（电气工程专业论文）鄂尔多斯电力网地理信息系统的开发与应用.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文 摘要 随着电网建设的步伐加快，电力企业的电网结构日趋庞大，采用传统的方式管 理电网已经难以满足管理与业务需求。采用网络地理信息系统( w e b g i s ) 技术建立 浏览器服务器( b s ) 结构的输电网地理信息系统。在对电力设备通过全球定位系 统( g p s ) 进行定位的基础上，利用g i s 平台将电子地图同实际的电网设各、缺陷 信息、实时信息等有机地结合起来，实现对电网设备的规范化和可视化管理。 本论文针对鄂尔多斯电业局输电网设备管理需求，采用m a p l n f o 的m a p x t r e m e 软件结合o r a c l e 数据库，建立了基于w e b 的输电网地理信息系统，实现对电网的规 范化和可视化管理，做到资源共享，为设备的安全经济运行服务。本系统提供与电 业局现有系统的数据接口，实现现有数据的图形化显示，避免重复投资，减少劳动 强度，对鄂尔多斯电业局的生产、管理发挥重要的作用。 关键词：地理信息系统，鄂尔多斯输电网，设备管理 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p i n go fe c o n o m y ，t h es c a l eo fe r d o s se l e c t r i cp o w e rc o r p o r a t i o ni s e x p a n d i n gf l e e t l y ，a n du s i n gh a n d m a d eo rt r a d i t i o n a lm i s ( m a n a g i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m ) t om a n a g eo v e r h e a de x p e n s e si sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ed i f f i c u l t s ow en e e das y s t e m g r a p h i c sm o d ea n dn e t w o r kd i s t r i b u t e ds y s t e mf o ri n t u i t i o n i s t i cm a n a g i n ga n dm e e t i n g t h er e q u e s to fs p e c i a l t y t h i ss y s t e mu s e sw e b g i st oc a r r yo u tt h ee l e c t r i cp o w e rn e t w o r k ss p a c em a n a g i n g ， m a n a g ea n ds h a r ea l lg r a p h ，m a p ，d a t ap r o p e r t yi n f o r m a t i o n w i t ht h i s ，p o w e rs u p p l y c o r p o r a t i o nh a st h ev i e w i n ga n a l y s i sm e a s u r ea n dm a k ei n t e l l i g e n t i z em a n a g i n gc o m e t u r e t h i ss o f t w a r ec o n f i g u r e s a g i l i t y g r o u p w a r ea n dw i d g e td e s i g np e r t i n e n c ya n d t r a n s f e re a s i l y s e a r c h i n ga n d q u e r y i n gm o d e sa r ea g i l i t ya n dc e l e r i t y k e yw o r d s ：g r a p h i c sm a n a g i n g ，o r d o sg r a p h i c ss h o w i n g ，g r a p h i c sq u a n t i f i e r 华北电力大学工程硕士学位论文 摘要 随着电网建设的步伐加快，电力企业的电网结构日趋庞大，采用传统的方式管 理电网已经难以满足管理与业务需求。采用网络地理信息系统( w e b g i s ) 技术建立 浏览器服务器( b s ) 结构的输电网地理信息系统。在对电力设备通过全球定位系 统( g p s ) 进行定位的基础上，利用g i s 平台将电子地图同实际的电网设备、缺陷 信息、实时信息等有机地结合起来，实现对电网设备的规范化和可视化管理。 本论文针对鄂尔多斯电业局输电网设备管理需求，采用m a p l n f o 的m a p x t r e m e 软件结合o r a c l e 数据库，建立了基于w e b 的输电网地理信息系统，实现对电网的规 范化和可视化管理，做到资源共享，为设备的安全经济运行服务。