電力工程勘測一體化數據管理平臺研究與實現

劉安濤，任立華，張煥杰，毛玉麗，李小雪

(中國電建集團河北省電力勘測設計研究院有限公司，河北 石家莊 050031)

0 引 言

電力勘測設計系統中處理著大量工程勘測數據實體對象，包括圖形數據與屬性數據，他們是電力設計的依據，是勘測數據的合理可靠關系著電力工程方案的可行性、基礎設計的經濟性和工程施工的安全性，對工程設計起到舉足輕重的作用。目前我院在全國范圍內積累了大量勘測資料，具有很高的重復利用價值，如何很好地利用好這一資料優勢，挖掘數據的深層次應用，發揮數據的整合利用價值，是我們關注與急需解決的問題。

數據是反映客觀世界的事實，是可以區別其特征的符號，所謂數據管理就是如何用計算機進行存儲與管理，用數據庫進行數據的組織與存儲[1]。目前開發的電力勘測設計應用軟件普遍存在勘測設計數據中的屬性數據與圖形數據相分離的問題，二者之間未建立有效的一致性互動機制。針對現有的、非結構化的資料查詢困難，介紹一種以ArcGIS為基礎的二次開發，構建基于GIS框架下的勘測平臺，實現多源數據的統一管理和深度利用，達到提高既有數據的資源共享程度，為電力工程的勘測設計、施工與建設管理提供了科學依據與決策[2]。

1 數據特點與需求分析

針對勘測數據特點，可把勘測數據分為點狀要素、線狀要素與面狀要素，他們是具有相同空間參考系的要素集合，由幾何網絡與對象組成。按專業分可分為測量數據、巖土地質數據、物探數據、水文數據等，其組織架構如圖1所示。

圖1 勘測數據組織結構圖

1.1 測量數據

測量數據主要包括線路工程入庫數據，變電工程入庫數據，發電工程入庫數據，控制點數據，基礎地理信息數據等。主要涉及點要素(控制點、風機位、站址界址點、塔位坐標)、線要素(變電站范圍、風場范圍、線路路徑等)、面要素(地形圖、影像圖等)，具體數據類型如表1所示。

表1 測量數據信息表

1.2 巖土數據

河北省地形以平原為主，地層普遍為粉土、黏性土。鉆孔作為主輸入項目，每一個鉆孔內容包括了地層、現場測試、水位、土工試驗等內容。通過建立鉆孔數據的數據庫，并實現與巖土專業現應用軟件(理正軟件)的應用接口。通過鉆孔位置坐標的檢索，獲取其勘探點屬性(包括勘探點性質、坐標、深度等信息)，具體數據類型如表2所示。

表2 地質數據信息表

1.3 物探數據

變電站、電廠、線路、光伏和風電都會開展電阻率測量與大地導電率測量工作，根據以往經驗，土壤電阻率都是測量地面以下30 m深度范圍內的土壤電阻率值，大地導電率都是測量地面以下200 m左右的大地導電率值，根據以往工程數據歸納總結，形成物探導電率、電阻率數據庫，以點要素的存儲數據，可通過位置檢索，獲取測點(土壤電阻率值、參考地層數據等)的物探數據。

1.4 水文氣象數據

水文氣象數據主要包括水文站概況信息(站名、站號、站點類型、建站年代、坐標、海拔高度、地理位置、積水面積，所屬河流水系、年值、月值、日值、時值等)、潮位站概況信息(站名、站號、建站年代、坐標、海拔高度、地理位置、站點高程、高程采用基面、各類特征潮位等、水庫概況信息(水庫名稱、所在河系、流域面積、設計標準、校核標準、最大庫容、各重現期下泄流量，水位庫容曲線等)，數據形式以點要素為主，形成水文氣象的基礎資料查詢利用，通過位置檢索，獲取不同類型的基礎站點(水文站、潮位站、水庫、氣象站等)等水文資料記錄和氣象資料記錄。

2 系統目標

系統建設近期目標主要定位在勘測數據及資料的綜合管理和三維展現兩個層面。

(1)能夠管理巖土、測量、水文、物探等項目成果數據及資料，實現測量控制點數據、地形圖數據、巖土地質勘探點數據、大地土壤電阻率、大地導電率、設計氣象條件、設計水文條件等的數據管理工作。

