对某市电网规划设计应用GIS系统的探究

　　摘要：随着某市电网规模持续扩大，电网设计规划越来越困难。本文针对电网工程的特点及电网设计实际需求，建成电网规划设计地理信息系统（GIS），并实现了电网设备台账管理和信息集成以及辅助设计规划等功能。
　　关键词：电网设计规划；GIS应用；
　　0引言
　　电网工程周期长，涉及区域广，从规划、设计、施工到运营、管理、维护等都对空间信息有着强烈的需求。电网前期主要工作是路径优选和杆塔选型设计，传统电网规划和设计手段需要大量的现场验证，导致外业工作量大，工期长，且不易确定最佳方案。为了满足电网建设和节能降耗的要求，利用地理信息系统（geographicinformationsystem，GIS）强大的空间数据处理和分析功能来处理电网规划和设计的相关信息。根据电网设计特点和某市电网现状，构建电网规划GIS系统，服务于电网工程设计与规划。
　　1、电力GIS应用现状
　　GIS作为一个基础平台可应用在电力企业各个部门中，满足电力企业统一管理的需要。欧美电力企业的GIS应用起步较早，应用范围非常广泛，电网的规划、运行、销售、检修、客服等各类业务都有GIS支持，而且与企业资源计划（enterpriseresourseplanning，ERP）等系统的结合也十分紧密。国内电力企业在GIS建设方面做了较多的探索，实现了一些具有实用价值的电力输变电GIS应用。通过GIS实现了电网空间信息管理、输电设备台账信息管理、输电网络专题图形管理、污区管理等功能，并且实现了与数据采集与监视系统（supervisorycontrolanddataacquisition，SCADA）系统、管理信息系统（managementinformationsystem，MIS）系统等集成。国家电网公司东北分公司输电网生产管理系统，实现了全超高压局数据集中处理；华北电网公司GIS系统，实现了华北电网公司输电线路图形和数据信息的全面管理；天津电力公司电网图形辅助生产管理系统，集地理信息和电网数据为一体，实现了全电压等级电网图形数据的集中存放和统一管理。电力GIS应用主要集中在运行管理，针对电网设计的大区域GIS系统还很少。
　　2、系统结构设计
　　某市电网规划GIS系统，以地形图、遥感影像为基础，对输电线路、变电站、骨干电厂信息和项目规划、设计、勘测资料进行有机融合与管理，指导输电网的规划、设计，达到优化电网结构、提高设计工作效率的目的。电网规划设计GIS系统体系结构如1所示。该系统应用平台采用C/S结构，基于ArcGISEngine和.NET平台进行开发；数据库采用SQLServer2007进行数据的存储和访问，管理员应用ArcInfo进行基础数据的维护。该系统将输电网设备空间分布、设备台账属性与设计信息等有机结合在一起，实现空间查询和分析的各项功能。
　　
　　图1GIS系统体系结构
　　3、系统主要功能 
　　3.1概述
　　某市电网规划设计GIS系统提供区域内的电网整体信息数据，实现了相关业务数据的图形化管理及空间数据查询和分析功能，为电网规划设计提供各种辅助性工具，提高设计方案的优化程度，减少外业工作量和劳动强度，提升电网的建设和管理水平。GIS系统的主要功能如图2所示。
　　3.2基础数据管理
　　系统以某市1∶50000矢量地形图和2.5m分辨率影像图作为基础，覆盖线路、变电、电源、通信、勘测专业数据，共同构建电网GIS系统。
　　3.3信息多方式检索
　　基础数据和电网数据按图层进行分类组合和显示，电网数据按照电压等级进行分类组合和显示，系统对整网的信息实现多方式检索，包括点击查询、框选查询、选择名称定位查询、选择分类查询、SQL条件查询等，可查询线路的各类技术参数，实现按地区、电压等级、供电区域、分时段、分专业等要素的检索。
　　
　　3.4电网设备管理
　　系统将各电压等级的线路路径、线路杆塔信息、电网设备的分布、台账属性及运行等信息，按实际地理位置，表现在空间地理背景上，建立起全信息数字化电网模型，增强对电网整体的掌握程度，提高对电网存在问题的分析能力；在足不出户的情况下就能全面了解电网信息，其中包括电网的概况信息、设备分布地形地貌、污秽区的分布、系统图、线路断面图等，根据这些信息形成电网专题图、线路剖面图，指导电网工程设计、规划与管理。
　　3.5电网辅助设计
　　系统满足线路设计前期的路径选择需求。线路初步设计阶段大致分为：现场勘测、路径选择、排杆定位与基础设计、其他电气设计、材料统计、概算。业务流程环环相扣，设计人员根据地形图和影像图，配合电网信息，进行线路路径的初选和校对，优化线路走廊，并输出最优路径图。系统提供新建线路、切改线路、添加杆塔、修改杆塔、坐标导入、图纸输出等功能。同时系统能够提取交叉跨越物，并输出道亨格式的平断面图。系统提供的数据在精确度和可信度上都能够符合标准要求，满足可研、初设要求的深度和精度。
　　3.6电网辅助规划
　　电网规划对现有电网信息非常依赖。系统提供了电厂、变电站、各种电压等级线路的准确地理坐标信息，结合污区图、重要障碍区、交叉跨越物等要素，加上系统空间分析功能，优化规划方案，使供电接线更加合理，使电网规划更加真实，满足经济调度要求。通过在现状图的基础上增加已经完成的电网规划项目，及时了解规划的实施结果及其影响。
