GIS技術(shù)在輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用

彭智　韓永璞　方宏

[摘要]由于輸電網(wǎng)絡(luò)涉及地域范圍廣、地形復(fù)雜，引入最新的信息技術(shù)是輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢發(fā)展的趨勢。地理信息系統(tǒng)（GIS）可以對與地理空間相關(guān)的信息或數(shù)據(jù)進行有效管理和綜合分析，因此，本文將GIS技術(shù)應(yīng)用在輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)，將提高巡檢系統(tǒng)的安全系數(shù)，確保輸電網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定的運行。

[關(guān)鍵詞]GIS；輸電網(wǎng)絡(luò)；巡檢系統(tǒng)

0引言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，用電負荷迅速增長，使得電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量和種類急劇增加，分布更加廣泛，使輸電網(wǎng)絡(luò)的管理面臨著很多新的問題，尤其是給輸電線路的日常巡檢管理工作帶來巨大的挑戰(zhàn)。由于輸電線路長期暴露在自然環(huán)境中，需要對線路及其相關(guān)設(shè)備進行有效的管理并及時檢修，實時掌握線路及設(shè)備運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)危及線路安全的隱患，并給出具體檢修意見，及時消除隱患，避免危險事故的發(fā)生，從而確保輸電網(wǎng)絡(luò)的安全與穩(wěn)定運行。輸電網(wǎng)絡(luò)的分布具有跨越地區(qū)的地形、環(huán)境與氣候等明顯的地理特征，使得輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢依賴于地理信息，而傳統(tǒng)的巡檢工作卻不能充分利用輸電網(wǎng)絡(luò)的地理信息，使得巡檢工作繁重、漏檢高，無法實現(xiàn)對其進行有效管理與維護，因此，需要采用新的技術(shù)實現(xiàn)對輸電網(wǎng)絡(luò)的高效管理。

隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，地理信息系統(tǒng)（Geographic InformationSvstem-GIS）技術(shù)應(yīng)用到輸電網(wǎng)絡(luò)中成為可能。GIS是一門綜合性學科，結(jié)合地理學與地圖學以及遙感和計算機科學，能夠?qū)崿F(xiàn)地理信息系統(tǒng)的信息獲取、存儲、檢索、數(shù)據(jù)分析以及空間顯示定位等功能功能。GIS技術(shù)具有諸多特點，使其已經(jīng)在不同領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，例如交通、氣象、國土、環(huán)境等領(lǐng)域，并取得了巨大的經(jīng)濟和社會效益。同樣，GIS如果應(yīng)用在輸電網(wǎng)絡(luò)中，它可以提供輸電網(wǎng)絡(luò)中的輸電線路、電力設(shè)備設(shè)施、電網(wǎng)運行狀態(tài)、貫穿的山川、地勢、水文、地質(zhì)、資源等各種地理信息，并通過GIS可查詢有關(guān)數(shù)據(jù)、圖像、地圖等可視化內(nèi)容。輸電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員如果利用GIS技術(shù)，將充分挖掘輸電網(wǎng)絡(luò)中變電站、供電線路以及相應(yīng)電力設(shè)施的地理信息，實現(xiàn)對輸電線路的運行狀態(tài)監(jiān)測、巡檢管理工作的定位監(jiān)測、電力設(shè)施的運行管理和維護，尤其能夠?qū)崿F(xiàn)對偏遠山區(qū)、環(huán)境惡劣、無電信網(wǎng)絡(luò)覆蓋地方的輸電線路監(jiān)控，這些都將大大地提高輸電網(wǎng)絡(luò)運行的巡檢效果。由此可見，GIS技術(shù)對輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢管理中的作用非常突出。

