（电力系统及其自动化专业论文）电力gis及基于v图的变电站选址的研究.pdf

滞州大学工学硕士学位讫文系统的实簿情况提出了鏊于平均负萄密度静联点女日较i 翻、基 = 变电站主受容量的顶点加权m n 。i 图及基于近似最短路径的路径加权v o r o i 图等几种加权蕊匿的构造思辨及其在薪增变电浩法蛙忧讫援划牺变电蛙最佳供电区域台理划分中的应用取得了比普通v o r o n o i 翻更为理想的应用效果。关键词：电力地迥信息蒜统，新增变电站选址，供电区域划分，m n o i 图生向前：电力g s 及基于v 国的变电站选址的研究a b s t r a c t( h rc o u n t r ye l e c m cp o w c ri n d u s 廿yi sm a i n i a i n i n gm cq u l c k l yd c v e l o p m e n ts p c c dc 衄t i n u o u s l ya 1 册g 讲出l h 。s o c i a le c o n o m yf a s td e v e l o p m e n t ，b u ts t i l lc 蚍，ts “s f yt h ed e n l a n do fm en a 虹o n 蠢e c o n o m yd e v d o p m 科tc o m p l o 挑l yc u r 托n t l yh o ww d la n df e a s o n a b l ya p p l 王c sm ep r e s e n tl j m 妇de l e c t r i cp o w e rr c s o u r c e s ，i so n eo fi m p o f t a n tq u e s t l o l l ss u s p e l l d i n g l n 帕n t o f e l e c t n c p o w e r p o l l c y m a k e a c c o r d i n gt om er e l a l e ds t a d s h c s ，i nt h ee k 州c a lp o w c rs y s t e m ，8 s a b o v ed a t al l a s 血eg c 0 伊a p h ya t 岍b u t e ，m t r o d u c c sm ec o n c e p to fm e ( 1 c o 黟印h i cm f o n n a 廿o ns y s t e r ni n t of h ed e 洲c a lp o w e rs ”t e r n ，b u j l du pad i 西t z e de 】e c i r i c 鲥n e t w o r kw n h蓦e o 掣a p h yi n f o 棚a t i o n ，m 8 yp r o v i 如伽ek i n du fm o d 哪i z c dm e n i o dt h a t m p u 橱m a l l a 窑e m e n tf o r 蛆l ee l e 嘶c a ln e t w o r km o v 锄e n tm 醐a 啪tb 8 s o do nm es p 撕矗i n f 0 舶a t 主0 n ，碰h a n c 嚣t h eb e 6 t ，f e d u sm ec o s t ，p r 。m o e st h e8 l e c 缸c a ln e t w o 矗i n o v 锄肌tm 蛐a g 锄t1 c v e l ，l a y 也ef o u n d a t i o nf o rt 1 1 ee j e c 嘲cp o w c re n t e r p s e矗l n h c fa d a p t st h em a r k e 缸b i l i t yt om a n a g ea 1 1 dt op r o “d e 1 。h i g hg r a d es e r “c e a tp r e s 哪，嘣a b l i 3 b e s 锰l ee l e 嘶op o w 啊g c o g 呻h i c 恤f 嘶a t i o ns y s t e i nm a t _ 【a k e s ”m ed i 垂t a ld e c 捌c a ln e 柳。球”心d ”i b ej o i n t o p e r a t i o n 翩v i r o n m e l l t a sm ec h a r a c t e r i s n c ，h 矗sb 傩l et l l ee s s e n t i 越t 0 0 1o “h ee l e c h i cp o w e r 锄蛔_ p 凼e 抽t h cd e v c l o p c dc o u n t r yf o rr c d u s 也ep f o d h 蛳o nc o 咄e n h a i l c et h es e r “c el 州e 1 ，s 仃e n g 出e n so w nc o 瑚p 武i 石v 。