（电气工程专业论文）地理信息系统在电网管理中的应用研究.pdf

j e 塞窑通太堂亟j 金塞 曼s i b i a b s t r a c t a b s t r a c t h lv i e wo f t l l ef k tt h a tt h ei 船u m c i c ya l l dt l i en a ww h l c he x l s tm o 盯c o u n t 叮se l c c 缸c a ln e m o r km 锄a g 锄e n t ，s m d i e sh o wt ou 1 1 i 母i 量i eg e o 伊a p m c i 1 1 e b 砒i s y s t e mw i ml h ee l e 嘶c a ln e 时o r km a n a g 锄锄ts y s t 锄，锄df c a i i z e st l e a u t o m a t i 伽锄di n c e l l c c n 卫a l i z a t i o no f t l l ee l e c t r i c a ln e m o r km a i l a g 锄饥t s o ，t h el i s e rc a l l c o m p l g t ea 1 1k i r 池o fo p 啪t i o na tt 量圮b a c k g r o u n do fg e o g r a p h ym 印伯eg i sc a l l c o m b i n et h ei n 鼬a t i o no fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o ns y s t e mw i t ht h ei l l f o n n 撕o no f f i g i | r c f l c c 血l gg e 0 鲫h yp o s i t i o n nc 锄r c a l i t yt l l ed a t ab 勰es y s t 锄w 1 1 i c hh a v em e f l l | l c t i o f t o p 0 1 0 9 y 锄da l l a l y s i s 0 i i m eb a s e so fm e 鲫ha n dm e 出i 协s h _ t s ，p r o 孕籼e t l i e “s u a l i z c dr e a l t i i n en 咖r k 锄l y s i s 龇l dd i s t r i b u t i o n n e 咐o r l 饵t i d e c o i l l l tw i l i c he x p r c s st 1 1 ed a t ab y 伊a p l l ，蠲w e l l 勰b 谢c dc a b l en e t 、】l ，o r k m a n a g 锄e mf h n c n o nr e a l i z a t i 帆b a s e do nm eg e o g r a p l l i ci n f o 彻a t i o ns y s t e me l e c 仃i c a l n c 伽o r km 扭a g 锄e ms y s t 锄c 姐r e n e wt l l ed a t ar e a l t i m e ，e i l l l 狮c et h ew o r ke f f i c i e i l c y 卸ds a v et h ep e r 曲e l 趾dn l ef h n di n v e s n l l 锄t g c o g r a p l l i ci n f o 彻a t i o ns y s t 锄 i n c l u d e sh 衲a r ed i s p o s i t i o n 、s o f t _ a r e e n v i f o n m e n ta n dg e o g r a p h yd a t at y p at h eh a r d w a f cm a i n l yi i l c l u d e s ：h o s tc o m p u t e r 、 矾) e q u i p m e m 、t l l ed a t as t o r a g ee q u i p m 锄t 勰ds 0o n ；t h es o f h a r ei n c l l l d e s ：c o m p u t e r s y s t e m f t w a r c 、g c o g r a p l l i ci i l 白彻a t i o ns y s t e n ls o 脚a r ca i l d o t h e rs u p p o r t i n g s o f t w a r c 、a p p l i e da n a l y s i ss o f t w a r e t l l i ss y s t e mi sc o n s t i t u t c db yap r 巧c c td o c 眦饥t a n df o w 印p l i c a t i o np r o c e d u r e s ，a i l dd i f f c r e n ta p p l i c a t i o np m c e d u r eh a sd i f 诧r