1GIS在輸電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

1.1設(shè)計原則

基于GIS輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計是對傳統(tǒng)巡檢工作方式的變革，能夠有效解決巡檢管理工作中存在的問題，并提高工作效率。該系統(tǒng)在建立基于GIS技術(shù)的輸電網(wǎng)絡(luò)信息平臺基礎(chǔ)上，通過移動終端技術(shù)，將信息轉(zhuǎn)移到野外現(xiàn)場，在規(guī)范化的技術(shù)支持下實現(xiàn)現(xiàn)場信息的采集，并建立標準化的輸電線路信息數(shù)據(jù)庫。該系統(tǒng)在實際巡檢工作中為技術(shù)人員提供一系列的查詢、狀況錄入、導航以及監(jiān)督等功能。該系統(tǒng)需要具有一定的先進性，必須具有先進的硬件構(gòu)架和科技化的軟件平臺，能夠最大限度的實現(xiàn)系統(tǒng)的先進性。此外，該系統(tǒng)也需要具有一定可靠性，系統(tǒng)中的硬件都采用技術(shù)成熟的產(chǎn)品，在多次嚴格測試下，篩選出使用性較強的產(chǎn)品，并且在實際設(shè)計中充分考慮信息的安全性，實現(xiàn)系統(tǒng)的產(chǎn)期穩(wěn)定性。在設(shè)計的過程中還需要根據(jù)《輸電網(wǎng)絡(luò)GIS應(yīng)用技術(shù)規(guī)范書》等一些相關(guān)規(guī)定的業(yè)務(wù)需求，結(jié)合實際開發(fā)環(huán)境進行設(shè)計。具體設(shè)計原則如下：

（1）系統(tǒng)設(shè)計充分參照國際上的規(guī)范、標準，支持國內(nèi)外目前所流行的主流網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和運行系統(tǒng)，采用國際成熟的模式，借鑒國內(nèi)其他地理信息系統(tǒng)建設(shè)的成功經(jīng)驗，從輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢實際需求出發(fā)進行設(shè)計。

（2）系統(tǒng)設(shè)計要確保技術(shù)的先進性和實用性，具有良好的可擴展性和靈活性，以適應(yīng)輸電網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)的迅猛發(fā)展趨勢，滿足當前及未來輸電網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)應(yīng)用的需求。

（3）系統(tǒng)設(shè)計要遵守實用性原則，GIS系統(tǒng)涉及輸電線路所貫穿的區(qū)域，涉及電力、國土、交通等相關(guān)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)分類繁多，數(shù)據(jù)量龐大，所以必須綜合考慮，讓輸電技術(shù)人員以最為方便的操作獲得最為實用的信息。

（4）系統(tǒng)設(shè)計需遵守可擴展性原則。數(shù)據(jù)積累、用戶需求、功能完善，以及技術(shù)進步都要求系統(tǒng)必須具有擴展的余地。

（5）系統(tǒng)設(shè)計需遵守電力系統(tǒng)開放性原則，作為面向輸電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的GIS系統(tǒng)，客觀上要求它必須具有良好的電網(wǎng)開放性，必須符合相關(guān)的電力行業(yè)標準，以充分保障系統(tǒng)與其他電力應(yīng)用系統(tǒng)的無縫集成。

（6）系統(tǒng)設(shè)計需遵守安全性原則，安全性原則的目的是保障系統(tǒng)的可靠性，通過輸電技術(shù)人員用戶認證、權(quán)限認證、傳輸加密等安全保障機制，建立完善的安全管理機制，防止數(shù)據(jù)受到破壞。

1.2功能分析

系統(tǒng)總體劃分為PC端和移動終端兩大部分，運行在不同終端上的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進行交換和共享，地圖采用ArcGIS技術(shù)在服務(wù)器中搭建輸電線路所在區(qū)域電子地圖服務(wù)。系統(tǒng)的主要功能模塊如下：

（1）用戶權(quán)限管理模塊。權(quán)限管理模塊為系統(tǒng)全局提供權(quán)限的配置與驗證服務(wù)。本軟件系統(tǒng)的權(quán)限管理子系統(tǒng)采用標準的RBAC模型（基于角色的訪問控制模型Role Based Access Control）進行設(shè)計，該模型能夠準確的反映用戶單位的組織機構(gòu)結(jié)構(gòu)以及人員、崗位等的配置。

（2）桿塔數(shù)據(jù)管理模塊。桿塔坐標可以批量進行錄入，錄入到系統(tǒng)里的輸電線路桿塔坐標，直觀的反映在所選地圖上，每個桿塔坐標點都能錄入對應(yīng)的屬性信息，包含文字和圖像信息，采用樹形結(jié)構(gòu)對輸電線路桿塔坐標進行管理，坐標數(shù)據(jù)可按類別選擇顯示或隱藏。

（3）狀態(tài)巡檢管理模塊。系統(tǒng)應(yīng)具有線路狀態(tài)巡檢管理功能和由線路管理人員在系統(tǒng)上錄入該條線路巡檢周期，系統(tǒng)根據(jù)錄入的時間，在地圖上采用不同顏色標示出線路巡檢狀態(tài)，如：未巡檢、已巡檢和超期巡檢等。