a b i l i t ya n d 恤s e sf b ee l e c t r 至c a ln e t w o r km o v e m e n ts c i e n t i 6 ci 玎a n a 蝴tl e v e l e 1 e c t r i cp o w e rg e o 掣h p h i ci i l f o n n a l i o ns y s t e m nd o m 髓畦ca p p l i c a 蛀o na l t h o u g h j l l s ts t a r t e d ，b u th a sa h a d yp i a y 。dm ev i t a lr o l ei nc l l ee l e c t r i cp o w 订p m d u d i o na n dt l l em a n a 皋e m 即匕r a i s e dt l l ec o i p o r a t em a l l a 黜e n ti “e 】a n dt h ew o r k 讪ge 币b i e n c yg r e a t l yb 幢，a tp r c s 锄tm ed o m e 甜i c m m e r c i a lp o w e r 鲫孽a p h i cl n f 0 玎n a t i o ns y s t e mp l a t | 0 r m ，g e n e f a | 1 yo 工1 l ya c h i c v 。st h el g v c w h i c hn 他e l e c t cp o w c rn e 拊o r kt h ed a t ai nc h a nf o 勰e q u i p m 嘲tm a n a 喾e s ，l a c k st h ed e c i ：r i cp t ) w e rn e 栅。呔螬他s e n i o r 明a l y s 话惋n c t i o n ，i st h e 印。黟a p h yi i l f o n a h 明a n dt h ee 】e e 峨c a ll 0 w e rs y s t e 壬nc o m b i n a t i o “a p p l i 键矗o nb u tn o tt m eo r g a n i c8 ”t h e s i s ，t h i ss 矗1 1h a sq u i t ea w a ye o mt h e 打u ee l e c t r i cp o w e fg i st h a tr e a l i z e 8d e c t d c a lp 。w e rs y s t e md a t ar e s o u t c e ss h a n 窟a 1 1 dt h ea u t o m a t i cc o n t r o ls y s t 锄s o n w a r ei n t e 尊a d o n1 甄sa n i c i ed 讨m e wo f t h i ss i t l l a t j o n 如dh a sm a d et 1 1 ea l t e m d ta n dt h er e s e a r c h船d e v e i 婶抽ee l c 晡c p o w c fs y s t 冁is # n l o ra n 都”i sf h c t i o ni nt h ee l e c 订i cp o w 盯弹州大学工学砸士学位论戈g e o 删p h i cj 1 1 f b r r n a t i 咖s y s t 州1f o u n d a f i o np l a t f o 姗1 1 h i s 删c l em a d 。u s eo fc b em o d u l e 七e 曲盼0 1 0 9 yl oc a r r yo nt h ee j e c 秭p o w 科g e o 簪3 p h i gi n f 0 h h 髓i o ns 对e ms c c o 捌a 浮i n | o 芦a t d e l o 辨1 | ，d 州e l ( 辨d氆e蓝3 l i ss o 程w a r et h a tn e w l 、 i n c 羚往s 碰订a n s 弱f t n e fs t 啦s 采i o ns 1 os e | e c t i 哺船d 诳e 枉豫3 f 确n 弭s 避，s 酬t ，ab e s tp d w e rs h p p l yr e 西o na u t o m 砒i cd i v i s i o ni n 协e 轴n d a 虹o nt h a t 删i z a 虹o ne l e c 市cp o w e r 鐾g r a p h i ci n f o m a t i o ns y s t e mb a s i cf 嘶c t l o n ，明dc a u s e dm et 、v oo r g a n i cs y n t h 铺 s ，h a 8o b t a m e d 由e9 0 0 da p 霹i c a t i ( me a 色c t ，t h ep o s l l l o no ft r a i l s 稻r m 髓鞠b s 钒乜o ni sp l 吲n g 馕od c c 主s i v em l ot o 重h oe l 拄i c 鞋p o 轷e rs v 8 t 剖硅n e 辩。