面向廣域網的重慶電力GIS基礎庫設計與實施

徐占華 ，向澤君，向煜

(1.武漢大學 資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079; 2.重慶市勘測院，重慶 400020;3.重慶數字城市科技有限公司，重慶 400020)

1 引 言

國家電網公司是以建設運營電網為核心業(yè)務，為滿足“縱向貫通、橫向集成”需求于2006年4月全面啟動了“SG186”工程。具體包括“1 個集成信息平臺，8大應用，6 個體系建設”。隨著“SG186”工程建設不斷深入，相關業(yè)務應用對電網空間信息的應用需求越來越迫切［1，2］，并且地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)具有與配網自動化系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)(Management Information System，MIS)、管理系統(tǒng)及檢修文檔規(guī)范化系統(tǒng)、客戶服務中心系統(tǒng)集成的可能性［3］。各省市也相繼建設完成不同應用的電力GIS 系統(tǒng)，如河北邯鄲針對電力電纜管理建立的專題系統(tǒng)［4］。2011年重慶公司全面推廣電網GIS 空間信息服務平臺建設，為電網業(yè)務運行提供地理空間參照，滿足各個部門對基礎地理數據的應用需求，整個項目建設包括支撐電網GIS 數據中心運行所需的矢量數據、遙感影像數據。

本文結合國家測繪標準、電力行業(yè)標準相關設計和規(guī)范，構建重慶電力基礎庫，以準確的電子地圖為基準，通過空間圖層疊加整合的方式縱向貫通發(fā)電、變電站、輸電線路、配電網、用電用戶等供電生產經營涉及的所有環(huán)節(jié)。

2 數據庫設計及部署

電網GIS 平臺數據構成包括電網資源空間數據、電網資源屬性數據、電網拓撲數據、基礎地理數據、平臺管理數據及文檔數據。數據分類及構成如圖1所示。其中基礎地理數據是作為電網數據的背景地圖和空間分析、規(guī)劃設計、故障搶修的參考，具有一定的精確度和現勢性。基礎地理數據包括矢量地圖數據、影像地圖數據，需對重慶市域進行全覆蓋。基礎地理空間數據采用2000 中國大地坐標系(China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000)。電網資源專題數據主要是圍繞發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、通信資源和公共設施種類，專題數據使用單獨的空間數據層存儲，并與相應屬性數據進行關聯，便于查詢分析，同時需保持與基礎庫數據的坐標基準一致。而平臺管理數據主要是配置數據、元數據表等關系平臺運行的輔助數據。

電力地理信息數據采用“集中式”部署模式，GIS數據庫服務器和應用服務器部署在市電力公司。GIS數據庫服務器存儲矢量地圖數據和屬性數據，應用服務器存儲切片地圖等非結構化地圖數據和相關文件數據，并發(fā)布空間信息服務。下屬供電公司不部署服務器，地市客戶端通過廣域網訪問部署在重慶市的服務器。其網絡構架圖如圖2所示。

圖2 網絡架構圖

3 基礎庫內容及存儲

GIS 基礎庫是指以地理信息為載體的空間數據庫，空間數據主要包括矢量數據和影像數據兩類［5］。矢量數據包含區(qū)劃、水系、建筑、綠地、地名、交通及輔助設施等要素，區(qū)劃包括省、市、縣、鄉(xiāng)四級，水系包括單線河、雙線河、湖泊、溝渠等，地名包括居民地、著名景點和各類POI 熱點，交通包括高速公路、等級公路、城區(qū)主干道、次干道等，輔助實施主要是加油站、停車場、機場等。根據項目建設要求，滿足重慶區(qū)域全覆蓋，基礎地圖數據將采用多精度數據，最后通過鑲嵌技術，即不同區(qū)域采用不同精度的地理數據，拼接在一起，形成“一張圖”。具體表現為:農村區(qū)域采用較低精度的數據，城市區(qū)域采用較高精度的數據，同一類型的數據經過接邊等處理后形成一套整體(一個圖層)數據，其編碼體系參考GB/T 13923 －2006《基礎地理信息要素分類與代碼》和結合電網業(yè)務需要進完成。影像數據主城建成區(qū)及區(qū)縣城區(qū)高數據分辨率主要應用于配電、用電、通信(局部網)、公共設施等小范圍GIS 應用，而農網重點區(qū)域數據和全市區(qū)較低分辨率數據主要應用于輸電、變電、通信(骨干網)等大范圍GIS 應用。基礎庫分類及精度劃分見表1。主要存儲方式上，矢量地圖數據以Oracle 數據庫及切片打包存在，影像數據以切片打包提交，Oracle 數據庫作為數據庫連接調用，切片數據用于數據瀏覽服務發(fā)布。