本系统提供与电 业局现有系统的数据接口，实现现有数据的图形化显示，避免重复投资，减少劳动 强度，对鄂尔多斯电业局的生产、管理发挥重要的作用。 关键词：地理信息系统，鄂尔多斯输电网，设各管理 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p i n go fe c o n o m y ，t h es c a l eo fe r d o s se l e c t r i cp o w e r c o r p o r a t i o ni s e x p a n d i n gf l e e t l y ，a n du s i n gh a n d m a d eo rt r a d i t i o n a im i s ( m a n a g i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m ) t om a n a g eo v e r h e a de x p e n s e si sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ed i f f i c u l t s ow en e e da s y s t e m g r a p h i c sm o d ea n dn e t w o r kd i s t r i b u t e ds y s t e mf o ri n t u i t i o n i s t i cm a n a g i n ga n dm e e t i n g t h er e q u e s to fs p e c i a l t y t h i ss y s t e mu s e sw e b g i st oc a r r yo u tt h ee l e c t r i cp o w e rn e t w o r k ss p a c e m a n a g i n g ， m a n a g ea n ds h a r ea l lg r a p h ，m a p ，d a t ap r o p e r t yi n f o r m a t i o n w i t ht h i s ，p o w e rs u p p l y c o r p o r a t i o nh a st h ev i e w i n ga n a l y s i sm e a s u r ea n dm a k ei n t e l l i g e n t i z em a n a g i n gc o m e t u r e t h i ss o f t w a r ec o n f i g u r e sa g i l i t y g r o n p w a r ea n dw i d g e td e s i g np e r t i n e n c ya n d t r a n s f e re a s i l y s e a r c h i n ga n dq u e r y i n gm o d e sa r ea g i l i t ya n dc e l e r i t y k e yw o r d s ： g r a p h i c sm a n a g i n g ， o r d o sg r a p h i c ss h o w i n g ，g r a p h i c sq u a n t i f i e r 华北电力大学工程硕士学位论文 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文鄂尔多斯电力网地理信息系统的开 发及其应用，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： 日期： 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。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 选题的背景及其意义 第一章绪论 随着改革开放的不断深入和市场竞争机制的建立，供电企业由单一的生产型转 为生产经营型，同时也对供电可靠性、电能质量和服务质量提出了越来越高的要求。 然而面对纵横密织的电网分布、日益复杂的电力设备、时刻变化的电网信息、不断 变迁的城市道路与建筑，采用传统的方式管理电网已经难以满足管理与业务需求， 为了加强电网管理，提高自身的经济效益，以便在市场竞争中拥有强大实力，需要 功能强大的电网管理信息系统在需要的时候迅速准确地提供完整的信息，因此，将 电力系统的各种图形、地图、数据属性信息进行统一管理共享，是供电企业迫切需 要解决的课题。 地理信息系统( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是融计算机图形学和 数据库以及信息系统于一体的、存储和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和 相关属性信息有机的结合起来，根据实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户。 