c r l t 胁c t i o n s t h ep 印e r h a dc o n d u c t e dt h et l l o m u 曲r e s e a r c ho ne l e c 仃i c a ln e 研o r km a n a g e m e n t t e c h n o l o g yw h i c hw 嬲b a s c do nm eg e o g r a p h i ci n 向m l a t i o ns y s t c l n m a i n l yr 鼯e a r c h e d h o wt 0l l s eg c o g r a p l l i ci n f b 肌a t i o ns y s t 锄m a i l a g ee l e c 试cn e 铆o r kp a r 锄e t e r s 、 n e t w o r k a n a l y z e 、o n l i n em o 疵o ra n ds o0 n a n dr e s e a r c h e dm em e t h o dm a tu s ed 佻s t a a l g o r i t 量l mc h o o s em es h o n e s tp a t h ，a sw e l la ss e l e c t dm en e wm e m o r ym e t h o dt os a v e t h ee l e c 砸cp o w e rn e m o r k ，t h u se i l a b l e dm ed 巧k s t aa l g o r i t l l lt oc a l c u l a t et h eb e s t r e p a i r i n gw a yi nt l l es h o n e s tt i m e ，s 砸v i n gf o rt h ep r e c i o l l st i m ef o rr 印a i r i n gw o r k f i n a l l y ，u s c dg e o 伊a p h i ci n f o 册a i i o ns y s t 锄s p e c i a i i z e ds o m v a r em a p i n f 0p r o f e s s i o n a l 7 oa i l dt h em a p b a s i c6 op r o 莎a m m i n gl a l l g u a g ea sw e l la st h ep o w e r b u i l d e rd a t a b a s e d e v e l o p m e n ts o f h v a 托d e v e l 叩t h eg g r a p t l i ci n a 土i o ns y s t 锄e l c c t r i cn e 帆o r k m a n a g e n l e n t 印p l i c a t i o n f t 、a m l o o k e d 丘锄m ef - m a ld e s i g n l l i c v e r n e m ，m c e l e c 仃i cn e 柳o i kg c o g 阻p l l i ci n f o m l a t i o ns y s 铆nd 嚣i g n e di l lt l l i sa n i c l eb a s i c a l l yh a d s a t i s f i c dt h ea c i l a l 如n c t i o m ln e c d s ，锄dh a dt t l ec 砌n p r a c t i c a lv a l u e k e y w o r d s：e 1 e c t r i c a ln e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m； g e o g r a p h i ci n f o 硼a t i o ns y s t e m ； n e t w o r ka n a l y s i s ；t i d ea c c o u n t ；t h eb e s t w a y 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行捡索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存，汇编以供查阅和借阅。同意学授向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 幽主贸 签字日期：酌年u 月，6 日 导师签名： 签字日期：年月 日 致谢 本论文的工作是在我的导师和敬涵副教授的悉心指导下完成的，和敬涵副教 授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三 年来和敬涵老师对我的关心和指导。 参与我论文内、外审的老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意 见，在此表示衷心的感谢。 