表1 基礎庫分類及精度劃分

4 基礎庫數據制作

4.1 矢量數據制作

(1)數據準備與格式轉換。根據精度要求，矢量數據主要采用1∶ 2 000和1∶ 10 000地形圖作為原始資料。將原始數據進行格式轉換，轉換為數據處理軟件所支持的格式，并將原始數據向成果數據要求的CGCS2000 坐標系統(tǒng)轉換。

(2)數據更新及脫密。按照本項目所遵循的技術標準，對原始數據中采集方式不符合要求、拓撲關系處理不嚴格的圖面要素(如境界線未連續(xù)采集、水系線面部吻合等)進行處理，同時參考已經糾正好的影像數據，對數據現時性較差的區(qū)域進行更新和對涉密數據進行脫密處理。如水庫庫容和大壩高度、河寬、水深等屬性，保密單位地理位置、分布特征、編制及部署等，橋梁隧道長度、寬度、高度、載重量屬性，涉及國防工程和軍事設施的山洞、油、氣井、油庫等。地理數據脫密處理從內容和空間精度兩方面著手，主要對涉密的空間地物數據和屬性數據直接刪除，并對數據的空間位置使用專業(yè)脫密技術進行位移和精度干擾，避免數據泄密［6］。

(3)屬性處理和分層。對要素代碼進行檢查，并按照《電網GIS 空間信息服務平臺空間數據規(guī)范》進行代碼轉換，對屬性不全或屬性有誤的要素，收集資料進行補充修改(如道路分級等)，并按項目要求進行要素分層的調整。

(4)數據接邊。首先檢查數據接邊(不同精度區(qū)域之間)情況，包括圖形和屬性的接邊，對不符合要求的進行修改;之后再將不同精度的數據的同一類要素拼接在一起，最終形成“一張圖”，接邊處理包括圖形數據的裁切和合并等操作。

(5)數據檢查入庫。從全局范圍把握質量問題，檢查內容主要包括空間參考系、位置精度、屬性精度、完整性檢查、邏輯檢查等。

矢量數據加工流程圖如圖3所示。

圖3 矢量數據加工流程圖

4.2 影像數據處理

(1)資料準備:根據影像精度要求，使用的衛(wèi)星影像來源主要采用0.5 m高精度GeoEYE、WorldView －2影像，不足之處采用2.5 m Spot5 和10 m Alos 補齊。

(2)影像糾正:首先對用于糾正的DEM 數據進行預處理，對分幅DEM 數據進行拼接，生成大于待糾正影像范圍的DEM 數據。再通過往年數字正射影像圖中找到對應地物特征點，獲取衛(wèi)星影像糾正需要的控制點及檢查點。結合地面控制點，對影像采用嚴格軌道模型進行定向參數解算，或者根據衛(wèi)星影像提供的精確RPC 參數解算外參數。影像糾正通過雙線性內插法的方式進行重采樣。

(3)影像融合:通過主成分變換法，將表現為真彩色的多光譜數據與全色數據融合，以得到較高分辨率真彩色遙感影像。由于Spot5 影像沒有藍色波段的通道，所以藍色采用XS1 波段代替，綠色用(XS1 ×3 +XS3)/4 波段算法來實現，紅色用XS2 來表示。

(4)色彩調整及脫密:色彩調整的目的是保證整個區(qū)域內影像色調一致、色彩均勻。本工程由于涉及影像數量基數大，拍攝時間不同導致色彩差異大，采用基于直方圖匹配勻色技術進行色彩自動調整，減少建設周期，提高成果質量。色彩調整完成后再對每幅影像進行脫密處理。主要是軍事禁區(qū)及國家安全要害部門所在地的影像，通過圖形特征鈍化或者涉密影像區(qū)域替換完成，選取周圍色彩相近影像覆蓋到涉密區(qū)域，既保證影像視覺效果又進行了保密處理。

