 据 库 运 行 维 护 需 求 分 析 重庆大学工程硕士论文 2 配电网gis系统的数据库设计 9 数据库结构设计的任务就是针对需要用到的数据库对象进行设计。数据库模 型的建立有赖于数据状况的分析。 gis 系统中涉及的数据包括图形矢量数据、 空间 属性数据和工程管理数据，数据类型繁多、数据量庞大，数据之间逻辑关系错综 复杂，在实施的过程中，为了增强整个系统数据处理的灵活性，采用分开存储的 方法。图形矢量数据以 mapinfo 等标准文件格式存储在特定目录下，图形中每个 地物均有其对应的唯一的标识（id 号） ，系统以此为索引建立该地物的图形数据文 件。 空间属性数据与工程管理数据均采用 ms sql server 等商业数据库来存储， 各 地物属性记录的关键字为图形文件中该地物的 id 号，由此便实现了图形文件与属 性文件的一一对应关系。如图 2.2 所示 因此首先应该针对这两种数据的不同特点分布进行处理。 2.3.1 空间数据的组织方法 gis 应用系统与一般的应用系统不同， 大量的基础数据在建立系统时就需要录 入，系统运行过程中将有新的数据在这些数据的基础上生成。包含大量的图形数 据是 gis 应用系统的另一特点。由于图形数据本身的特点，系统的数据组织和纯 属性数据的组织有很大不同。尽管各种 gis 平台的顶层数据结构千差万别，但应 用开发中图形数据的组织却有类同之处。 图形数据的分层图形数据的分层 1图形数据分层的思想和作用 按图形对象的属性、类型将它们划分不同的集合（层） ，显示时叠置在同一界 面上，仍给人以一张图的印象，这时图形分层的基本思想。将图形分层有以下优 点： 1） 使数据的含义明确可辨。显然，若将普通地图的所有信息存储在一个 文件（层）中，数据会变得混杂而难以区分； 2） 若被分析处理的数据只牵涉到所有数据中的几种，图形分层可以减少 内存数据交换量，提供系统效率。 3） 在某些情况下，数据分层后容易获得理想的显示效果。例如在 gis 平 台不提供透视功能的时候，将填充的面状对象与其他对象重叠时就必 须考虑面覆盖的问题。 2图形数据分层的方法 图形数据如何分层要根据图形的具体特征确定，下面介绍的 4 种方法中，前 两种是以图形逻辑特征划分，后两种以存储（物理）特征划分。 1） 以属性分界。例如普通地形图，在录入系统时一般将各类要素分层， 其属性数据可以用基本关系数据库模型的数据结构存储，便于检索与 管理。 重庆大学工程硕士论文 2 配电网gis系统的数据库设计 10 2） 以图形对象类型分层。这种方法主要考虑图形的特点，如将点状对象 （电杆，水塔） 、线状对象（电线）与面状对象（变电所、用电站）分 层存放，从而使图形的显示容易控制。 3） 独立存储。各层数据各自放在独立的文件中，文件内只包含具有相同 数学大数据，易于管理。 4） 混合存储。一个文件存放多层数据，系统在内部提供分层管理机制； 有时即使系统平台未提供这种内部分层机制，为了操作方便也必须编 制程序根据属性特征将图形分层。 混合存储可以减少图形文件的数量。 点是数字化地图的最基本元素，它包括所有不依比例尺的独立符号，如配电 网地图中的开关、变压器和杆塔等，可用人们习惯的符号分布表示之。线是一组 有序点的组合。包括直线、折线和弧线，表示所有线状物体，如架空线即电缆等。 多边形是封闭的弧线，表示面状物体，如供电区域等。 因此，所要开发的电力设备地理信息系统可以看作是有限点、线、多边形的 组合，也就是说，一整张地图可以用一系列点组成。而点在空间上的位置可用 x 轴坐标和 y 轴坐标简单表示。 2.3.2 配电网设备数据的分析和处理 配电网 gis 应用系统，实现图数结合，直观、灵活的信息图形表示和查询配 网信息。它要求对各种信息进行分层存储，以便完成各种对图形的分析、处理， 实现地图的缩放、移动、定位以及信息的查询、统计功能、但这些只能是信息系 统的一些基本信息表现形式和信息查询功能，没有提供、也不能作为信息组织、 设计的依据。 