基于ＳｍａｌＩＷｏｒＩｄ平臺的配網(wǎng)ＧＩＳ的建設(shè)

摘要：基于SmallWorld在金華電業(yè)局配網(wǎng)GIS項目上的具體實踐，論述了如何更好地發(fā)揮SmanWorld平臺在配網(wǎng)管理上的一些應用優(yōu)勢。以及所需注意的幾個問題。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)；GIS；SmallWorld；拓撲；數(shù)據(jù)庫

0 引言

浙江省電力公司把SmallWorld作為全省GIS的統(tǒng)一平臺，省公司下屬的各個供電局必須在SmallWorld的平臺上進行GIS的開發(fā)應用。金華電業(yè)局配網(wǎng)GIS項目于2001年9月啟動，2002年的lO月通過省公司的驗收，2003年初在基層供電所范圍進行全面推廣。本文談談如何建設(shè)好基于SmallWorld平臺的配網(wǎng)GIS，使系統(tǒng)能夠真正發(fā)揮在管線類行業(yè)中的應用優(yōu)勢，以及GIS技術(shù)在配網(wǎng)管理上的—些經(jīng)驗。

1 GlS技術(shù)簡介

地理信息系統(tǒng)(GIS)主要致力于地理空間信息的描述、存儲、分析和輸出的理論和方法的研究，它以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用空間模型分析方法，適時提供多種空間的和動態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務。

2 配網(wǎng)GIS建設(shè)的必要性

2.1 現(xiàn)有的管理模式無法適應配網(wǎng)的發(fā)展

在現(xiàn)有的管理模式下，設(shè)備的合帳信息在Excel中，配網(wǎng)的lOKv饋線一次圖在AutoACD中，整個配網(wǎng)的管理基本上還處于手工階段，數(shù)據(jù)更新困難、資料易損毀丟失、日常查詢不直觀、無法提供改造配電網(wǎng)的決策依據(jù)。配電網(wǎng)現(xiàn)有管理模式已遠遠不能滿足對配網(wǎng)進行直觀、全局、實時、綜合管理的要求，而以G／S為平臺的“配電網(wǎng)GIS\"將是配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的主流方向。

2.2 傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫不能滿足配網(wǎng)管理的要求

在配網(wǎng)中，設(shè)備量多面廣，且與地理位置關(guān)系密切，大量的地下電纜和架空線路，縱橫交錯，通過配電房、開閉所和桿上設(shè)備等連接起來，構(gòu)成了十分復雜的配電網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，管理的只是屬性信息，空間信息(圖形信息)無法管理，很多基于圖形信息的功能，如設(shè)備的地理定位，供電范圍等無法實現(xiàn)。配電GIS可以有效地解決上述問題。

3 SmallWorId在電力應用中優(yōu)勢

GE Smallworld是當代新型的GIS軟件，它以電力、電信等管網(wǎng)系統(tǒng)空間信息應用需求為背景，以面向?qū)ο?0bjeect-Oriented)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用了開放式的體系結(jié)構(gòu)、分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和組件對象模型等計算機技術(shù)。它獨特的版本管理、長事務處理和計算機網(wǎng)絡(luò)遠程持續(xù)駐留的技術(shù)，可允許眾多用戶通過局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)從不同的地域同時操作服務器的同一數(shù)據(jù)，因此，它廣泛適用于目前中國電力管理系統(tǒng)中的省局與地區(qū)局、地區(qū)局與縣市局之間以及每個局內(nèi)電網(wǎng)信息管理上的分工和協(xié)作。

4 在GIS的建設(shè)過程中應注意的幾個問題

4.1 配網(wǎng)拓撲關(guān)系的構(gòu)造

在配網(wǎng)管理系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系是配網(wǎng)管理進行潮流計算、負荷預測、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、線損理論計算、停電分析等高級應用的基礎(chǔ)。在GIS中，拓撲關(guān)系用來描述空間目標間的空間關(guān)系，而實際空間地物一般被抽象為點、線、面，因此，G1S研究的3種重要拓撲概念為：①連接性。孤段在結(jié)點處的互相連接關(guān)系。②多邊形區(qū)域定義。多邊形與弧段的拓撲關(guān)系定義了多邊形的空間特征拓撲關(guān)系；③鄰接性。通過定義弧段的左右邊及其方向性來判斷左右多邊形的鄰接性。但是電力系統(tǒng)有其特殊性，它不但有電力設(shè)備設(shè)施的地理空間分布關(guān)系，同時還有描述電網(wǎng)邏輯結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系。因此，如何將以GIS方式描述的拓撲關(guān)系轉(zhuǎn)換為電力系統(tǒng)能夠處理的拓撲關(guān)系。就成為配網(wǎng)GIS成功實施的關(guān)鍵因素。

