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【摘 要】文章分析了当前电力抢修工作中存在的问题,介绍了利用GIS技术实现电力快速抢修、抢修车和抢修资源的合理调度的电力抢修系统的设计,并对故障和抢修车的定位以及最优路径算法进行了叙述和分析.最后对电力抢修系统的发展方向进行了描述.
【关 键 词】GIS,故障定位,快速抢修,Dijkstra算法
概述
电网抢修的服务对象涉及到普通社会民众、用电企业、国家重点工程及举办重要娱乐和会议等活动的场馆设施.具有突发事件多,故障原因复杂,故障发生地点不能预料等特性.近几年国家电网的信息化建设加速了营销系统与配电管理系统的融合,生产侧的设备数据和营销侧的用户数据能够相互的利用,为电力抢修系统提供了数据基础.在此基础上设计基于GIS技术的电力电网故障抢修系统,实现快速抢修、抢修车和抢修资源的合理调度以及抢修过程的有效监管,最大限度降低停电损失.对于提高电力企业服务质量、节约社会能源、保障经济建设稳定进行有着长远的意义.
1.GIS在电力系统中的研究
1.1电力GIS简介
地理信息系统GIS（geographicinform-ationsystem）在电力生产管理系统中的应用在几年前已经起步,并在电力生产上已经发挥了重要作用,国家电网也推广了电网GIS平台.同时各地的电力公司在积极的推广营销管理系统的GIS应用,提高了公司生产和营销的管理水平和工作效率,为其它电力公司提供了前期的实践经验,为电力信息化系统的建设的作出了积极贡献.
1.2基于电力GIS的抢修系统分析
通过对供电企业电力抢修现状的分析得出,当前的电力电网故障抢修系统与配电管理系统、营销管理系统未完全整合,电力设备与用户的关联关系不全面,也不准确,用户故障报修时,系统不能了解电力设备运行信息,无法实现故障快速定位.此外,现场抢修工作未在系统内管理,抢修人员及车辆的调度智能化程度不高,抢修人员在现场不能与系统实时交互,抢修工作不能得到有效的监管.
1.2.1针对现状,基于GIS的电力抢修系统的设计目标是：
（1）故障点快速定位.根据故障点上报的信息,在GIS地理图上直观展现电力电网的设备信息,并根据设备类型分层展示设备信息、电网拓扑,为故障定位、设备查询、责任班组分配提供帮助.
（2）自动分配抢修任务.根据电网GIS平台故障研判系统推送来的故障空间信息自动获取故障的责任班组,由该责任班组分配抢修人员负责抢修.
（3）抢修路径导航.根据抢修车的车载GPS获取其所处位置并在GIS地理图上显示,根据抢修车距离故障地点的远近调度抢修车辆,并指挥接收任务的抢修车尽快投入抢修.
（4）抢修信息自动推送.在抢修过程中系统将抢修的实时信息推送到95598系统,95598将抢修的实时信息告知用户,抢修结束后,告知用户抢修结束,恢复供电.
（5）经验积累与分析.在抢修结束后,对该次抢修工作的实际情况将做详尽的记录,包括详系统尽的工单信息的记录,并在收到抢修完成指令后自动归档,供后期的分析和研究.
1.2.2根据本系统的设计目标,定义当前系统的业务流程：
图1系统业务流程
1.2.3为实现以上目标,系统必须具有良好的系统稳定性、安全性、通用性.
稳定性：系统采用国际先进的网络设备与软件开发平台,在系统的设计与实现阶段经过严谨科学的技术手段施行,后期通过多次细致的软件测试,达到稳定要求.
安全性：系统必须确保数据的安全,数据库的稳定、不容易损坏、非授权用户无法访问本系统,并能备份恢复数据.
通用性：系统采用通用的Linux操作平台与IE浏览器,不用安装其它插件以确保系统的易操作性与通用性.GIS操作用通用的地理操作工具符号,并附有简单说明,避免复杂的操作,可以充分发挥GIS的图形可视化界面特点.
