配電網規劃ＧＩＳ數據模型研究

沈科炬　孫國海　邵棟棟

摘要：介紹了配電網規劃中GIS數據模型的建立及其在GIS數據庫中的應用。通過對配電網絡特征的分析，指出配電網具有地理分布特性、配電設備數量眾多且比較分散等特點，提出了采用矢量模型的配電網規劃GIS數據模型。將處理對象分層次、分步驟來劃分信息圖層空間，設計了配電網規劃GIS的空間數據庫和屬性數據庫，提出采用標識符來連接分別存儲的空間數據和屬性數據，并舉例說明了具體實現方法。

關鍵詞：GIS；數據模型；配電網

中圖分類號：TP336

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)13-0268-02

1配電網規劃GIS數據模型

在地理信息系統中，有關空間目標實體的描述數據可以分為空間特征數據和屬性特征數據，二者統稱為地理數據。空間特征數據和屬性特征數據通過內部索引相連，是地理信息系統區別于其他繪圖軟件的關鍵之處。

1.1配電網分布的地理要素分析

1.1.1配電網的組成

配電網是利用適當的電壓等級將電能輸送給最終用戶，擔負著電力生產終端用戶的管理調度和運行服務等職能，是電力系統的重要組成部分。配電網管理的對象包括變電站、開閉所、線路(包括電纜)、桿塔、變壓器、配電箱、開關、刀閘等設備，以及連接在變壓器上的各類用戶單位。其示意圖如圖1所示。

1.1.2配電網的地理分布特性

配電網信息具備地理信息的三大特征：

(1)配電網信息的區域性：在配電網中，變電站和用戶是網中的結點，可以用點來表示，配電線路是供電路徑，可以用線來表示，由不同的點和線構成了配電網的分布區域。配電網的分布呈拓延結構，表征了配電網信息的區域性。

(z)配電網信息的多層次性：配電網具有不同的電壓等級，如35kV，10kV，6kV，380V／220V等，網中連接有不同的節點，如變電站、變壓器等。裝配不同的電力設備，蘊含不同的設備參數，覆蓋不同的用戶區域，從而反映出配電網信息的多層次性。

(3)配電網信息的動態變化性：按照配電網規劃的要求，每隔兩三年應檢查修訂規劃一次，并且配電網運行需隨時維護，適時改造，甚至并網聯合，擴容更新，從而表現出配電網信息的動態變化性。

1.2配電網規劃GIS數據模型

配電網直接聯系著用戶，其信息可以分為兩大類：一類是圍繞配電網設備和用戶的各種信息，另一類是與地理位置相關的空間信息。這兩類信息互相聯系并且是有層次的。對配電網信息的分析，可以看出配電網直接聯系著用戶，配電網的線路、設備都與所在的地理環境密切相關。這種配電設施的地理分布特性，使得必須結合GIS數據模型來建立配電網規劃GIS數據模型，從而實現配電網規劃決策支持系統。

配電網規劃GIS數據類型，如圖2所示。圖中的各類空間數據，應該在相對高斯平面坐標系下(這取決于實際系統應用的范圍，一般以所在城市的高斯平面為基準)進行空間疊加，各類屬性數據利用GIS的拓撲連接關系與空間數據相聯系。

配電網規劃GIS數據模型，包括空間數據和屬性數據兩大部分，如圖3所示。配電網的空間數據采用矢量數據模型。采用這種數據模型來表達空間數據比柵格模型占用的存儲空間要少，而且，這種模型非常適宜于表達地圖上的圖形目標，點和一些小的多邊形都能夠清楚地表達。屬性數據采用關系數據模型，可以利用現有成熟的關系數據庫技術進行管理和維護。空間數據和屬性數據通過標識符實現關聯。

2配電網規劃GIS數據模型建立數據庫

GIS數據庫是一種專門設計的具有空間數據模型的數據庫，其空間數據模型由點、弧和多邊形以及數據文件構成。配電設施也可以由這些符號形式地表示。空間數據模型以這些符號來表達拓撲信息：變電站由哪些線路向哪些負荷點供電等。配電網規劃GIS數據庫存儲著配電系統的地理數據，與電力系統一般數據庫的不同之處在于它需要在數據庫中記錄地理信息，而且有兩種類型的地理信息：電力設施的詳細位置信息和設施之間的空間關系信息。

建立配電網規劃GIS數據庫主要包括有幾個過程：數據獲取，數據組織，圖形數據錄入數據庫，利用GIS軟件進行數字化作業程序，屬性數據錄入數據庫，編輯修改、存入計算機。配電網規劃GIS數據庫建庫流程如圖4所示。

2.1配電網規劃GIS數據庫的數據組織

GIS數據庫的設計包括空間數據庫的設計和屬性數據庫的設計兩部分。實現圖形數據庫設計的關鍵問題是分解地理要素。一幅地圖就是根據總體設計而選取若干地理要素層的疊置結果。配電網規劃的圖形數據通過以1:500和1:2000的城市土地利用地圖作為底圖，在其上疊加電網圖而獲得。

2.2散屬性數據庫設計

以本文配電網圖層中架空線路屬性表為例來說明配電網規劃GIS各表的數據格式、結構，線路屬性表的基本內容如表1所示。

由表1可以看出，根據變電站編碼可以連接變電站屬性表，將線路與變電站屬性表連接起來；根據線路兩端的起點桿號和終點桿號，記錄了線路與桿塔之間的拓撲關系，可以進行連通性分析。根據前述有關配電網圖層信息空間的劃分和數據編碼的制定，配電網數據庫涉及到的屬性表主要包括：建筑物信息表，桿塔屬性表，架空線線路屬性表，電纜線路屬性表，配電變壓器屬性表，線路開關器屬性表，變電站屬性表，進戶點信息表，避雷器屬性表，電熔器屬性表，斷路器屬性表，電流互感器屬性表，電壓互感器屬性表，線路接地裝置屬性表，用戶屬性表，配電設備統計屬性表等。各表之間通過相關的標識符連接。

2.3空間數據與屬性數據的連接

本文建立的配電網規劃GIS數據庫采用圖形數據與屬性數據自成體系方式連接，通過標識符建立起圖形與屬性的連接關系，便于實現從圖形到屬性以及從屬性到圖形的雙向參照。圖形數據用地理信息系統商業軟件提供的空間數據庫管理，屬性數據用商業用數據庫管理信息系統管理，通過標識符建立起圖形與屬性的連接關系，實現兩者的統一操作。

3結語

通過對配電網絡特征的分析，指出配電網具有地理分布特性、配電設備數量眾多且比較分散等特點，提出了采用矢量模型的配電網規劃GIS數據模型。

通過將處理對象分層次、分步驟來劃分信息圖層空間，設計了配電網規劃GIS的空間數據庫和屬性數據庫，提出采用標識符來連接分別存儲的空間數據和屬性數據。并舉例說明了具體實現方法。