在实际应用及撰写论文期间，韩正德高工、林绮、吴峻恒等同事对我论文中 的电网参数管理研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 北京交通大学硕士论文 l 绪论 自从改革开放以来，我国经济和技术的发展突飞猛进，尤其是计算机技术的 发展和应用更是令人叹为观止。而计算机技术在我国电网管理方面的应用和发展 也是一大亮点。目前计算机技术已成功应用到了电力公司的某些科室，实现了某 种程度的计算机辅助管理，对保证我国电力系统的安全稳定运行起到了很大的作 用。但是与国外发达国家相比这种应用仍是低水平的，无法满足新的管理模式和 生产的要求。问题主要表现在以下几个方面： a ) “图数结合”的问题没有解决。虽然应用了a u t o c a d 等软件的图形处理技术， 但对设备的技术参数和运行参数进行管理主要是人工实现或使用数据库技术，其 图形应用与数据是脱节的，图形和数据信息不能充分共享，无法从图形上获得相 应的设备信息。 b 1 设备图纸管理落后。不同部门、不同专业人员的要求各式各样，时常选取 不同的地区、不同的数据内容，因而要求提供灵活多变的选择组图方式和信息表 现形式。目前此项技术仍处于传统的管理模式，即根据不同需求，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 时费工效率低下且容易出错。 c ) 信息未能共享电力企业的生产运行及设施维护方面。工作是分单位、分班 组、分专业，按不同电压等级、不同地域范围分工完成的，而电力行业的特殊性 决定了在生产过程中既要有明确的分工又要有紧密的联系。整个电网设施资料的 更新维护分散在各“管理单元”中完成，同时又要求各个管理单元间能够共享各 种“交叉信息资料”。而目前的管理方式无法进行及时、有效的信息交换，各种 资料不能准确、及时共享，给生产管理和工作带来了极大的不便，同时又造成了 大量的人力、物力浪费。 d ) 地下电缆网络管理效率低下。由于城市输电主要是通过地下电缆进行，而 管线、地井、管孔、电缆、光缆等这些设施分布区域广，种类繁多，多少年来一 直采用图纸描述地下信息，依靠人工工作掌握维护信息，给地下设施的管理和维 护带来大量的工作与诸多的不便，极大的影响了日常工作效率。 上述在电网管理方面所存在的这些不足与缺陷，正是本文提出基于地理信息 系统的电网分析与研究的出发点和研究的重点。 地理信息系统是在计算机硬件、软件系统支持下，对整个或部分地球表面f 包 括大气层) 空i 日j 中与地理分布有关的数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显 北京交通大学硕士论文 绪论 示和描述的综合技术系统【”。在研究地理信息系统在电网管理中应用之前，需了解 地理信息系统的些相关理论和知识。 1 1 地理信息系统的现状与发展 地理信息系统( g c o g r a p h i ck 渤锄a t i o ns y s 妇n g i s ) 是一种为了获取、存储、检 索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统，它集当代最 先进的图形、图像、地质、地理、遥感、测绘、人工智能、计算机科学等技术为 一体，具有地图输入、数据库管理、空间分析等功能，是当前研究的热点之一。 自上世纪6 0 年代以来，在全球范围内得到了广泛的重视，无论在系统理论、研究 方法，还是在应用系统等方面都有着长足的发展，在未来几十年内，随着相关技 术的发展和实际应用的需要，地理信息系统将向着数据标准化、数据多元化、系 统集成化、系统智能化、平台网络化、应用社会化的方向发展。 近年来随着经济的发展，日益增长的用电需求与薄弱的配电网架的矛盾己十 分突出。为了提高供电质量，最大限度地满足国民经济发展和社会用电需求，城 乡电网建设与改造工程主要有两部分内容，一部分是电网设备的建设与改造，另 一部分工作则是应用先进科学技术，提高电网生产经营的科学管理水平。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【2 1 0 借助于地理信息系统其独有的空间分析功能和可视化表达，可以完全实现电 网信息的地图化、运行数据的可视化，从而帮助企业进行高效的决策，促进电力 行业的科学化管理。电力g i s 技术在促进我国电力生产经营管理工作赶超国际先 进水平的进程中，也将起到强劲的助推器作用。 1 2 地理信息系统在配电网管理中的应用 配电网管理系统( d m s ) 通常是指从变电、配电到用电过程的监视、控制和管理 的综合自动化系统。其内容包括配电自动化、网络分析和优化、工作管理系统、 调度员培训模拟系统四个部分。 配电自动化系统( d a s ) 是配电网管理系统最核心部分也是研究的重点，是一种 可以使配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统。其 内容包括配电数据采集和监控( s c a d a ) 、配电地理信息系统( g i s ) 、和需方管理 ( d s m ) 几个部分。 地理信息系统在配电网管理中的应用可分为在线和离线两方面。 1 1 离线方面的应用有：设备管理、用户管理、规划设计、配电网运行记录和 报告、配电系统的查询等。 