在線監(jiān)測系統(tǒng)中GIS技術(shù)的開發(fā)與應用

張連芹，陳昊

（江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 211102）

在線監(jiān)測系統(tǒng)中GIS技術(shù)的開發(fā)與應用

張連芹，陳昊

（江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 211102）

傳統(tǒng)輸電系統(tǒng)的故障分析以及系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測的形式一般是圖紙、報表等，缺乏直觀性。在智能電網(wǎng)的概念普及之后，電網(wǎng)的智能化數(shù)字化備受重視。將GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)應用于輸電線路的在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠使系統(tǒng)的網(wǎng)架拓撲結(jié)構(gòu)、線路的地理信息以及實時狀態(tài)信息圖文并茂地反映在GIS平臺上，可以實現(xiàn)輸電系統(tǒng)的數(shù)字化智能化設計。目前有關(guān)GIS技術(shù)在電力系統(tǒng)應用的文獻大都概要描述整個系統(tǒng)的架構(gòu)及功能［1-3］，文獻［4］描述GIS空間數(shù)據(jù)庫的建立，文獻［5-8］簡要介紹了GIS在電氣設備信息管理系統(tǒng)中的應用以及在配電網(wǎng)調(diào)度中的應用，但是基于GIS平臺，對反映真實輸電系統(tǒng)的GIS地圖進行分析處理以及GIS數(shù)據(jù)庫實時更新的資料較少。

本文基于GIS技術(shù)在輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的應用，該系統(tǒng)不僅可以反應輸電網(wǎng)路拓撲結(jié)構(gòu)和實時運行狀態(tài)信息，而且可以實時的顯示電網(wǎng)發(fā)生的故障如單相短路故障、相間短路故障等，使得運行維護人員能夠直觀地進行故障地理位置定位［9-14］。本文具體介紹開發(fā)應用GIS技術(shù)的過程，主要包括地圖轉(zhuǎn)換與加載、地圖分析處理（渲染、分層顯示及仿射等）、GIS地圖數(shù)據(jù)庫的實時更新程序開發(fā)、地圖web發(fā)布等。

1 輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)GIS桌面應用開發(fā)

采用ArcGIS搭建GIS開發(fā)平臺，ArcGIS是Esri公司的一套完整的GIS平臺產(chǎn)品，具有強大的地圖制作、空間數(shù)據(jù)管理、空間分析、空間信息整合、發(fā)布與共享的能力。本文所用到的GIS產(chǎn)品有：桌面GIS——ArcInfo desktop拓展模塊、基于AO的軟件開發(fā)工具——ArcGIS Engine、服務器GIS——ArcGISServer。所使用的開發(fā)語言工具為VB6.0，其具有良好的用戶開發(fā)界面，且具有強大的數(shù)據(jù)庫設計工具，在VB6.0環(huán)境下，結(jié)合ADO可方便地實現(xiàn)訪問、操作Oracle數(shù)據(jù)庫。GIS桌面應用開發(fā)框架如圖1所示，主要包括GIS地圖的編輯、GIS地圖屬性表實時更新程序開發(fā)以及GIS地圖的web發(fā)布工作。

圖1 輸電系統(tǒng)GIS技術(shù)開發(fā)整體框架Fig.1O verall framework of the development of GIS in the transmission system

1.1 圖層加載

ArcInfo desktop可以直接加載供電公司提供的CAD輸電系統(tǒng)地圖，但是不能對其進行分析編輯，因此可以利用ArcGIS桌面應用程序ArcCatalog中的工具——feature class to feature class將CAD圖進行格式轉(zhuǎn)換，即將地圖文件從dwg格式轉(zhuǎn)換成Personal Geodatabase格式，然后將轉(zhuǎn)換好的地圖加載到ArcMap中。本文以某地500 kV輸電線路走廊圖為例進行說明，該線路含48個桿塔、3條線路。具體信息見表1。

表1 某地500 kV輸電線路走廊地圖信息Tab.1 Information of map for some 500 kV transmission lines

下面對加載的地圖進行編輯操作。

1.2 圖層編輯分析

1.2.1 添加屬性信息

GIS地圖由點線面及注釋組成，地圖包含多個圖層，每個圖層包含2種信息：描述地理要素空間位置和形狀的空間信息和描述地理要素的屬性信息。要獲得正確的空間信息，必須先確定地圖坐標系。同時，要給地圖添加有關(guān)輸電線路的具體信息，這些具體信息存儲在地圖的屬性表中［9-14］。屬性表結(jié)構(gòu)如表2所示。告警信息屬性字段的添加是整個設計的基礎。