可以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 的这些特 点已使其成为现代社会不可缺少的基础设施，渗透到生产生活的每一方面t ”。g i s 在电力网络、城市规划、地下管线管理、市政设施、房地产、交通管理等领域有着 广泛的应用价值。 随着i n t c r n c t 的不断发展，全球正进入一个以网络为中心的计算机时代。以网 络中心计算为特征的i n t e r n e t 有着管理集中、系统升级方便、信息高度分散、共享 程度高、可伸缩性扩展性强等优点，具有高度的开放性和灵活性，同时具备高效率 和安全性，在这种背景下，传统的终端一主机和基于局域网的g i s 已经不能满足 i n t e r n e t 时代人们对地理信息系统的需求，利用i n t e r n e t 在w e b 上发布和出版空间数 据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能，已经成为g i s 发展的必然趋势。 于是，基于i n t e r n e t 技术的地理信息系统一w e b g i s 应运而生。w e b g i s 将w e b 技术、 g i s 技术和数据库技术有机结合，以一种新的工作模式和新的数据共享机制广泛应 用于各种涉及地理信息的领域，为全球范围用户提供信息和服务。 城市及周边电网分布具有明显的地理特性，采用w e b g i s 技术建立浏览器l , q i i 务 器( b r o w s e s e r v e r ，简称b s ) 结构的输电网地理信息系统，在对电力设备通过全 球定位系统( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ，简称g p s ) 进行定位的基础上，利用g i s 平 台将电子地图同实际的电网设备、缺陷信息、实时信息等有机地结合起来，实现对 电网设备的规范化和可视化管理，做到资源共享，为设备的安全经济运行服务。 华北电力大学工程硕士学位论文 鄂尔多斯市电力事业发展很快，供电范围达到8 6 万平方公里，输电线路总长 达2 0 9 5 公里，l l o k v 以上变电站3 5 座。随着电网建设的步伐加快，电网结构日趋 庞大，供电范围广，线路长，变电站分散，采用手工方式或传统的管理信息系统 ( m a n a 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 ) 方式管理电网，由于其不够直观形 象，使用比较困难，为了提高输电网设备运行的安全性、经济性，迫切需要一种图 形化、网络化的地理信息系统，对输电线路进行直观的管理，将各种图形、地图、 数据信息统一共享，满足管理与业务需求。 鄂尔多斯电业局的硬件设施比较先进，信息中心备有多台服务器，其中数据库 服务器采用i b m 公司的小型机，运行o r a c l e9 i 数据库，功能强大，可以作为输电 地理信息系统的数据库服务器。网络条件能够满足系统建设需要，系统的主要用户 一高压输电所地处市内，与局信息中心和调度所通过1 0 0 0 m 光纤连接。各变电站通 过光纤、载波等与调度所连接，可以及时获取调度实时信息，其结构如图1 1 所 不： 图l 一1 通信网络分布图 鄂尔多斯电业局目前具有两套m i s ，即电业局综合管理信息系统和四方博瑞公 司采用s o l s e r v e r 2 0 0 0 和d e p h l 5 开发的输变电管理信息系统，通过数据接口可 以调用部分线路数据，避免重复录入。与调度自动化系统接口，实现输电线路的动 态信息图形显示，为实现信息共享打下良好基础。 通过输电网地理信息系统的建立，供电企业决策者可通过浏览器在电子地图上 直观地查看到输电网络各条线路、各种设备的分布和位置，以及实时运行状态，查 2 华北电力大学工程硕士学位论文 看各种专题地图，以便准确及时地掌握输电网的宏观状况，为电网规划和管理提供 辅助决策信息。各部门用户直接面向生产和管理，可通过各种地图查询和逻辑查询 方式查询各条线路、各种设备的静态参数、资料和实时运行数据：可查看各种设备 实际地理位置和分布，当地的地形、地质等；可进行生产、计划、安全、调度等有 关数据的管理和业务处理等。此外，该系统还提供与电业局现有系统的数据接口， 实现现有数据的图形化显示，避免重复投资，减少劳动强度，对供电企业的生产、 管理发挥重要的作用。因此，该系统的建立，对于鄂尔多斯电业局来讲，具有重要 的实用价值。 1 2 当前国内外的研究现状 g i s 是六十年代中期开始发展起来的新技术，1 9 6 3 年加拿大测量学家 r f t o m l i n s o n 首先提出了地理信息系统这一术语，并建成世界上第一个o m ( n 拿大 地理信息系统c g i s ) ，用于自然资源的管理和规划。进入7 0 年代以后，由于计算机 软硬件水平的提高，促使g i s 朝着实用方向迅速发展，一些经济发达国家先后建立 了许多专业性的g i s ，在自然资源管理和规划方面发挥了重大的作用。如从1 9 7 0 年 到1 9 7 6 年，美国国家地质调查局就建成5 0 多个信息系统。加拿大、德国、瑞典和 日本等国相继发展了自己的g i s 。