(2)實現勘測數據共享利用，可按照空間、邏輯關系等進行綜合組織、查詢；實現按位置、項目、索引等的數據檢索。

(3)實現鉆孔布置、區域地質情況分析、區域控制系統轉換，方便勘測及設計專業能夠按照空間位置進行相關成果調閱、分析工作。

(4)結合正射影像(DOM)、地面數字高程模型(DEM)進行三維可視化。

3 勘測數據一體化平臺研發實現

3.1 數據庫設計

該平臺采用ArcSDE數據庫，是在關系數據庫上進行空間擴展，可以將地理特征數據和屬性數據統一地集成在關系數據庫管理系統(RDBMS)中，提供空間和非空間數據進行高效率操作的數據庫服務。ArcSDE采用C/S體系結構，與客戶端間建立TCP/IP協議，接受客戶應用程序的數據請求，支持多用戶并發操作，可以通過版本來表現空間編輯的狀態，從關系數據庫環境中繼承的強大的數據庫管理功能對空間數據和屬性數據進行統一而有效的管理[3-4]。

ArcSDE數據庫由三部分組成：ArcSDE服務器管理進程、專用服務器進程與ArcSDE客戶端，其中ArcSDE服務器管理進程負責維護ArcSDE和監聽來自客戶端的連接請求，專用服務器進程用于每個特定的客戶端應用程序與數據庫的連接，ArcSDE客戶端通過ArcSDE服務器管理進程和專用服務器進程建立和RDBMS的連接，實現對數據庫的操作。

3.2 系統結構設計

勘測數據一體化平臺系統可分為基礎數據層、中間層及應用層3個組成部分。基礎數據層為勘測數據的空間數據和屬性數據庫信息，包括測量、巖土、物探、水文專業的點要素、線要素與面要素等的信息；中間層為ArcSDE數據庫，是存儲勘測數據的容器；應用層為具體功能需求的實現，包含各類業務功能應用，由勘測空間數據管理、勘測信息查詢統計、空間數據分析、三維地形展示、數據傳輸接口等構成[5-6]，詳細系統結構組織如圖2所示。

圖2 系統結構設計圖

3.3 系統功能設計

根據我院勘測各專業的需求，利用ArcEngine進行GIS開發，開發勘測數據一體化平臺系統(圖3)。其主要功能包括：

圖3 勘測數據一體化平臺系統

(1)勘測測量、巖土、物探、水文數據的傳輸入庫功能，可實現SHP、DWG、TXT、TIFF、JPG等多種數據的加載(圖4)。

圖4 數據加載窗口

(2)地圖數據操作功能，實現地圖的放大、縮小、平移、存儲等基本功能。

(3)數據編輯功能；影像、點、線、面要素、屬性的編輯與保存等功能(圖5)。

圖5 地物編輯窗口

(4)空間信息檢索功能，實現按位置、范圍、特定條件的數據查詢檢索功能，及時找到需要的勘測數據。針對控制點管理，可搜索范圍內的數據，根據數據庫的坐標數據進行不同坐標系的轉換參數計算，實現不同坐標系間的坐標轉換。

(5)空間數據分析功能，根據數據庫中的數據或新加載的數據，完成部分數據分析功能(圖6)。

圖6 屬性分析窗口

(6)勘測數據管理功能，實現測量控制點、地形圖、地質鉆孔、水文站、潮汐站點等的數據管理功能，實現多種勘測數據的集成利用(圖7)。

圖7 統計管理窗口

(7)勘測數據管理功能，三維數據的展示功能。

4 結 語

勘測資料具有很高的重復利用價值，把它整理管理起來，對我們今后的勘察設計項目具有很好的借鑒、再利用價值，可大大降低新建項目的投入成本。勘測數據一體化平臺系統的建立，實現了非結構化的數據的結構化和標準化，率先對河北地區長期積累的多專業、不同格式的多源勘測數據(巖土、測量、水文及物探數據)進行整理，建立基于GIS框架下的數據庫管理和輔助決策分析系統。該系統實現了我院勘測數據的大集成，實現了勘測數據的有效管理及重復利用，方便應用專業快速、動態獲取勘測數據，提高已有勘測資料的利用效率，避免已有勘測資源的巨大浪費，有效降低公司生產成本，有利于公司戰略科學謀劃，提高工程勘測水平。