（电气工程专业论文）邯郸地区电网输电gis设计与研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 随着电网的日 益复杂化，如何保证电网安全生产， 提高生产调度对电网监测 的实时性、 现场性，已 成为当 前电网 管理的重大问 题. 地理信息系统 ( g i s )由 于具有空间性、实时性、 直观性等特点，能够正确、 全面、及时地获取电网的各 种资源信息，经提炼、分析可为输电管理者提供辅助决策的依据. 本文详细分析 了g i s的特点以及输电g i s 的特点，同时结合邯郸地区输电管理业务的现状， 给 出了邯郸地区电网输电g i s的总体设计:并对邯郸地区输电网数据进行采集、 录 入。本文最后对基于该总体设计开发系统做了一个简单介绍，同时对该系统的建 设进行了展望。 关键词:地理信息系统， 输电，设计原则，系统功能，g p s abs tract a s t h e e l e c t r i c n e t w o r k b e c o m e m o r e c o m p l e x , h o w t o e n s u r e i t r u n s a f e l y , t o i m p r o v e i t s r e a l - t i m e a n d s p o t n e s s , w h i c h a l l b e c a m e v e ry i m p o rt a n t i n t h e m a n a g e m e n t o f n e t w o r k . h a v i n g t h e c h a r a c t e r s o f e x t e n s i t y , r e a l - t i m e a n d d i r e c t n e s s , g i s c a n g e t a ll k i n d s o f i n f o r m a t i o n o f e l e c t r i c n e t w o r k a c c u r a t e l y , f u l l y , i n t i m e l y . t h e n , a f t e r s e l e c t i n g a n d a n a l y z i n g , g i s p r o v i d e s o m e c l u e s t h a t c a n h e l p s u p e r v i s o r m a k e d e c i s i o n s . i n t h i s t h e s i s , t w o s y s t e m s c h a r a c t e r s a r e d i s c u s s e d , w h i c h a r e g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m ( g i s ) a n d p o w e r t r a n s m i s s i o n g i s . b a s e d o n t h e d e e p a n a l y s i s a n d r e s e a r c h o f t h e s y s t e m s m e n t i o n e d a b o v e , a n d a l o n g w i t h t h e c u r r e n t c o n d i t i o n s o f t h e p o w e r t r a n s m i s s i o n m a n a g e m e n t , t h e s y s t e m d e s i g n o f t h e p o w e r t r a n s m i s s i o n g i s f o r t h e r e g i o n a l p o w e r g r i d i n h a n d a n i s w o r k e d o u t . d a t a a c q u i s i t i o n a n d l o g g i n g d a t a o f h a n d a n t r a n s m i s s i o n p o w e r g i r d h a s b e e n fi n i s h e d . f i n a l l y , t h e f i n a l s y s t e m a n d i t s f u t u r e s t y l e a r e i n t r o d u c e d t h a t w a s d e v e l o p e d b a s e d o n t h e s y s t e m d e s i g n . c h e n g e n g s h e n g ( e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y p r o f . z h a o c h e n g y o n g a n d s u n j i a n h u a k e y wo r d s : g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m, t r a n s m i t e l e c t r i c i t y , t h e p r i n c i p l e o f d e s i g n , s y s t e m f u n c t i o n , g p s 里旨 o口 尸h 月 本人郑重声明: 此处所提交的硕士学位论文 邯郸地区电网输电g i s 设计与 研究 ， 是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间， 在导师指导下进行的 研究工作 和取得的研究成果。 