一般來說，配網(wǎng)中參與電網(wǎng)拓撲的設(shè)備主要有：電源點，導線、負荷、電纜(電纜頭)、開關(guān)(包括隔離閘刀、跌落熔斷器等)、母線、變壓器、聯(lián)接線等。其中導線、電纜、母線、聯(lián)接線等作為線狀設(shè)備，并且導線、電纜還要考慮阻抗信息。母線、聯(lián)接線則為零阻抗設(shè)備；負荷、電源點等可以用點狀設(shè)備表示；開關(guān)(包括隔離閘刀等)則屬于雙端元件，因為開關(guān)在斷開的情況下，有帶電側(cè)和非帶電側(cè)的區(qū)別，例如，圖1所示兩把隔離閘刀分別控制各自的變壓器的情況就是如此。 低壓GIS中變壓器是一種特殊的雙端元件，因為有高壓側(cè)和低壓側(cè)之分。其他的設(shè)備如電桿、配電房、開閉所等本身不是帶電設(shè)備，不參與網(wǎng)絡(luò)拓撲。其中電桿可以作為點狀設(shè)備處理，開閉所、配電房等可以作為面狀設(shè)備處理。

4.2 數(shù)據(jù)庫的選擇

在系統(tǒng)建設(shè)中，常把設(shè)備的屬性數(shù)據(jù)存放在Oracle數(shù)據(jù)庫中，而空間位置信息(圖形信息)放在SmallWorld數(shù)據(jù)庫中，這樣的好處是，系統(tǒng)建設(shè)容易，數(shù)據(jù)批處理錄入效率以及運行處理效率相對較高，圖形處理不涉及其合帳屬性，相對來說其處理效率也較高。這種方式的最大弊病是容易造成數(shù)據(jù)不一致。由于數(shù)據(jù)的維護有兩個入口，因此對同一個設(shè)備的不同操作會導致利用圖形不能查詢屬性或者不能通過屬性定位圖形的情況。實際使用中會碰到的問題是，當在地理圖中刪除某一個設(shè)備時，刪除的僅僅是設(shè)備的空間位置信息，設(shè)備的屬性信息還在Oracle數(shù)據(jù)庫中，要在庫中再做一次刪除操作，才能真正刪除該設(shè)備。

SmaUWorld針對空間矢量數(shù)據(jù)的特點，提供了一種數(shù)據(jù)存取、檢索機制，同時通過一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供給網(wǎng)絡(luò)用戶使用，以滿足多用戶并發(fā)訪問數(shù)據(jù)庫的需求。并且SmallWorld系統(tǒng)不是將普通數(shù)據(jù)和特殊數(shù)據(jù)(如空間數(shù)據(jù)等)分開存儲，而是將所有數(shù)據(jù)(包括字符數(shù)字屬性、柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù))連續(xù)地存儲在數(shù)據(jù)庫中，所有用戶的應用程序可以無縫并發(fā)地訪問所有的數(shù)據(jù)。這有利于基于復雜數(shù)據(jù)的各種應用和管理。

同時SmallWorld還提供了版本控制和協(xié)同工作機制，并且支持長事務處理，可以很好地滿足配網(wǎng)GIS用戶在多用戶并發(fā)編輯、協(xié)同工作和長事務處理上的要求。

SmallWorld的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖3所示。

由圖3可以看出，設(shè)備的所有數(shù)據(jù)(包括屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù))都存儲SmallWorld數(shù)據(jù)庫中，用戶直接面對SmallWorld數(shù)據(jù)庫，可以方便地實現(xiàn)多版本管理、多用戶的并發(fā)編輯。每個用戶在自己的版本里，可以實現(xiàn)長事務處理，直到一項工作(如設(shè)計一條分支饋線)完成并提交，其他用戶才能看到他所作的改動。用戶也可在ORACLE商用數(shù)據(jù)庫中管理另一份較為完整的數(shù)據(jù)(屬性數(shù)據(jù))，該數(shù)據(jù)可以供其它系統(tǒng)利用。可以定期進行同步，保證兩庫中數(shù)據(jù)的一致性。

