基于網格化管理的電力設施安全管理信息系統研究

[摘 要] 堅強的智能電網離不開信息技術的支撐。電力設施的安全是電力系統穩定運行的基礎。本文在電力設施安全管理系統的建設中引入網格化的管理模式，提出網格化電力設施安全管理系統的整體框架結構和基本的工作流程，闡述了網格化管理的原則和構建網格化管理信息系統的主要技術細節，具有一定的理論價值和實踐意義。

[關鍵詞] 電力設施;網格化管理;安全管理系統;信息系統

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2010 . 08 . 027

[中圖分類號]F270.7 [文獻標識碼]A [文章編號]1673 - 0194(2010)08 - 0069 - 04

0引 言

智能化是電力建設的發展趨勢。近年來，歐美一些發達國家在積極研究和發展智能電網。2006年，IBM公司在中國發布了《建設智能電網創新運營管理——中國電力發展的新思路》，嘗試給出電網安全運行、提高可靠性的解決方案。美國把加快智能電網發展作為美國政府經濟刺激計劃的重要組成部分。中國國家電網在2009年5月21日公布了智能電網的發展計劃，提出要建設堅強的智能電網。

建設堅強的智能電網需要先進的信息技術作支撐。電力設施安全、無故障是電網系統安全運行的基礎，是電網能夠“堅強”的保障。電力設施安全管理系統是重要的基礎軟件平臺。近年來人們從管理模式和數字化技術等不同角度出發，對安全預警系統建設、GIS技術的深入應用做了大量的研究。文獻[1-2]探討了網格化管理模式在現代城市管理中的初步應用;文獻[3]以地學網格的概念為出發點，探討了國土資源網格化管理，并給出了其服務系統的設計思路;文獻[4]討論了城市網格化管理系統平臺的初步設計方法;文獻[5]給出了一種基于網格技術的城市應急系統的設計方法;文獻[6]立足于電網的安全運行，從時間維、空間維、對象維等方面討論了安全預警及決策支持系統的設計，給出了在線監控的解決方案;文獻[7-9]討論了GIS基礎平臺標準、應用GIS技術輔助變電站選址決策以及構建配電網拓撲關系等理論與技術。這些研究，在管理模式、軟件體系結構以及在線自動監控等方面進行了探討。

電力設備的損壞，例如通訊設備、鐵塔等的損毀等，往往會導致嚴重的后果。2008年初大面積冰雪災害和“5.12”汶川地震更是對電力系統的安全預警體系的管理模式提出了更嚴格的要求。為使安全預警管理系統能夠適應新形勢的需求，尤其是在日常維護、災前預測、救災及災后重建等工作中發揮更大的作用，本文提出采用網格化管理模式構建電力設施安全管理系統的思路，按照一定的網格劃分整合省、市、縣等各個層次的GIS空間數據、電力設施分布情況等信息，最終達到協同一體，統籌管理的目的。

1 網格定義

定義1 網格包含編碼標識、網格名稱、形狀描述集、標志性部件以及部件集等元素，記為G={ID， Name， S， E， P | E∈P}。

其中ID表示網格的唯一性編碼標識;元素Name是網格的名稱;元素S是用于描述網格形狀的集合;元素E是網格的標志性部件，用來作為網格的特殊標識;元素P是包含標志性部件的所有部件集合。

集合S描述網格的形狀，通常被定義為矩形，記為S={x， y， w， h}。其中，x，y分別表示單元格左上角在X軸和Y軸上的位置，在地圖數據中可用緯度和經度來代替;w是單元格的寬度，h是單元格的高度。集合S也可根據具體需要靈活的進行定義，在基于GIS數據的系統里，有時候也可以定義為不規則的多邊形。

部件是指包括在網格范圍內的，被網格管理系統所監測、控制和管理的所有物品的統稱。如建筑物、鐵塔、電纜等。每個部件都具有部件編碼、部件名稱、所屬網格編碼等基本屬性，記為:E={eID， eName， gID，…}。部件的其他屬性可以根據系統的具體要求進行擴展。

根據上述概念，網格及其部件具有主從關系，易于用關系數據庫的主從表結構來表示。也可以采用結構化的文檔，如XML來表示。

2 網格化電力設施安全管理系統管理原則

網格化電力設施安全管理系統的管理原則是:①空間管理的精細化。網格化管理的思想，是按照一定的規則將電力設施分布的地表空間劃分為一定大小的單元網格;以單元網格為管理的基本單位，將單元網格內所含部件發生的事情稱為網格化事件，簡稱事件;針對單元網格的各類服務措施，統稱網格化服務。②單元網格部件管理數字化。電力設施分布的地塊數據數字化，電力設備、廠房等數字化。③人力及設備等資源配置合理化。重視人的參與，優化人力資源配置。配備專門的監督員、巡查員對所分管的單元網格實施監控，及時上報事件信息。節省了專業技術人員的時間和精力。另外，對于處于高山峽谷等位置的重要設備，則可配置傳感器等自動監控裝置來采集數據。④服務和監督公開。與社會公眾互動，共建安全、穩定的電力系統。接受來自社會群眾采用電話或文字方式的事件報告。⑤制定合適的管理流程。巡查員或社會公眾向監控中心報告事件信息;監控中心向調度中心請求任務調度;調度中心根據事件的類別，將任務派發到不同的專業部門;專業部門派出專業人員進行外業工作，處理事件。事件處理完畢后，被派出的人員將結果反饋到專業部門，再由專業部門層層反饋到監控中心(如圖1所示)。