北京交通大学硕士论文绪论 2 ) 在线方面的应用有： a ) s c a d a ：编制或自动生成地理位置接线图：在地理位置接线图上，对任意 多边形小区的运行工况和设备数据进行统计和分析：显示s c a d a 实时数据；在地 理接线图上实现网络拓扑着色。 b ) 负荷管理：在地理接线图上，对任意多边形小区的负荷进行统计和分析。 c ) 显示d m s 应用软件计算结果：在g i s 上动态显示停电区域、带电区域； 显示潮流计算结果等。 d ) 投诉电话管理。 1 3 本课题研究目的及手段 基于南京供电公司正在开展的电网地理信息系统的项目研究与实施，综合地 理信息系统在配电网管理中的应用，充分利用地理信息系统的特点，建立可视化 数据库，实现面向图形设备管理，建立集地理信息、电网图形、设备管理、网络 分析于一体的系统，使管理质量和效率大大提高，实现电力系统自动化、科学化、 标准化。电网图形和设备、分析计算的结合，使计算机能从图形中直接提取网络 结构进行分析计算。电网管理与地理信息系统的结合，并按功能不同分成不同组 件，在协同工作时，通过相互之间的接口完成不同的实际任务，同时还要能保证 系统的实时性，真实反映电网的运行状态。 由于g i s 配电网系统图是建立在地理地图基础之上的，而地理图上各实体以 及电力线路是相对独立的组成部分，为使实体之间不相互影响，将图层上各实体 分层布置，相同或相关的实体为一层。通过建立地理接线图和各厂站主接线图， 并将电网设备参数分为多级图层叠加在地理图上，从而使地理数据、电网设备数 据有机地结合起来。通过菜单操作和多窗口方式逐级查询线路及厂站设备图形、 数据等信息，使电网档案资料的使用和管理方便、准确和快捷。 1 4 论文要完成的主要工作 论文具体安排如下： 第二章：研究地理信息系统的组成，包括硬件配置、软件环境和地理空间数 据类型；m 印h l f o 系统的基本功能、运行环境，以及如何通过m 印b 鹤i c 对m a p h l f o 进行功能扩充。 第三章：系统的总体结构设计，应用型配电网地理信息系统应当具备的一些功 能设计。 第四章：研究如何利用地理信息系统进行电网参数管理、网络分析、在线监 北京交通大学硕士论文 绪论 测等，并重点研究利用d i j k s t a 算法实现最短路径选择的方法，以及采用新的存储 方式来存储电力网络，从而使d i j k s t a 算法能够在最短时间内计算出最佳抢修路径， 给抢修工作争取宝贵的时间。 第五章：运用地理信息系统的专业软件m a p h l f op r o f e s s i o 明l7 o 和m a p b 勰i c6 o 编程语言以及p o w e r b u i l d c r 数据库开发软件来开发地理信息系统电网管理应用软 件。本章着重研究图层设置与程序设计、配电网结线分析、系统功能实现等的具 体实现过程，以及地理信息系统查询功能、地下电缆的管理功能、配电网的潮流 计算功能等的设计实现过程。 北京交通大学硕士论文地理信息系统技术 2 地理信息系统技术 2 1 地理信息系统概念 地理信息系统g i s 以空间顺序为研究对象，以计算机为工具，通过人的参与 进行一系列的空间操作与分析，并提供规划决策等有用信息。虽然g i s 在不同领 域有着不同的定义，但其核心是计算机科学，基本技术是数据库、地图可视化和 空间分析，因此，g i s 可定义为处理地理数据的输入、输出、处理、查询、分析 和辅助决策的计算机系统。 从学科角度定义，g i s 属于技术学科，它主要涉及地理学、测绘学、制图学、 摄影测量与遥感计算机科学。特别是计算机制图、数据库管理、计算机辅助设计。 遥感和计量地理学形成了g i s 的理论和技术基础，计算机辅助设计偏重于图形处 理与设计，数据库管理系统主要实现对图形和非图形数据的优化存储、处理和检 索，遥感技术是对遥感图像迸行处理和分析以提取专题信息的技术。 2 2 地理信息系统的组成陋 8 3 一个典型的g i s 系统通常包括三个基本部分：计算机系统( 硬件、软件) 、地理 数据库系统、应用人员与组织机构。地理信息系统和其它计算机系统有着显著的 区别，它是对数字化的空间数据进行分析处理的计算机信息系统，具有空间特征、 数字化特征、多维特征。 a ) 空间特征 空间特征是g i s 区别于其他计算机系统的最主要特征，它以地理坐标为基础 组织数据，系统中的属性数据不是孤立的，是与客观世晃的空间特征相联系的， 即：它和地理坐标位置相关联。 b ) 数字化特征 地理信息系统是一个计算机信息系统，它处理的是数字化的地理信息。现实 世界中的空间特征和统计数据以及其他信息必须经过输入设备进行数字化，计算 机系统才能对其进行分析处理。 c ) 多维特征 地理信息系统处理的数据包括空间信息和非空间信息。不同信息都和一定的 时段有关，因此它的另一重要特征是多维性。 2 2 1 地理信息系统的系统硬件构成 北京交通大学硕十论文地理信息系统技术 a ) 计算机主机。 ”数据输入设备。用于将系统所需的各种数据输入计算机，并将模拟数据转 换成数字化数据，如数字化仪、扫描仪等。 c ) 数据存储设备。主要指存储数据的磁盘、光盘及相应的驱动设备。 d ) 数据输出设备。包括图形终端显示设备、绘图仪、打印机等。 图2 1 地理信息系统的硬件组成 2 2 2 地理信息系统的软件环境 地理信息系统运行所需的各种程序通常包括以下几种： a ) 计算机系统软件。