珠船商i c 畦q r e ，i s 强i m p o 擅n tl i n 妊赫 h ee l e c 眭i 媳ln c 睾w o 盘m 雒”l i n k sm op r e c e d m gw l 也h e 僦i o 盘蟛iw 耐h c rm e 缸a n s f 。r m 鼎s u b s t a 虹o nl o c a l z a t “m s 哪r o p 靠a t c ，嘲a 慨d i f e c t l yi 0 岱ee l e c 喇c a lp o w e fg ”t e me l e c t r i c嗽m s 曲s i o nq u a l i t ht l l ed c c 衄c a ln c t w km o v 踟t 。n ts t a b i l i t ya n dt h o # 伪c i e n c xa tp r e s 酬，g e n c f a h yg m d c sw h e nt h e 妇n s 董b n n 盯s u b s t 蚓o ns e 圭e c t e dl o 龇t o nq 玎e s t i o ne a nu $ e 幻氇eq e i i ee 。n l 卿e xm a m 瓤l a 矗c 甜掰f d dc 8 r 一岱o n 氇。t n 。讯o dw 瓤c h 鼬s i ! n p l i 矗c a t i o ns o l 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r o n 0 1d a 盼a m sb 嬲i n go n 愤忡c a p a c i t yo f扭s f 0 h n 酊s u b s t a t i o n s 删dw 。i g h i e d 、，0 r o n o id i 硼，融n sb a s l n go nm ea r p r o x i m a t es l l o m s tr o u 把t os 扭l c 眦w e i 酵t e 畦v o r o n o id i a g i 黜sa n di s8 p p j i ：a b o ni 芏ln e w l y i n 甜o a s e dt 阻船f o m l rs u b s a t b h 咖垃o ns 主弛。蛰血n i 强蛙o n 尊l g n8 丽i n 也e靠觏s 翩鄂飘击豇a t i o n 跳啦辨w e rs t 警l yf e 垂o n 艴a s o n 靠l ed 二v i 3 最巩o b 耘赫程m 。r cj d 髓 a p p l o a t i o ne tt h a i lo f d i 玎脚了v o r o n o id i a g 瞄n s jk a yw b r d s ：e l e c 晡cp 0 、删g e 0 掣a p h i ci n f o m 墉d o ns y s 把咄n e w l y i n c r c a s e dt r a l l s f 。凇e rs 曲s t 撕帆m e s d 。娃j o 矬，d i v i s i 锄0 f t h e p o w c rs u p p l y r e 西o n郑重声明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一切法律责任和法律后果，特此郑重声明。学位论文作者( 签名) ：桌试葡2 0 0 6 年5 月8 日朱向前：电力g i s 及基于v 图的变电站选址的研究第l 章绪论作为国民经济的支柱产业，电力工业正受到人们的普遍关注。随着我国社会经济的快速发展，电力工业也一直保持着较快的发展速度，但是目前还是不能完全满足国民经济发展的需要。如何充分合理地应用目前有限的电力资源，是摆在电力决策者面前的重要问题之一。然而，面对纵横交错的电网分布、月益复杂的电力设施、时刻变化的电网信息、不断变迁的城市道路与建筑，尤其是电网中许多与空间位置有关的数据，如何在需要的时候迅速准确地掌握完整的相关信息，如何将各种地理空间数据、电力系统属性数据、相关设备地理空间分布等信息进行统一管理，是解决这一重要问题得关键。电力地理信息系统( g c o 可a p l l i ci n f o n i l a t i o ns y s t e i i i ，简称g i s ) 平台的构建技术为这些问题的解决提供了一个理想的解决方案1 1 1 。1 1 电力地理信息系统1 1 1 地理信息系统的发展地理信息系统2 1 是应用计算机技术和领域知识，将自然环境以及人类活动信息进行“数字化”综合管理、分析、应用的复合型的信息技术，如图l ，l 所示。它介于信息科学、空间科学与地球科学之间，并将地理信息空间数据的处理与计算机技术相结合，通过对地理信息空间数据的采集、存储、检索、建模、分析和表示，如图1 2 所示，对区域规划及管理决策等方面产生有用的反馈信息。