据本人所知， 除了 文中 特别加以 标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已 经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名 4f_ ? _ 1 7c 7 l 日 期 :7 叫. 上 少 。 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有 权保管、 并向 有关部门 送交学 位论文的原件与复印 件: 学 校可以 采用影印、缩 印 或其它复制手段复制并保存学 位论 文; 学校可允许学位论文被查阅 或借阅: 学 校可以 学术交流为目 的， 复制赠送和交换学位论文; 同 意学校可以 用不同方 式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内 容。 t 密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名: - w导师签名: 查些 多 日期: 乒 间 多加 日 期 : 7 - 2 又广 丫 。 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章引言 1 . 1选题背景及其意义 随着我国城市经济建设和社会的快速发展，用电负荷日 益增长，电网运行的控 制及管理工作变得较以往任何时期都更为复杂。由于现在电网运行管理直接面对电 力企业和广大的电力用户，网络数据量大，电 气接线复杂，动态变化频繁，现有的 电网运行管理手段已 经难以 适应现代化电网生产建设和发展的需要。为了 进一步满 足电力企业及其广大用户对电网“ 安全、可靠、优质、高效、经济运行” 的现代化要 求，需要采用现代化的技术和管理手段来进行规划和管理，以便增强对电网设备的 资产管理、运行管理和监督管理能力， 提高供电可靠性和电能质量，从而更加及时 地为电力客户提供优质、高效、安全的服务。 在传统模式下， 电力生产管理信息的载体是图纸、 报表、 语言( 如调度指令等) ， 传递方式是手工交接。这种机制下，信息的更新滞后于生产数据的变化，在电力生 产管理活动的各专业环节中， 导致生产管理信息的“ 不全面、 不一致、 不及时、 不正 确” 现象。 解决这一严重问题的途径， 是在生产各部门之间及部门内各工作岗位之间， 建立起信息及时传递和同步更新的共享机制和环境。由于电力生产、规划、管理和 经营具有许多天然的空间网络拓扑特征，建立基于地理信息系统 ( g e o gr a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m g i s )的电 力公 共应用平台， 将是这种 机制 和环境的 基础il l 邯郸市位于河北省最南部，邯郸电网是河北南部电网的重要组成部分，也是河 北省南部电网的重要电源点，电网担负着向邯郸市区及 1 5 个县市以及山东、河南、 山西部分近邻地区的供电任务. 截止2 0 0 6 年底， 邯郸供电公司共有变电站7 1 座， 其中: 2 2 0 千伏变电站1 3 座: 1 1 0 千伏变电站6 0 座; 3 5 千伏变电站3 座。 线路1 8 8 条， 长度2 4 8 9 .3 1 公里， 其中: 2 2 0 千伏线路3 8 条， 长度8 1 2 . 6 3 公 里: 1 1 0 千伏线路 1 3 3 条，长度1 5 7 7 .4 公里;3 5 千伏线路 1 7 条，长度9 9 . 2 8 公里。用户和各县局变 电站2 5 5 座，其中2 2 0 千伏变电站2 座，1 1 0 千伏变电站8 座，3 5 千伏变电站2 4 5 座。 线路共计3 7 7 条，其中2 2 0 千伏线路5 条，长度3 2 . 6 5 公里:1 1 0 千伏线路1 1 条， 长度2 0 . 7 8 4 公里;3 5 千伏线路3 6 1 条，长度2 3 6 9 . 5 0 5 公里。 目 前邯郸供电公司对输电 设备信息的管理， 采用的是数据图表与线路示意图相 结合的方法。这种信息管理方式并不适合输电设备地理分布广而分散、数据量大的 特点。输电部门千部职工对输电设备地理信息主要还是依靠实地勘察获取，并凭借 经验来判断问题、解决问题，对设备属性数据的查询也存在查询速度慢，查询结果 华北电力大学工程硕士学位论文 无地理信息或无准确形象的地理信息，致使无法高效率的开展工作。同时，随着城 网改造及城市规模的扩大，数据更新越来越快，数据量越来越大，传统手工操作的 方式已远远不能满足工作的需要。 