通过分析整个电网结构，各个实体间的联系多种多样，普遍存在一对一，一 对多，多对多等各种关系。总的说来，按不同的电压等级，是一个分层的结构； 按电能的输送、分配、使用来分析，则是一个树状、辐射状的结构。gis 是建立在 电网的拓扑结构的基础上，所有电网数据库模型的建立必须反映电网的拓扑结构。 配电网数据模型的基本构造是实体、联系和属性。 实体是一个数据对象，指应用体中的客观存在事物，如：电网中的配电变压 器，输电线路等。同一类的实体构成实体类（或实体集） ，如电网中所有的配电变 压器，构成了一个配电变压器实体类。实体不是孤立的，实体之间是有关联关系 的，联系就是表示一个或多个实体间的关联关系，如配电变压器与用电负荷之间 的电能供给关系。属性用于描述实体的特征，如配电变压器的名称、编号、容量 等属性信息。 配电网的实体、属性、联系 配电网络是一个综合系统，涉及到电力企业的配电、用电等多个环节，存储、 重庆大学工程硕士论文 2 配电网gis系统的数据库设计 11 处理的数据即包含了静态的图形和属性参数数据，又包括各种动态的实时信息和 各种统计、历史资料，以及将来的规划预测信息。下面，对配电网的实体、属性、 联系做一分析。 实体实体 配电网络的实体就是客观存在的、处于配电网络某一环节的一个电力 实施。实体类代表配电网络某一种设施的集合。 属性属性 系统中，实体本身的属性信息内容非常广泛，针对每一类实体的具体情 况，可能会有所区别。但总的来看，可分为：实体的参数信息、图形信息、管理 信息、实时信息、历史信息、地理位置信息和分析、预测信息等。 应用到地理信息系统中，信息是通过图形的方式表达，使用的数据是和其他 系统相比，有明显的不同。地理空间数据是系统操作的对象和管理的内容。在电 力 gis 系统中，由于气应用目的的特殊性，又区别与普通的地理信息系统，数据 库可分成空间数据和属性数据等。 空间数据是指在二维或三维坐标下，以一种拓扑结构来描述物理位置的确定、 相关位置及逻辑连接，例如变电站、用户及杆塔等电力设备的位置，线路起始空 间位置、地理走向等都是空间数据。 属性数据则是将记录各点、线、面等地理元素的特性和文档存放在某种商业 数据库中（如 oracle, sql server 等） 。按照属性的类别，可分为：参数信息、实时 信息及用于分析研究的实验历史等。例如线路的导线型号、允许电流、电阻和电 抗等数据，它们和地理坐标无法直接连续，是非空间定位数据，称为属性数据。 配电网它的属性具有十分广泛的内容，即包含了设施的各方面信息，能够反 映设备过去的（历史数据） 、现在的（各种参数、实时信息）和预计的（模拟计算、 模拟操作、分析预测）各种信息。其中，标识实体的、基本的信息就是实体的基 本信息，它表明了实体的类型、名称编号等最基本的信息，它与实体是一一对应 的联系，除非特殊情况，基本信息不会发生变化。其它各种信息根据实体的类不 同而有所取舍，并且都与基本信息紧密联系在一起，互相连接、相互约束。它们 之间的关系，可用图 2.3 表示。 图 2.3 实体的属性 figure 2.3 attribute of the entity 空间 信息 参数 信息 实体基 本信息 实时 信息 实验 信息 重庆大学工程硕士论文 2 配电网gis系统的数据库设计 12 联系联系 配电网实体间的联系十分普遍，一对一、一对多、多对多的连接关系大 量存在、在分析应用中，最根本的就是电能供给和需求关系，抓住这一点，就抓 住了电力系统实体间各种联系的本质。 2.4 数据库的设计 要将上述的数据充分的利用起来，就需要建立一个数据库来把它们有规则的 存放起来，下面就介绍建立数据库的过程。 配电网管理地理信息系统的主要任务时通过大量的数据获得配电网地理的空 间位置信息，这需要存储和管理大量的数据。因此建立一个良好的数据组织和数 据库，使整个系统都可以迅速、方便、准确的调用所需的数据，是衡量整个系统 开发工作好怀的主要技术指标之一。 