地理信息系统是2 0 世纪6 0 年代图l ，1g i s 与相关科学的关系f 追1 1r e 蜥o n sb e t w e e ng i sa n dr e l a t e ds c i e n c e郑州大学工学硕士学位论文中期开始发展起来的技术，最初为解决地理问题而提出的。1 9 6 3 年加拿大测量学家r ft o m l i n s o n 首先提出了地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o m a t i o ns y s t e m ) 这一术语，并建成了世界上第一个g i s ( 加拿大地理信息系统c g i s ) ，用于自然资源的管理和规划。2 0 世纪8 0 年代后兴起的计算机网络技术使地理信息的传输时效得到了极大的提高，并使地理信息系统的应用从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用，成为辅助决策的工具，并促进了地理信息产业的形成。匦垂匦蛩一臣12 g i s 软件系统构成f 逗1 2s o f t w a r cs 仉l c t 咖to f g i s我国g i s 的发展较晚，主要经历了四个阶段，即起步( 1 9 7 0 1 9 8 0 ) 、准备( 1 9 8 0 1 9 8 5 ) 、发展( 1 9 8 5 1 9 9 5 ) 、产业化( 1 9 9 6 以后) 阶段。g i s 己在许多部门和领域得到应用，并引起了政府部门的高度重视。从应用方面看，地理信息系统己在电力、城市规划建设、交通、地图测绘、军事、运输与导航等多方面得到了具体应用。1 1 2 电力地理信息系统电力地理信息系统是通过地理信息系统等基础设施平台，整合电力信息资源，建立配电管理系统，实现电力管理的信息化和资源的共享的一个管理系统【3 】；是综合运用地理信息系统技术，对配电网的基础设旌功能机制进行动态监测管理以及辅助决策的技术体系。电力地理信息系统具备将地理环境、配电线路、运行状态、业务管理等复杂系统进行数字化、网络化、虚拟仿真、优化决策支持和可视化表现等强大功能。在国内，地理信息系统在电力系统中的应用虽然刚刚起步，但是在电力生产和管理上已经发挥了重要作用【引，如北京、上海、江苏、山西等电网公司都已成功建立了自己的电力地理信息系统，大大提高了公司管理水平和工作效率。电力地理信息系统是将电力企业的电力设备、变电站、输配电网络、电力用朱向前：电力g i s 及基于v 图的变电站选址的研究户、生产及管理等核心业务连接形成电力信息化的生产管理的综合信息系统。该系统将电力设备设施信息、电网运行状态信息、电力技术信息、生产管理信息、电力市场信息与山川、河流、地势、城镇、公路街道、楼群以及气象、水文、地质、资源等自然环境信息集中于统一的系统中，通过该系统不但可以查询有关数据、图片、图像、地图、地理属性等信息，并且能够实现与电网调度自动化系统、设备图资管理系统、电力营销系统、电力市场管理系统等系统间相关信息的共享。1 1 3 采用电力地理信息系统必要性电力地理信息是利用计算机技术、网络技术将电网分布、台帐及实时信息按其实际空间位置表达给用户，集空间查询统计、运行维护、分析管理等功能为一体的应用系统，是一种直接融入现代电力生产经营活动之中的、全新的信息化管理工具。据有关统计，在电力系统中，8 5 以上的数据具有地理属性，如输电网络、配电网络、发电厂及设备、用户和负荷等都含有典型的地理信息特征。如果这些信息都以简单的文字、报表、地图等形式分别保存的话，不但管理、维护困难，而且很难做出及时更新和实时处理，更不利于查询和综合分析。而利用电力地理信息系统不但可以方便快速的查询有关信息、数据，将晦涩抽象的数据表格变为清晰简明的彩色地图，更能够将电予表格和数据库中无法看到的数据之间的发展趋势以图形的形式清晰直观地表现出来，很好的满足分析决策的需求。在电力系统中引入地理信息系统的概念，建立一个具地理信息的数字化电网，可以为电网运行管理提供一种基于空间信息的计算机管理的现代化手段，便捷地了解电网分布、相关属性及实时信息，并支持事故抢修等管理过程，以提高效益，降低成本，提升电网运行管理水平，为电力企业进一步适应市场化经营和提供高品位的服务奠定基础。1 1 4 电力地理信息系统的研究现状国外电力地理信息系统应用的发展经历了“c a d + 数据库”阶段、“传统g i s应用”阶段，早在2 0 世纪9 0 年代初期，就已经进入a m f m g i s 应用( a u t o m a t e d郑州大学工学硕士学位论文m a p p i n f a c i l i t ym a f l a g e m e n t g e o 芦印h i ci n f o m a t i o ns y s t e m ，自动绘图设备管理地理信息系统) ”阶段。建立以“数字电网”及“协同工作环境”为特征的电力地理信息系统，已成为发达国家的电力企业，为降低生产成本、提高服务水平、增强自身竞争能力、提高电网运行科学管理水平的必不可少的工具。