输电线路是位于地理空间中的人工构建物，其线路距离长，通过地区的地理条 件比较复杂，与众多电力线路和通讯线路交叉跨越，并且通常会通过居民区、公园 和其它特殊区域. 输电线路地域分布的广泛性及地理条件的复杂性，致使原有的 mi s 系统不能满足实际管理的需要， 必须采用g i s 与mi s 相结合的技术， 寻找一种 以 数据库管理为中 心、 空间数据分布式处理的 工作平台和采用 g i s “ 全控件” 开发方 式，以 便进行数据采集和更新及多系统间完美 镶嵌1 2 1 随着电网结构日趋庞大，电网设施日 趋复杂、安全运行管理也日趋困难。为满 足电网发展的需要，适应电力市场建设、电网的日益复杂化要求，努力提高电力生 产调度的整体素质， 保证电网安全生产，为各级管理人员提供一套简单、迅速、方 便的电网运行管理系统已 成为现代电力企业提高管理水平和工作效率的有效手段， 因此建设邯郸电网输电g i s是必要的。 1 . 2国内外研究动态 g i s技术是一门综合性的技术，它的发展是与地理学、地图学、摄影测量学、 遥感技术、数学和统计科学、信息技术等有关学科的发展是分不开的.g i s发展至 今已经走过了四十几年的历程。 1 9 6 3 年， 世界上第一个g i s( 加拿大土地信息系统) 问世，这是由加拿大测量学家r . f .t o m l i s o n 提出并建立，该系统主要用于自然资源 的管理和规划。2 0 世纪7 0 年代由 于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大 容量存储设备的使用， 促进了g i s 朝实用的方向发展，不同专题、不同规模、不同 类型的各具特色的g i s 在世界各地纷纷付诸研制， 如美国、英国、 德国、瑞典和日 本等国对g i s的研究都投入了大量的人力、物力和财力。2 0 世纪8 0 年代，g i s 逐 步走向 成熟，并在全世界范围内全面推广，应用领域不断扩大，并与卫星遥感技术 ( r s )结合，开始应用于全球性的问题，这个阶段涌现出一大批 g i s软件，如 a r c / inf o , g e n a m a p , s p a n s , m a p i n f o , e r d a s , m i c r o s t a t i o n 等。2 0 世纪 9 0 年代， 随着g i s 产品的建立和数字化信息产品在全世界的普及， g i s 成为确定性 的产业，并逐渐渗透到各行各业，成为人们生活、学习和工作不可缺少的工具和助 手3 我国的g i s 的研究与应用始于2 0 世纪， 0 年代末，8 0 年代初，虽然起步较晚， 但是地理基础数据库与专题数据库的建设，g i s理论与方法的研究，g i s的行业应 用，国产g i s 的软件开发与产业化、 学术研究与人才培养等领域己 经取得了突出的 华北电力大学工 程硕士学位论文 成就，显示了g i s 在我国 广阔的发展前景。近年来，g i s 在我国得到了广泛应用， 其应用面从传统的城市规划、土地利用、测绘、环境保护、电 力、电 信、减灾防灾 等领域渗透到矿产资源调查、海洋资源调查与管理等各方面， 取得了丰硕的成果和 巨 大的经济效益。g i s研究逐步与国民 经济建设和社会生活需求相结合，并取得了 重要进展和实际应用效益 4 1 近年来，国内许多电力公司相继采用了g i s 来管理日趋复杂、庞大的电网设备 群和用户群，已 取得了 一些规划建设、使用方面的经验，其中少数电力公司己在试 点成功的基础上做全面推广工作。国家电力公司及时总结了该方面的经验，在国电 发输电 部 2 0 0 0 7 4 号文和 2 0 0 1 7 5 文中 对电网g i s 的 规划建设 提出了 若干意见， 认 为电网 g i s是“ 一种基于地理位置空间信息的计算机管理的现代化技术手段，利用 这种手段可随时了解电网分布及相关属性和实时信息， 以 提高电网规划、 运行维护、 设备管理的水平和工作效率。” 国外电力 g i s应用的发展经历了“ c a d + 数据库” 阶段、“ 传统 g i s 应用” 阶段， 9 0年代初期， 进入“ 自 动绘图 / 设备管理 / 地理信息系统( a m / f m / g i s ) 应用” 阶段. 建 立“ 数字电网” 及“ 协同工作环境” 为特征的电力 g i s ，己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的必不可少的工具同 . 国内 现处于a m / f m / g i s 应用的初期， a m / f m是p u i 领域的 信息化专用技术， 成为供配电系统各种自 动化的基础。g i s的特点在于以地理信息为背景，将图形和 数据库相结合来描述和管理各种电力设备的参数属性以 及电网内的运行控制信息。 在离线方面， a m / f m / g i s 的主要应用有设备管理系统、 用电管理系统、 规划设计系 统: 而在线应用上，a m / f m / g i s主要和 s c a d a的系统结合，互相交换运行数据 和图形数据为调度员提供准确的电网地理信息;另外可以快速、准确地根据用户的 故障投诉电话判断发生故障的地点、抢修队伍目前所处位置、及时派出抢修人员， 缩短停电 时间 16 1 1 . 