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，它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。g i s 系统因为其强大的 数据分析功能、空间分析功能已经被广泛应用于电力系统中与空间信息有密切关系 的各个方面，比如m k o b a y a s h i 利用g i s 系统来帮助分析1 9 9 5 年神户大地震对众 多电杆损坏的影响，t s i n d o 利用g i s 系统对1 9 9 2 1 9 9 5 年日本雷电放电位置进行 分析等。 我国的g i s 起步较晚，大体分为三个阶段：7 0 年代为g i s 的起步阶段，主要是 在技术上的一些准备。8 0 年代为试验阶段，主要是研究数据规范和标准，空间数据 库的建立，数据的算法以及开发应用软件等。8 0 年代末至今为全面发展阶段。g i s 发展到现在，其产业趋势已经形成。随着计算机技术这一平台的深入发展和g i s 技 术发展的日趋成熟，g i s 产业化完全成为可能。它将成为国民经济的一个组成部分， 创造出巨大的经济效益。g i s 技术与各行各业的结合与发展将带来技术和管理上的 新的革命。 随着计算机技术的发展，g i s 在组成结构和应用技术等方面已与传统的g i s 技 术有了很大的不同，而基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的w e b g i s 则是g i s 技术发展的新趋势 之一。当前i n t e r n e t i n t r a n e t 正在以惊人的速度迅速膨胀发展，几个重要的国外g i s 厂商争相发布各自的w e b g i s 产品，如m a p i n f o 公司的m a p i n f op r o s e r v e r 、i n t e r g r a p h 3 华北电力大学工程硕士学位论文 公司的g e o m e d i aw e bm a p 、e s r i 的i n t e r n e tm a ps e r v e r ( i m s ) ，c a d 厂商a u t o d e s k 公司也推出了m a p g u i d e 。这些产品大多发布于1 9 9 6 1 9 9 7 年。最近b e n t l y 公司和 m a p l n f o 公司又相继推出了m o d e l s e r v e r d i s c o v e r y 和m a p x t r e m e 。国外著名的g i s 软件公司的网站上也大都使用了w e b o l s 技术，如h t t p ：w w w e s r i c o r n 、h t t p ：w w w m a p i n f o c o m 等。国内如中国经济信息网公众信息部与国家信息中心数据库部联合 开发的中经网地图信息服务系统( 网址h t t p ：s e r v e e e l g o v c 曲，可为用户提供 地理位置检索、信息分类查询和模糊检索等服务内容。 目前，g i s 在国内电力行业，尤其在配电网络中有广泛的应用，但主要限于单 机版本应用和小规模局域网内部使用，一般采用c s ( c l i e n t s e r v e r 客户机，服务器) 模式，维护困难。本系统紧跟地理信息系统的最新发展采用基于w e b g i s 的地理 信息系统开发，并且应用与输电网的管理，采用b s 模式，让所有联网的计算机， 无论局域网还是广域网用户都能够方便地快速访问，实现了更广泛的信息共享，同 时使得软件的技术处于同行业先进水平。 1 3 本文的主要工作 本文针对鄂尔多斯电业局输电网设备管理模式的特征，基于地理信息系统理论 和w e b g i s 技术对输电网设备管理方式进行了分析，根据需求设计与开发了基于 w e b g i s 的输电网地理信息系统。主要包括以下几个方面的内容： 1 基于w e b 技术的地理信息系统的理论研究 i n t e m e t i n t r a n e t 的迅速发展，使得i n t e r n e t i n t r a n e t 上实现g i s 成为可能。在输 电网地理信息系统中，以g i s 为基础，利用先进的w e b 技术，主要对输电网线路及 相关设施进行管理。本文首先对输电网引进地理信息系统的意义进行了分析，然后 介绍了地理信息系统的概念、研究的内容及其应用，同时在介绍w e b 技术的基础上， 研究了实现w e b g i s 技术的途径和方法。 2 基于w e b 技术的输电网地理信息系统的系统分析、设计与实现 通过对现有网络结构进行分析对比对系统的方案进行了选择，然后根据需求和 输电网电力设施的特点分析确定了系统设计的总体目标、系统体系结构以及系统的 功能模块；并且对软件的开发平台、开发环境及开发工具作了选择和介绍，为系统 功能的实现打下了基础。 3 系统的信息组织模型 通过分析输电网设施数据的特点，本文探讨了地理信息系统中空间数据库设计 的方法，并给出了该系统的空间数据库的物理结构和属性数据的图层划分方法；在 探讨了w e bg i s 技术的基础上，对输电网地理信息系统进行研究，在w e b 上建立了 4 华北电力大学工程硕士学位论文 输电网设施信息的图层空间，通过地理图形发布软件m a p x t r e m e ，运用a s p 技术、 j a v a 技术以完成了地理图形在w e b 上的空间信息发布、信息的查询和 i n t e r n e t i n t r a n e t 环境中的地理图形的显示。 