一般由计算机厂商提供，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、汇编系统、编译程序、库程序等。这些是 地理信息系统正常运行所必需的。 b ) 地理信息系统软件和其它支持软件。可以是通过地理信息系统工具专门开 发的地理信息系统软件包，也可以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。 c ) 应用分析软件。这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人物的程序，是系统功能的扩展与延伸。应用程序作用于 地理专题数据或区域数据，构成地理信息系统的具体内容，这是用户最为关心的 真正用于地理分析的部分，也是从空i 日j 数据中提取地理信息的关键。 2 2 3 地理空间数据 地理空间数据是地理信息系统的操作对象和管理内容。它是以地球表面空间 位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据，这些数据可以是数字、文 字、表格、图像、和图形等。它们由系统建造者通过数字化仪、扫描仪、键盘等 输入设备输入到地理信息系统中，是地理信息系统所表达的现实世界经过模型抽 象的实质性内容，其相应的区域信息包括位置信息、属性信息和空间关系等。 地理信息系统中的数据包括两大类型。 1 ) 空间数据 用来确定图形和制图特征的位置，它以地球表面空间位置为参照。具体说它 反映以下两方面： 北京交通大学硕士论文地理信息系统技术 a ) 在某个已知坐标系中的位置( 几何坐标) 。主要用于标识地理景观在自然界 或包含某个区域地图的空间位置，如经纬度、平面直角坐标等。 b ) 实体间的空间相关性( 拓扑关系) 。表示点、线、面等实体间的空间联系， 如网络结点与网络之间的枢纽关系；边界线与面实体之间的构成关系；面实体与 岛或内部点的包含关系等等。空间拓扑关系对于地理空间数据的编码、存储管理、 查询检索和模型分析等都有重要的意义，也是地理信息系统的特色之一。 2 ) 非空间的属性数据 用来反映与几何空间位置无关的属性，它是与地理实体相联系的地理变量， 一般是经过抽象的概念，通过分类、量算、统计等方法得到。非空间属性分为定 性和定量两种，前者包括名称、类型、特性等，如线路元件名称、线路型号等； 后者包括数量等，如电阻值、线路长度等。任何地理实体至少包含有一个属性， 而地理信息系统的分析、检索主要是通过对属性的操作运算来实现的。 2 3 配电系统中对象的分析 地理信息系统应用于配电系统，则首先应结合配电网的实际情况对地理信息 系统的定义作一分析。 配电网中线路的走向以及配电设施和用户的分布具有明显的地理特征，生产 管理中的实际操作如线路改造、巡线、停电检修等都依赖于长度、距离、范围、 街道分布和相对位置等地理因素。 配电管理的对象包括变电站、线路( 包括电缆) 、杆塔、变压器、开关刀闸等以 及连接在变压器上的各类电力用户单位。它们在地理分布上各有特点，呈现典型 的点、线、面的地理分布特征。 a ) 点状分布 配电网中的杆塔、变压器、刀闸等设备都是点状分布，它们的共同特点是不 考虑实际意义上的占地面积，以一个抽象的点与其它对象发生关系，在图上以一 点( x ，y ) 的形式存在。 b ) 线状分布 配电网中的线路( 包括主干线路、分支线路、电缆) 和街道都属于线状分布。它 们反映的是离散的点与点之间的一种连通关系，在图上以两个点( 直线) ( x 。，k ) 和 ( ：，k ) 或者多个点( 折线) ( x ，e ) ，( z ：，e ) ( x 。，l ) 的形式存在。 c ) 面状分布 配电网中的变电站、用户单位、和城市的行政区划等都属于面状分布。这种 北京交通大学硕士论文地理信息系统技术 分布的特点是要考虑占地面积。面状分布的对象在图中由首尾相连的折线围成一 个边形，以首尾重合的n + 1 个点( ，五) ，( 置，e ) ( 以，) ，( 以。k 。) 的 形式存在。 可见，配电网管理的对象在地理上所呈现的点、线、面的分布并不是孤立存 在的，它们之间存在着地理和逻辑上的密切关系。根据上述点、线、面的定义， 就可以利用数字将地图上的各种地物的空间分布信息有效、准确地表示出来。因 此，地图数字化是建立地理信息系统的重要环节。 2 ，4m a p i n f o 系统 2 4 1 系统平台的一般特征 商业化的地理信息系统开发平台也称为工具型地理信息系统，它是一种通用 的、具有地理信息系统一般特点的外壳软件，用户可根据自己的需要和特定的应 用目的在此基础上进彳亍二次开发，从而建立具体的应用型地理信息系统。对商业 化的地理信息系统平台进行评价和选择，这是建立应用型地理信息系统之前必须 完成的工作。一般来说，可以从以下几方面来了解和认识地理信息系统平台： a ) 软件的一般信息 主要包括：软件名称、运行环境、首次推出时间、目前用户数量、软件价格、 售后服务等等。 b ) 软件所采用的数据结构 主要指数据结构的类型，如拓扑矢量结构、非拓扑矢量结构、四叉树结构等 等，以及不同数据结构能否进行转换、系统在处理不同数据结构时用户界面是否 统一。 c ) 软件的体系结构 软件的体系结构是指将各种软件模块组织成一个完整软件体系的技术和方 法。目前大多数的商业化地理信息系统平台软件都采用混合型或扩充d b m s 型两 种体系结构，a ，h l f o 平台是采用混合型结构的一个典型例子。 