3课题研究内容 本文研究的核心目 标是邯郸地区电网输电g i s 的设计， 为实现这一核心目 标， 主要做了以下几方面的工作。 1 . 3 . 1电力地理信息系统平台选择方案 本文对g i s 及输电g i s 进行了 深入研究 和分析， 同时为 确保该系统能够得到持 续改进和发展， 需要对现有的主流g i s 平台进行对比分析， 选择一个合理的g i s 平 3 华北电力大学工程硕士学位论文 台。 通过对目 前广泛使用在电力系统中的典型g i s平台进行分析比较， 最终推荐采 用e s r i 公司的a r c g i s 产品作为邯郸地区电网输电g i s的的基础平台. 1 . 3 . 2 邯郸地区电网输电g i s的设计与实现 本系统应用目 前计算机软、 硬件的最新技术， 建立了 包括2 2 0 k v , 1 1 0 k v , 3 5 k v 在内的全邯郸输电主干网的 g i s ，为电网输电生产提供了统一的信息管理平台，直 观地显示地理杆塔信息， 规范了输电检修、巡视等各个生产流程，实现了输电网的 标准信息化管理、地图化及运行数据的可视化功能，为图纸资料管理与信息共享提 供了极大的便利。 在开发过程中使用的通用g i s 开发平台为e s r i 公司的a r c g i s 开 发系统，数据库管理系统为甲骨文公司的o r a c l e 9 i , g p s 测量设备是美国天宝公司 的 t r i m b l e -r t k测地型双频接收机。本系统采用三层体系架构一数据存储层、应 用服务器层、表现层来构建，由数据服务器、w e b 服务器、应用客户机及通信设备 组成，实现了数据的管理、显示、查询等功能. 1 . 3 . 3数据的采集处理 结合目 前先进的 g p s全球定位技术，利用 g p s对邯郸地区电网输电主千网 ( 2 2 0 k v, 1 1 0 k v )及子干网 ( 3 5 k v , i 0 k v)输电线路、变电站及地理空间数据等 信息进行采集，模拟实际电网的空间分布，在电 子地图背景上生成与实际设备地理 坐标相一致，并能够简捷、明了表现各设备间关系属性的电网地理数据，能快速、 准确地建立、更新电网设施的地理数据信息，极大的改变了电网源数据的获取、存 储、更新使用的方式，可以清晰地了解电力设备的地理位置，而且能够方便的进行 设备的位置 变更、电 网 分析等操作， 极大的 方便了电网的维护、 管理及规划工作门 。 同时详细说明了数据的采集和处理的过程和方法。 华北电 力大学工程硕士学位论文 第二章地理信息系统概述 2 . 1地理信息系统 2 . 1 . 1 地理信息系统的概念 地理信息系统， 简称g i s ( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m ) ， 是介于 信息科学、 空间科学与地球科学之间的交叉科学，是计算机、软件、地理数据以及用来有效获 取、 存储、修改、操作分析和显示所有与地理有关信息的有机集合体。简单地说， g i s是一个包含和使用地理位置信息的计算机系统。g i s以其混合数据结构和独特 的空间分析功能独树一帜，它能够将地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际 需要准确真实图文并茂地输出给用户，并借助其独有的空间分析功能和可视化表 达，进行各种辅助决策。g i s的核心是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视 化及空间分析，可表达为g i s = c a d + d a t a b a s e + s p a t i a l o p e r a t i o n. g i s是在计算机硬、软件系统支持下，对地球表层空间中的有关地理分布数据 进行采集、 储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统.这里 “ 地理”二字 并非指地理学，而是指按地理坐标来组织空间数据。g i s处理、管理的对象是多种 地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图象数据等，用 于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和 管理问题. g i s 的物理层次是计算机化的技术系统， 由 若干个子系统构成如由采集、 管理、 处理和分析、图象处理、结果输出 等子系统构成，这些子系统的优劣、结构直接影 响着g i s 的功能和效率，同时也影响g i s 的数据输入输出处理方式。 g i s的操作对象是空间数据，即点、线、面、体这类有三维要素的地理实体。 空间数据的最根本特点是每一个数据都按统一的地理坐标进行编码，实现其定位、 定性、和定量的描述。这是g i s 区别于其它类型信息系统的根本标志，也是其技术 难点之所在。 g i s的技术优势在于它的数据综合、模拟与分析评估能力，可以产生常规方法 或普通信息系统难以得到的重要信息。 g i s 与测绘学、地理学有着密切的关系，各种测量和遥感技术为g i s的空间实 体提供定位数据。电 子测速仪、g p s 全球定位技术、遥感图 象处理系统等现代绘图 技术的使用， 可直接、快速和自 动地获取空间目 标的数字信息产品，为g i s 提供丰 富和实用的信息源。 