（4）電子簽到模塊。當巡檢人員攜帶移動終端到達桿塔一定范圍，系統(tǒng)應(yīng)能自動記錄該桿塔已巡檢，并在地圖上改變線路巡檢狀態(tài)。

（5）地圖編輯功能。在地圖上應(yīng)能顯示任意位置的地理坐標，應(yīng)能對任意多點進行距離、方位角、周長、面積的測量。將一條線路的桿塔坐標點用線條連接后，可以繪制成一條線路，每條線路也可以錄入對應(yīng)的屬性信息。

（6）定位模塊。地圖上能顯示移動終端持有人所在的地理坐標、海拔高度等參數(shù)，同時應(yīng)具有指南針功能。

（7）巡線軌跡記錄。巡檢人員可以記錄本次巡線軌跡，方便其他巡線人員。巡檢人員可以通過導航功能查詢被巡檢桿塔的公路路徑，同時當對設(shè)備巡檢路徑不熟悉的管理人員或檢修人員需要到達某一桿塔時，他們可以通過巡檢人員以前的巡檢軌跡或標注好的巡檢小路路徑進行導航抵達需要前往的桿塔。

（8）離線數(shù)據(jù)模塊。考慮到有些線路所處地段為無線網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋地區(qū)，移動終端系統(tǒng)應(yīng)能支持所選地圖區(qū)域下載到設(shè)備上，供離線使用。

（9）即時通訊模塊。巡檢人員可以根據(jù)工作情況自行建立小組群，在小組群里，可以多人進行文字和視頻交流，好友之間可以設(shè)置坐標位置共享。

（10）數(shù)據(jù)交互模塊。巡檢人員可以通過網(wǎng)絡(luò)將公共數(shù)據(jù)庫的坐標同步到移動終端上也可以將移動終端上的坐標同步到個人數(shù)據(jù)庫上。

（11）查詢統(tǒng)計模塊。針對工作需要進行各類數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計，并生成相應(yīng)報表，

2服務(wù)實施策略與技術(shù)流程

2.1軟件環(huán)境

服務(wù)器采用Microsoft Windows Server操作系統(tǒng)，安裝Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。應(yīng)用服務(wù)器軟件組成為Java以及Tomcat，電子地圖服務(wù)器采用ArcGIS。

2.2硬件環(huán)境

服務(wù)器端硬件配置處理器：英特爾8核64位及以上（如：IntelXeonE5-2690），主頻：2900MHz及以上，L3緩存：20MB及以上，內(nèi)存容量：64GB及以上，硬盤容量：8TB及以上。

2.3網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境

軟件系統(tǒng)采用標準的B/S架構(gòu)軟件網(wǎng)絡(luò)部署方法。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及應(yīng)用服務(wù)器部署于服務(wù)器端，應(yīng)用服務(wù)器程序負責數(shù)據(jù)外聯(lián)，透過由防火墻等安全設(shè)施保護的廣域網(wǎng)或電力專網(wǎng)內(nèi)部局域網(wǎng)與用戶計算機連接，

2.4GIS關(guān)鍵技術(shù)及其解決方案

根據(jù)目前GIS技術(shù)現(xiàn)狀以及應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)架構(gòu)和相關(guān)規(guī)范的要求，系統(tǒng)的技術(shù)路線整體上要考慮先進性與成熟性相結(jié)合的原則，確保系統(tǒng)運行的實用與易用、安全與可靠，同時還要兼顧輸電行業(yè)的發(fā)展預(yù)留相關(guān)接口，方便應(yīng)用系統(tǒng)的擴展。

GIS技術(shù)在系統(tǒng)建設(shè)中是一個綜合的可視化展示平臺和空間分析工具，是系統(tǒng)的應(yīng)用主體。因此，其選型對系統(tǒng)建設(shè)成功與否極為關(guān)鍵。經(jīng)過比較并考慮與現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合，系統(tǒng)采用ESRI公司的ArcGIS Server產(chǎn)品。ArcGIS軟件在全球GIS市場占有最大的份額，特別是推出的以ArcGIS 10.2系列產(chǎn)品代表了GIS技術(shù)未來發(fā)展方向，該系列產(chǎn)品還能夠與其它電網(wǎng)GIS平臺進行集成。ArcGIS Server是用于構(gòu)建集中管理、支持多用戶的企業(yè)級GIS應(yīng)用平臺，集中的GIS應(yīng)用能夠減少在每臺機器上安裝和管理桌面應(yīng)用的費用，且功能強大，為開發(fā)人員提供多種接口進行二次開發(fā)，方便了基于瀏覽器和移動設(shè)備的GIS應(yīng)用開發(fā)。ArcGIS Server體系結(jié)構(gòu)可以用圖1來描述。因此，在本系統(tǒng)的GIS平臺選用上，采用ArcGIS Server搭建電子地圖服務(wù)器，在此基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，設(shè)計符合本項目業(yè)務(wù)需求的功能。

