（电力系统及其自动化专业论文）青藏铁路输变电gis设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1t 页 a b s tr a c t a l o n gw i t ht h ea d v a n t a g eo ft e c h n o l o g y ，h u m a na r ec h a n g i n ga l la s p e c t so f e n v i r o n m e n ta tu n e x p e c t e ds p e e d t h ec h a n g eo f t h em a n a g i n ge l e c t r i c a le q u i p m e n t s m a k e st h es t y l eo fm a n a g i n ge l e c t r i c a le q u i p m e n t sc h a n g ew i t he a c hp a s s i n gd a y f o rt h em a n a g e r so f t h ee l e c t r i c a le q u i p m e n t si nq i n g z a n gr a i l w a yd e p a r t m e n s ，t h e y n e e das o r to fi n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hc a nu p d a t eg r a p ha n dd a t aa tr e a lt i m e t h i s p a p e ri sp r o d u c e di nt h i sc o n t e x t i nt h i sp a p e r ，t h eg i sd e s i g nu s e di nm a n a g e m e n tf o rq i n g z a n gr a i h p a yp o w e r s u p p l ye q u i p m e n t s ，i n s t r u c t e db ys y s t e m a t i c s c i e n c et e c h n o l o 百e sm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e mi sp r e s e n t e d ，w h i c ha l s oi n t e g r a t e sm u l t i - t e c h n o l o g i e sc o m i n g f r o mi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , c o m p u t e rs c i e n c e ，a n de l e c t r i c a le q u i p m e n t m a n a g e m e n tt e c h n o l o g y p r a c t i c ea n dp r i n c i p l e si ns o f t w a r ee n g i n e e r i n ga r ea l s o a p p l i e di nt h i sd e s i g na c c o r d i n gt ob u s i n e s sa n a l y s i sa n da s e rc a s ea n a l y s i s m o r e o v e r ，o n es t e pf o r w a r do nd a t aa c q u i r e m e n t ，d a t ao r g a n i z a t i o na n dc o d i n g p r o c e s sa r ed i s c u s s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t o g e t h e rw i t hg e n e m ld a t a b a s ec o n c e p t s a n di t sl o g i cd e s i g n ，a ne l e c t r i c a le q u i p m e n td a t a b a s em o d e lw h i c hi n c o r p o r a t e s s p a c ed a t a b a s ea n dp r o p e r t yd a t a b a s ei se s t a b l i s h e d b yu s i n go b j e c t - o r i e n t e d p r a c t i c ei nm a i n s t r e a mg i gd e v e l o p i n gp l a t f o r m ，t h ed e v e l o p m e n tf o re l e c t r i c a l e q u i p m e n tm a n a g e m e n tg i si sf i n i s h e d i tm e e t st h en e e df o rm a s s i v eg r a p h i cd a t a a n a l y s i s a n dd a t ap r o c