3 基于電力設施GIS空間分布的網格劃分

3.1 分級劃分網格

網格劃分是分層次的。一個較大范圍的網格，可以內含多個小的網格。電力設施空間分布數據可以按照省、市、縣等層次來進行單元網格劃分。這種劃分方式，有利于網格的統一編碼和檢索定位。

劃分網格的時候要遵循以下幾個原則:①網格完全覆蓋全部區域，在地圖上表現為無縫隙、無遺漏地域。②網格邊界線可以不規則，但要確保其內含部件的完整性，不要將其分割到多個網格中去。③網格的大小基本應一致，但也要根據實際的地形、交通狀況等因素來具體對待，要確保工作人員能快速、便捷地到達事件地點。④單元網格要遵循統一的編碼準則和規范。

3.2網格編碼方法

網格編碼是網格化管理信息化實現的必要步驟，必須具備唯一性、結構清晰、易于查詢定位、易于分解以及易于擴展等特點。電力設施安全管理系統中，基于GIS數據的網格編碼由4部分組成，從左至右分別為:省代碼、市代碼、縣代碼以及單元網格順序碼。4個組成部分之間，由英文字符“-”來分隔，使得各組成部分不必限定具體的長度，易于擴充(如圖2所示)。

3.3 部件編碼規范

對于網格化系統而言，單元網格內的部件編碼必須在本單元網格內唯一。對于輸、配、送等環節所用到的設備、廠房以及輔助通信器材等，都可以按照國家統一的標準，進行分類編碼管理。

4 網格化電力設施安全管理系統總體框架

網格化電力設施安全管理系統是借助現代信息技術，整合現有輸電網、配電網、電力通信等設備的空間分布數據，采用網格化管理，實現電力設施管理的精細化、動態化，保證電網的日常運行中出現的問題和隱患能及時發現、準確定位、及時處理，逐步建立分工明確、責任到位、溝通快捷、反饋快速、運轉高效的電力設施安全應急預警管理和監督的長效機制。

網格化電力設施安全管理系統以GIS數據為基礎，對電網所覆蓋的區域進行無縫的網格劃分，將與電網運行、管理等密切相關的地塊、廠房、設備等各種網格部件進行編號，綜合運用數據庫、網絡、分布式系統、通信等相關技術設計并實現。系統采用網格化管理模式優化了工作流程。

網格化電力設施安全管理系統的體系結構主要包括通訊層、數據層、中間件、應用層、安全保障體系以及標準化體系等6部分，如圖3所示。

(1)通訊層。包括萬維網、電力系統專網以及電話通訊網絡，這是數據傳輸、信息傳遞的物理保證。

(2)數據層。數據層包含單元網格字典定義和基礎地理信息數據庫，GIS數據以及衛星影像數據，基于網格化管理的業務數據，電網設備基礎數據以及其他數據信息。數據層是所有信息系統的根本，確保數據的全面、及時、準確是電力設施安全管理系統需要處理的重點問題。

(3)中間件。任務調度引擎在遇到事件的時候，進行人員、應急物資等資源的最優化調度及分配工作;工作流引擎服務用來解析業務流程定義，為網格化管理業務流程的正常運行提供服務;自然語義解析，用來解析各類文字或語音的事件上報信息，形成系統能夠識別的地理位置和事件描述;GIS平臺提供地圖服務等功能。

(4)應用層。提供數據更新維護的管理工具，并建立呼叫中心，接受來自工作人員或群眾的故障報修電話;業務管理系統是網格化管理的工作流程體現，是具體的辦公系統;手持設備外業系統，可將故障的圖片、信息以及錄音描述上傳到中間件系統進行處理。外業系統要支持離線操作功能，確保通訊層的網絡故障中斷時，故障數據也能通過其他途徑上報到中間件系統。另外，應用層還需要提供反饋評價系統以及其他各類事件的決策支持系統。

(5)安全保障體系。網絡安全和數據安全是信息化工作的重點內容。防火墻、殺毒軟件、數據備份及恢復機制，磁盤冗余陣列等技術手段是系統所必不可少的。

(6)標準化體系。以網格化的電力設施安全管理模式形成具體的管理標準和規范;另外，在信息系統設計中，數據以及編碼也要規范，盡可能遵從國際或國家的規范標準，以確保與外部其他程序的整合及數據共享。

5 結 論

本文在電力設施安全管理系統的信息化建設中引入網格化的管理模式。分級的網格劃分，具有提高信息檢索與更新效率的優勢。單元網格易于與GIS空間數據及遙感圖像匹配整合，有利于數據的共享。

不同級別網格化管理有各自不同的粒度。級別低的層次，需要執行更多具體的巡查、監控以及外業工作;級別高的層次則主要著眼于宏觀調控，協調各個下級網格系統協同一體工作。在網格化的管理模式中，強調人為參與的重要作用，并建立了嚴格的業務流程，具有一定的實踐價值。

網格化電力設施安全管理系統的建設是一項復雜的工程，包括管理模式的改變、崗位人員的配備、數據更新維護、各類服務端及客戶端軟件程序的設計與開發等，都有待于通過進一步的研究和實踐來完善。另外，對如何充分利用位于地形復雜、險要區域的設備自動監控裝置等問題，也需要進一步探討。

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