目前，国内的大多数电力地理信息系统还处于“a m f m g i s 应用”的初级阶段。电力地理信息系统是直接融入现代电力生产经营活动之中的一种全新的生产经营信息数字化的管理工具。从应用的角度上看，从底层的软件平台结构到高级实用功能，都会因实际的电网生产运行及经营管理方式的不同而有较大的差别。目前，国内商用的电力地理信息系统平台不是缺乏网络高级分析功能，就是投入的资金太多，不能满足实际应用的需要。专业的地理信息系统系统处理软件在属性信息发布处理上侧重于基础地理数据的属性数据，但是电力系统中最重要的信息并不是非常精确的地理坐标、高程等地理信息，而是在一定的地理位置显示支持下的有关设备、线路的台帐信息，属性信息比空间信息更重要。因此，在建立电力地理信息系统时，就需要根据电力系统的运行特点和要求，不但要实现设备设施的管理，还要能够实现电网网络的高级分析，同时还要考虑电力部门的用户比较多、资金配置、开发工作量等问题，真正做到电力地理信息系统的实用化。电力地理信息系统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进作用，但是同时也应当看到我国电力地理信息系统还有很大的应用空间和应用深度，我国电力地理信息系统与国外先进水平还有很大的差距。1 1 5 配电网地理信息系统有待研究的问题( 1 ) 通用g i s 平台软件拓扑结构分析功能的改进通用g i s 平台软件考虑到海量多边形数据之间的求交，以及多边形属性叠加、赋值等问题( 实现o v e r l a y 功能的基本操作) ，所以在核心数据结构上采用了强化技术策略；而在电网g i s 中，不存在对大量多边形进行求交操作的需求，因而通用g i s 平台软件的拓扑结构分析功能需改迸。( 2 ) 基于电力g i s 平台的电力系统高级分析功能的开发4 。朱向前：电力g i s 及基于v 图的变电站选址的研究电力g i s 是直接融入现代电力生产经营活动之中的，全新的生产经营信息数字化的管理工具，从应用的角度上，从底层的软件平台结构到高级实用功能，都会因实际的电网生产运行及经营管理方式的不同有较大的差别。目前的商用g i s平台缺乏电力网络的高级分析功能，一般只是做到电力网络的图资设备管理的水平，距离真正的电力g i s ，实现电力系统的数据资源共享和自动管理系统软件的一体化还有相当距离。f 3 1 缺乏电力g i s 的标准和应用规范电力g i s 的应用需求推动市场迅速发展，而相应的技术标准和应用规范制定未能及时完成，阻碍了电力g i s 的应用推广。电力g i s 的标准化可以分两个层次理解，一是狭义的标准化，其内容包括数据、数据交换、数据库转换、图形、软件等方面的标准，即主要包括空间数据标准和信息技术标准两个方面。二是广义的标准化，内容更加广泛，包括算法、行业标准等方面的内容。主要可以分为四类：应用标准、数据标准、信息技术标准和行业标准。应用标准有利于节省费用，提高效率和方便应用，而且可以大大提高电力g i s 系统的可移值性、可操作性和可伸缩性。1 2 v b 阳n o i 图1 2 1v o r o n o i 图概述随着地理信息系统的发展，计算机处理图形图像能力的增强，对计算几何【5 】理论与应用的研究，越来越为人们所重视。v o r o n o i 图是计算几何的一个重要分支，它是以某种距离作为量度，对平面进行的一种区域分割，v o r o n o i 图与一些自然结构十分相像。在不同的领域，v o r o n o i 图有时也被称为泰森多边形f t h i e s s e np 0 1 y g o n ) 、d m c h d t 网格或w i 趴e r s e i t z 区域等【6 l 。最基本的v o r o n o i 图| 7 】是以平面点集p 为顶点( 或站点) 的v o r o n o i 图，它将平面划分成凸多边形形状的v o r o n o i 区域，p 中的每个顶点p 。对应一个这样的区域，使得k 内的任何点距离p 比距离其他顶点近。v o r o n o i 图的定义可以推广到三维或高维，也可以推广到二阶或高阶( 以两个顶郑州大学工学硕士学位论文点或多个顶点为一组划分邻近区域) ，也可以进一步推广到顶点包括线段或多边形的广义v o r o n o i 图8 1 ”。另外，关于移动点的v o m n o i 图、加权v o r o n o i 图【1 3 】、以及曲面上的v o m n o i 图【1 4 】，【1 5 】也被人们所研究，1 2 2v o r o n o i 图的应用关于v o r o n o i 图应用领域的工作开始于1 9 世纪6 0 年代，经过一个多世纪的发展，v o r o n o i 图已经广泛应用于实际生活的各个领域。首先，在计算几何中，常用v o r o n o i 图来解决最近邻近问题，其中包括：最近邻近查询，最大空圆问题、最小生成树与最小角最大化的三角剖分问题。