表2 屬性表存儲結(jié)構(gòu)Tab.2 Storage structure of the attribute table

1.2.2 圖層渲染

在ArcInfo Desktop中對加載的地圖進行渲染，所謂渲染就是對地圖圖標進行加工，使其模擬仿真實際的輸電系統(tǒng)，如線路符號化和桿塔符號化。對于桿塔層的渲染，利用綜合告警字段值進行分類符號化。設定在綜合告警字段值為1時顯示為告警，0時為正常運行狀態(tài)。對于線路的渲染，可以利用著色和線路寬度將實際3條輸電線路區(qū)別顯示。渲染結(jié)果如圖2和圖3所示。紅色桿塔表示此桿塔有告警。

圖2 輸電系統(tǒng)圖層渲染前顯示圖Fig.2 The map of the transmission line before being rendered

1.2.3 設置圖層分層顯示

由于輸電線路的長度一般較長，線路上的桿塔分布較密，當在地圖上顯示整個輸電系統(tǒng)時，希望可以先顯示線路整體效果，對于桿塔圖層及線路細節(jié)部分暫不顯示，然后隨著圖層比例的放大依次顯示細節(jié)部分?；谒悸诽岢龅姆謱樱?層）顯示策略：第一層，在小比例尺下，只顯示3條輸電線路及背景；第二層，當放大到一定比例尺時，顯示輸電線路上的桿塔；第三層，當比例再次增加時，顯示細節(jié)圖，直觀反映輸電線路周圍的環(huán)境信息，豐富輸電線路的顯示信息。根據(jù)顯示效果的需要，對不同的圖層設置不同的可視比例，對輸電線路進行3層顯示。如圖4—圖6所示為圖層分層顯示效果圖。

圖3 輸電系統(tǒng)圖層渲染后顯示圖Fig.3 The map of the transmission line after being rendered

圖4 第一層圖層分層顯示效果圖Fig.4 Effect drawing of the display dependent on the first layer

圖5 第二層圖層分層顯示效果圖Fig.5 Effect drawing of the display dependent on the second layer

圖6 第三層圖層分層顯示效果圖Fig.6 Effect drawing of the display dependent on the third layer

1.2.4 圖層仿射合成

由于所提供電子地圖只包含輸電走廊地圖，不包括背景圖，因此需要將輸電走廊圖與背景圖進行合成，直觀反映輸電線路在系統(tǒng)地圖中的相對位置。在ArcGIS中可以利用Spatial Adjustment工具進行空間校正。通過地圖仿射實現(xiàn)輸電走廊地圖與當?shù)氐貓D的合成。圖7、圖8是圖層仿射的過程。

圖7 輸電線路圖Fig.7 The map of the transmission line

圖8 某地地圖Fig.8 The map of the some transmission line

1.3 GIS地圖信息實時更新程序開發(fā)

輸電系統(tǒng)時時變化，包括系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)變化、設備的增減、系統(tǒng)運行狀態(tài)實時變化。因此GIS平臺必須具備與實際輸電系統(tǒng)同步的功能。其中一個重要的應用是當桿塔上的監(jiān)測設備檢測到桿塔和線路狀態(tài)有異常情況時，如桿塔傾斜度超出正常范圍，導線溫度較高等，GIS平臺必須以直觀的方式將相應的告警顯示在地圖上，供值班人員及時并直觀地觀測故障點的位置，通過點擊故障點了解具體的故障信息，并做出相應處理，若故障等級較低，可以暫不進行處理，若等級較高時，則進行現(xiàn)場搶修。

裝設在桿塔上的終端單元檢測輸電系統(tǒng)運行狀態(tài)，并且通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到服務器。GIS地圖上顯示的系統(tǒng)狀態(tài)信息與oracle庫的實時數(shù)據(jù)同步，即實現(xiàn)oracle數(shù)據(jù)庫信息傳遞到GIS平臺，對GIS屬性表實時更新，如圖9所示。

圖9 GIS地圖信息實時更新程序功能示意圖Fig.9 Scheme of the program function to refresh thereal-time map information

本文通過桿塔所在線路號transmissionline及桿塔號equipment實現(xiàn)桿塔定位。利用ArcGIS提供的基于AO的軟件開發(fā)工具ArcGIS Engine，在VB6.0平臺上開發(fā)數(shù)據(jù)更新程序。為增強程序的獨立性、可讀性和易移植性，將桿塔屬性信息的更新程序封裝成dll（動態(tài)鏈接庫）工程文件，形成相對獨立的層次，并擁有自己獨立的命名空間，方便用于其他數(shù)據(jù)庫平臺。程序設計流程圖如圖10所示。