3GIS服務(wù)安全控制措施

3.1安全設(shè)計方案

GIS應(yīng)用系統(tǒng)首先必須要保證輸電網(wǎng)絡(luò)的安全，所以系統(tǒng)在設(shè)計過程中要根據(jù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用模式，針對可能存在的安全漏洞和安全需求，在不同層次上提出安全級別要求，并提出相應(yīng)的解決方案，制定相應(yīng)的安全策略、編制安全規(guī)劃，采用合理、先進的技術(shù)實施安全工程，加強安全管理，保證軟件系統(tǒng)及其牽涉的信息資源的安全性。

3.2系統(tǒng)安全策略

GIS應(yīng)用系統(tǒng)一定要正確處理輸電網(wǎng)絡(luò)保密、安全與互聯(lián)網(wǎng)開放之間的關(guān)系：安全技術(shù)必須與安全管理結(jié)合：一定要分析系統(tǒng)安全的風險，構(gòu)造系統(tǒng)安全模型，從保護、檢測、響應(yīng)、恢復(fù)四個方面建立一套全方位的立體信息保障體系：遵循系統(tǒng)安全性與可用性相容原則，并具有適用性和擴展性。

3.3系統(tǒng)安全措施

GIS應(yīng)用系統(tǒng)的安全主要是網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全，系統(tǒng)中包含詳細的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和桿塔坐標，部分地理信息屬于機密數(shù)據(jù)，在進行平臺建設(shè)時，需要充分考慮數(shù)據(jù)的安全性，杜絕各種數(shù)據(jù)安全隱患。結(jié)合當前信息安全技術(shù)的發(fā)展水平，設(shè)St--套科學合理的深層防御安全保障體系，形成有效的安全防護能力、隱患發(fā)現(xiàn)能力、應(yīng)急反應(yīng)能力和系統(tǒng)恢復(fù)能力，從物理、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、應(yīng)用和管理等方面保證系統(tǒng)安全、高效、可靠運行，保證信息的機密性、完整性、可用性和操作的不可否認性，避免各種潛在的威脅。

（1）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全設(shè)置。GIS巡檢系統(tǒng)及其移動終端用戶可以采用VPN/VPDN組建信息專網(wǎng)，用戶只有在安全認證通過之后才能得到訪問系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限，從而實現(xiàn)了安全、快速、私密的網(wǎng)絡(luò)接入和應(yīng)用，用戶數(shù)據(jù)可以通過安全的隧道在內(nèi)網(wǎng)和外部用戶之間進行傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽俊?/p>

（2）防火墻設(shè)置。防火墻是一種非常有效的網(wǎng)絡(luò)安全防護工具，用來隔離風險區(qū)域與安全區(qū)域的連接，僅讓安全、核準了的信息進入，最大限度地阻止不希望的、未授權(quán)的通信進出被保護的網(wǎng)絡(luò)。

（3）應(yīng)用系統(tǒng)安全設(shè)置。GIS巡檢系統(tǒng)提供的各類應(yīng)用功能和服務(wù)都需要進行用戶授權(quán)或CA認證。用戶只有通過了權(quán)限認證，才能訪問期望的資源，不允許匿名訪問和調(diào)用相關(guān)功能和服務(wù)，這樣能夠防止功能和服務(wù)方式的數(shù)據(jù)泄密。

（4）管理安全設(shè)置。只有技術(shù)上的安全措施和建設(shè)是不夠的，同時要對日常的運行管理進行安全規(guī)劃，制定安全管理制度，對用戶進行操作安全培訓。

4結(jié)束語

GIS技術(shù)應(yīng)用于輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)中，是輸電網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)的重要技術(shù)手段之一，在輸電網(wǎng)絡(luò)管理中能夠發(fā)揮重要作用。本文分析GIS技術(shù)和輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢工作的特點，設(shè)計基于GIS技術(shù)的輸電網(wǎng)絡(luò)巡檢系統(tǒng)，對提高巡檢效率、提升巡檢管理水平、保障輸電線路設(shè)備安全運行，具有十分重要的意義。

[責任編輯：張濤]