電力GIS公共平臺的研究與實現

0 引言

地理信息系統可以通過模型理論將空間實體抽象轉化成為一種通用的存儲模型，我們就可以利用大型的關系數據庫將地理實體，及其各種空間因素，包括它們的地理空間分布狀況，拓撲關系以及相應的屬性信息進行數字存儲。在空間數據的基礎上，我們可以利用GIS特有的視覺化效果和空間分析功能，為廣大用戶提供相應的決策支持、動態模擬、統計分析、檢測報警等功能。電力系統中發電廠、輸供電線路、變電站、配電所等不同規范的電氣設施分布在廣闊的地域和空間中，因此輸電系統的運行、雷電系統的定位、電力設施的管理、供配電系統的運行和維護、計劃檢修、故障管理、電網規劃、用電變更、電力營銷等，都少不了地理信息，GIS為電力企業的現代化管理提供了新的途徑和手段。

1 電力GIS公共平臺的簡單概述

電力行業的各個部門有許多的 GIS應用需求，如生產 MIS的GIS系統、信息系統綜合管理的GIS系統、應急指揮的GIS系統等。由于這些GIS系統所采用的基礎數據資源、開發技術、部署環境不盡相同，使得GIS系統的資源沒有得到充分的利用。隨著GIS系統在電力應用中所涉及的范圍越來越多，因此迫切需要建設一個標準化的統一的 GIS共享平臺來提供相應的圖形化的空間應用及分析服務。作為一個電力企業應用的公共平臺應具有基礎性、共用性、開放性、可維護性和標準化等特征。我們采取以ArcGIS Server為基礎，結合基于ArcEngine的C/S架構，為桌面編輯維護系統提供了一套能夠滿足電力應用的 GIS圖形服務，為企業的數據共享和應用共享提供數據目錄和API接口信息檢索。電力信息系統如應急等系統、GPS導航、ERP、SCADA、調度、Call Center等都可以用REST方式在企業信息總線訪問到GIS應用服務。我們按照“統一標準、統籌規劃、優化資源、分布實施”的原則，建設基于GIS共享平臺的圖形數據及應用服務的電力企業信息綜合管理平臺，為輸電工作管理提供圖形和數據支持。以空間資源數據為核心，對電子地圖資源、存儲系統、服務器系統、應用系統進行統一維護部署。通過規范化的典型設計，在基于標準服務的可擴展GIS應用共享平臺上、對電力信息的各項系統提供完美的圖形化分析應用服務。

2 平臺的體系結構

2.1 平臺的總體結構

圖1 GIS公共平臺總體結構圖

公共GIS平臺的總體建設，針對企業服務總線設計了接口，能夠在位置和標示、通信協議等方面按照電力企業的標準進行識別和信息交換。通過企業服務總線減少接口的數量、大小和復雜度；減少風險和成本，提高IT對業務需求變更的響應能力；促進重用，提高數據和業務邏輯的可用性，使應用程序更易于啟用服務；支持實時的、動態的、事件驅動的SOA，增強了平臺的適應性和延展性?？傮w結構如圖1所示。

2.2 平臺的網絡結構

平臺采取集中式存儲的統一數據源，并以服務的方式為其他系統提供信息網的空間地理信息。網絡架構如圖2所示。

圖2 GIS公共平臺網絡結構圖

平臺的數據集中保存在信息中心的數據服務器中，為保障系統數據的安全，配置磁盤陣列支持Raid5的操作。WebGIS部署在Web發布服務器上，在企業內網發布GIS應用服務。通過光盤或磁盤備份系統數據服務器中的GIS空間數據、配網工作管理等系統數據，提高了數據的安全性。與互聯網之間通過網關及防火墻進行隔離，Web應用服務器能夠通過互聯網被授權用戶訪問。

2.3 平臺的軟件結構

系統采用多層結構，包括核心數據層、系統業務邏輯層、GIS視圖表現層。系統安全體系貫穿于各個層之間。數據管理層通過對空間數據庫和關系型數據庫引擎的管理完成數據的處理、組織、控制、優化；系統業務邏輯層使用多個模塊完成對業務數據的查詢、統計、分析等操作，具有一定的靈活性和可擴展性；GIS視圖表現層基于多種模式，展現數據表現方式，并能夠獨立運行或嵌入其他應用系統。軟件總體結構如圖3所示。