华北电力大学工程硕士学位论文 2 . 1 . 2 地理信息系统的构成 2 . 1 . 2 . 1计算机硬件系统 完整的g i s由四个部分构成: 计算机硬件系统、 计算机软件系统、 地理空间数 据和系统管理操作 人员 1 8 1 . 其核心部分是计算机系统， 空间 数据库反映了g i s 的地 理内 容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。 计算机硬件是计算机系统中的实际物理装置的总称，可以是电子的、电的、磁 的、机械的、光的原件或装置，是g i s 的物理外壳，系统的规模、精度、速度、功 能、 形式、 使用方法甚至软件都与硬件有极大关系， 受硬件指标的支持或制约。 g i s 由于其任务的复杂性和特殊性，必须由计算机设备支持。g i s硬件配置一般包括四 个部分: 计算机主机; 数据输入设备:图形数字化仪、图像扫描仪、键盘、通讯端口 等; 数据存储设备:软盘、硬盘、磁带、光盘及相应的驱动程序: 数据输出设备:图形/ 图像显示器、矢量/ 点阵打印机等。 2 . 1 . 2 . 2计算机软件系统 指g i s 运行所必需的各种程序1 9 1 ， 通常包括: 计算机系统软件:由计算机厂家提供的、为用户开发和使用计算机提供方便 的程序系统，通常包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序以及各 种维护使用手册、程序说明等，是g i s日 常工作所必需的。 )g i s 软件和其他支撑软件: 可以是通常的g i s 工具系统或专门开发的g i s软 件包，也可包括数据库管理系统、计算机图形软件包、c a d 、图像处理系统等，用 于支持对空间数据输入、存储、转换、 输出和与用户接口。 应用分析程序:是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制的 用于某种特定应用任务的程序， 是系统功能的扩充与延伸. 在优秀的g i s工具支持 下， 应用程序的开发应是透明的和动态的，与系统的 物理存储结构无关，而随着系 统应用水平的提高不断优化和扩充。 应用程序作用于地理专题数据， 构成g i s 的具 体内 容， 这是用户最为关心的真正用于地理分析的部分，也是从空间数据中提取地 理信息的关键.用户进行系统开发的大部分工作是开发应用程序，而应用程序的水 平在很大程度上决定系统的实用性优劣和成败。 2 . 1 . 2 . 3地理空间数据 华北电力大学工程硕士学位论文 地理空间数据是指以地球表面空间位置为参照的自 然、社会和人文经济景观数 据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等，由系统的建立者通过数字化仪、扫 描仪、键盘、磁带机或其他系统通讯输入g i s ，是系统程序作用的对象，是g i s 所 表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。 g i s 特殊的空间数据模型决定了g i s 特殊的空间数据结构和特殊的数据编码， 也决定了g i s 具有特色的空间数据管理方法和系统空间数据分析功能， 成为地理学 研究和资源与环境管理的重要工具。 2 . 1 . 2 . 4系统开发、管理和使用人员 人是g i s 中的重要构成因素， g i s 不同于一幅地图， 而是一个动态的地理模型， 仅有系统软硬件和数据还构不成完整的 g i s .需要人进行系统组织、管理、维护和 数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型和提取多种信 息，为研究和决策服务。 2 . 1 . 3地理信息系统的 特征 g i s 的共同特征是: g i s 是一个计算机软件系统; )g i s 是基于数据库系统的信息系统; g i s处理的数据是具有地理特征的空间数据，既具有统计的特征又具有空间 的特征: .g i s 的基本功能是对空间信息相关的属性信息的处理，因此g i s 和其它数据 处理系统的主要区别就是空间信息的查询和分析，并且能够迅速而及时地更新数据 库，大规模地综合与地理分布有关的信息. 2 . 1 . 4 地理信息系统的基本功能 由于g i s 发展的多源性， 其功能具有可扩充性以及应用的广泛性， 按照g i s中 数据流程，可将g i s 的基本功能分为五类，即采集、监测与编辑; 数据处理; 存储 与组织:空间查询与分析:图形与交互显示。 2 . 1 . 4 . 1数据采集、监测与编辑 主要用于获取数据， 保证g i s 数据库中的数据在内容与空间上的完整性、 数值 逻辑一致性与正确性等。一般而论，g i s 数据库的建设占整个系统建设投资的7 0 % 或更多.因此， 信息共享与自 动化数据输入成为g i s 研究的重要内 容。目 前可用于 华北电力大学工程硕士学位论文 g i s数据采集的方法与技术很多，有些仅用于 g i s ， 如手扶跟踪数字化仪;目 前， 自 动化扫描输入与遥感数据集成最为人们所关注。扫描技术的应用与改进，实现扫 描数据的自 动化编辑与处理仍是g i s 数据获取研究的主要技术关键。 2 . ， . 4 . 