4 系统实现的关键技术分析以及系统功能的实现 通过对系统在开发过程中所用到的b s ( b r o w s e s e r v e r ) 体系模式、a s p ( a c t i v e s e r v e rp a g e ) 技术、w e b 与数据库交互技术、m a p x t r e m e 与浏览器信息交互技术、 j a v aa p p l e t 等相关技术进行分析和介绍，从而实现了基于w e b 技术的输电网地理 信息系统的功能。 5 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章基于w e b 技术的地理信息系统的理论研究 2 1 地理信息系统介绍 2 1 1 地理信息系统的概念 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 ) 是一项以计算机、地理 学、测量学、制图学为基础的新兴边缘性学科。通俗地讲，它是整个地球或部分区 域的资源、环境在计算机中的缩影。严格地讲，它是反映人们赖以生存的现实世界 ( 资源或环境) 的现势与变迁的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性，在计 算机软件和硬件的支持下，以一定的格式输入、存贮、检索、显示和综合分析应用 的技术系统。它是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它是以采集、贮存、管 理、处理分析和描述整个或部分地球表面( 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【2 1 。地理信息系统( g i s ) 作为支持空间定位信息数字化获 取，管理和应用的技术体系，随着计算机技术、空间技术和现代信息基础设施的飞 速发展，在全国经济信息化进程中的重要性与日俱增。特别是当今“数字地球”概 念的提出，使得人们对g i s 的重要性有了更深地了解。90 年以后，地理信息系统 在全球得到了迅速的发展，广泛应用于各个领域，产生了巨大的经济和社会效益。 2 1 2 地理信息系统研究的内容 1 信息的输入 地理数据如何有效地输入到g i s 中是一项琐碎、费时、代价昂贵的任务，大多 数的地理数据是从低质地图输入g 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；扫描输入则面临另一个问题，扫描得到的栅格数据如何变 换成g i s 数据库通常要求的点、线、面、拓扑关系属性等形式。就这一领域目前的 研究进展而言，全自动的智能地图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。 目前g i s 的输入正在越来越多地借助非地图形式，遥感就是其中的一种形式。 遥感数据已经成为g i s 的重要数据来源与地图数据不同的是，遥感数据输入到g i s 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件较为困难 的事情；因此，g i s 中开始大量融入图像处理技术，许多成熟的g i s 产品，如m a p i n f o 中都具有功能齐全的图像处理子系统。 地理数据采集的另一项主要进展是g p s ( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ) 技术。g p s 可以 准确、快速地定位在地球表面的任何地点，因而，除了作为原始地理信息的来源外， 6 华北电力大学工程硕士学位论文 g p s 在飞行器跟踪、紧急事件处理、环境和资源监测、管理等方面有着很大的潜力。 2 信息的存储 g i s 中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类，如何在计算机中有效存储和管 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 已达到g b 级，但计算机的存储器对灵活、高效地处理地图这类对象仍是不够的。 g i s 的数据存储却有其独特之处，大多数的g i s 系统中采用了分层技术，即根据地 图的某些特征，把它分成若干层，整张地图是所有层叠加的结果。在与用户的交换 过程中只处理涉及到的层，而不是整幅地图，困而能够对用户的要求做出快速反应。 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a u t o 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，即空间分析，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是 至关重要的。 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。