2.系统设计实现
2.1基于电力GIS的抢修系统设计实现
2.1.1系统的体系结构
（1）WebGIS的实现,本系统采用（B/S）的WebGIS体系结构,服务器存储地理图形数据与地理属性数据,客户端通过网络对数据进行录入和维护.该工作安排专职人员,拥有权限的机器可以根据需要更改数据,并实时更新到服务器上,另一侧,非专职人员通过浏览器进行系统访问.
（2）基础平台与开发环境,服务端操作系统为Linux,客户端操作系统为WindowsXP、win7,服务器软件采用WebLogic,开发语言为Ja、采用的J2EE架构.
（3）WebGIS空间数据库中数据分为空间数据与属性数据.数据库用于存储空间与属性数据以及访问的接口.数据库采用SQL2010数据库,空间数据库引擎通过ESRI公司的ArcSDE来访问.
（4）WebGIS应用服务器,本系统采用ESRI公司的ArcIMS9.2.ArcIMS是通过Web发布动态地图、GIS数据和服务的解决方案,为GIS的Web发布提供了一个高伸缩性的框架,以此满足Inter级的访问要求.
2.1.2系统功能设计
系统主要功能模块包括：客户报修处理模块、抢修任务调度模块、抢修现场管理模块、95598实时消息管理模块、抢修信息归档和分析模块五大部分.
（1）客户报修处理模块,根据95598的报修信息,定位当前报修点的位置信息,完成客户报修信息的录入、查询和统计功能.
（2）抢修任务调度模块,实际地理坐标在GIS地理图上展现,展现电网设备信息,通过电网拓扑关系分析,实现故障定位、设备查询、责任班组分配.
（3）抢修现场管理模块,根据抢修车的定位和故障位置,生成抢修路径导航.根据抢修班组的抢修进度反馈,记录当前的抢修进度.（4）95598实时消息管理模块,根据整个抢修的步骤,分阶段的把抢修的进度发送到报修客户的移动设备,并记录.
（5）信息归档和分析模块,记录抢修各阶段的时间和处理结果,把各阶段的反馈信息和客户信息作为资料进行归档.统计和分析抢修记录,提供抢修区域分析（根据GIS范围）,抢修效率分析,各班组抢修速度分析等.
图3系统功能模块
2.2系统主要关键技术的研究
2.2.1故障位置定位的实现
故障定位是故障隔离和恢复供电的基础.快速、准确的进行故障定位,对于减少停电时间有重要的作用,是减少损失的最有效、直接的方法.配电网故障定位的方法分为两大类：一类利用继电保护装置、配网监控系统和其它专门装置提供特定的信息,另一类利用用户打来的报修的信息.第一类方法判断比较准确,但对硬件硬件设施的要求较高,第二类方法只需要电力服务的人工系统接收处理故障报修信息,适合电力信息系统建设不完善的城市.
目前,主要利用继电保护装置、配网监控系统和其它专门装置提供特定的信息进行故障定位,这种算法主要有两类：一类是以图论知识为基础,根据配电网的拓扑结构进行故障定位,另一类是以人工智能为基础.
最近的研究主要是将两种算法相结合的趋势.此类混合算法有助于克服单一算法自身的限制性,有利于求取更加准确的定位方案,但实现的复杂度较高,进一步提出了配电网粗糙集方法故障定位.该方法是将获得的投诉信息整理成一个粗糙集合,因为用户不具有专业的电力知识,主观判断较多,在大量无序的投诉信息中存在着大量无法判断的因素,也包括错误信息,造成所获得的集合是一个粗糙集合.配电GIS几何网络自动生成基于用户报修信息的配电网故障定位决策表,然后利用粗糙集方法对此进行简化和梳理,生成故障定位的最小约简形式,从而达到快速、准确地进行配电网故障定位的目的.
2.2.2抢修车定位
抢修车移动定位功能主要依靠车载GPS系统,在电子地图上显示抢修车辆的位置、记录车辆行进路线.