4.3 不能太依賴電子地圖

目前我國許多中小城市中，還沒有精確程度很高的電子地圖，就是有，也普遍存在更新滯后的問題。而電力部門也不可能單為配網(wǎng)GIS去測繪地形圖。因此在系統(tǒng)建設(shè)時應有一個原則：不能太依賴電子地圖。否則的話，配網(wǎng)OIS的實用化將會受到地圖的嚴重制約，增加了數(shù)據(jù)準確錄入的難度。因此，我們可以借助先進的GPS技術(shù)，直接在現(xiàn)場采集電力設(shè)備的坐標和合帳數(shù)據(jù)，這樣可以有效地保證我們配網(wǎng)數(shù)據(jù)的時效性和準確性。但是在GPS的選擇上，有幾點要特別注意：①不要選擇GPS手持機。雖然該機價格便宜(2000~3000元)，但是誤差在15米左右，還是天氣比較好的情況，實際使用的誤差更高，無法滿足配網(wǎng)管理的要求。②GPS要采用差分定位(投資比較大)，誤差可以控制在lm左右，完全可以滿足配網(wǎng)管理上的需求，這樣，檔距、線路長度的參數(shù)都可以由系統(tǒng)自動產(chǎn)生，為以后的高級應用如潮流計算等可以打下堅實的基礎(chǔ)。③GPs的坐標系和所使用的電子地圖坐標系之間的轉(zhuǎn)換要易于實現(xiàn)，以免造成不必要的麻煩。

4.4 不能太注重設(shè)備的編碼

在金華局的項目實踐中，設(shè)定了系統(tǒng)設(shè)備的惟一編碼，并且以電桿號為主，編碼規(guī)則如圖4所示。

跌落熔斷器的編碼為LKl91007，變壓器的編碼為PBl91007，也就是說，桿下的設(shè)備都與桿號發(fā)生關(guān)系；并且支線下的設(shè)備編碼也跟著主線，如支線的電桿編碼：191008，01等；如果主線路改造，桿號發(fā)生變化，主線下支線的設(shè)備編碼也要跟著發(fā)生變化，實際支線可能根本就沒有改造，在GIS資料更新的時候也要進行編碼的更改，這樣的工作量將非常的大，且并不符合實際工作。為了解決上述問題，設(shè)備的編碼要掌握以下兩個原則，①設(shè)備的編碼不惟一；②為了區(qū)分設(shè)備，采用雙重命名的方法，如支線的第一號電桿的編碼為1，依次類推，另一重命名為××支線1號桿，與實際電桿的掛牌相一致。

4.5 必須將GIS納入生產(chǎn)流程

在實際情況中，由于配電網(wǎng)發(fā)展和變化很快，要保證配電GIS資料準確性、時效性和實用性，就必須將GIS納入到日常的生產(chǎn)流程中去。各個部門如調(diào)度、設(shè)計、施工單位的工程技術(shù)人員可以依靠便捷的網(wǎng)絡(luò)進行查詢和流轉(zhuǎn)，真正實現(xiàn)圖紙資料在機內(nèi)的閉環(huán)管理。資料管理員不再直接維護CAD的圖庫，而是通過維護GIS庫并通過系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換，將GIS圖形轉(zhuǎn)換成CAD的DXF格式，使得基于GIS的線路圖通過計算機網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)過程中流轉(zhuǎn)，實際應用于設(shè)計、施工、調(diào)度等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，有效地在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。并且要制定相應的管理辦法，并納入經(jīng)濟責任制考核，從流程和制度上來控制、保證GIS數(shù)據(jù)的準確性和時效性。

配電資料管理流程圖如圖5所示。

4.6 一次單線圖的自動生成

所有的GIS的工作先在地理圖中完成，然后自動生成一次接線圖。生成的一次接線圖也具備二次修改的功能，這樣的做法帶來的好處是減少維護的工作量。設(shè)備移動后，地理圖上的變化也要反映到一次圖中。自動生成一次圖時，生成增量部分，不會將二次修改的一次接線圖覆蓋，如圖6所示。

5 結(jié)束語

配網(wǎng)GIS建成投運，有利于提高配電管理水平，加速電力企業(yè)的設(shè)備管理向信息化方向發(fā)展。利用GIS技術(shù)管理電網(wǎng)，可逐步實現(xiàn)電網(wǎng)在線或離線的實時跟蹤、設(shè)備運行狀態(tài)模擬、掛牌檢修、故障自動追蹤、用戶報警和業(yè)擴報裝等。將G1s技術(shù)和現(xiàn)有的管理模型有機地結(jié)合，有效地提高了企業(yè)的管理效率和生產(chǎn)效率，節(jié)約了資金，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。