(5)影像鑲嵌:在相鄰影像之間，選繪、編輯鑲嵌線，在選繪鑲嵌線時，需保證鑲嵌影像間有一定的重疊，通過基于影像模糊正像勻光鑲嵌完成鑲嵌工作。

(6)影像檢查:影像檢查內容主要包括空間參考系、位置精度和質量檢查三項，質量檢查主要是地面分辨率、色彩質量、影像噪聲、影像信息丟失等。

影像數據處理流程如圖4所示。

圖4 影像數據加工流程圖

4.3 切片處理

矢量地圖數據和影像地圖數據最終以柵格切片的形式進行發(fā)布。傳統(tǒng)的切片文件以單獨的圖片文件格式存放在磁盤上，不對數據進行壓縮，能夠直接讀取，直觀地表現為多個文件夾下的原始圖片。但占用磁盤空間大，不太易于管理，拷貝和遷移不太方便，且對密級較高數據，不能設置密碼。

本工程采用游程編碼壓縮方法(run －length encoding，RLE)對切片進行壓縮，壓縮之后再進行連續(xù)存儲。RLE 壓縮技術是在給定的圖像數據中尋找連續(xù)重復的數值，然后用兩個字符值取代這些連續(xù)值這種方法在處理包含大量重復信息的數據時可以獲得很好的壓縮效率。每個切片文件與地理信息位置保持數據計算關系。根據設計要求本工程切片數據分為14 個層級，比例尺從1∶ 500 ～1∶ 4 096 000以1/2 進行遞推。

5 結 語

本工程建設分為兩個建設周期，自2011年8月開始至2012年11月完成，共形成矢量數據3 GB，矢量切片數據540 GB，影像切片數據870 GB。在數據基礎上建設了數據服務發(fā)布系統(tǒng)，實現了對電網的可視化、空間化、自動化管理的數據支撐，突破性將電力運營相關的重點業(yè)務與GIS 地圖有機的結合在一起，實現了在電網GIS 平臺上為生產、營銷、規(guī)劃、建設、調度、通信、應急、車輛等相關業(yè)務應用提供圖形化展示、電網分析服務及應用支撐，將電力工作管理信息化提升到一個新的高度。自試運行以來完成了10 家供電局、12 家供電公司和電網檢修公司35 kV以上主網、10 kV配網、輸變電網絡的數據采集及上線工作。隨著“SG186”工程的推進，諸多地方如浙江、云南也都建立了數據庫并開發(fā)了相應業(yè)務［7，8］，將會引發(fā)其他城市公用事業(yè)、行業(yè)的更深層次地圖應用需求，項目成果應用前景十分廣闊。

［1］武星，李竹，姚雷．謀變之道——細解“SG186 工程”［DB/OL］．2006．

［2］董翹男．基于SG186 信息工程的供電公司數據模型設計［J］．安徽電氣工程職業(yè)技術學院學報，2011，16(3):105 ～108．

［3］劉建坡，黃繼永．地理信息系統(tǒng)在電力生產中的應用［J］．科技信息，2012 (7):104．

［4］田毅，韓曉雯．城市電力電纜GIS 管理系統(tǒng)的設計與應用［J］．河北電力技術，2012，31(3):24 ～32．

［5］胡鵬，胡毓鉅，楊傳勇等．我國地球空間數據框架的設計思想、技術路線及若干理論問題討論［J］．武漢大學學報·信息科學版，2002，27(3):283 ～288．

［6］國家測繪局．公開地圖內容表示補充規(guī)定(試行)［R］．2009．1．23．

［7］史劍鋒，吳勁暉，王強等．基于GIS 的企業(yè)級一體化平臺在浙江電網中的應用［J］．電力信息化，2012，10(4):12～15．

［8］姜鈺桃，曾朝平，海靖等．云南電力項目數據庫建立實施過程［J］．科技信息，2012(26):279 ～281．