经纬度是定位所必须的两组数据,在确定抢修车辆的位置时,根据经纬度坐标确定,在电力GIS中迅速定位.当前GPS经纬度的采集技术和设备已经较普遍和很成熟,国网车辆管理系统的运用,更是使得车载GPS普遍应用,通过调用国网车辆关系系统接口可实现抢修车辆定位.
2.2.3路径导航算法实现
抢修车的管理,最重要的是提供最优的导航路径,目前对车辆和故障地点之间最短路径的计算主要是采用Dijstra算法进行计算.
Dijkstra算法是一种适用于非负权值网络的单源最短路算法,该算法的计算基础是贪心策略,基本思路是根据路径长度逐点增长的方法建构一棵路径树,在此基础上得到从该路径树的初始节点到达其他所有节点的最短路径.主要做法为：
设置V是全部节点的集合,S则是存放己求的最短路线的结点集合.在原始状态阶段,集合S里面只有一个源点Vo,而在具体的计算过程当中,所求取的最短路径节点（Vo,等,Vk）会以一条一条的方式添加到S里面,一直到V里面的全部顶点都被置放到S里面为止.设定一个辅助向量为D,而具体的分量di,则代表当前所寻找到的由源点Vo到其他顶点Vi最短路径的实际长度,另设一个辅助向量Xi,每个分量Xi表示所找到顶点Vi的前继顶点.它的初始状态为：di等于∞,Xi等于Null,do等于0,dodo为Vi等于Vo时的值,即初始值.设第一条最短路径为（Vo,Vk）,则此时：
（3-1）
那么下一条最短路径（Vo,Vj）,或者（Vo,Vk,Vj）.通常既然S是存放已知最优路径的节点的集合,这样下条最优路径的中间结点就应该是S里面的节点,具体长度是：
（3-2）
在每次求得一条最短路径之后,都将其终点Vk加入集合S,并对所有的其他顶点修改其di,Xi等：
（3-3）
Xi等于Xj（3-4）
在上面的公式当中q（Vk,Vi）为弧（Vk,Vi）之上的一个权值.上述算法可以通过计算寻找到从源点出发到其他各个顶点的最短路线.借助对x的回溯能够得出对应最短路径所需要路过的各个顶点,形成最短路径的搜索结果.该算法的缺点是在搜索终点时方向定位差,需要检索的节点多,节点数的增加伴随着搜索深度以凡何级数剧增,大大增加了计算时间,影响计算效率.
针对上述局限性,Nordbeck曾经提出了一种基于椭圆限制的最优路径算法,但在判定节点是否在椭圆内部时,需要引入较复杂的非线性运算方法,无法真正提高效率.部分学者通过构造了一个平行四边形限制搜索区域,使用最小多边形来代替椭圆.然而,这种改进还需要有一个坐标轴旋转、坐标轴平移等方面的预处理程序,同样计算量非常庞大的.比较简单并且合理的区域搜索限制模型应该是应该是根据起始点和重点的距离设置限制区域：设置源点为M,终点为N,具体模型为：
Dis（M,i）+Dis（j,N）<,KDis（M,N）（3-5）
Dis（i,j）是测距函数,借助结点地理坐标的计算出结点i到达结点j的图上距离.K是区域调节参数,其取值和搜索区域成正比.如果搜索区域过小（如果k∈l那么搜索区域就是空）,最优路径可能被排除在搜索范围外,需要相应的适当增加k值,然后重新开展最优路径搜索.
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K作为搜索区域调节参数,设置的合理性决定了算法效率和最优路径能否实现,我们在设定K参数时应根据电力系统GIS图元沿布的综合情况考虑,得出优选值.3.结论
开发具备智能化、定位快、精度高特点的电力抢修系统是业界长期以来追求的目标,本文基于GIS技术的电力抢修系统在这方面进行了研究,最大程度确保抢修调度系统的效率,主要工作有：