数据库系统是指采用了数据库技术的计算机系统，即实现有组织地、动态地 存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软、硬件资源所组成的系统。 数据结构组织和数据库设计，就是要根据数据的不同用途、使用要求、统计 渠道、安全保密性等，来决定数据的整体组织形式、表、或文件的形式、以及决 定数据的结构、类别、载体、组织方式、保密等级等一系列问题。 分析和建立数据的整体结构工作变得越来越重要了。 2.4.1 数据库的规范化 建立起一个良好的数据指标体系，这是建立数据结构和数据库的最重要的一 环。一个良好的数据指标体系是建立数据库的必要条件，但不是充分条件。完全 可以认为所建指标体系中一个指标类型就是关系数据库中一个基本表，而这个指 标类下面的一个个具体指标就是这个基本表中一个字段。但如果之间安装这种方 式建库显然不能算最佳。对于指标系中数据的结构在建库前还必须进行规范化的 重新组织。 （1）构造数据库必须遵循一定的规则。在数据的规范化表达中，一般将一组 相互关联的数据称为一个关系 （relation） ， 而在这个关系下的每个数据指标项则被 称为数据元素（data element） ，这种关系落实到具体数据库上就是基本表。在关系 数据库中，这种规则就是范式。范式是符合某一种级别的关系模式的集合。关系 数据库中的关系必须满足一定的要求，即满足不同的范式。数据组织的规范化形 式数据组织的规范化形式，是关系数据库的创始人之一 ibm 公司的科德 （e.f.codd）首先提出的。早在 1971 年科德就提出了规范化理论（normalization theory） ，并在随后一系列的论文中逐步形成了一整套数据规范化模式，这些模式 已经成为建立关系数据库的基本范式。 目前关系数据库有六种范式：第一范式（1nf） 、第二范式（2nf） 、第三范式 重庆大学工程硕士论文 2 配电网gis系统的数据库设计 13 （3nf） 、第四范式（4nf） 、第五范式（5nf） 。满足最低要求的范式是第一范式 （1nf） 。在第一范式的基础上进一步满足更多要求的称为第二范式（2nf） ，其余 范式以次类推。一般说来，数据库只需满足第三范式（3nf）就行了。 第一范式 对于表中的每一行， 必须且仅仅有唯一的行值.在一行中的每一列仅 有唯一的值并且具有原子性. 第二范式 第二范式要求非主键列是主键的子集，非主键列活动必须完全依赖 整个主键。主键必须有唯一性的元素,一个主键可以由一个或更多的组成唯一值的 列组成。一旦创建，主键无法改变，外键关联一个表的主键。主外键关联意味着 一对多的关系. 第三范式 第三范式要求非主键列互不依赖. 第四范式 第四范式禁止主键列和非主键列一对多关系不受约束 第五范式 第五范式将表分割成尽可能小的块，为了排除在表中所有的冗余. 下面我们举例介绍第一范式（1nf） 、第二范式（2nf）和第三范式（3nf） 。 第一范式第一范式 在任何一个关系数据库中，第一范式（1nf）是对关系模式的基本要求，不满 足第一范式（1nf）的数据库就不是关系数据库。 所谓第一范式（1nf）是指数据库表的每一列都是不可分割的基本数据项，同 一列中不能有多个值，即实体中的某个属性不能有多个值或者不能有重复的属性。 如果出现重复的属性，就可能需要定义一个新的实体，新的实体由重复的属性构 成，新实体与原实体之间为一对多关系。在第一范式（1nf）中表的每一行只包含 一个实例的信息。例如，员工信息表，不能将员工信息都放在一列中显示，也不 能将其中的两列或多列在一列中显示；员工信息表的每一行只表示一个员工的信 息，一个员工的信息在表中只出现一次。简而言之，第一范式就是无重复的列。 第二范式（第二范式（2nf） 第二范式（2nf）是在第一范式（1nf）的基础上建立起来的，即满足第二范 式（2nf）必须先满足第一范式（1nf） 。第二范式（2nf）要求数据库表中的每个 实例或行必须可以被惟一地区分。为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储 各个实例的惟一标识。