地理信息系统GIS在输电线路的应用

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摘 要 ：文章针对国内现有输电线路的特点和整体需求,通过对GIS技术在输电工程中的应用领域的了解,阐述了如何应用输电工程GIS数据库,以及如何规划GIS在整个输电工程中的完整应用架构体系,为工程建设输电GIS应用提供指导性意见和建议.

关 键 词 ：输电线路；GIS技术；应用

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）26-0080-03

输电线路地域分布的广泛性及地理条件的复杂性,致使原有的信息系统不能满足实际应用的要求.而地理信息系统GIS（Geographic Information System,GIS）技术正是具有其空间数据分析和可视化表达等特点,则为解决这个问题提供了良好的解决方案.GIS技术的引入,使得输电工程全寿命周期管理工作有了更好的平台,给电网工程带来了设计变革与管理手段的创新,同时,也是实践电网科学发展观的重要体现.

1.输电工程GIS数据库规划

GIS数据库规划是利用商业数据库所提供的空间数据库与属性数据,结合GIS平台提供的空间数据库引擎,对建立输电工程GIS数据库成为可能,只有重视基础数据规划,才能体现GIS技术在输电工程智能化应用.

输电工程GIS数据库的规划,分为空间数据模型、属性数据模型、电网数据模型等三大类型,如图1所示.

1.1 数据采集

数据采集是建立GIS数据库的第一步工作,所采集的数据存储应满足多比例尺、多数据源、分布式、多库一体化的存储方式.针对不同类型的数据,数据采集方式不尽相同：

①空间数据通常以矢量格式的数据提供,一般支持常用的矢量格式的数据,比如Shp\E00\Dwg等常用格式的数据,其中基础地理数据包括境界、交通、水系等地形地物地貌数据,专题数据包括覆冰、风速、污区等等,这些数据带有坐标,属于保密数据,因此大部分都是通过测绘部门或专业部门购买,然后通过数据处理,包括格式转换、坐标转换生成GIS平台可导入的格式,最终生成矢量数据库,在GIS系统中以图层的形式加载分析.此外三维影像数据,如海拉瓦航拍提供的正射影像图与数字地面高程模型数据,可以通过GIS平台提供的数据导入接口,形成金字塔三维影像数据库.

对有些数据是通过现场勘测后由专业数据处理人员补充某专题数据,如新发现的矿区分布点,直接到GIS平台专题图层上补充更新.

②属性数据库,如电网规划数据、设备静态台帐数据等、这些与坐标空间无关的数据,一般来自于外部生产系统相关的数据,采用三种方式实现.一种是直接通过系统中进行手工的录入,二是通过外部系统导出然后再批量导入,如Excel文件导入,生成对应的属性数据库.三是通过与其它系统的接口,如与ERP系统的连接导入数据.

针对运行参数以及在线监测的数据,基本上是通过数据采集终端传感器生成信息,由监测主站经过电缆进行传输采集,实现设备运行数据、在线监测数据的采集.

③针对电网模型数据,对数据的采集,也是三种方式,一是批量自动生成,根据每个线路的杆塔坐标以及相关的属性信息,自动生成线路电网模型；二是通过手动方式在GIS平台上创建线路模型；三是从原有已规划的线路模型直接转换为已投产的输电线路模型.

1.2 数据更新维护

实现数据更新维护是完善GIS数据库的基本要求,同样涉及GIS数据格式转换、不同比例坐标数据的处理.对现有工程所归档的GIS数据,由于前期收集不全,或存在更新版本的数据,以及通过现场勘测后,发现需要在地图上补充的相关影响因素等,设计人员可能经过授权允许对电网数据、GIS数据以及专题数据进行实时维护完善,让其它不同专业的设计人员及时了解最新数据,提高信息资源的共享.

针对空间数据修改一般直接加载所要更新的图层,然后通过GIS平台提供的数据维护功能,直接对对像进行增加、修改、删除的操作.

若是属性数据,可以直接调用该空间对象,然后查看其属性数据直接进行表单数据的修改.

1.3 数据输出

输电工程GIS数据输出通常要结合具体的工程分析后输出相应的结果,因此在不同的阶段输出成果也各不相同,GIS工程数据库的输出,包括了系统规划阶段带有地理背景信息的地理接线图出图或不同年度不同地区不同电压等级规划数据台帐输出成Excel格式；在设计阶段,可以指定输出带某专题的输电线路路径图、根据不同图层影响指标生成的线路周边影响因素量化对照表,提供设计人员辅助决策；对运维阶段主要还是在线监测实时提供的数据通常以图表的形式进行综合数据的展示.

2.输电工程GIS应用架构规划

作为智能电网的组成部分,有必要对输电工程GIS应用层面架构进行整体规划,整个体系架构是个分层次的体系,包括数据服务层、应用平台层以及专业业务层等三个层次,如图2所示.

2.1 数据服务层

数据服务层主要包括了工程GIS数据模型的创建以及与外部数据源的接口,由于GIS数据库的独特空间数据库引擎性结合属性数据能够完整的描述带设备参数的电网模型,因此建立完整规范的工程GIS数据库是其它高级应用的前提条件,无比重要.

其中在与外部系统进行数据传输时,一般通过单独的数据接口服务,比如web service跨平台的接口,实现与外部数据ERP数据读取.