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、线与多边形、多边形与多边形的叠加，缓冲区分析，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 信息的输出 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 是必不可少的。 这方面的技术主要包括：数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变换、出版 印刷等。 2 1 3 地理信息系统的应用 尽管现存的地理信息系统软件很多，但对于它的研究应用，归纳概括起来有二 种情况。一是利用g i s 系统来处理用户的数据；二是在g i s 的基础上，利用它的开 发函数库二次开发用户的专用地理信息系统软件。目前已成功地应用到了包括资源 管理、自动制图、设施管理、城市和区域的规划、人口和商业管理、交通运输、石 7 华北电力大学工程硕士学位论文 油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域，主要有以下几个方面【3 】： 1 g i s 在地理空间数据管理中的应用。 即以多种方式录入的地理数据，以有效的数据组织形式进行数据库管理、更新、 维护、进行快速查询检索，以多种方式输出决策所需的地理空间信息。目前流行的 数据库管理系统与g i s 中数据库管理系统相比在对地理空间数据的管理上，存在两 个明显的不足；一是缺乏空间实体定义能力；二是缺乏空间关系查寻能力，这使得 g i s 在对空间数据管理上的应用日趋活跃。 2 g i s 在综合分析评价与模拟预测中的应用。 g i s 不仅可以对地理空间数据进行编码、存储和提取，而且还是现实世界的模 型，可以将对现实世界的各个侧面的思维评价结果作用在现实世界之上，从而得到 综合分析评价结果；也可以将自然过程、决策和倾向的发展结果以命令、函数和分 析模拟程序作用在这些数据上，摸拟这些过程的发生发展，对未来的结果做出定量 的和趋势预测，从而预知自然过程的结果，对比不同决策方案的效果以及特殊倾向 可能产生的后果，做出最优决策，避免和预防不良后果的发生。 3 g i s 的空间查询和空间分析功能的应用。 为了便于管理和开发地理信息( 空间信息和属性信息) ，在建库时是分层处理的。 也就是说，根据数据的性质分类，性质相同或相近的归并一起，形成一个数据层。 这样g i s 对单副或多副圈件及其属性数据进行分析和指标量算。这种应用以原始图 为输入，而查询和分析结果则是以原始图经过空间操作后生成的新图件来表示，在 空间定位上仍与原始图一致。因此，也可将其称为空间函数变换。这种空间变换包 括叠置分析、缓冲区分析、空间查询、空间集合分析( 逻辑交运算、逻辑并运算、逻 辑差运算) 。 4 g i s 的输出功能在地图制图中的应用。 地理信息系统的发展是从地图制图开始的，因而g i s 的主要功能之一用于地图 制图，建立地图数据库。与传统的、周期长、更新慢的手工制图方式相比，利用g i s 建立起地图数据库，可以达到一次投入、多次产出的效果。它不仅可以为用户输出 全要素地形图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题，如行政区划图、土地利 用图、道路交通图等等。更重要的是由于g i s 是一种空间信息系统，它所制作的地 图也能够反映一种空间关系，可以制作多种立体图形，而制作立体图形的数据基础 就是数字高程模型。 5 g i s 与遥感图像处理系统相结合的应用。 遥感数据是地理信息系统重要的信息源。其实目前大多数g i s 系统已揉进图像 处理功能，并把它作为其一个子模块。 只 华北电力大学工程硕士学位论文 6 g i s 中属性数据的综合。 在现有的g i s 中，属性数据只是用于检索和查询或进行简单的统计，难以深入 的分析、发掘隐含在其中的模式和规律。在众多项的属性数据中，有时将几个属性 项的属性数值加以综合，构成一个具有某领域特定意义的新属性项的新属性值，这 种综合不是综合前属性数据值的简单反映，也不是它们的孤立集合，而是经过某领 域研究人员深思熟虑的综合分析，用数量表示某领域问题的综合概念和结果特征。 2 2w e bg is 技术及其实现 2 2 1 实现原理 实现地理信息在网上浏览的主要问题在于，目前浏览器本身不支持矢量图形， 而g i s 离不开图形，故要实现网络g i s 就需要提供一种方法，使浏览器能支持矢量 图形。目前各家软件开发公司提供了多种解决方案，但从大的方面来看，可以分为 两条技术路线：一是在客户机端来解决，二是在服务器端来解决。前者通过加入插 件或控件，在客户机端扩展浏览器的功能，使原本不支持图形的浏览器支持矢量图 形，并提供方法及属性来改变显示的状态；后者是在服务器端提供相关软件，实现 矢量图形向w e b 浏览器支持的图像格式的转换，然后传送到客户端显示，客户端的 一些请求则通过公共网关接口( c o m m o n g a t e w a y i n t e r f a c e c g i ) 或a s p 来提出。 2 2 2 实现方式 1 公共网关接口( c g i ) 方式。 由于浏览器本身不支持矢量图形，而在h t m l 中可以显示图像，如将矢量图形 变成栅格图像就可以在浏览器中显示。