基于GoogleEarth的輸電線路GIS系統研究

龔堅剛

（浙江省電力公司，杭州 310007）

在電力企業中，傳統的GIS存在很多局限性，如地理數據需要購買且更新慢，因地圖保密性限制而只能用于專網，界面欠友好，執行速度偏慢，操作比較復雜，不能廣泛實現聯網使用等。而GoogleEarth是已熟知并以3D方式查看衛星圖像的軟件，應用于點多面廣的電網，可減少圖紙購買與拼接的麻煩，能滿足線路絕大部分的GIS應用需求。

1 GoogleEarth的優勢

與傳統的GIS平臺相比，GoogleEarth有以下優勢：

（1）提供免費的衛星或航拍地圖，與傳統GIS所使用的地理數據相比，更貼近現實，更加直觀，并能很好地體現高程數據，能比較準確地反映實際地形情況。

（2）在顯示遙感圖片的同時可以顯示矢量數據，包括點、線、面等幾何圖形。

（3）具有柵格圖像疊加功能，允許用戶將柵格圖像疊加到GoogleEarth上，并且可以調整圖片的透明度。此功能可以方便用戶深入觀察與分析污穢圖、用電分布圖、雷擊密度分布圖、缺陷分布圖、故障點分布圖等。

（4）提供三維地圖模型工具，可以自定義三維模型，并在地圖上疊加顯示，比傳統GIS更容易進行三維應用的開發，比如：線路巡視模擬、線路弧垂分析、同桿架設仿真等。

（5）具有良好的性能。GoogleEarth自有的影像圖形數據可以通過文件分發部署到客戶機上，既解決了離線使用的問題，又能保證圖形即時裝載。疊加的柵格圖形數據預先按照不同比例尺分層分塊生成圖片，當用戶請求數據時，服務器會根據用戶請求的范圍及比例尺，在預先生成的圖片中選擇合適的圖片拼接成需要的圖形返回給用戶，該模式可以極大降低服務器和網絡帶寬的負擔，大大提高圖形裝載效率。瀏覽器端采用Silverlight作為Web程序載體，與傳統Web程序（HTML、ASP.net、JSP、AJAX 等）相比提高了程序運行效率，體現了更豐富的界面效果。

圖1 GoogleEarth與其他系統的聯系

（6）空間數據庫及其他GIS系統能與Google-Earth完美結合。使用現有GIS系統的圖形以及業務數據，可以通過各種接口獲取系統中的圖形數據及業務數據形成KML文檔，并在GoogleEarth中按照用戶要求（顯示方式、顯示樣式等）最終呈現，給予用戶良好的使用體驗。如果沒有其他GIS系統的圖形以及業務數據可用，系統通過空間數據庫Oracle存放數據，并提供維護工具用于管理，系統直接從數據庫中獲取數據形成KML文檔，并在GoogleEarth中按照用戶要求（顯示方式、顯示樣式等）最終呈現。圖1為GoogleEarth與其他系統建立聯系的示意圖。

圖2 基于GoogleEarth的輸電設施標準空間模型

2 GoogleEarth在電網中的應用

基于GoogleEarth的輸電線路GIS系統主要需研究以下幾方面的內容。

2.1 基于輸電業務的輸電設施標準空間模型研究

定義規范的輸電設施圖形、資料和連接格式，建立全省統一、面向對象的輸電線路設備模型，供標準化接口調用，模型關系如圖2所示。

輸電設施主要包括：電站、桿塔、避雷線、導線、電纜、耐張段、線路、桿上設施、線上設施等，桿上設施包括基礎、接地裝置、拉線等，線上設施包括壓接管等，防震捶、重錘、連接管、瓷瓶、金具等既屬于桿上設施又屬于線上設施的，歸類于桿上設施，并給予相應的所屬線路屬性。設備的資料模型遵循SAP數據規范。

線路設備的顯示模型采用Oracle空間數據庫定義，以實現OpenGIS聯盟基本特性，支持標準OGC地理標記語言（GML）以及開放式位置服務接口。同一種設施在不同的專題圖（地理圖、線路條形圖等）中可以有不同的顯示狀態，具體標準應遵循浙江省電力公司研究編制的《輸電網電子地圖技術規范》。

連接模型解決的是設施之間的圖形拓撲關系，當設施之間圖形連接關系不存在或不明顯時，其相互關系用編碼系統來解決，編碼系統同時應用于資料模型中。連接模型由Oracle空間數據庫管理，便于數據的同步更新和管理。

2.2 輸電設施圖形編輯工具開發

采用交互靈活的可視化手段，開發輸電線路模型維護工具，能夠方便實現線路的并線、拆除等復雜操作，實現根據線路桿塔明細表進行線路自動生成的功能，自動判斷并提示同桿架設情況。除實現基本的增、刪、改功能外，還必須實現交互線路的拆桿、并線、開口等復雜操作。

2.3 GoogleEarth圖形展現

（1）選擇合適的開發組件。對于二次開發，既可以選擇生成KML文件并裝載的方式，也可以使用接口創建KML對象。通常兩者同時使用的情況較多，大批量數據時可采用生成KML文件裝載，通過KML文件或API接口則可以實現少量數據的延時加載以及動態加載。GoogleEarth Plugin提供了全套創建KML對象的接口，方便二次開發。