圖10 程序流程圖Fig.10 Flow chart of the program

關(guān)鍵步驟一：oracle數(shù)據(jù)庫操作程序，使用ADO組件訪問oracle數(shù)據(jù)庫。

關(guān)鍵步驟二：SQL語句查詢實時告警語句。

關(guān)鍵步驟三：更新告警信息字段值，其中rs（0）. Value和rs（1）.Value分別為線路名和桿塔名。

If rs（0）.Value=pFeature2.Value（5）Then

If rs（1）.Value=pFeature2.Value（6）Then

namestr=rs（2）.Value

m=pfields2.FindField（namestr）

pFeature2.Value（m）=rs（3）.Value

pFeatureCursor2.UpdateFeature pFeature2

2 輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)WebGIS開發(fā)

為實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享和互操作，方便用戶對輸電系統(tǒng)狀態(tài)的在線監(jiān)測，客戶只需通過web網(wǎng)頁訪問在線監(jiān)測系統(tǒng)，這種基于B/S結(jié)構(gòu)，通過互聯(lián)網(wǎng)對地理空間數(shù)據(jù)進行發(fā)布、應用和管理的技術(shù)稱為WebGIS技術(shù)。部署ArcGIS Server java發(fā)布環(huán)境，發(fā)布GIS服務器端的地圖，用JavaScript API編寫網(wǎng)頁代碼增加WebGIS的功能，如顯示線路和桿塔信息、定位線路等；在Myeclipse開發(fā)平臺中調(diào)用GIS網(wǎng)頁程序?qū)ebGIS地圖集成到在線監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)頁中，使故障信息顯示在地圖下方，并可以通過點擊故障信息，進行相關(guān)的處理。目前WebGIS地圖所實現(xiàn)的功能有：按比例放大/縮小地圖，分層顯示；線路臺賬信息查詢及定位；桿塔臺賬信息及實時告警；以及與整個監(jiān)測系統(tǒng)平臺的整合，實現(xiàn)故障信息的定位、實時顯示與在線處理。

3 結(jié)語

本文利用ArcGIS桌面產(chǎn)品開發(fā)輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)GIS平臺，對GIS地圖進行渲染、分層顯示和告警顯示等功能。在VB6.0環(huán)境中使用ArcGIS提供的AO組件開發(fā)程序，實時更新GIS地圖告警信息。利用ArcGIS Server發(fā)布輸電系統(tǒng)地圖，使用戶實現(xiàn)基于B/S結(jié)構(gòu)的瀏覽器操作，網(wǎng)頁操作功能包括分層顯示、查詢桿塔和線路臺賬信息和告警情況等。在Myeclipse開發(fā)平臺中調(diào)用GIS網(wǎng)頁程序?qū)ebGIS地圖集成到在線監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)頁中。搶修故障的最短路徑分析對于輸電線路檢修部門而言有著重要的指導意義的，下一步要對ArcGIS桌面和WebGIS最短路徑分析進行研究。

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（編輯 董小兵）

Development and Application of GIS Technology in the On-Line Monitoring System

ZHANG Lianqin，CHEN Hao
（Maintenance Company of Jiangsu Electric Power Company，Nanjing 211102，Jiangsu，China）

介紹了GIS技術(shù)在輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的應用，包括GIS服務器桌面應用開發(fā)和WebGIS開發(fā)。結(jié)合輸電系統(tǒng)的實際空間信息和運行狀態(tài)信息，對GIS地圖進行渲染和仿射，并提出分層顯示策略。利用VB6.0開發(fā)程序更新GIS屬性表，使其與實際輸電系統(tǒng)的狀態(tài)同步。通過ArcGIS Server發(fā)布GIS地圖，與在線監(jiān)測系統(tǒng)平臺集成，開發(fā)可供用戶基于B/S結(jié)構(gòu)的瀏覽器操作WebGIS，及時處理輸電系統(tǒng)實時告警信息。

輸電線路；在線監(jiān)測；GIS；分層顯示；實時告警信息；狀態(tài)同步

This paper introduces the application of GIS technology in the on-line monitoring system of the transmission line，including the development of the GIS desktop and the WebGIS.Based on the real spatial information and the operation information of the transmission line，the GIS map is rendered and affined，and a display strategy dependent on the layers is put forward.The paper also uses the VB6.0 to develop a program to refresh the attribute of the GIS map so that the map can match the real running state of the system.Finally，the GIS map is published by the ArcGIS Server，and integrated in the on-line monitoring system.The WebGIS is developed for users to deal with the alarm information in real time based on the B/S structure.

transmission line；on-line monitoring；GIS；display strategy dependent on the layers；alarm information in real time；state synchronization

1674-3814（2015）04-0042-05

TM74

A

2014-12-13。

張連芹（1987—），女，碩士，研究領(lǐng)域為電力系統(tǒng)保護與控制；

陳昊（1980—），男，博士，高級工程師，研究領(lǐng)域為電力系統(tǒng)保護與控制。