电力行业GIS系统整体解决方案

电力行业GIS系统整体解决方案

2003-11-30 来源：中国软件网网友评论0条点击进入论坛

2002年本人受聘于唐山赛尔信息公司任技术总监，与唐山市丰新区农电局信息人员一起探索把“图数结合”技术和将地理信息引入到电力设施的管理新方法，利用了一年时间开发了电力GIS系统，这种融计算机图形，处理技术和数据库技术一体、基于地理信息的管理系统（GIS）在生产管理中的应用，它为现代化管理思想、方法在输配电生产技术管理上的应用提供了现代化的工具和手段。通过一年的电力系统建设对数字化电力的县级解决方案有一定了解，取得了一些经验，希望GIS方面的专家探讨学习。

一、前言

电力行业各部门拥有大量的网线和设备，相应的图纸、档案、信息非常庞杂。随着电力事业的发展，有关数据、信息资料也会越来越来多，同时随着电网的日益复杂，馈线之间的相互关系也更趋复杂，因此对电力部门的管理和调度提出越来越高的要求。

电力行业使用的电力设施在管理上具有一个明显的特点，就是分散地分布在一个特定的地理范围上（如一个城市或一个地区），这给电力系统的设备管理带来了很多困难。多年来，电力系统的技术人员与管理人员，为了管好设备应用创造了多种先进的管理方法，特别是计算机技术的应用更为电力系统的设备管理提供了先进的技术手段。但是，前几年由于受到技术手段的限制，在电力企业的计算机辅助设备管理上基本上处于低水平的应用阶段，主要是用数据库技术对设备的技术参数和运行参数进行管理，后期虽然应用了如AUTOCAD一类的图形处理技术来绘制线路走向图或进行某种工程设计，显然其应用与数据库管理是脱节的，图形和数据信息不能充分共享，简单的图形处理技术更无法将地理信息应用到设备管理上。

因此电力管理部门转向GIS可视化解决方案，利用地理信息的特点，全面了解电网在空间的分布状况；掌握电网的实时运行状况；使图形管理与数据管理融为一体；能够对指定局、变电所、区、线路进行特定的统计计算，使图形、数据管理具有空间特性能够通过对目标的点取一类的简单操作，直接查询电网的设备属性数据库的信息，快速、准确地评估、分析出数据内部潜在的联系，为管理人员规划、设计、预算、决策、控制提供了一套完整的信息化

解决方案。

二、功能需求分析

1、地图操作功能

① 地图放大、缩小、任意漫游、全图显示功能，可能查看丰新区电网全图，进行供电设备

查询。

② 模拟实际电网模型

以电子地图作为电网的背景，在电网层中构造出架空线、电缆、杆塔、开关、配变等电网设备，并且能够表示架空线等与杆塔等的连接关系，开关的通断等专业属性，以及不同的电压

等级的表示。

③ 强大的电网图形编辑功能

根据电力系统的特点，专门设计了针对电网的编辑子系统，方便对电力网图编辑处理，解决

实际中电网变化较快的问题。

④ 查找与定位功能

根据用户输入名称查找对应的单位(支持模糊查找)，并在图上标识出其实际的地理位置，显

示在屏幕中心。

⑤ 图形资料输出

用户可以选定任意形状，裁剪输出电网图、配电架空线路图、电缆网络图等，并且可能输出

线路走向图、电缆走向图等专业的图纸。

2、设备管理功能

可以输入、编辑设备的台帐数据，构造条件对设备数据进行检索，统计任意区域设备。

① 线路信息

线路信息包括线路名称、电压等级、全长、经度、纬度等基本信息。

② 杆塔信息

杆塔信息包括杆号、经度、纬度、线路名称、杆型、全高、导线型号、档距、与大号杆塔距

离、建立时间等基本信息。

③ 变电站信息

变电站信息包括变电站名称、电压等级、经度、纬度等基本信息，以及变电站内部结构图和其上的断路器、隔离开关、变压器、电压互感器、电流互感器信息。

④ 运行参数

运行参数包括线路节点编号、有功功率、无功功率、电流、电压、经度、纬度。

它供本系统的维护人员和有关单位部门授权用户的数据管理人员使用，用来实现对图形和属性数据的入库，实时或准时实时的更新的，并支持手工静态数据录入及GPS实时动态数据连

入刷新。

3、综合信息查询

利用GIS的地图信息技术，户可以在一幅县级地图上看到电网设备、所有供电所的地理分布位置，通过简单的鼠标操作就可以查看相关数据，而且还可以把这些来源不同数据GIS的专题分析功能全面地、多样地反映在地图上。通过查询功能可以浏览任意比例尺、任意距离内的各类专题图，同时对图中的实体现状进行查询；也可以输入多种查询条件，查看符合条

件的图形和现状信息。

主要有以下几种查询，可以实现图形数据和属性数据的单向或双向查询：

① 地图基本信息查询

用途：对地图上的电网设备及用电户基本信息查询。

用户点击查询基本信息图标后，直接在地图上点击欲查询的实体。

② 属性信息查询

地图上的某一对对象的各种属性数据，如：用电户的名称。

③ 空间查询

地图上的对象的空间关系

④ 快捷查询

可以自定义一些固定的查询格式，保存后使用。

4、数据统计

利用GIS专题图的功能将数据库的属性数据的统计数据表达在地图上。可能生成下面几种统计表：电力设备分布情况统计表，区域用电户缴费情况统计表等。

5、空间分析

① 实现业扩报装辅助决策业扩报装一个主要的流程是对现场地形进行勘测，利用GIS可以方便地进行图上勘测，系统可找出距离报装用户最近的线路接入点，提供最佳电源接入点方