但这种图像是静态的，用户不能对图像进行 放大、缩小、漫游等操作。c g i 提供了在浏览器和服务器之间，以及服务器和服务 器上其他软件之间的一个接口。通过c g i ，客户可以发送一个请求到服务器上，服 务器再把这个请求转移到后台的应用程序上。这个特定的应用软件按照给定的要求 产生结果并交给服务器，服务器再把这一结果送给远程客户，在浏览器中显示出来。 c g i 模式原理如图2 坐遮僵 + o * 一i _ 郴劁飘僻厍 ! l地困服务器ll ! = 竺竺竺竺! 客户端；i 气f l 逐 客户端 j 服募器端l 1 ；，蓁囊鞭蠹蚓 9 华北电力大学工程硕士学位论文 c g i 模式的优点是：灵活性较强，可以用任何一种能运行在服务器上的语言如 v b 、c + + 、p e r l 等编写。客户端无需安装任何插件，基本上没有任何负担，所有操 作和分析都是由服务器来完成充分利用服务器的资源。缺点是：是服务器每次请求 都要重新启动g i s 应用程序，降低了系统响应速度。程序设计复杂，对访问用户多 的网站，将会大大加重服务器的负担，效率迅速下降。 2 利用a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 技术实现的w e bg i s 方式。 c g i 网关的最大的特点是他的平台无关性，但网关程序通常较难编写和改变， 网关程序通常是一个独立的程序，并不和h t m l 文件融合在一起，而a s p 应用改 变了这一点。利用a s p ，将可以执行的脚本嵌入到h t m l 文件中，使得h t m l 文 件的编写和脚本的开发融合在一起。a s p 技术与c g i 网关相比有以下优点： 完全与h t m l 文件融合在一起。容易创建，不需要其他编译，连接程序。 面向对象并通过a c t i v e xs e r v e r 对象可扩展。 3 基于插件( p l u g - i n ) 方式。 插件方式是在浏览器端安装相应的插件来显示从服务器端传送的矢量或栅格 形式的g i s 图形信息的方法。由于这种方式把一部分服务器上的功能移到客户端上， 这样不仅大大加快了客户操作的反应速度，而且也减少了交互网上的流量和服务器 的负载。优点是传送到客户端的结果为矢量数据，充分利用了客户端的计算机能力， 可在客户端实现缩放、漫游等操作，运行效率高。缺点是在客户端要先安装相应的 插件或控件，与平台和操作系统相关。 4 j a v a 方式。 j a v a 是一种专为i n t e r n e t 设计的面向对象的计算机编程语言，它的最大特点是“一 次编写，到处运行”，即与操作系统无关。用j a v a 编写的小应用程序a p p l e t 可以在 支持j a v a 的浏览器上运行。在通常情况下，用j a v a 编写的w e b g i s 程序内嵌在h t m l 中，用 标签来启动，完成图形的显示、放大、缩小和漫游等操作。基于j a v a a p p l e t 模式的w e bg i s 的原理幸口图2 - - 2 所示：1 3 】 图2 - - 2 基于j a v aa p p l e t 模式的w e bg i s 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 3 1 软件开发环境 第三章系统体系结构 在基于w e b 的输电网地理信息系统( 以下简称系统) 中，本文将采用目前先进的 b s 技术，和m a p i n f o 公司的m a p x t r e m e 平台进行软件的开发和设计，系统运行在 w i n d o w s n t 操作系统上，数据库采用o r a c l e 公司的o r a c l es p a t i a l ，满足当前数 据管理需求，并为将来的城市电网广域网络管理做好软件系统准备。 3 2 软件平台介绍 3 。2 。1m a p i n f o 公司及其g i s 软件介绍 m a p l n f o 是全球信息可视化技术的领导者。1 4 】总部设在美国纽约州特罗依市， 其产品和服务遍布全球5 8 个国家和地区，并已经被翻译成2 0 种语言全球有超过3 0 万个分布在各行各业的用户在使用m a p l n f o 产品和技术。m a p l n f o 在全球拥有超过 1 0 0 0 个的应用软件开发合作伙伴，他们可以为企业和政府部门提供各种应用解决方 案。同时m a p l n f o 拥有广泛的业界支持，m i c r o s o f t 、o r a c l e 、i n f o r m i x 、i b m 、 s u n 、h p 等都选择m a p l n f o 作为长期合作伙伴。 m a p i n f o 公司的主要g i s 产品有m a p l n f op r o f e s s i o n a l 、m a p x 和m a p x t r e m e 。 其中m a p x t r e m e 是m a p i n f o 公司推出的i n t e r n e t i n t r a n e t 上的地图应用服务器，它采 用标准的t c p i p 协议，通过m a p x t r e m e ，用户可以在i n t e r n e t i n t r a n e tw w w 上发 布基于电子地图的应用系统。