其次，在模式识别、数据压缩领域中，特别是识别文字、图像时，往往要先对其做细化处理，抽取出要识别对象的骨架，根据骨架来识别图像，还可利用骨架恢复原始图像，压缩原始图像，而这个骨架其实就是v o r o n o i 图。再次，在最优化配置领域中，解决了使交通费用最小、操作时间最少的设施配置问题，包括城市运输、机器人运动设计、超大规模集成电路芯片的设计及设备规划：使利用者限制最小的优化配置如校区的合理划分问题；最短光缆线路问题；平均使用时间最少的点设置如公交车站牌设置问题；移动设施服务点的最优配置如移动车问题；基站配置与信号测试点选址问题等等。最后，在其它许多方面如图像处理、移动通讯中的频率分配、树皮和皮肤纹路的模拟、神经网络、城市及地域规划以及物理学、化学、生态学、经济学、调查学、考古学、地质学等诸多学科中都有着比较广泛的应用。将v o r o n o i 图应用于电力系统优化规划的变电站选址，是本文重点研究的问题之一。1 3 变电站选址的研究现状一般研究变电站选址问题时，大多是把实际问题抽象和简化，建立一个数学模型，然后用已有的( 或提出新的) 数学方法求解这些模型。国内外已建立了比较多的变电站选址模型，提出了较多的选址方法【1 引。用的最多的模型是经典的单源连续选址模型和多源连续选址模型，它是将负荷抽象为几何意义上的点，将求解最佳变电站站址简化为求使网络运行费最小的6 朱向前：电力g i s 及基于v 图的变电站选址的研究点的坐标，单源连续选址采用数学优化方法中求极值的迭代求解，多源连续选址通常采用交替选址分配法求解。近年来求解选址模型用得较多的数学优化方法有分枝定界法【l ”、混合整数规划法 1 8 】、运输模型法【1 9 】、可分离线性规划澍2 伽等方法。也有采用启发式方法求解选址模型的，如遗传算法、免疫算法、蚁群算法等【2 ”。以往的选址方法可以概括为：分析、简化问题一建立数学模型一用数学方法求解，这样做的优点是分析问题容易、目的性强。这些方法也有不足之处。首先，目前建立的数学模型越来越复杂，规模也越来越大，求解时经常出现“维数灾”问题，因而求解时往往会进行简化处理，求解效果就要打折扣。其次，受研究条件的限制，这些模型以工程投资、运行费用等最小为目标，仅能考虑导线载流量、电压降等电力系统技术约束条件，简化略去了用地限制、街道可达性等重要的自然约束条件，比较难以求得技术上可行的最优解。另外，在求解过程中，许多算法要求给出变电站的待选站址，虽然有些算法不需要，能够进行随机搜索确定变电站位置，却比较容易陷入局部最优【2 引。1 9 9 5 年台湾学者w m l i n 等人针对变电所及馈线优化时的实际情况，结合地理信息系统，提出了一个简单有效的方法，即采用基于最短路径的方法确定最佳的变电所位置【2 4 】，尝试着跳出建立越来越复杂的数学模型这个泥潭，做出了非常有益的探索。变电所选址除了要做到馈线投资省、运行费用低，满足各项技术要求外，还要满足负荷、用地、地形地质、线路走廊、交通、气象、防洪、防污、与城乡建设发展规划相一致等各方面的要求。由于涉及较多的不确定因素，优化选址过程难以全部包含，所以，选址工作一般分为两个阶段，一是通过优化计算得到理论上的最优、次最优、次次最优等备选站址，二是对所选站址进行综合评价。基于电力g i s 完成这两个阶段的工作可以更快捷、更准确、更完备。1 4 本文的主要研究内容综上分析，本文着力研究两个问题：一是基于组件式的配电网地理信息系统的开发与设计，二是基于电力地理信息系统的高级分析功能的实现问题。主要工郑州大学工学硕士学位论文作包括以下几点：1 ) 采用的m a p i n f o 公司的a c t i v e x 控件m 印x ，在s u a lc + + 6 o 编程环境中进行地理信息系统的二次集成开发，搭建电力地理信息系统平台。2 ) 在基于电力地理信息系统的高级分析功能的实现问题中，重点研究电网发展规划中的变电站选址和供电区域划分的问题。3 ) 学习和研究计算几何中的、，o r o n o i 动态空间数据模型，应用v i m n o i 图实现新增变电站站址的优化规划及变电站最佳供电区域的划分。4 ) 根据电网分布的地理空间特征和相关电气约束，研究计及变电站容量约束和线路走廊路径约束的顶点加权v o m n o i 图和路径加权v o r o n o i 图在新增变电站选址及变电站最佳供电区域的划分中的应用。一8 朱向前：电力g i s 及基于v 图的变电站选址的研究第2 章组件式地理信息系统地理信息系统( g e o 乒a p h yi n f o m a i o ns y s t 锄，g i s ) 是一门综合性技术，也是一种对空间数据进行采集、存储、更新、分析、输出等处理的工具，而软件是g i s的核心。g i s 软件体系主要指g i s 软件的组织方式，它依赖于一定的软件技术基础，并决定了g i s 软件的应用方式、集成效率等多方面的特点。