e s s i n g ，a u t o m a t i n gt h em a n a g e m e n tf o rp o w e rs u p p l y e q u i p m e n t s ，a n ds i g n i f i c a n t l yi m p r o v i n gw o r ke f f i c i e n c y i nt h ee n d ，t h ea u t h o r d i s c u s s e st h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo ft h es y s t e m ，g i v e st h ew o r kw h i c h s h o u l db ed o n ei nt h ef u t u r et oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h es y s t e m b yp l a y i n ga g r e a tr o l e i n m a n a g e m e n t f o r q i n g z a n g r a i l w a y d e p a r t m e n t ，i t m a k e sr e m a r k a b l e s o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t t h i sd i s s e r t a t i o ni se m p h a s i z i n gp o s i t i v ei n t e g r a t i o no ng i st e c h n o l o g ya n d i n f o r m a t i o ns y s t e m p r i n c i p l e s ，w h i c h is b a s e d o n t h ec o m p r o h e n s i v e w o r k o n t h e b u s i n e s so fq i n g z a n g 瑚i l w a yd e p a r t m e n t s ，ia n ls u r ei tc a l lp a v et h ew a yf o rf u r t h e r e x p l o r a t i o na n dp o s i t i v ea t t e m p to nr a i l w a yg i sd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：g i sq i n g z a n gr a i l w a ys p a c ed a t a b a s e 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 第一章绪论 1 1 国内外铁路信息系统建设概况 铁路企业信息化建设的推进，可以带动技术创新、管理创新和机制创新， 提高效益、降低成本，增强企业的市场竞争力。因此在国内外的铁路企业中， 信息化建设都得到了大力发展。 国外铁路自二十世纪六十年代就开始将计算机用于铁路运输生产和管理 中，经过十几年的发展，形成了比较完善的运输管理信息系统。具有代表性的 有：美国南太平洋铁路公司的“综合运营管理信息系统( t o p s ) ”、加拿大国 营铁路公司的“铁路运输报告及管理系统( t r a c s ) ”、日本国铁研制的“铁路客 票座席预约系统( m a r s ) ”等，这些系统主要侧重于运输生产管理，对改善运输 管理，提高运输效率发挥了巨大作用。 随着计算机与通信技术的进步，特别是因特网技术的出现以及经营管理理 念的新发展，国际上铁路各类专业信息系统不断向综合化、智能化向面向客户 方向发展。北美和欧洲都开发研制了许多优秀铁踌信息系统，如美国联合太平 洋集团开发应用的“货运管理服务系统”、“运输控制系统”、“铁路基础设施管 理系统”等，是这一时期代表性综合应用系统。 近几年来，国际上又提出了“铁路智能运输系统”的概念，它是利用现代 计算机技术、现代通信技术、管理与决策支持技术及智能自动化技术等，实现 信息的采集、传输、处理和共享，以高效利用铁路运输资源，低成本地保障运 输安全，改善经营管理和提高服务质量。 国内铁路信息化建设虽然起步较晚，但经过铁路工作者多年的辛勤工l 乍， 铁路信息系统已经从流程、组织、方法和手段等方面建立起较为完善的信息化 工程建设管理机制及生产信息管理系统。 目前，国内铁路企业已经建立了完善的企业信息化技术基础设施：已建成 稳定可靠的t m i s 网络系统，实现了铁道部、路局全部联网及部分站段。 在数据环境建设方面：对总体数据进行规划，以整合现有的信息资源，建 立了系统资源管理体系，对操作系统、数据库管理系统、中间件和应用软件等 系统资源实旋不间断的监控，以及进行性能调整和故障处理，保证系统可靠运 转。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 在安全体系建设方面：通过对企业级防病毒、防入侵、安全漏洞扫描等技 术和产品的精心选择和有效部署，形成综合的和全面的端到端安全管理体系。 在维修体系建设方面；建立了全路完整的设备维修体系，保障现场信息设 备的及时维修和故障的及时恢复。 