2 4 2m a p i n f 0p r o f e s s i o n a l7 0 系统 本论文采用m a p h 南p r o 嚣s i o n a l7 o 和m a p b 器i c6 o 作为地理信息系统在电网 管理中应用的开发平台，根据需要在此基础上进行二次丌发，从而建立具体的应 用型地理信息系统。 m 印i n f o 公司于1 9 8 6 年在美国纽约的1 r o y 市成立，m a p i n f 0p r o f c s s i o n a l 是由 m 印i n f o 公司推出的一个地理信息系统软件。m a p i n f o 公司将m a p i n f o 的市场定位 北京交通大学硕士论文地理信息系统技术 总结为一个等式：m 印i i l 矗产m 印p i n g + h i f o r m a t i o n 足见其在各行各业都可以得到广 泛应用。是第一个与w i n d o w s9 5 兼容的3 2 位地理信息系统软件，其充分应用了 w i n d o w s 的界面功能，支持晰n d o w s 的标准协议。 m a p h 面p m f e s s i o n a l7 o 也具有自己的特色，它的内置关系型数据库，支持标 准s q l 查询，不但能够对字段进行分析、统计、查询，并且能够实现对空间数据 信息的查询和空间数据信息之间的传递；可以方便读写远程数据，保持数据同步。 还能实现了电子地图与数据库的自动连接和双向查询。因具有这些功能和特点使 其成为了桌面地理信息系统的代表。所谓桌面地图信息系统，是指利用数据的地 理属性，实现数据可视化、思维可视化的智能客户端，能够任意访问本地及远程 数据，并对其进行地理分析。它采用图层的概念组织、管理数据，并提供多种数 据可视化的方式，满足用户单层或多层叠加浏览的需要。 2 4 3m a p h l f o 的基本功能 a ) 测量分析：直线距离测量、面积测量。 b ) 缓冲区分析：点周围分析、沿直线分析、沿曲线分析。 c ) 地图代数：加减常数的运算。 d ) 多边形操作：多边形复合、点在多边形内、线在多边形内、多边形合并等 操作。 e ) d e m 分析：高程等值线、地形图断面分析。 f ) 其它功能：专题布尔操作、邻近搜索、移动窗口过滤、投影变换等。 2 4 4m a p h l f o 的运行环境 m 印h l f o 越来越受技术人员和科研工作者所欢迎，这是由m 印h l f o 以下几个 优点所决定的： a ) m a p i n 如相对其它地理信息系统平台要求的硬件环境不高。表2 1 列出了 m 筇i n 岛p r o f e s s i o n a l7 o 运行环境的硬件要求。 表2 ，l m 印i n f op r o f e s s l o l7 o 的软硬件要求 平台内存硬盘空间显示 b ) m 印i i l f o 最大的优势是其二次丌发工具采用m a p b a s i c 。由于m a p b a s i c 具有 与普通b a s i c 语言相同的语法结构，更具有强大的图形操作功能，是第四代语言， 北京交通大学硕士论文地理信息系统技术 又被称为可视化的计算机语言，因此可以和v b 相媲美，在图形操作等方面又超过 v b 。凡是具有b 弱i c 语言基础的技术人员，只需进一步学习便可很快掌握。 c ) m a p h l 如的图形和数据兼容性很强。g 珉j p g 、t i p 、p c x 、h l p 、m a p h l f o 、 t d a 、b l l 、印t 等图形文件均能应用，d b 蹴d b f 、a s ci i 、l o t u s l - 2 3 、m i c r o s o f t 、 e x c c l 等数据格式也能转换，甚至w p s 格式数据也能应用。 2 5 m 印b a s i c 语言 m a p b 勰i c 语言是目前比较理想的、能满足数据库、图形操作的简单易学的语 一 日o m a p b a s i c 能让用户自如地应用m 印h l f o 。并提供了一个集成开发环境，使用该集 成开发环境，用户能完成m a p b 硒i c 程序的编辑、编译、调试和运行。 m a p b a s i c 是由m a p h l f o 公司开发的一种完全结构化和模块化的语言。通过使 用m 印b a s i c 可对m a p h 渤进行二次开发，扩展其功能，实现程序的自动重复操作， 以及一些复杂的地理操作功能。此外，m a p b 蠲i c 还可以在诸如v i s 砌b 舔i c 、 p o w e r b u i l d 盯、c - h 、d e l p l l i 等开发环境中灵活地将m 印h l f o 作为一个对象使用， 并将其嵌入应用程序中，通过编程调用m 雄h 面对象和设置其属性的方法来实现， 运用灵活方便。 2 6 p o w e r b u i l d e r 数据库开发系统 p o w e r b l l i l d e r 是一个面向对象的用于构造基于客户服务器( c l i c i l 姻e r v 砷数据 库应用系统的开发工具，它通过o d b c 可同时支持s y s b 嬲e 、o r a c i e 、h i f o f i i l i x 、 s q ls e r v c r 等多种关系数据库，具有强大的数据库应用程序开发功能，尤其是它 提供的如数据窗口( d a t aw i n d o w ) 等工具，使其能够更加方便有效地访问与操纵数 据库。 