从发展历程看，g i s 应用软件技术体系可以划分为g i s 模块( g i sm o d u l e s ) 、集成式g i s ( i n t e g f a t e dg i s ) 、模块化g i s ( m o d u l a rg i s ) 、核心式g i s ( c o r eg i s ) 、组件式g i s ( c o m p o n e n t sg i s ，c o m g i s )和万维网g i s 系( w o r l dw i d ew 曲g i s ，w e b g i s ) 统等几个阶段川，如图2 1 所示。图2 1g i s 软件体系的发展过程f 垃2ld e v e l o p m e n to f s o 脚a r ei ng e o g r a p h i ci n f o m l a t i o ns y s t e m2 1 地理信息系统的开发方式根据地理信息系统的内容，可将其分为两大基本类型【2 5 】：一类是工具型g i s ，也就是g i s 工具软件包，如a r c i n f o 和m a p i n f b 等，它具有空间数据输入、存储、处理、分析和输出等g i s 基本功能：另一类是应用型地理信息系统，它以某一专业、领域或工作为主要内容，包括专题地理信息系统和区域综合地理信息系统，如电力g i s 。随着g i s 技术应用领域的扩展，应用型g i s 的开发工作日显重要。如何针对不同的应用目标，高效地开发出既合乎需要又具有方便、美观、丰富的界面形式的地理信息系统，是g i s 开发者非常关心的问题。应用型地理信息系统的开发通常有三种模式26 1 ：独立开发、单纯二次开发和集成二次开发。郑州大学工学硕士学位论文2 1 1 独立开发独立开发是指不依赖于任何g i s 工具软件，从空间数据的采集、编辑到数据的处理、分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言，如v i s u a lc + + 、c + + b u i l d e r 、v i s u a lb a s i c 、v i s u a lj + + 等，在一定自勺操作系统平台上编程实现。其好处在于无须依赖任何商业g i s 工具软件，减少开发成本；独立性好，易于程序员整体控制。但对于大多数开发者来说，能力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化g i s 工具软件相比。地理信息系统发展初期一般采用这种方式，目前，g i s 软件开发已很少采用此方案。2 1 2 单纯二次开发单纯二次开发是指完全借助于地理信息系统工具软件提供的二次开发语言进行应用系统开发。商业化的g i s 工具软件大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如e s r j 的a r c v i e w 提供了a v e n u e 语言、m a p i i l f o 公司研制的m 印i n f op m f e s s i o n a l提供了m a p b a s i c 语言等。用户可以利用这些宏语言，以原有g i s 工具软件为开发平台，开发自己的针对不同应用对象的应用程序。这种方式省时省心，但进行二次开发的宏语言，作为编程语言只能起到辅助性设计，功能极弱，而且利用系统所提供的二次开发语言进行开发往往受到种种限制，难以处理复杂的问趔2 7 1 。以单纯二次开发的方式来开发应用程序仍然不尽如人意。2 1 3 集成二次开发集成二次开发是指以通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如v i s u a lc + + v i s u a lb a s i c ，c + + b u i l d e r 等为开发平台，利用专业的g i s 工具软件或其提供的组件如m a p i n f op m f e s s i o n a l 提供的m 印x 等实现g i s 的基本功能，进行二者的集成开发。集成二次开发又可分为o l e d d e ( o b j e c tl i n ke m b e d d y n 锄i cd a t ae x c h a n 嚣，对象链接与嵌入动态数据交换) 方式和组件式两种开发方式f 2 8 】，而目前主要以组件式开发为主。组件式g i s 的基本思想 2 9 】是把g i s 的各大功能模块划分为不同的a c t i v e x 控件，来分别实现各种功能。各个g i s 控件之间以及g i s 控件与其非g i s 控件之间，通过可朱向前：电力g i s 及基于v 图的变电站选址的研究视化软件开发工具，如v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、c + + b u i l d e r 等，根据需要进行组合，最终实现地理信息系统的各种功能以及系统平台。2 1 4 三种开发方式的对比由于独立开发难度太大，单纯二次开发又受g i s 工具提供的编程语言的限制，差强人意，因此结合g i s 工具软件与可视化编程环境在一起的组件式集成二次开发成为了目前g i s 应用开发的主流。