1 2 地理信息系统在国内铁路管理中的应用现状 铁路地理信息系统( 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 ，简称g i s ) 作为铁路管 理信息系统( m a n s g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称m i s ) 的一个重要组成部 分，近年来开始逐步引入铁路系统中。许多部门已经根据其各自的工作需要， 已经引进和购买了许多商业级的地理信息系统软件包( 如m g e 、a r c i n f o 、 m a p l n f o 等) ，在此基础上建立了不少基于g i s ( 包括g p s 、r s 技术) 的专业 应用系统。这些系统为铁路运营、规划决策、土地、房产、工务、通讯等部门 提供了强有力的管理工具和工作手段，为铁路系统各部门提高工作效率和实现 管理现代化提供了有力保障。 1 3 地理信息系统引入青藏铁路输变电管理系统的意义 传统的数据库技术只能解决二维表数据的处理，传统的c a d 技术只能解决 纯图形的处理，而g i s 技术正是结合c a d 技术和数据库技术的长处，使二者发 生有机关联，同时加上拓扑结构和强大的分析模型，使g i s 成为具有拓扑结构 和分析功能的空间数据库系统。 青藏铁路是目前世界上海拔最高、线路最长的高原铁路。新开工修建的青 藏铁路格尔木至拉萨段北起青海省格尔木市，经纳赤台、五道粱、沱沱河、雁 石坪，翻越唐古拉山，再经西藏自治区安多、纳曲、当雄、羊八井，南至西藏 自治区首府拉萨市，全长1 1 4 2 公里。平均海拔超过4 4 0 0 米，环境温度可达零 下2 5 。其沿线自然环境恶劣，许多地方属无人生活区，设备进行现场实验和 维护都极其不便，因此铁路电力供应系统的运行和维护都存在很大的困难。而 铁路电力系统虽工作于电网末端，属电力系统发、输、供三个环节中的供配电 环节，但其对供电可靠性要求却非常高。因此，在青藏铁路输变电系统的管理 中，通过引入g i s 技术，利用其提供的与地理位置相关的各种信息，来提高电 网的自动化水平，使供电可靠性得到明显提高，便显得尤为必要。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 第二章地理信息系统概述 2 1 地理信息系统的定义 地理信息系统是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的 技术。要给出g i s 的准确定义是困难的，因为g i s 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g i s “1 。( 1 ) 面向功能的定义g i s 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g i s 应用领域的不同，将g i s 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g i s 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g i s 提供的用于处理地理数据的工 具。( 4 ) 基于数据库的定义g i s 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，用来回答对数据库空间中实体 的查询。 我们认为，虽然o i s 是- - f 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，、可以这样给出以下定 义：g i s 就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。这种定义的子系统特性为g i s 研究提供了易于理解的框架。g i s 有以 下子系统。1 ，具体定义如下： ( 1 ) 数据输入子系统，从各个数据源中收集并处理空间数据，这一子系统 还主要负责处理不同类型的空间数据的转换。 ( 2 ) 数据存储和检索子系统，以允许检索、更新、编辑的方式组织空间数 据。 ( 3 ) 数据操作和分析子系统，用数据进行工作，如聚合与分散、评估参数 和条件限制、进行模型抱告。 ( 4 ) 报告子系统，以表格、图形、地图等形式显示输出全部或者部分数据 库。这种g i s 定义的方法较为详细的体现了地理信息系统的特点和本质。 2 2 地理信息系统研究的内容 1 输入。地理数据如何有效的输入到g i $ 中是项琐碎、费时、代价昂贵 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 的工作，大多的地理数据是从纸质地图输入6 i s 。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；扫描输入则面临着另一个问题：扫描得 到的栅格数据如何变成g i s 数据库中通常要求的点、线、面、拓扑关系属性等 形式。就这一领域目前的研究成果而言，全自动的地图智能识别短期内没有实 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在出售。 目前g i s 的输入正越来越多的借助非地图形式，遥感就是其中的一种形式。 遥感数据已经成为g i s 数据的重要来源。与地图数据不同的是，遥感数据输入 到8 1 s 中较为容易，但如果通过对遥感图像的解释来采集和编译地理信息则是 一种较为困难的事情；因此，g i s 中开始大最融入图像处理技术，许多成熟的 g i s 产品，如m a p i n f o 、g a p g i s 中都具有功能齐全的图像处理予系统。 