2 7 小结 本章研究了地理信息系统的组成，包括硬件配置、软件环境和地理空间数据 类型。配电系统中对象的地理分布情况，如杆塔、变压器、刀闸等设备呈现点状 分布；线路( 包括主干线路、分支线路、电缆) 和街道属于线状分布；变电站、用户 单位、和城市的行政区划等属于面状分布，并采用相应的描述形式体现在图上。 并研究了m 印i n f o 系统的基本功能、运行环境、以及如何通过m a p b 船i c 对m a p h l f 0 进行功能扩充。 北京交通大学硕士论文系统的结构和功能 3 系统的结构和功能 3 1 系统的总体结构 由于目前开发的软件功能不全，深度不够，多数软件集中于设备管理和图纸 资料管理，而较少与配电管理系统的高级应用软件相结合，没有实现可视化，功 能操作和结果显示都不直观，用户必须用很大的精力来熟悉和掌握这类软件的使 用。本文跟随配电自动化发展方向，将电力系统与实际的地理图形和信息相结合， 提供一种更直观和更接近于实际的电力系统管理形式。 基于地理信息系统的可视化配电拓扑分析和潮流计算系统具有大量的图形和 数据表，图形中既有作为背景的分层地理地形图，也有配电系统的资料图，例如： 变电站、配电线。以这些图形和数据为基础，根据实际运行情况进行网络结线分 析，在以此分析结果来进行潮流计算，得到结点电压值，然后将计算值以图形方 式显示在背景图上。 系统包括一个项目文件( p r o j e c t f i l e ) ，它是一个文本文件，允许m a p b a s i c 把 多个相互独立的程序文件连接成一个单一的应用程序，例如本系统的项目文件为： 【l i n k 】 a p p l i c a t i o n = e ：论文设计、图界面m b x m o 叫e - e ：、论文设计图、界面m b o m o 血l e = e ：、论文设计图、状态改变m b o m o d u l e = e ：、论文设计图结线分析计算m b o m o d u l e = e ：论文设计图潮流计算m b o 它连接了四个单一的应用程序： a ) 界面m b o b ) 状态改变m b o c ) 结线分析计算m b 0 d ) 潮流计算m b o 界面m b o 应用程序主要是添加菜单项并且声明( d e c i a r c ) 相应的子过程。在此应 用程序中定义了一个m a p b a s i c 的保留过程s e l c h a n g e d h a n d l e r ，它是当选择的行改 变时自动调用的一个子过程。 状态改变n l b o 应用程序主要是负责当丌关状态发生变化时，得到相应属性表， 并使表中“开关状态”字段值相应改变，而且使改变后的状态显示到图上。 结线分析计算m b o 应用程序主要根据丌关状态进行结线分析。 潮流计算_ m b o 应用程序主要是根掘结线分析结果进行潮流计算。把结果存入 北京交通大学硕士论文系统的结构和功能 表中，以便反映到图上。 当然可以把这四个应用程序的代码输入到一个文件中，但是如果程序员在开 发一个大而复杂的应用程序时，程序可能包含上千条代码，一般情况下大多数程 序员不喜欢管理十分庞大的程序文件，因为一旦程序超过千行，就很难找到程序 中特定的部分。因此，许多程序员把一个大的应用程序分成多个较小的文件，这 就需要建立一个项目文件。项目文件告诉m 印b 髂i c 连接器如何把那些独立的模块 组合成一个可执行的应用程序。 项目文件还将带来一些其它好处： a ) 项目文件可以模块化程序。一旦建立了一个项目文件，就可以把程序分成 多个小文件。模块化程序使得对程序的维护变得更加简单，还可以使程序文件变 得较小，以便可以在m a p b a s i c 的编辑窗口对它们进行编辑。 b ) 项目文件使多个程序员同时为了一个项目编写程序变得更加容易。每个程 序员可以各自在独立的模块中工作，最后可以用项目文件把这些独立模块连接起 来。 曲项目文件可以减少重新编译应用程序的时间。如果多模块项目中的一个模 块被修改，只要重新编译该模块，然后重新连接这个项目就可以了。这比每次都 要重新编译所有的源代码要快得多。 3 2 系统功能设计 系统的总体功能设计可简要的概括为下图所示。 抄表系统i m i s 系统ji s c a d a 系统il 配电自动化负荷管理 实 时 数 据 管 理 电 网 规 划 管 理 基于g i s 的电网管理系统 电 网 设 备 管 理 屯 网 廷 行 管 理 设 备 检 修 管 理 辅 助 决 策 系 统 安 全 监 督 管 理 图3 1 系统功能体系 一个成功的应用型配电网地理信息系统应具备以下一些功能。 3 2 1 基本图形操作功能 1 ) 图形显示功能 a ) 能够区分背景地理信息 北京交通大学硕士论文 系统的结构和功能 能够区分如下基础元素的地形图，包括地名、建筑物、河流、绿地、铁路、 规划线、地面高程、道路( 路口、路段、路名、路边线1 等。 b ) 电力设施分层显示 配电线路设备走向分布图的分层包括：架空线、电杆、电缆、杆上设备、小 区配电室、变电站外框、电缆沟道，电杆杆型、杆高，电缆沟槽横截面图、架空 线及电缆型号、规格、用户专线，并可实现分层的任意组合。 