所有的最终用户只需在自己的机器上安装浏览器( 如 m i c r o s o f ti n t e r n e te x p l o r e r 或n e t s c a p e ) 即可访问存放在服务器端的空间数据，用户 可以很方便地对地图进行放大、缩小、漫游、查询、统计等操作。此外，m a p x t r e m e 还提供了许多强大的地图化功能满足用户的不同层次的需要，包括：专题图、缓冲 区分析、对象( 地图) 编辑、绘制图层、查找、图层控制、空间选择、访问各种数 据源等。 m a p x t r e m e 采用瘦客户机技术，客户端无需安装任何插件，并且价格适中，功 能完全可以满足市级电网地理信息系统的要求。 m a p x t r e m e 系统主要由三个层次组成1 6 1 。顶层是i n t e r n e t 技术，在这一层采用 了成熟的t c p i p 、w e b 等技术和c g i 、h t m l 等标准，保证其标准性、开放性和先 进性。底层是图形平台m a p i n f 0p r o f e s s i o n a l 和基于a x t i v e x ( o c x ) 的m a p x 控件技 术。m a p x 是一个图形功能丰富的o c x 控件，提供了基于c o m 技术的对象链接与 嵌入( o c x ) 组件。位于两者之间的m a p x t r e m e ，作为服务器的新一代地图应用服 1 1 华北电力大学工程硕士学位论文 务运行模式，采用了内置开发工具、进度调节器、分布应用模式等多种新技术。 3 2 2o r a c i e 公司及o r a c les p a t i a i o r a c l e 公司是全球最大的信息管理软件及服务供应商，同时也是世界最大的 应用软件供应商。其主要产品o r a c l e 是以高级结构化查询语言( s q l ) 为基础的大型 关系数据库，是目前最流行的客户服务器( c u e n r ，s e r v e r ) 体系结构的数据库之 o r a c l es p a t i a l 是o r a c l e 公司为了支持g i s 应用而推出的数据库平台，利用o r a c l e s p a t i a l 用户可以将地图数据直接存储到o r a c l e 数据库服务器中，在客户端通过 m a p i n f op r o f e s s i o n a l 或m a p x ，利用o r a c l es p a t i a l 提供的空间算子结合s q l 语句， 对m a p l n f o 地图进行编辑、查询和其他复杂空间分析。 3 3 系统结构分析 地图数据录入发布端：采用m a p i n f o 桌面地理信息系统及o r a c l e8 i 9 i 数据库。 功能：用于专业用户录入、修改及发布地理信息数据。 i n t r a n e t i n t e r n e t 浏览器端：采用m a p x t r e m ef o rn t j a 、，a 作为地理信息服务器， 采用a s p 、j a v a 及o r a c l e9 i 进行开发，形成完整的b s 体系。系统的结构如图3 1 所示： 、 - - _ _ _ - - 一一一 _ 樊蠢鬻麓鏊湖 图3 1 系统结构体系 该系统的主要功能包括两部分：专业用户根据其权限不同，可以在澍览器端直 接增加少量地图数据或进行修改和删除，并进行相关的专业分析。所有用户按照权 1 2 圄臻 辫氇 羹 华北电力大学工程硕士学位论文 限可以在浏览器端查询城市与地区电网的相关信息。 1 3 华北电力犬学工程硕士学位论文 第四章系统的解决方案 输电线路是位于地理空间巾的人工构筑物，线路距离长，线路走廊地理条件错 综复杂，既有平地、丘陵、山区、也有森林以及公路、铁路、江河湖泊等，并常与 众多电力线路、通信线路纵横交叉跨越。城市及周边电网管理的对象，如变电站、 线路、杆塔、变压器等，在地理上的分布具有典型的点、线、面的地理分布特征。 输电管理中的实际行为，如线路改造、设备巡视、查找故障点、用户供电路径确定 以及特殊区域确定等，都依赖长度、范围、街道建筑分布等地理因素。因此，输电 线路及其杆塔位置不仅与地理空间条件密切相关，而且线路的工程施工图及结构图 数量庞大，数据类型多而复杂，同时随着电压等级的逐渐提高和电网容量的不断增 大，国计民生都要求输电线路具有较高的运行可靠性和迅速的故障恢复能力。地图 f 一标注的地物和地理坐标紧密联系在一起，如变电站、用户及杆塔等电力设备的位 置，属空间定位数据；雨电力设备运行情况等数据和地理坐标无直接联系，属非空 间定位数据。因此，输电网地理信息系统的构建原理是：利用数据库技术把在输电 网中电力设备的空间定位数据与属性数据一一对应联系起来，综合分析与检索空间 定位数据，构建具有拓扑结构和分析功能的空间数据库系统，时间生产信息与反映 地理的图形信息结合的信息管理系统。 采用m a p l n f o 公司的m a p x t r e m e 及o r a c l e 公司的o r a c l e s i 数据库产品可以解 决海量地图数据的存储、分析、绘图以及浏览器上的地图发布等应用，特别是针对 大型电网