地理图像采集的另一项进展是g p s 技术。g p s 可以准确、快速地定位地球 表面的任何地点，因而，除了作为原始地理信息来源外，g p s 在飞行器跟踪、 紧急事件处理、环境和资源检测、管理方面有很大的潜力。 2 存储。g i s 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 存储和管理这两类数据是g i s 的基本问题。在计算机高速发展的今天，尽管微 机的硬盘容量已经得到极大提高，但计算机的存储器对灵活、高效地处理地图 这类对象仍然不够的。g i s 的数据存储却有其独特之处，大多数的g i s 系统采 用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它分为若干层，各种专题图是所有 层叠加起来的结果，在与用户的交互过程中只处理涉及到的层，而不是整幅地 图，因而能对用户的要求做出快速反应。 地理数据存储是g i s 中最基本和最低层的技术，它直接影响到其它高层功 能的实现效率，从而影响蹩个g i s 的性能。 3 地理数据的操作和分析。g i s 中对数据的操作提供了对地理数据有效管 理工作的手段。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c a d 和通用数据库中的成熟技术；有所不同的是g i s 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g i s 数据操作的主要问题。 地理数据的分析功能，即空问分析，是g i s 得以广泛应用的重要原因之一。 通过g i s 提供的空间分析功能，用户可以从已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来说是至关重要的。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 g i s 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a 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、多边形与多边形的叠加，缓冲分析、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g i s 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g i s 来说是必不可少的。这些方面的技术主要包括：数据校正、编辑、图 形整形、误差消除、坐标变换、出版印刷等。 2 3 地理信息系统的历史、现状和发展方向 地理信息系统的发展至今已经走过了三十几年的历程，上世纪五十年代由 于计算机技术的兴起及在测绘和地图制图学中的应用，使人们有可能利用计算 机采集、存储和外理各种与空间和地理分布有关的空间和属性数据，并希望通 过计算机对数据的分析直接为管理和决策服务，这样就导致了地理信息系统的 问世。1 9 6 3 年，世界上第一个地理信息系统( 加拿大土地信息系统) 问世，这 是由加拿大测绘学家r t t o mj n s o n 博士提出并建立的，该系统主要用于自然 资源的管理和规划，随后，美国哈佛大学研制出s y 撇p 系统，逐渐，地理信息 系统引起各国政府和科学家的高度重视而迅速发展。上世纪8 0 年代以来，随着 计算机软、硬件技术的成熟，地理信息系统得到了较大的发展，也得到了非常 广泛的应用，地理信息系统不在只单纯地应用在与地图相关的领域中，而应用 于与国计民生密切相关更广泛的领域，地理信息系统在国民经济建设中扮演越 来越重要的角色。 我国的地理信息系统的研究与应用始于2 0 世纪7 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、地理信息系统的行业应用、国产地理信息系统的软件开发与产业化、学术 交流与人才培养等领域已经取得了突出的成就，显示了地理信息系统在我国广 阔的发展前景。 地理信息系统近些年来发展势头非常强劲，在得到了广泛应用的同时，其 新兴研究领域已成为推动g i s 技术发展的原动力。以下几个领域将成为g i s 技 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 术发展的重点方向”3 。 1 三维地理信息系统( 3 d o i s ) 三维地理信息系统( 3 d g i s ) 是近几年g i s 发展的新方向相对于3 d g i s ， 传统的地理信息系统只能处理二维数据，即只考虑平面坐标x 、y ，被称之为二 维地理信息系统( 2 d g i s ) 。在2 d g i s 中，当描述地表起伏一类问题时，不是把 高程作为独立的变量来处理，而是将高程值作为一个附属的变量对待，通常是 将高程值z 按照投影变换原理投影到二维平面上进行处理，因此对于同一( x ， y ) 位最的多个z 值不能表达，换句话来说、也就是同一平面位置只有一个z 值。这种方法尽管也能表达出地表起伏形态，但地表下面的信息却不具有，因 此被称为2 5 d g i s 。在研究诸如地形、矿体、地质、地下工程、建筑物第三维 的地理信息的时候，只有在3 d g i s 下才能真实的了解这些三维实体的本质。