它的优点是既可充分利用g i s 工具软件对空间数据的管理、分析功能，又可利用可视化编程语言的高效、优于界面设计等优点，而且开发出的软件具有可靠性高、可移植性强、便于维护等特点。同时，与利用o l e d d e 技术相比，组件式开发速度快、占用资源少，还更易于实现许多底层的编程和开发功制3 0 】。鉴于此，目前很多g i s 软件供应商都开发了自己的a d i v e x 控件，具有代表性的是e s r j 的m 印o b j e c t s 、m a p i n f o 公司的m a p x 。通过综合比较和分析，本文利用g i s 组件进行组件式集成二次开发电力g i s 基础平台。2 2 组件技术g i s 软件技术的发展已经有了很长时间的历史，如今发展到组件式g i s 和w 曲g i s ( 如图2 1 所示) 。传统g i s 虽然在功能上比较成熟，但由于这些软件系统大多是基于1 0 多年前的软件技术开发的，属于相对独立封闭的系统。同时，g i s 软件变得日益庞大，费用昂贵，用户也难以掌握，限制了g i s 的普及和应用。组件式g i s 的出现为传统g i s 面临的多种问题提供了新的解决思路。2 2 1 组件技术的兴起日趋成熟的组件技术正在软件开发领域掀起一场新的革命。几年以前，当微软公司首先使用o l e 的时候，其初衷是为了增强软件的互操作性。而在使用过程中，人们逐渐认识到这一技术背后的实质性内容和它在软件开发中所扮演的重要角色。组件技术以前所未有的方式提高了软件产业的生产效率，这一点已逐渐成为软件开发人员的共识f 3 l 】。组件间的接口通过一种与平台无关的语言i d l 恤t e r f a c e郑州大学工学硕士学位论文d e f l n el a n g u a g e ) 来定义，而且是二进制兼容的，使用者可以直接调用执行模块来获得对象提供的服务。从代码的重复利用上升到了二进制编码的重复利用，大大提高了程序的效率。2 2 2a c t i v e x 技术与a c t i v e x 组件a c t i v e x 技术是微软为了适应i n t e m e t 的飞速发展、特别是建立对交互式网站的需求而推出的一系列技术的总和。从1 9 9 6 年推出到现在，已经得到了广泛的应用，随着a c t i v e x 技术的发展，a c t i v e x 已经成为一种可重用组件技术的规范。a c t i v e x 是使软件组件能够在网络环境中交互作用而与创建组件的语言无关的一套封装技术。实现a c t i v e x 的基础是“组件对象模型”( c o m p o n e n t0 b j e c tm o d e l ，c o m l 。a c t i v e x 也是提供封装c o m 组件并将其置入应用程序的一种方法。给a c t i v e x 组件( a c t i v e xc o m p o n e n t ) 一个定义【3 2 】，就是：一个应用程序或开发工具，可以使用另一个应用程序支持的对象，或者提供自己的对象供另个应用程序使用。a c t i v e x 控件实际上是a c t i v e x 组件的一种分类。a c t i v e x 组件包括自动化服务器、自动化控制器、控件、文档、容器等五类 3 3 】。2 2 3a c t i v e x 控件根据微软权威的软件开发指南m s d n ( m i c r o s o f td e v e l o p e rn 咖o r k ) 的定义，a c t i v e x 控件以前也叫做0 l e ( o b j e c t “n ke m b e d ，对象链接与嵌入) 控件或0 c x控件( o l ec u s t o mc o n t m l s ，0 l e 自定义控件) ，它是一些软件组件或对象，可以将其插入到w 曲网页或其它应用程序中。a c t i v e x 控件是a c t i v e x 技术的核心，但是，a c t i v e x 控件并不是一项只用于i n t e m e t 的技术。在v i s u a lc + + 或其他支持a c t i v e x 控件的开发工具中，a c t i v e x 控件更多的是用来增强软件的功能和提高代码的复用性。由于a c t i v e x 控件与开发平台无关，因此，在一种编程语言上开发的a c t i v e x控件可以无须任何修改，即可在另一种编程语言中使用，其效果如同使用w i n d o w s通用控件一样。比如在s u a lc + + 中开发的a c t i v e x 控件，不作任何修改就可以应用到v i s u a lb a s i c 中。朱向前：电力g i s 及基十v 图的变电站选址的研究利用a c t i v e x 控件不但可以很容易的实现二进制代码的重复利用，完成一些相当复杂的编程操作，同时a c t i v e x 控件还有利于主程序的简单化、功能的重用、隐藏程序实现细节、便于升级、传播方便等优点。如今a c t i v e x 控件在编程中已占领了很重要的地位3 4 1 。2 3 组件式g i s