　　3.7权限管理
　　权限管理主要针对各不同专业和部门的用户，在浏览和修改数据时进行分权限管理。系统会对登录用户进行权限审核，并根据权限审核的结果，在界面上显示符合其权限的工具条和菜单，让用户在其权限范围之内对系统进行访问和操作。
　　3.8与其他系统和软件的接口
　　（1）与“信息协作平台”的接口。“信息协作平台”是电力勘测设计研究院信息交换、办公自动化和工程图形库存放的平台。规范2个系统的文件格式和管理方式，系统之间可通过规范的工程编号进行链接、访问和下载。
　　（2）与AutoCAD软件接口，电力设计制图以CAD图纸为主，系统保证设计图纸的输入输出。
　　（3）与专业软件的接口，如道亨软件。
　　（4）与手持全球定位系统（globalpositioningsystem，GPS）信息采集的接口。将野外手持GPS采集的路径数据录入系统，供设计人员参考。
　　3.9数据录入与维护
　　系统对各个专业都提供专业对象编辑工具，实现便捷地编辑对象、提交和上报各种工程成品数据、整理已入库的数据、输出指定范围的图纸等功能。系统管理员负责管理元数据（MetaData，描述数据及其环境的数据）、基础地形图数据和工程数据链接等信息。
　　4、项目建设重点
　　4.1需求的准确把握
　　对电力企业的应用需求最了解的是电力企业从事设计生产、经营管理的领导和技术人员，但是这些人员缺乏GIS相关的知识，加之生产任务繁重，因此，总体规划或设计方案采用外包形式实行；而外包单位的开发人员缺乏电力企业知识，使得总体规划或设计方案深度不到位，或者应用覆盖不全，为系统的实施
　　带来了许多困难。要解决好这一问题必须重视项目机构建设及人力资源、资金等配置。电网规划设计GIS系统的建设注重专业人员和开发人员的沟通，成立数字电网研发组，由线路、变电、勘测等系统建设相关专业抽调人员组成，负责项目的过程管理和协调工作，包括制定总体方案、确定专业需求、配合开发人员落实方案、检验成果实现、进行系统培训及系统维护等，解决了专业人员不懂软件开发，软件开发人员不懂专业问题。
　　4.2数据的可持续更新
　　GIS系统的正常、良好运行，并能够在应用中发挥作用，数据的及时更新是关键。在地理信息系统的构成中，硬件、软件和数据的建设投资比通常为1∶2∶7，其中数据处于核心地位。GIS系统运行所需要的基础数据（如地形图数据、设备台账、电网地理接线数据、设备位置数据等）有效地建立起来并持续更新，才能保证系统正常运转。确定更新的数据来源和可靠的数据入库手段，是系统成败的最关键因素。电网规划设计GIS系统数据的来源确定为电网设计的竣工图。GIS数据更新由专业人员进行，给用户提供更新接口，统一审批入库，保证数据的一致性。
　　5、系统特点
　　（1）电网规划设计GIS系统是为输电网设计、规划研发的应用软件平台。系统构建紧密结合电网工程设计，集成电网设计功能和完善的电网信息，满足工程前期阶段的规划、设计需求。
　　（2）基础矢量数据为1∶50000全要素数据，信息量大（包括街区、道路、村镇、河流、植被等40多个图层），时效性强。以近2年的卫星影像为基础，对基础矢量数据进行了更新，实现了矢量图、影像图、数字高程模型（digitalelevationmode，DEM）数据、污区图、电网数据的无缝叠合，解决了不同数据源的基础地理数据叠加问题。
　　（3）电网专题数据管理。电网专题数据准确、全面、信息量大，系统管理电网35kV以上线路、变电、电厂等全方位数据，包括：线路的长度、导线型式、投运时间、地形比例、绝缘配置等；杆塔的准确坐标、塔型、基础、呼高等；变电站、电源的平面布置图、建设概况、设备台账等；通信、勘测专业的设计资料详细信息。系统信息根据工程进行管理，每个工程均可以文字、图表、附件等形式录入。所有电网信息在基础地理数据中准确定位，高精度的电网数据通过GPS采集坐标入库，统一采用北京1954坐标，不同坐标系预留7个参数转换接口。
　　（4）数据维护的版本管理。数据的更新是由使用系统的各个专业进行的，数据更新人员和审批人员分散，数据更新容易产生冲突。为了使更新的数据准确完整，采用ArcGIS的版本管理（visions）模式。“版本”是记录修改数据的增量，将更新数据和已有数据分离为不同版本，更新数据作为新的任务版本经过审批后
　　才能入库。这种方式解决了空间数据分散更新的难题，既保证了专业人员可以分散地进行数据更新，又保证数据入库的可靠性。
　　6、结语
　　某市电网GIS系统的建设，即构建基于地理空间的电网数据信息共享平台，是整合线路、变电、系统、发电、勘测、通信等多个专业资源的“协同工作平台”，
　　实现了更大范围的数据共享、综合以及多维、动态的应用分析；充分利用各专业的数据资源，形成了全新的高效工作模式，在室内就可以完成新线路的初选，配合外业对所选线路进行有针对性的验证，大幅减少可研和初设外业工作量。实现了电网资源管理的信息化和规范化，为增强电网设计水平、服务电网建设、加强电网监督管理等方面提供了重要的技术手段。
　　参考文献
　　[1]李功新.基于GIS的电网生产管理系统建设与应用[M].北京：科学出版社，2008.
　　[2]龚健雅.地理信息系统基础[M].北京：科学出版社，2001.
　　[3]黄瑞.地理信息系统[M].北京：测绘出版社，2009.