三 维地理信息系统的核心问题是三维空间数据模型的建立，在这一方面国内外有 诸多研究，已经取得了一定的科研成果。但是实际应用的例子并不多，大多数 浮于三维地物的构建和动态演示，而没有g i s 所要求的三维数据检索和分析等 方面的功能，应用平台的研究将是其重点发展方向。 2 网络地理信息系统( w e b gs ) 众所周知，信息高速公路的建立极大地方便了世界各地用户间信息交换与 信息查询。由于g i s 系统能提供丰富的空间查询、空间分析及属性管理功能， 因此g i s 系统正成为i n t e r n e t 或i n t r a n e t 的一个主要内容。随i n t e r n e t 技 术的在断发展和人们对g i s 系统的需求，把g i s 系统与网络技术相融合，利用 i n t e r n e t 在w e b 上发布空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析功能， 形成一个网络化的地理空间集成平台，已成为g i s 系统发展的必然趋势。w e b g i s 系统的概念是i n t e r n e t 技术应用于g i s 领域的产物。g i s 系统通过w w w 功能得 以扩展，真正成为一种大众使用的工具。从胃孵的任一节点，i a t e r n e t 用户可 以浏览w e b g i s 系统站点的空间数据、制作专题地图，以及进行各种空间检索和 空间分析，从而使g i s 系统进入千家万户。据专家预测。w e b g i s 是g i s 未来1 0 年的重点发展方向。现阶段，w e b g i s 在解决大规模数据传输瓶颈、应用领域的 深度和广度以及与其它技术的集成等问题上有着广阔的研究空间。 3 组件式地理信息系统( c o m gis ) 组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一，为了适应这种技术潮 流，g i s 软件像其他软件一样，已经或正在发生着革命性的变化，即由过去厂 家提供了全部系统或者具有= 次开发功能的软件，过渡到提供组件由用户自己 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 再开发的方向上来。无疑，组件式g i s 技术将给整个g i s 技术体系和应用模式 带来巨大影响。 g i s 技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、包式软件、核心式软件， 从而发展到组件式g i s 和w e b g i s 的过程。传统g i s 虽然在功能上已经比较成熟， 但是由于这些系统多是基于十多年前的软件技术开发的，属于独立封闭的系统。 同时，g i s 软件变得日益庞大，用户难以掌握，费用昂贵，阻碍了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全新的解决思路。 组件式g i s 的基本思想是把g i s 的各大功能模块划分为几个控件，每个控 件完成不同的功能。各个6 i s 控件之间，以及o i s 控件与其它非g i s 控件之间， 可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的g i s 应用。控件 如同一堆各式各样的积木，他们分别实现不同的功能( 包括g i s 和非g i s 功能) ， 根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，就构成应用系统。 ( 1 ) 组件式g i s 系统的特点 把g i s 的功能适当抽象，以组件形式供开发者使用，将会带来许多传统g i s 工具无法比拟的优点。 小巧灵活、价格便宜 无须专门g i s 开发语言，直接嵌入m i s 开发工具 强大的g i s 功能 开发简捷 更加大众化 ( 2 ) 组件式g i s 开发平台的结构 组件式g i s 开发平台通常可设计为三级结构： 基础组件 面向空间数据管理，提供基本的交互过程，并能以灵活的方式与数据库系 统连接。 高级通用组件 由基础组件构造而成，面向通用功能，简化用户开发过程，如显示工具组 件、选择工具组件、编辑工具组件、属佳浏览器组件等等。它们之间的协同控 制消息都被封装起来。这级组件经过封装后，使二次开发更为简单。如一个编 辑查询系统若用基础平台开发，需要编写大量的代码，而利用高级通用组件， 只需几句程序就够了。面向通用功能。 行业性组件 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 抽象出行业应用的特定算法，固化到组件中，进一步加速开发过程。 ( 3 ) g l s 组件的构成 g i s 软件的模型包含若干功能单元，诸如空间数据获取、坐标转换、图形 编辑、数据存储、数据查询、数据分析、制图表示等。可以想象要把这些所有 的功能放在一个控件中几乎是不可能的，即使实现也会带来系统效率上的低下。 一般可以认为g i s 构件的设计主要遵循应用领域地需求。例如e s r i 的 m a p o b j e e t s 就是以空问数据访问、查询、制图为主要目标的g i s 构件。 2 4 地理信息系统开发方式选择 地理信息系统根据其内容可分为两大基本类型：一是应用型地理信息系统， 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；二是工具型地理信息系统，也就是g i s 工具软件包，如a r c i n f o 等，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。