2.2 应用平台层

应用平台层提供系统专业业务应用需要的软件系统支持.所有的系统业务应用都通过应用平台层的软件支持完成,它是使系统的业务应用可以保持灵活性、开放性、安全性的重要模块.

本层涉及GIS数据格式转换,用于处理对数据格式转换、坐标转换等；安全服务提供了GIS数据的安全保密机构,特别是涉及带坐标的地理数据、军事信息、系统规划信息等,需要相应的安全保密机制；编码与规范包括了输电设备完整的编码规则与电力GIS平台的公共规范,将来根据设备的类型以及相关的信息能够自动生成设备信息编码,这对将来设备运行维护管理带来较大的方便,同时要建立统一电力GIS平台规范,推进电力企业健康规范发展；工作流引擎主要应用于数据使用授权审批流程、设备维护检修流程等具体带流程的业务模块当中；模板管理主要应用于相关前期工作报告可研报告模板以及在规划设计过程当中涉及计算的公式定义等；平台管理主要实现使用统一的管理界面,提供监控、统计、操作权限管理、日志管理等. 2.3 专业业务层

专业业务层主要从工程全寿命周期来考虑输电工程在GIS中的业务应用,是对输电网应用GIS技术的集中体现,因此该业务层的实现将对实现智能电网迈进了坚实的一步.

2.3.1 在系统规划阶段

主要包括了地理接线图的管理与规划造价统计分析的应用.其中地理接线图的管理是基于GIS平台建立不同地区不同电压等级不同时段的带规划信息的地理接线图模型,并且能做到任意的维护修改等；针对规划造价统计分析,主要解决系统规划人员每年滚动规划所带来大量的手工计算工作量,工作效率低下,无法形成智能化的分析手段.

2.3.2 在可研阶段

基于完善的GIS工程数据库,实现辅助选线、定位排杆以及工程造价计算分析方面提供辅助决策信息,在可研阶段选线提供较好可量化的判断依据.

针对辅助选线,主要利用该工程所处的基础地理数据与专题数据,然后根据所设定的分析范围与影响因素的参数指标,定量给出线路的周边影响因素的情况,并根据规则进行量化指标判断,给出比较合理的规划路径.同时结合等高线数据或三维数字高程模型给出线路断面图,进行定位排杆.同时通过杆塔数量以及路径选线时对涉及拆迁赔偿的面积大小的计算等,可以在可研阶段得出比较有依据的工程造价数据,提高工程造价计算的准确性.

2.3.3 在设计施工阶段

主要利用GIS技术实现线路路径的优化、设计变更、工程造价分析以及将来结合3S技术生成数字沙盘模型指导施工等方面应用.

通过可研阶段的收资以及现场勘测的结果,不断对工程GIS工程数据库进行补充完善,确保所收集的工程数据库保持最新,这对在设计阶段路径优化提供较为精确的数据,同时工程造价计算分析,将得到越来越接近实际的造价成本.

2.3.4 在运行维护阶段

输电工程GIS技术的应用在工程全寿命周期运维阶段体现比较突出,这也是智能化电网高级应用的具体体现.因此充分利用GIS技术提升运维管理水平,提高智能化效果.

特别是输电网在线监测,加强输电线路状态运行管理,对预防和减少事故发生,加强报警功能,提高电力系统的安全性、可靠性、稳定性十分重要,因此需要对输电线路进行全方位监测和管理.

针对巡视应用,利用GIS平台提供的线路漫游功能与带地理信息背景的线路走廊,用户可以很方便的对指定的线路进行巡视,并对巡视所经过的设备信息自动显示状态参数, 及时发现设备缺陷和危及线路安全的隐患,对设备故障可以做到提前预警,从而保证输电线路安全和稳定运行.

在输电工程运行维护期间,由于导线、铁塔、金具等设备使用年限的不同,必须进行日常的维护以及设备的更换,而这些设备的价格、每次更新数量、规格型号以及相关特性,在工程数据库中进行登记管理,并记录更换原因,生成比较完整的维护数据,然后通过几年的积累数据,可以得出线路工程在运维期间的维护成本,也可以根据不同年份不同设备类型进行统计,还可以结合项目投产前的成本数据,对设计成本与运维成本之间的比重进行分析,在如何降低运维成本方面,应在前期设计阶段如何选材考虑,做到合理的功能匹配,确保实现工程使用寿命最长、维修费用最少、所需成本最低的目标,这对后续该工程设计变更以及将来类似工程全寿命周期成本分析中提供辅助决策信息具有重要意义.

3.结 论

①建立输电工程GIS数据库,详细描述数据采集、维护以及导出,建立完善以及定期更新维护输电工程GIS数据库机制,保证将来规划、设计以及运维过程数据的准确性,最终为电网管理的预测和决策提供全面、快速、准确的信息支持.

②整个输电工程GIS系统体系规划分成数据服务层、应用平台层以及专业业务层等三个层次,体系结构完整,涵盖了输电工程全寿命周期管理过程,实现了GIS技术与输电工程系统的紧密结合.

③通过对输电工程GIS应用体系架构规划与数据库的规划分析,让用户更加清晰了解GIS在电网应用的重要意义,是实现智能电网在线监测必不可少的技术,具有广阔的应用前景和发展前途.