如员工信息表中加上了员工编号列，因为每个员工的员工 编号是惟一的，因此每个员工可以被惟一区分。这个惟一属性列被称为主关键字 或主键、主码。 第二范式（2nf）要求实体的属性完全依赖于主关键字。所谓完全依赖是指不 能存在仅依赖主关键字一部分的属性，如果存在，那么这个属性和主关键字的这 一部分应该分离出来形成一个新的实体，新实体与原实体之间是一对多的关系。 为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的惟一标识。简而言之， 重庆大学工程硕士论文 2 配电网gis系统的数据库设计 14 第二范式就是非主属性非部分依赖于主关键字。 第三范式（第三范式（3nf） 满足第三范式 （3nf） 必须先满足第二范式 （2nf） 。 简而言之， 第三范式 （3nf） 要求一个数据库表中不包含已在其它表中已包含的非主关键字信息。例如，存在 一个部门信息表，其中每个部门有部门编号（dept_id） 、部门名称、部门简介等信 息。那么在员工信息表中列出部门编号后就不能再将部门名称、部门简介等与部 门有关的信息再加入员工信息表中。如果不存在部门信息表，则根据第三范式 （3nf）也应该构建它，否则就会有大量的数据冗余。简而言之，第三范式就是属 性不依赖于其它非主属性。 2.4.2 主要数据库表结构设计 根据上节的分析，可以建立相应的配电网数据库。属性数据库由设备库和附 表组成。设备库主要包括保险，变电站，避雷器，补偿电容，电缆，电缆分接箱， 电流互感器，电容式电压互感器，电压互感器，断路器，杆塔，隔离开关，环网 柜，计量柜，架空导线，开闭所，母线，耦合变压器，设备点杆塔，接头，消弧 线圈，阻波器，有载变压器，无载变压器，柱上开关，低压开关，配电变压器， 发电机，带电线夹，挂牌等数据类型。附属表有厂家信息等。部分设备表和附属 表的关联关系如图 2.4 所示。 下面列出部分数据表的部分字段。 表2.1 变电站表的部分结构 table 2.1 part structure of transformer substation table 字段名称 字段类型 字段长度小数位 变电站名称 字符型 20 出线回数(110kv) 数值型 10 0 出线回数(35kv) 数值型 10 0 出线回数(10kv) 数值型 10 0 母线方式(110kv) 字符型 15 总装机容量(kva) 数值型 10 2 最大供电距离(km)数值型 10 2 供电容量(kw) 数值型 10 2 总报装容量(kva) 数值型 10 2 实际供电面积 数值型 10 2 接地电阻 数值型 10 1 主变台数 数值型 5 0 重庆大学工程硕士论文 2 配电网gis系统的数据库设计 15 投运日期 日期型 10 总设备单元 数值型 20 0 备注 字符型 50 表2.2 电缆表的部分结构 table 2.2 part structure of cable table 字段名称 字段类型 字段长度小数位 起止位置 字符型 20 电缆名称 字符型 20 产权归属 字符型 20 电缆型号 字符型 20 电缆长度 浮点型 20 1 首段电缆头型号 字符型 10 末段电缆头型号 字符型 20 中间电缆头型号 字符型 40 中间电缆头数量 数值型 10 0 中间电缆头位置 字符型 40 敷设方式 字符型 20 绝缘介质 字符型 20 安全电流 数值型 10 1 电缆并联根数 数值型 10 0 生产厂家 字符型 20 送电日期 日期型 10 安装单位 字符型 20 备注 字符型 50 表2.3 母线表的部分结构 table 2.3 part structure of bus table 字段名称 字段类型 字段长度 小数位 设备名称 字符型 20 母线类型 字符型 20 电压等级 数值型 10 0 备 注 字符型 50 重庆大学工程硕士论文 2 配电网gis系统的数据库设计 16 表2.