随着地理 信息系统应用领域的扩展，应用型g i s 的开发工作日显重要。 2 4 1 应用型g i s 开发的三种实现方式 ( 1 ) 独立开发 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 + + 、d e l p h i 等，在定的操作系统平台上编程实现。这种方式的好 处在于无须依赖任何商业g i s 工具软件，减少了开发成本，但一方面对于大多 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，而且在购买g i s 工具软件上省下的钱可能还抵 不上开发者在开发过程中绞尽脑汁所花的代价。 ( 2 ) 单纯二次开发 指完全借助于g i s 工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。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 i 的a r c v i e w 提供了 a v e n u e 语言，m a p l n f o 公司研帛j 的m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供了m a p b a s i c 语 言等等。用户可以利用这些宏语言，以原g i s 工具软件为开发平台，开发出自 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，作为编程语言只能算是二流，功能极弱，用它们来开发应用程序仍然不 尽如人意。 亘塑窆堕盔堂塑塑窒生堂焦焦塞 塑! 夏 ( 3 ) 集成二次开发 集成二次开发是指利用专业的g i s 工具软件，如a r c v i e w 、m a p l n f o 等，实 现g i s 的基本功能，以通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如d e l p h i 、 v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、p o w e rb u i l d e r 等为开发平台，进行二者的集成 开发。 集成二次开发目前主要有两种方式： o l e d d e 采用o l ea u t o m a t i o n 技术或利用d d e 技术，用软件开发工具开发前台可执 行应用程序，以o l e 自动化方式或1 ) d e 方式启动g i s 工具软件在后台执行，利 用回调技术动态获取其返回信息，实现应用程序中的地理信息处理功能； g i s 控件 利用g i s 工具软件生产厂家提供的建立在o c x 技术基础上的g i s 功能控件， 如e s r i 的m a p o b j e c t s 、m a p l n f o 公司的m a p x 等，在d e l p h i 等编程工具编制的 应用程序中，直接将g i s 功能嵌入其中，实现地理信息系统的各种功能。 2 4 2 三种实现方式的分析与比较 由于独立开发难度太大，单纯二次开发受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 工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式 就成为g i s 应用开发的主流。它的优点是既可以充分利用g i s 工具软件对空间 数据库的管理、分析功能，又可以利用其它可视化开发语言具有的高效、方便 等编程优点，集二者之所长，不仅能大大提高应用系统的开发效率，而且使用 可视化软件开发工具开发出来的应用程序具有更好的外观效果，更强大的数据 库功能，而且可靠性好、易于移植、便于维护。 由于上述优点，集成二次开发正成为应用g i s 开发的主流方向。这种方法 唯一的缺点是前期投入比较大，需要同时购买g i s 工具软件和可视化编程软件， 但“工欲善其事，必先利其器”，这种投资值得。 目前许多软件公司都开发了很多a c t i v e x 控件，合理选择和运用现成的控 件，减少了开发者的编程工作量，使开发者避开某些应用的具体编程，直接调 用控件，实现这些具体应用，不仅可以缩短程序开发周期，使编程过程更简洁， 用户界面更友好，可以使程序更加灵活、简便。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 第三章青藏铁路输变电g i s 总体设计 3 1 系统概述 地理信息系统由于具有突出的数据可视化的特点，成为电力自动化系统中 的一个重要组成部分，将其引入青藏铁路输、变电系统，会给系统的运行和维 护带来极大的方便。 青藏铁路输、变电地理信息系统是一项综合性、专业性较强的系统工程。 它的投入使用可以极大的提高办公流程和信息处理的自动化水平，为运行和管 理人员提供直观、准确、迅速、全面的信息决策与支持。 3 2 系统的设计原则 为更好实现铁路电力g i s 的预定目标和功能，建成一个适用、先进、高效、 可靠的管理信息化、现代化的平台，系统开发应遵循以下原则： ( 1 ) 适用性与先进性并重原则 在适用的前提下力求先进，把青藏铁路电力管理的新思想、新方法融入到 系统的开发中。 ( 2 ) 开放性原则 青藏铁路虽以内燃机车为牵引动力，但预留了电气化条件，所以电力g i s 设计中要考虑将来加入牵引供电环节，而且目前青藏线g i s 的建设也是分阶段 逐步实施的。因此，本系统采用开放式结构，在软硬件方面，保证具有良好的 扩展性，以便今后系统不断地升级完善。 ( 3 ) 标准化原则 系统硬件建设、数据库开发、代码编码、计算方法、分析评价、系统集成 等均将采用标准化方法。有国家、行业标准或规范的，都将严格执行，没有标 准或规范的，采用通用做法。 ( 4 ) 易学易用易维护原则 系统最终是为用户服务的。系统开发应考虑不同层次的用户，设计友好的 系统界面，使其操作直观、简便，易维护。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 3 3 系统建设的目标与任务 建立青藏铁路输变电地理信息系统要以提高供电系统的自动化水平及可靠 性为基本原则，以电网设备管理、提供辅助决策为基本目标，重点完成以下几 个方面的工作： ( 1 ) 通过对铁路供电系统管理现状及管理数据进行充分调查、研究、分析， 建立青藏铁路输变电地理信息系统信息的分类与代码、数据文件的命名规则、 要素的层次划分、数据的结构、数据的交换格式及元数据等管理信息标准化体 系。 ( 2 ) 按照统一的标准，建立电网管理的各级数据库，根据管理权限对数据 进行管理、更新和维护。 ( 3 ) 根据电网管理工作的需要，设计开发出青藏铁路输、变电地理信息系 统软件，实现采集、处理、存储、分析、查询、输出和传输电网数据的计算机 化。 ( 4 ) 建立青藏铁路输、变电地理信息系统网络体系，实现电网管理各部门 之间的信息共享，构成自上而下的管理体制，为电网管理提供技术保障。 3 4 系统设计引用标准 系统设计过程中，主要采用或借鉴了以下的规范和标准，沿用了相关的概 念并进行了部分修改。 3 4 1 地彩图标准 ( 1 ) g b t1 4 5 1 2 9 3 1 ：1 0 0 0 0 0 0 地形图编绘规范及图式 ( 2 ) g b t 1 8 3 1 5 - 2 0 0 1 数字地形图系列和基本要求 3 4 2 在信息分类和编码标准方面采用了以下几个标准： ( 1 ) g b t 1 7 6 9 4 1 9 9 9 地理信息技术基本术语 ( 2 ) g b t 1 3 9 2 3 9 2 中华人民共和园地图基础信息数据分类与代码 ( 3 ) g b t 1 1 4 5 7 1 9 9 5 软件工程术语 ( 4 ) 6 b t 1 6 6 8 0 1 9 9 6 软件文档管理指南 ( 5 ) 中国城市地理信息系统、信息分类体系与编码规范 ( 6 ) 电力工业部信息编码标准 3 5 系统设计中应注意的特殊问题 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 青藏铁路输变电g i s 技术与传统的g i s 技术相比，有许多特殊问题需要认 真考虑，主要表现在： ( 1 ) 传统g i s 技术与输变电g i s 技术在应用领域的定位存在较大差异，前 者以解决地理学领域应用问题为研究目标，后者则是为电网运行过程控制及设 备管理提供自动化工具为直接应用目的，导致二者在设计上侧重点有所不同， 这就需要设计过程中多借鉴电力公司g i s 建设过程中所积累的一些成熟的经 验、技术。 ( 2 ) 青藏铁路输变电系统属铁路供电，铁路部门的应用特点为铁路各部门 工作的场所和对象基本上是围绕铁路线路、铁路枢纽及其相关的地域进行。青 藏线输电线路前后跨越距离超过1 0 0 0 k m ，其输变电系统呈带状沿铁路线延伸， 因而系统坐标变化大，成图时经常需要仔细处理跨坐标带问题。 ( 3 ) 虽然铁路g i g 管理的坐标范围大，在实际工作中要求的精度却很高。 例如青藏铁路输变电g i s 中的故障定位功能，由于青藏线沿线地理环境复杂， 交通条件恶劣，一旦发生故障，救援困难。因此故障定位要尽可能准确。提高 定位精度主要通过两方面措施来解决，一是采用更高等级的监控、测量设备， 如精度更高的故障定位装置等。二是提高地图的精度，通过地图的分幅、分层 方法来提高地图分辨率。 ( 4 ) 青藏铁路全线跨越距离超过1 0 0 0 k m ，全线共设置无人值班式配电所8 个，变电所3 0 多个。因此设备分散、数量众多，g i s 中处理的数据量繁多、复 杂，仅采用m a p i n f o 表来管理属性数据难以满足系统要求，因此系统采用大型 商业数据库平台o r a c l e 来管理属性数据。 3 6 系统的运行环境 3 6 1 硬件环境 1 服务器：专用服务器或p e n t i u mi v 以上的微机服务器，硬盘4 0 g 以上， 内存5 1 2 m 以上，1 0 0 m 网卡： 2 客户端：p e n t i u mn 以上微机，硬盘2 0 g 以上，内存1 2 8 m 以上，真彩 显示适配器，1 0 0 m 网卡。 3 外部设备：a o 幅面绘图仪、a 4 以上幅面激光打印机，彩色喷墨6 0 0 d p i 以上的扫描仪。 4 网络设备：采用总线型的星形拓扑结构的局域网，基本配置为集线器( 或 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 者交换机) 。 