圖3 GIS公共平臺軟件總體結構圖

數據層也稱數據持久層，針對系統數據需要長期保存的特性，該層由生產管理信息數據庫以及地理信息空間數據庫組成，基于ArcSDE模型，充分體現出復雜的關系型數據之間相互關聯、分級管理的特點，同時要充分考慮 GIS數據的空間和海量等特性。

核心管理層負責管理整個平臺的安全、服務、數據、接口。是工作在數據層上的底層系統控制模塊，它包括，系統數據管理，系統服務管理，系統權限管理，元數據管理以及系統接口管理。

業務邏輯層我們設計成為一種弱耦合的支持可抽取、可替換的“抽屜”式架構。完全分離了業務和功能。因此，業務邏輯層是支持可擴展的架構關鍵所在。它包括業務流程，生產管理，應急指揮調度，可視化應用，空間分析等。

接口層在整個系統中起到承上啟下的作用，通過規范化的標準接口設計，能夠將系統的底層數據以及業務邏輯層中提供的數據傳遞到表現層來，也能夠通過接口層中的對外發布接口將其進行公布。接口層中定義三種形式的接口：數據庫接口、通訊規約、Web服務接口。

表現層是平臺的展示部分，按照其在客戶端的安裝模式分為客戶端安裝型，瘦客戶端型和富客戶端型。

平臺的軟件架構上我們采用 C/S+B/S模式。C/S結構以ArcObject為基礎，提供快速豐富的圖形編輯功能。B/S結構采用基于J2EE體系框架+Adobe Flex框架，已瀏覽器方式提供綜合查詢統計等功能滿足系統更廣泛圍需求。

圖4 B/S系統架構圖

3 平臺實現的GIS服務

GIS應用公共平臺基于Web Service方式，可以通過REST方式進行發布。REST風格的Web開發是將全部資源以URL的方式對外發布，通過添加參數的方式將操作請求發給公共平臺。

圖5 平臺REST示意圖

通過GIS平臺我們提供多種服務供各個應用系統調用，平臺服務包括基本圖形服務，空間信息查詢服務，最優路徑分析服務，變電站一次接線圖查詢服務，權限控制服務等。

基本圖形服務包括圖層管理服務和圖層顯示服務。系統圖形顯示及處理采用分層技術，將圖層分為基本地理信息和專業信息兩大部分，利用圖形符號管理，根據國家標準或實際需求，對各圖層的圖形元素進行定制。并將傳統的GIS功能以服務的形式集成在GIS公共平臺上。

空間信息查詢服務包括數據庫資料查詢，圖形數據查詢，空間查詢，模糊查詢等。能夠對電力設備，地理圖，線路接線圖，網格圖等提供多種形式的查詢，豐富了用戶的查詢手段。

最優路徑分析服務中，平臺提供基于WebGIS技術的最優路徑分析功能，利用兩點間的道路信息，計算出其間的最優路徑。此分析功能可用于模擬故障發生、工程搶險、巡視檢測的輔助決策。

變電站一次接線圖查詢服務中，平臺通過變電站地址分布功能對變電站在各地市的分布進行查詢。在站址分布圖層中可以點擊相應變電站的位置，進入變電站的一次接線圖查詢模塊，再一次接線圖上能夠對變電設備進行基本圖形操作，也能夠對變電站設備臺賬進行詳細查詢和統計。

4 結束語

本文針對電力企業中多種應用系統對應的GIS系統，所帶來的資源的浪費，和系統間空間信息交互的復雜度，從而給電力企業在資源的調配上造成了重重地障礙這一關鍵問題上，提出了建立電力GIS公共平臺，來解決這一難題。平臺按照“SG186”中應用集成總體建設方案的要求針對企業服務總線(Enterprise Service Bus)設計了接口，能夠在位置和標識、通信協議等方面按照電力企業的標準進行識別和信息交換。通過企業服務總線減少接口的數量、大小和復雜度；同時減少了電力行業在系統集成中的風險和成本，提高響應業務需求變更的能力；支持通過SOA 動態的、實時的、事件驅動的滿足企業的需求。電力GIS公共平臺已經在實際的省市電力企業中得到了良好的應用，平臺的實用性和穩定性得到了實踐的檢驗。相信這一針對電力行業的公共GIS平臺能夠對國家的電力空間信息建設做出應有的貢獻。