（2）輸電網具象與抽象展示研究，見圖3。圖形縮放、三維與平面轉化、輸電線路密度、鐵塔密度等都涉及具象與抽象展示問題。抽象要做到與輸電線路經典表達相似；具象做到與線路真實相似。雷電、閃絡、污區、負荷分布的表達應形象、生動。

圖3 輸電網具象與抽象展示

（3）離線訪問。由于電網信息保密的需要，要求GoogleEarth能在內網運行。為解決該問題，可通過地圖緩存拷貝、修改注冊表等方法實現離線訪問。

（4）三維建筑以及三維物體的開發。使用第三方工具事先制作好三維電力設施模型，通過KML方式或者API接口創建三維對象并展示。

（5）在圖元設計上附加更多信息。平面展示符合《輸電網電子地圖技術規范》；立體展示抽象時簡潔明了，具象時豐富多彩。

3 GoogleEarth輸電應用研究案例

3.1 整體架構研究

系統采用兩層架構，如圖4所示。地區局的維護數據送入省公司Oracle數據庫；GoogleEarth KML服務器監測Oracle數據庫中輸電設施的更新情況，同步生成最新的KML格式數據，供WEB服務器調用。WEB服務器將KML格式數據以加密的方式（KMZ）供Web瀏覽用戶使用，增強數據保密性。這種兩層架構鏈接關系可構建全國電網的GIS。

圖4 電網GoogleEarth展示的兩層架構圖

整個系統采用B/S結構，客戶端采用IE+Silverlight+GoogleEarth plugin，服務器端使用WebServices訪問數據庫，數據庫采用Oracle92（可以升級到更高版本）。網絡結構如圖5所示。

圖5 電網GoogleEarth展示的網絡結構

3.2 GoogleEarth的主要功能

（1）輸電設施圖形編輯工具功能。包括線路開口、插桿、刪桿、拆分耐張段、合并耐張段、桿號重排。

（2）豐富的圖形展現功能。不僅能夠展示電網設施所在地的三維地形地貌，而且可以展示電力設施的三維模型、輸電線路的設計弧垂，甚至是實際弧垂 （需接入SCADA信息）。所有展示內容都可以方便地從任意角度“全景”查看。系統可以看到該地區局的線路總體概貌，點擊圖層菜單上的線路名稱，自動飛行定位到該線路，當用戶改變視角范圍和縮放比例時，系統會動態調整桿塔的顯示模式。

（3）線路臺帳信息展現功能。能夠根據用戶在客戶端工具中的視野展示最相關的線路和桿塔信息，并且可以展示線路和桿塔的臺帳信息及其狀態信息，如當前缺陷、SCADA信息等。

（4）數據可視化展示功能?？梢灾苯诱故竞偷乩砦恢孟嚓P的數據，如污區分布圖、用電量分布圖等。

（5）線路飛行功能。可以沿線飛行，查看沿線地理狀況和設備分布。

（6）雷電回放及分析功能。接入雷電系統歷史數據，動畫播放落雷情況；模擬實際落雷，若鏈接架空輸電線路防雷評估系統，則可對已建或設計線路進行自動防雷評估，采取科學對策。

（7）實時巡視功能。接入線路巡檢系統，實時查看巡檢人員位置以便調度，并可查詢和回播歷史軌跡。

（8）其他功能，如鏈接變電所、發電廠查詢等相關信息。

4 結論

通過基于GoogleEarth的輸電線路GIS系統研究，可得到以下結論：

（1）GoogleEarth與平面GIS可實現互補展示，并為今后拓展GIS深化應用提供了新的途徑。

（2）GoogleEarth通過地圖的本地緩存技術，可滿足內網隔離環境下的應用。

（3）采用GoogleEarth Plugin開發組件，能夠滿足輸電線路技術相關功能開發的需要。

（4）應用浙江省電力公司研究并編制的《輸電網電子地圖規范》及立體圖元，可實現輸電網具象、抽象、形象的系統展示。

（5）通過地理數據規劃，可以實現衛星影像圖、航拍圖、柵格圖的粘貼，滿足不同電壓等級線路不同層次對地圖管理的要求。

（6）球 GIS（BallGIS，如 GoogleEarth）技術能基本滿足輸電管理需求，成本低，效率高。

通過基于GoogleEarth的輸電線路GIS系統研究實踐，解決了技術問題，印證了標準規范的可操作性，證明其具有很好的應用前景。

[1]王恩泉.中國版GoogleEarth的空間數據組織與管理研究[D].北京：中國測繪科學研究院，2007.

[2]薛亞婷.基于GoogleEarth及KML的數字校園設計與實現方法研究[D].蘭州：蘭州大學，2007.

[3]黃皓.面向服務的地理信息共享在GoogleEarth上的實現[D].成都：成都理工大學，2007.

[4]賀慶，龔慶武.虛擬現實技術在輸電網絡GIS中的應用[J].高電壓技術，2006，32（10）∶94-97.