3 6 2 软件环境 1 数据服务器端： 操作系统：w i n d o w s2 0 0 0 x p 数据库平台：o r a c l e 9 i 及其插件o r a c l es p a t i a l 2 w e b 服务器端： g i s 平台：m a p x t r e m e 、m a p l n f op r o f e s s i o n a l 操作系统：w i n d o w s2 0 0 0 x p 数据库平台：o r a c l ec 1 l e n t 3 客户端： 操作系统：w i n d o w s2 0 0 0 x p 4 系统g i s 平台概述”3 ( 1 ) m a p l n f op r o f e s s i o n a i 美国m a p l n f o 公司致力于为用户提供先进的数据可视化、信息地图化技术并 将这些技术与主流业务系统集成，提供完整的解决方案。m a p l n f o 吸取了传统g i s 系统的精华，并借助于计算机技术的发展，及时将g i s 概念从中大型计算机的专 用工作站上介绍至普通桌面p c 上，开创了崭新桌面地图信息系统。m a p l n f o 公司 的主要系列产品有： 桌面地理信息系统m a p l n f op r o f e s s i o n a l 网络解决方案m a p l n f om a p x t r e m e 数据库服务器产品m a p i n f os p a t i a l w a r e m a p i n f om a p x d e ca l p h an t 产品m a p l n f op r o f e s s i o n a lf o rd e ca l p h an t 开发工具m a p i n f om a p b a s i c m a p i n f op r o f e s s i o n a l 是主流工业桌面地图信息软件包，支持对象连接与 嵌入( o l e ) 技术，实现了数据可视化地理信息分析与应用的集成。它提供强大 的图形查询分析和处理能力，把传统的数据库带到可视化的空间中。为可视化 地组织数据管理数据和分析数据提供了一种薪的解决方案。阿时它还提供二次 开发语言m a p b a s i c 是一种过程化多平台功能强大韵语言，是用户开发应用系统 的最好工具。 其主要功能特点是： ( 1 ) 以表( t a b l e ) 的形式组织信息 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 每一个表都是一组m a p i n f o 文件，这些文件组成了地图文件和数据库文件。 这个表至少由两个独立的文件组成，一+ 个是包含数据结构的文件，另个是包 含原始数据的文件。一个典型的m a p l n f o 表将主要由 t a b 、$ d a t 、 w k s 、$ d b f 、 x l s 、$ m a p 、丰 d 、 i n d 文件格式组成。 ( 2 ) 图形对象 m a p l n f o 内置的数据库管理系统是一种关系型数据库管理系统，也是用二维表组 织数据。与其它关系型数据库不同的是表结构中除可包含常用类型的属性列外， 还引入一个图形对象列( o b j 列) ，用于存储图形对象( 如线、区域等) 。 ( 3 ) 地图图层化 m a p i n f o 是按图层组织计算机地图的。也就是说，将一幅计算机地图加工成 层层叠加的透明层，这个透睨层就称为图层。每个图层包含了整个地图的一个 不同方面。 ( 4 ) 专题地图 提供多种数据可视化的专题地图，能将数据库中的信息进行直观的可视化 分析。 ( 5 ) 内置o d b c m a p i n f o 内置o d b c ，支持各种关系型数据库，支持s q l 查询，从而保证了对 原有数据库的沿用和对远程数据库地访问。具备空间查询的功能扩展( 如缓冲 区、叠加等) ，采用数据仓库的最新技术o l a p ( o n l i n ea n a l y t i c a lp r o c e s s i n g ) 的联机事物处理，对于应用程序实现图形查询和表查询提供了强大的手段。 ( 6 ) 支持多种数据格式及其转换 m a p i n f o 既支持数字化仪的图形输入方式，直接生成矢量图，也支持目前市 场上流行的图形图像格式。可接受a u t o c a d 的d w g 、d x f 标准文件格式，还可通过 m i f 及m i d 文件与其它软件建立数据的接口。 ( 7 ) 二次开发工具m a p b a s i c 作为一个系统软件，m a p i n f o 提供了可以将其所有的功能用程序来驱动的方 法，内置标准的二次开发工具_ m a p b a s i c 。 ( 8 ) 集成二次开发能力 具有o l e 和o l ea u t o m a t i o n 功能，可以方便地使用d e l p h i 、v b 、v c 等多种开 发工具，保证了新的应用程序与原有的应用界面保持一致，为曰后的深层开发 提供一个扩展空间。 m a p i n f o 的数据组织 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 m a p i n f o 采用双数据库存储模式，即其空间数据与属性数据是分开来存储 的。属性数据存储在关系数据库的若干属性表中，而空间数据则以m a p i n f o 的自 定义格式保存于若干文件中，二者通过一定的索引机制联系起来。为了提高查 询和处理效率，m a p l n f o 采用层次结构对空间数据进行组织，即根据不同的专题 将地图分层( 图层还可以分成若干图幅) 。具体如图3 1 所示。 属性数据 文件头 字段数 字段1 说明 字段n 说明 图元数据描述 图幅说明 图层说明 图上实体