2数据处理 初步的数据处理主要包括数据格式化、转换、概括.数据的格式化是指不同数 据结构的数据间变换，是一种耗时、 易错、 需要大量计算量的工作， 应尽可能避免; 数据转换包括数据格式转化、数据比例尺的变化等。 在数据格式的转换方式上，矢 量到栅格的转换要比其逆运算快速、简单。数据比例尺的变换涉及到数据比例尺缩 放、平移、 旋转等方面，其中最为重要的是投影变换;制图综合 ( g e n e r a l i z a t i o n ) 包括数据平滑、特征集结等。目 前g i s 所提供的数据概括功能极弱，与地图综合的 要求还有很大差距，需要进一步发展。 2 . 1 . 4 . 3数据存储与组织 这是建立g i s 数据库的关键步骤， 涉及到空间数据和属性数据的组织。栅格模 型、 矢量模型或栅格/ 矢量混合模型是常用的空间数据组织方法。 空间数据结构的选 择在一定程度上决定了 系统所能执行的数据与分析的功能;在地理数据组织与管理 中，最为关键的是如何将空间数据与属性数据融合为一体.目 前大多数系统都是将 二者分开存储，通过公共项 ( 一般定义为地物标识码) 来连接。这种组织方式的缺 点是数据的定义与数据操作相分离，无法有效记录地物在时间域上的变化属性。 2 . 1 . 4 . 4空间查询与分析 空间查询是g i s以及许多其它自 动化地理数据处理系统应具备的最基本的分析 功能: 而空间分析是g i s 的核心功能， 也是g i s 与其它计算机系统的根本区别， 模 型分析是在g i s 支持下， 分析和解决现实世界中与空间相关的问题， 它是g i s 应用 深化的重要标志。g i s的空间分析可分为三个不同的层次。 ( 1 ) 空间 检索 包括从空间位置检索空间物体及其属性和从属性条件检索空间物体。“ 空间索 引” 是空间检索的关键技术，如何有效地从大型的 g i s数据库中检索出所需信息， 将影响g i s 的分析能力: 另一方面， 空间物体的图形表达也是空间检索的重要部分。 ( 2 ) 空间拓扑叠加分析 空间拓扑叠加实现了输入要素属性的合并 ( u n i o n )以及要素属性在空间上的 连接( j o i n ) . 空间拓扑叠加本质是空间意 义上的布尔 运算. 华北电 力大学工 程硕士学位论文 ( 3 ) 空间 模型 分析 在空间模型分析方面，目 前多数研究工作着重于如何将g i s 与空间模型分析相 结合。 其研究可分三类: 第一类是g i s 外部的空间模型分析， 将g i s当作一个通用的空间数据库， 而空 间模型分析功能则借助于其它软件; 第二类是g i s 内部的空间模型分析， 试图利用g i s 软件来提供空间分析模块以 及发展适用于问 题解决模型的宏语言，这种方法一般基于空间分析的复杂性与多样 性， 易于理解和应用， 但由于g i s 软件所能提供空间分析功能极为有限，这种紧密 结合的空间模型分析方法在实际g i s的设计中较少使用; 第三类是混合型的空间模型分析， 其宗旨在于尽可能地利用g i s 所提供的功能， 同时也充分发挥g i s使用者的能动性。 2 . 1 . 4 . 5图形与交互显示 g i s为用户提供了许多用于地理数据表现的工具，其形式既可以是计算机屏幕 显示，也可以是诸如报告、表格、地图等硬拷贝图件，尤其要强调的是g i s的地图 输出 功能。 一个好的g i s 应能提供一种良 好的、交互式的制图环境，以供g i s的使 用者能够设计和制作出高质量的地图。 2 . 2电力地理信息系统 2 . 2 . 1 电力地理信息系统的特点 电 力g i s 除具备g i s 的 基本 特点外 还具备如下特点 1 o 1 . ( 1 )电力系统运行参数实时性及信息的动态变化性，需要对瞬间信息及时收 集、处理和分析。电力g i s 对数据处理、存储容量和传输速度均有较高的要求。 ( 2 )电网的多属性数据要求 g i s具备足够的稳定性和可靠性.根据电力行业 技术标准及电力企业业务需求， 系统具有良 好的可维护性。电力g i s 能够实现数据 的一次输入和多次输出，以保证数据的一致性操作，实现数据的统一管理和多层保 护等，构建高可靠性和高准确性的业务系统. ( 3 )电力系统是一个庞大复杂系统，电力网的广域性和电力设施的分散性及 设备的多样性，实时信息量大，系统接口复杂，信息的畏盖面广，电网的各种电压 等级及多用户连接等需要g i s 具备拓扑分析和转换能力。 9 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 4 )电力 g i s的单机工作站方式已 经落后，且不适合电力企业信息系统实际 需要。电 力行业目 前应用的g i s 平台安装在局域网环境下， 在网络的应用和开发上 整合信息，实现资源共享. ( 5 )电力 g i s具备安全保护的特点，电网设备的高精确度测量的经纬度坐标 数据是国家基础信息资源，是关系国家安全的信息。 2 . 2 . 2 电力地理信息系统的功能 针对电力g i s的特点，电力g i s应具有如下功能: ( 1 ) 面向 对象的数据建模，具有建模规则库、电网图的编辑及输出工具。电 力g i s 平台包括基本构件层、 系统环境层、 数据库连接层、 图 形与数据接口 工具层、 应用系统层等。分层建立各种数据模型，并建立各层的连接关系。建立地理层信息 与设备信息的拓扑和映射关系。