基于基態修正模型的電力GIS時態模型研究

李申章 牛斌 張雪堅 何映軍 段琳 彭曉平

[摘 要] 通過對基態修正模型的研究，建立了一種時間和空間結合的基于基態修正模型的電力GIS模型，有效地組織、管理和完善電網時態地理數據、屬性數據、空間數據和時間語義，并重建歷史狀態、跟蹤變化、預測未來；支持電力GIS對時空變化過程的存儲，分析和檢索，同時支持傳統的GIS的空間分析功能，設計和實現了電網GIS及其電網運行數據的快照恢復，變化查詢，歷史演化分析和數據更新等功能。

[關鍵詞] 基態修正模型，時態GIS，時空分析，電力GIS

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 07. 068

[中圖分類號] TP311 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）07- 0164- 03

1 引 言

隨著電網規模的日益增長，對電網發展變遷過程正在加速，必須準確直觀的展示電網規模、接線的發展變遷情況，預測未來電網規劃建設規律。傳統的GIS系統只能反映電網最近一段時間的狀態，對于刪除的數據信息及其記錄都不會記錄下來，因此無法回溯歷史版本信息；在歷史信息追溯和未來電網發展預測方面缺少有效的支撐。通過時間回放快速的展示電網網架拓撲的歷史變遷，通過不同時間段的電網網架對比分析出電網兩個歷史節點的差異，他的出現將對電網運行管理和規劃預測發揮重要作用，將提升電力GIS在電網設備功能位置、拓撲網絡數據在電網信息化系統中作為“數據源頭”的地位和價值。

空間對象有3個基本的屬性：空間屬性，專題屬性和時間屬性，傳統的GIS在處理空間對象時，主要突出空間屬性和專題屬性，對時間屬性則予以固定[1]。這種取舍造成傳統GIS只能處理世界的當前狀態，或者某一歷史狀態的快照，而無法記錄數據隨時間的動態變化，無法進行時序分析和處理時態現象[2]。地理對象的變化與時間緊密相關，為了跟蹤和記錄變化，需要在GIS中引入時間信息，這就是時態GIS需要解決的主要問題。

2 基態修正存儲模型設計

2.1 電網資源時態存儲模型

2.1.1 技術原理

時態GIS中的電網資源圖模數據采用基態修正模型的時態化、多級版本技術，支持電網模型的全生命周期管理，滿足記錄電網模型的歷史演變過程以及規劃和設計應用需求。

面向歷史數據快速訪問的性能需求，以“月基線+工程差量”的方式。即在每月1號，將電網資源的當前狀態進行全量快照存儲、作為該月的基線；之后每個工程產生的變動數據增量存儲。這樣可以實現斷面橫向查詢和設備歷史的縱向查詢，如圖1所示。

（1）斷面橫向查詢

查詢瀏覽任何一個時刻的電網數據，訪問當月的基態快照數據以及之后的多個工程的增量，通過基態快照疊加工程增量就可以獲得。

（2）設備歷史查詢

按設備對工程增量進行查詢，能夠檢索出該設備所參與的所有工程的增量變化情況。

2.1.2 以工程為單位的增量模型

在基態快照基礎之上，時態電網模型將電網模型沿時間軸的變動劃分為以工程為單位的增量鏈，在每個增量對應一個電網工程產生的新建、修改和刪除的電網模型的圖形拓撲和屬性變化。

采用基態快照+增量實現電網模型的時態化的原理如圖2所示。圖（a）是電網模型的增量鏈示意圖所示，電網模型的修改歷史過程從某個基態快照1開始，每個電網工程對電網模型的修改都被記錄在一個增量中，依次為增量2、3…i-1、i、j、k至電網模型的最新版本。圖（b）是電網模型的存儲示意圖所示，電網模型的修改是采用增量記錄的形式保存在電網模型數據表中。例如工程n投產產生的修改集合n的各條記錄是記錄在狀態斷面k中。

2.1.3 數據表設計

采用Postgis開源數據庫，基于基態修正模型實現電網資源的時態化存儲。數據庫模型在現有電網GIS平臺的電網資源數據庫表基礎上增加時態相關的字段和基態修正版本鏈信息，從根本上保證了與南網GIS平臺的數據模型兼容性和無縫銜接。使用Postgis的空間索引，支撐即時、無緩存的瀏覽和空間查詢。

隨著現有的電子化移交業務開展，每日定時從電網GIS平臺的Oracle中向Postgis數據庫同步以工程為單位的增量數據，在Postgis中構建基態快照和增量數據，更新空間索引和設備索引。

基于Postgis數據庫的基態修正模型的電網模型數據表如圖3所示。工程信息表記錄每個基建、業擴、技改項目的信息，以及對應的增量信息表中的state_id增量ID值?；鶓B快照信息表存儲每個月的基態快照元數據。增量信息表為基態快照或者每個工程增量的元數據。每個月的基態和增量數據都保存在一個數據集中，按設備類型分表存儲，分為電網資源圖形表和電網資源屬性表，建立了空間索引和設備ID索引。

3 總結與展望

本文設計的基于基態修正模型的電力時態GIS模型可以有效對電網數據進行存儲和組織，大大節省了電網資源數據的存儲空間，同時也完整地保存了數據的歷史變化信息，打破了傳統GIS只能存儲和表達單一時刻地理對象信息的限制，并支持對電網數據歷史變化信息的查詢和時序分析，有利于分析和發現地理對象隨時間的變化規律和變化趨勢等。

以電力GIS增加時態概念為切入點，分別從模型、設計、應用三個層面制定研究內容。結合地圖大數據的特點，研究存儲大范圍、長時期的地圖數據、電網拓撲圖形數據，彌補當前GIS系統時態服務和時態數據存儲上面上的應用，為今后的電網提供完整的地圖大數據存儲服務；研究基于時態GIS的高級查詢，實現對大范圍、大規模、多時段的地圖數據進行快速的查詢瀏覽、對比分析、展示等功能的應用；選取應用示例場景，研究電力GIS應用到電網實際生產業務工作中的思路和方法。

作為支撐社會發展的能源部分，電力系統未來管理的發展趨勢，也必須借助時空GIS，才能更全面的掌握、管理復雜多變的電網。依靠電力TGIS可以快速掌握電網運行的過去，并能夠預知未來。科學、及時的干預電網運行，使電網的建設向著科學、合理、節能環保、可持續等的方向進行發展。

主要參考文獻

[1]langran G.A Framework for Temporal Geographic Information[J]. Cartographica，1988，25（3）：1-14.

[2]牛方曲，朱德海，程昌秀.改進基于事件的時空數據模型[J].地球信息科學，2006，8（3）：104-108.