变电设备分布图的分层包括：高压设备、高压母线、中压设备、中压母线、 引线、结线图标注等。 配电室内设备分布图分层包括：中压设备、中压母线、低压设备、低压母线、 引线、结线图标注等。 2 ) 图形操作功能 a ) 图形基本操作 用户界面全部采用菜单形式、鼠标操作。在图形主视窗中用鼠标对图形迸行 实时漫游、放大、缩小、旋转等操作，从而方便浏览供电设施、设备、线路类型、 分布情况等。提供地形简图、方便全貌浏览，通过对地形简图内取景框的移动、 放大、缩小操作，主视窗内将显示相应部分的系统地形图。 b ) 动态道路名和动态线路名显示 图形上汉字无论如何旋转都不会颠倒。漫游、局部开窗放大图形，其上标识 汉字不丢失。 c ) 不同图层的选择显示 图形元素、颜色可按性质、分层自由选择、修改；对图形实体的字体、虚实 线宽度提供多种选择。图层可根据用户需要选择显示或不显示。 d ) 局部图形放大 在浏览全局图形的同时，系统可提供放大镜工具，实现局部图形的放大，使 用户在统览全局图形时，可查看某一局部详细信息。 e ) 背景地理信息管理 提供对背景地理信息进行处理的编辑修改工具，可在地理图上增加和删除建 筑物、街道等基础地理信息，完成电子地图用户化工作。可以将用户报装的电子 地图根据坐标自动拼接进本电子地图系统中。 3 ) 图形统计与测量 a ) 具有度量尺功能，可对主视窗上任意两点进行测距。 b ) 可计算任意两点间馈线长度及所带设备数量的统计，方便预算与维护。 c ) 可用鼠标在屏幕上圈定区域并统计出该区域内各种电气设备数量、位置。 d ) 可通过丌窗或任意围成的多边形对该范围内的设备进行统计。 北京交通丈学硕士论文系统的结构和功能 e 1 可根据设施的属性信息，进行任意组合，查询并统计出符合条件的设施。 4 ) 图形查询功能 a ) 可以以“点图”的方式( 图形与属性数据双向查询) 在地理图、线路结线图、 网络图上查询数据库资料。 b ) 通过鼠标可以开窗、开任意多边形查询某一窗口内的电力设备数据库信息。 c ) 可通过输入建筑物名称、地址、用户号或电气设备的名称或编码，使用模 糊查询显示它们的地理位置及数据库信息。 d ) 可通过输入线路名称或设备名称统计各种设备数量、位置；可自动生成月 报、季报、年报表格，并按照表格所列项目求出设备总合。 e ) 可直接输入s q l 语句查询数据库资料。 f ) 根据配电网络连接关系，查询电力设备通电情况。包括：查询与指定电力 设备有电气连接关系的设备，并在图上突出显示；将线路上某一设备的电源端或 负荷端连接线路及设备显示出来，方便查询电源点及供电范围。 曲提供沿线跟踪功能，可对街道和线路及两侧电力设备进行全程浏览。 h ) 在站、房一次主结线图或平面图上查询站内、配电室内的设备台帐资料。 5 ) 图形编辑功能 a ) 基本编辑功能 基本编辑功能是指提供工具对地图上所有图形实体分点、线、多边形、文字 进行增加、删除、旋转、修改等操作。通过该编辑工具对地理图、电力设施等进 行编辑。 b ) 协同工作要求 在协同工作环境支持下，多个用户可同时对同一部分电网骨架进行电网建模。 协同工作人员可实时参考其他人员的工作成果，而数据的一致性由系统自身保证。 图形的更改和订正使用密码控制，防止非法无意修改。 3 2 | 2 电网建模与编辑功能 1 ) 配电管理功能 a ) 配电设施编辑功能 支持在地理图上根据变电站的实际位置编辑各种外形的电站，并突出显示变 电站名称。 支持编辑和保存变电站次接线图。提供标准的变电设备图形符号库，包括 变电变压器，负荷开关、断路器、刀闸、母线、电压互感器、电流互感器、电容 器等。 b ) 配电设备电气连接关系建模功能 北京交通大学硕士论文系统的结构和功能 提供基于供电生产应用规则的真实的变电设施电气连接关系定义工具。 2 ) 配电室内、户外变电设备管理功能 按设备类型可分为以下两大类： a ) 设备编辑功能 提供供电生产实际应用中开闭站、配电室、变台、变电亭、环网柜、用户变 电所、电缆分支箱等设施图形符号，支持在地理图上根据配电室的实际位置编辑 各种外形的配电室。 支持编辑和保存配电室、开闭站、变台、箱变、变电亭、环网柜、用户变电 所、电缆分支箱等一次接线图及二次接线图，提供标准的配电设备图形符号库， 包括配电变压器、负荷开关、断路器、刀闸母线、电压互感器、电流互感器、电 容器等。 支持编辑和保存开闭站、配电室、变台、箱变、交电亭、环两柜、用户变电 所、电缆分支箱等平面图。 b ) 闭站、配电室、变台、箱变、变电亭、环网柜、高压用户变电所、电缆分 支箱内设备电气连接关系建模功能 提供基于供电生产应用规则的真实的开闭站、配电室、变台、箱变、变电亭、 环网柜、用户变电所、电缆分支箱内设施之间和与线路设备之间的电气连接关系 的定义工具。 3 ) 中压线路管理功能 a ) 中压架空线路及设备编辑功能 能提供中压线路设施图形符号，支持在地理图上添加电杆、架空线及杆上设 各，并显示出用户感兴趣的文字标注信息( 线路名称、杆号、设备名称等) ，编辑线 路条图档案。 能够将电缆架空混合线路、用户专线、分歧线进行编辑，如果分歧线路上的 杆号、设备编号及操作号发生改变，所有其它相关编号可以自动批量更改。 b ) 中压电缆及电缆附件编辑