电力g i s 支持多空间同屏显示和多空间关联建模、 多空间索引。 ( 2 ) 支持多种图形处理与管理，实现数据的多层映射，多维空间映射，提供 完整、准确的地图 信息、高精度图片、准确的技术参数，标尺准确，高精确度杆塔 位置，按用户需要自 动生成专用地图。 ( 3 )数据搜索快捷、线路图表查询准确和统计功能齐全。电力 g i s实现电网 数字化描述，其目的是能对电网实现快速查询，及时掌握电网运行状态，快速诊断 电网故障，提高处理事故能力，保证电网运行质量以及提高用户服务质量。g i s可 对图形数据、可执行图形和属性数据的嵌套操作与映射查询关系运算;根据电力系 统提供的配电设备的图形、属性信息与地理位置、地形数据、 环境数据、线路走向 数据、线路设备历史档案和即时信息，对线路设计方案、施工方案、抢修和停电措 施提供决策依据及辅助决策。 ( 4 )电力 g i s能够实现与电网调度自 动化系统、电力用户关系管理系统、电 力营销系统、电力市场管理系统等应用系统共享相关信息。 支持多种管理应用系统 的连接， 其中包括与企业的m i s 系统融为一体。 g i s 中的设备管理对其生命周期全 过程跟踪，包括对设备信息的查询、属性数据的 修改、设备的维修信息管理等。 ( 5 )电力 g i s对信息库进行安全保护，制定管理与使用的安全保密措施和机 制，包括内外网络的隔离、重要电力设施电 子地图和设备信息数据库的保护等。安 全措施在系统总体设计与建设中充分考虑，并严格实施， 对应用系统的数据实现多 层安全保护，设置用户权限以 保证系统资源共享下的安全，使系统能在可靠安全的 环境下运行. 电力g i s 为电 力信息化建设做出了巨大贡献， 对电力行业的发展起到了积极促 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 进作用，但同时应当看到我国电力 g i s与国外先进水平还有很大差距。美国在 2 0 世纪9 0 年代初就提出了 “ 数字地球” 的概念 1 1 1 ， 而我国的g i s 才刚刚发展几年。 相 信我国电力g i s 的应用空间和应用深度还很大， 相信通过我们的 努力会将电力g i s 的水平提高到一个新的高度，电力g i s 在不久的将来会到达光辉的顶点。 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章邯郸电网输电g i s 总体设计 3 . 1系统概述 电力作为国家的支柱产业，一直保持着持续稳定的发展。现今高科技信息技术 为电力发展提供了基础和保障，它渗入到电力系统的各个部门、各个环节，包括生 产部门、 管理部门、 规划部门等， 为电力企业的正常运行和高效管理提供技术支撑。 在电 力业务飞速发展的同时， 各个部门对信息技术的需求也在迅速膨胀， 信息系 统也已经逐步由以前的部门级信息系统的应用发展成企业级的信息系统，为全局、 全社会服务，而不再是单一的为某一个部门服务，以达到资源共享，从而减少重复 投资，提高数据的可用性以及系统的可靠性。 空间信息作为信息系统的重要组成部分，在电力行业的应用由来已久，随着电 力企业对信息技术新的要求的出现，对空间信息的应用也提出了新的要求，比如: 海量数据的存储、系统的可伸缩性、系统的开放性、多用户的访问、i n t e r n e t解 决方案等。 邯郸电网输电g i s 应用目 前计算机软、硬件的最新技术，对邯郸地区电网的输 电主干网 ( 2 2 0 k v , 1 1 0 k v)及子干网 ( 3 5 k v , i o k v )输配电线路、变电站及地理 空间信息、电网设备参数等信息进行集成，同时能够提供对电网的网络结构进行分 析等服务。 本系统的总体设计包含系统软硬件运行环境、系统功能、与外部系统的接口、 安全保密以及系统维护等内容。 3 . 2系统的设计原则 输电g i s 是一个基于g i s 的输电网络生产管理系统，即在g i s 的思想基础上， 建立邯郸地区电网输电 生产管理系统，为更好地实现本系统的总体设计方案、网架 结构以 及相关各子系统的技术支持，建成一个适用、先进、高效、可靠的管理信息 化、 现代化的平台，系统开发应有近期的先进性，乃至远期的适应性。主要要求如 下 1 从 ( 1 )稳定性 系统运行稳定，具备较高的容错能力并提供正确的处理机制。 华北电力大学工程硕士学位论文 ( 2 )开放性 系统是一个开放性系统，提供多样接口进行数据交换。 程序级接口:实现与已 有系统s c a d a ,雷电定位系统、m i s 的数据接口; 同时对外提供操作接口，便于系统扩充和二次开发。 文件级接口: 在权限的约束下， 用户可以登录该系统， 也能将外部系统转入， 如g p s 数据:能根据用户从地图上选定的数据转换到其他格式。 ( 3 )安全性 安全的系统，既要兼容原有数据，开放的空间，又要注重安全，提供良 好的 数据备份， 恢复功能， 加强用户的权限管理， 根据用户情况对用户的权限进行设置， 保证系统的数据不外泄。 ( 4 )兼容性 新系统要兼容原来的系统， 薄重业内的操作原则， 充分利用原有的系统数据， 充分兼容原来的平台。 ( 5 )易维护性 系统对授权的用户提供简单、 直观的维护工具， 以便用户对地理数据进行增、 减、删、改等，以及地理信息的发布。 ( 6 )一致性 整个系统遵守统一的地理编码原则，保证系统的一致性与完整性。 ( 7 )易操作性 界面设计尊重用户习惯，美观、易操作、易接受。 ( 8 )完备性 系统要具备完美，实现用户要求的所有功能，为用户留有充分的扩充余地. ( 9 )高效性 根据现有的软硬件条件，采用先进的软件技术， 对用户采用较高的访问响应 速度。 ( 1 0 ) 数据共享性 数据采用标准的存储格式，使各系统共享。 ( 1 1 ) 模块性 华北电力大学工程硕士学位论文 系统采用模块化设计，具有相对的独立性，各个功能模块可以灵活地组合. 3 . 3系统建设的目 标 本次系统建设的目 标是为邯郸供电公司电网输电管理建设一套功能先进，配置 齐全的电力企业电网输电g i s . 电网输电g i s 是基于自 动绘图 / 设备管理/ 地理信息系统 ( a m / f m / g i s ) 上的运 行管理、高级应用以及与其他系统集成的信息系统。它使用丰富的g i s 方法来描述 电网的运行状况，构筑一个“ 数字电网” ，使用它可以实时形象地了解电网的各类信 息并辅助工作人员进行业务管理与决策，从而对电网进行有效、科学的管理，提高 管理质量和运行效率、降低运营成本、保障供电可靠性 1 1 1 邯郸供电公旬电网 输电g i s 的 建设， 将提高供电 公司的电网 运行管理水平、 规 范电网的生产规划、运行管理;确保电网更加安全、可靠运行，进而规范整个供电 公司的生产管理，统一全局的信息数据并在各业务部门开展信息化系统的建设及应 用，为企业创造更大的经济效益。 3 . 4系统的总体结构设计 我们结合与我公司的生产工区与管理科室的沟通最终确定我公司的输电g i s 的 结构。本系统采用多层分布式架构，建立输电g i s 数据中心，所有应用均以该中心 为平台进行规划和设计。 输电g i s 特有的数据， 如电 子地图、电网图等， 存放在输电g i s 数据中心， 输 电g i s 可直接访问这些数据， 对于输电g i s 所需的设备台帐及各种运行信息， 通过 标准接口从生产管理系统获得，输电g i s 本身不存储这部分数据。 下面从三个方面说明本系统架构:系统总体架构、系统逻辑结构和系统网络结 构。系统总体架构用于描述系统的整体框架，从宏观上描述系统的构成及所采用的 技术路线。系统逻辑结构是系统总体架构的在逻辑上的细化，描述系统功能模块的 划分、各层所采用的技术及涉及的外部系统。系统网络结构是系统总体架构在网络 实现层面细化，用于描述系统的网络部署。 3 . 4 . 1 系统总体架构 本系统总体架构如图3 - 1 所示 华北电力大学工 程硕士学位论文 集中的业务逻辑平台 ( j 2 e e 标准业务) a i r gi s 平台 ( c om / c o m+ 组件) 外部数据接口 i 1 4a a一少 一 图3 - 1系统总体架构 首先， 输电g i s 的所有数据存储于数据中心数据库中， 所有数据访问 服务均由 该服务器提供。 其次， 系统采用三层/ 多层体系架构， 以提高系统综合指标， 系统性能、 开放性、 可扩展性及可维护性都得到大幅提高。 第三，充分发挥1 2 e e平台和 c o m / c o m 十组件技术的优势。业务处理子系统 采用j 2 e e 平台构建， 专用系统( 包括: 图 形建模子系统和移动g i s ) 采用c o m / c o m + 技术构建。 第四，通过标准接口软件与其它系统转换数据，数据以标准的 x m l文档模式 交换 3 . 4 .2 系统逻辑结构 本系统逻辑结构如图3 一所示: 华 北 电 力 大 l m w k 兰丝竺兰一一一一一一一一一一 3 . 4 . 3 系统网 络结构 本系统网络结构如图3 - 3 所示 、:1，了 鲁会pdapcnl /.t 、- -一，-一.一-一- 图3 - 3系统网络结构 系统中各种设备的作用如下。 ( 1 ) 应用客 户 机. 用 于 业 务 数据 的 录 入 、 修改 及日 常 业务 工 作的 开 展。 ( 2 ) 通信设 备. 客 户 端 与 服务 器 通 过 供电 公司 局 域网 进 行连 接， 在服 务 器 和客 户端计算机上均采用网卡相连组成 i n t r r n e t或 i n t e r n e t .由于我公司己 建立 了以 光纤为主干网的快速以 太网，满足系统通讯和数据流量的需要。基于此快速以 太网，搭建我公司的输电管理信息系统。 ( 3 ) 数据服务 器。 输电g i s 特有的 数 据， 如电 子 地图、电 网图 等， 存放 在输电 g i s 数据中心，输电g i s 可直接访问这些数据。由于所有数据均存储于公司数据中 心服务器中，一旦服务器或数据库发生故障，输电g i s 都将陷入瘫痪，因此，服务 器采用双机热备机制。配置一台数据备份服务器， 用于将系统数据及时备份到磁带 机上，以便发生故障时恢复系统数据。 华北电 力大 学工程硕士学位论 文 科 ) w e b 服务器。 w e b 服务器用于 部署b / s 结构的 输电 业务管理子系统， 所有 客户端连接到该服务器自 动更新客户端软件。 ( 5 ) 接口 服务器: 接口 服务器上运行与 其它系统的 接口 软件， 提供各种结构系 统数据访问服务。对于输电g i s 所需的设备台帐及各种运行信息，通过标准接口从 生产管理系统获得。