案。

② 电网操作在地图或系统接线图上，进行开关的模拟操作，模拟操作的结果自动在图形上

显示。

③ 故障定位供电部门根据用户的报修电话或者单位名称，找到故障线路段，并可进行逆向推图，调出相关图形，如开闭所、变电站的一次接线图，协助用户分析可能出现的故障，并能够根据其他的报修电话，综合分析故障原因。由于在图形信息和设备数据资料中加入了地理前景信息，把供电设施、网架结构与地理位置联系起来，使管理单位准确的掌握了配电网的空间分布情况，从而减少了设备检修、用户投装等工作的多次现场勘察工作。管理人员依据维修报告地点和类型将标注图上，然后用多种颜色显示不同程度的故障区域，运用专题图技术可以对不同区域故障发生的频率进行统计，从而确定故障多发区。

④ 负荷转移辅助决策当线路停电后，为保证用户的用电，提高供电可靠性，需要对停电线路进行转供电，系统可以根据电网的拓扑结构，判断出切合的开关，形成负荷转移方案，供

用户选择。

⑤ 电源点追踪

系统提供逆向追踪电源工具，由电力用户→分支线路→开闭所→变电站逐级进行逆向跟踪，

观察配网的拓扑结构。

⑥ 供/停电范围分析根据开关的模拟操作，改变电网的状态，并产生受影响用户报表。

⑦ 缺陷管理系统可对配电设施的缺陷情况进行管理。

⑧ 线路台帐系统对各种配电设施数据库的综合分析，自动产生以线路为统计对象的线路台

帐，线路台帐符合省局的标准格式。

6、配网规划设计功能

① 配电网络的设计系统提供专门的设计图层，在设计图层上，设计人员可以利用本系统提供的面向对象的建模方法，进行配电线路、各种配电设施的设计和规划工作。规划、设计对象采用不同的颜色，和现役的设备相区别。设备区域分析，根据两设备间的覆盖范围，对两设备间共同覆盖区域进行分析，为设备间的合理分布作理论上的分析。线缆布局的网络分析，根据对现有的线缆网络进行分析，对现有网络的布局合理性（分段布局的合理性及穿

过障碍物的合理性）得出分析报告并对不合理之处提出改进意见，以期最大限度地利用现有

设备。

② 缓冲区分析架空线路需要一定的安全距离，系统提供的缓冲区分析功能，能够分析出坐落在安全范围以内的建筑物。系统提供圆形、矩形、多边形选择工具，可以使用这些工具在图上拖动选定一个范围，则该范围的图上对象对应的信息将显示出来，可以用缓冲区来统计查询。如要查询某供电区域A点3公里范围有哪些用户，可以给缓冲区输入一个3公里的

半径，然后可得到查询结果。

③ 线路投入运行当设计线路施工完毕，正式投入运行时，系统可以将所涉及的内容自动添加到配电设施的相应图层，无需再在配电设施图层上重新输入，减轻工作人员的负担。

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三、系统数据库结构

GIS中的数据库有两种：空间数据库（存储地理信息）和属性数据库（存储非地理信息）。空间数据库包括每一图层对应的图层数据表（包含该图层中所有地理对象的名称、标识、属性等信息）和其他由数据库软件生成的含地理信息数据库。GIS通过数据绑定引用这些数据库，支持对多种常用数据库的访问，如ADO、DAO、ODBC、Oracle8i及RDO 等。需要强调的是，不需要把所有的数据都与地理信息相匹配，存储于地理数据库中，有些数据可以独立存储为非地理数据库。对于非地理数据库，则可用面向对象编程语言对其进行访问、控制，这样既不用考虑GIS 与数据库之间的数据绑定，也可使操作界面丰富、灵活。如本系统各种运行及故障数据、变电站设备信息采用非地理数据库存储，而行政区、线路、杆塔等采用地理数据库存储，降低了开发难度，较好地实现了所需功能。

1、空间数据库结构设计

① 基础地形图(工作底图)

基础地形图作为地理背景信息，把供电设施与地理位置联系起来，使管理单位准确的掌握电

网的空间分布情况。

系统的基础地形图采用1：5000丰新区地形图作为系统的背景图。

背景图根据地物的不同分为以下图层：

道路、道路文本、地物、地物文本、水系、水系文本、单位、单位文本、街道、街道文本、

行政区及其文本等。

② 电网图

空间数据图层根据配网设备的类型分为

1.高压线路层

2.配电线路层

3.电力电缆线路层

4.配电室站层

5.部门、变电站层

6.开闭所层

7.高压开关柜层

8.低压开关柜层

9.低压配电屏层

10.避雷器层

11.短路器层

12.开关层

13.刀闸层

14.熔断器层

15.跌落保险层

16.用户层

17.电杆、铁塔层

18.其它设备层

描述配网设备的数据集中都包括其名称，故不设立相应的文本注记图层。

2、属性数据库

即非空间数据，由以上图层的二维属性数据表组成的数据库（.mdb）

四、系统组成

系统由7个子系统组成

1、综合信息图形子系统

用于图形数据的浏览、维护及输出，包括地图的建立、专题图制作、地图的裁剪、地图按不

同比例尺输出等。

地图操作功能采用分层管理的模式，对变电站、线路、杆塔等不同种类的模型分别进行管理。地图可以进行放大、缩小、拖曳，并根据需要，对地图进行漫游和比例切换。采用分层管理，可以突出重点，用户可以根据需要对背景图层进行取舍。

2、电网分析子系统

用于对电网以及线路配电设备进行供电可靠分析。

包括缓冲区分析、最短路径分析、关键点分析、通达点分析及距离、面积量算等。可显示运行数据，包括节点的编号、坐标、有功、无功、电流、电压等；显示各种故障信息。

3、数据管理子系统

用于系统管理员对数据的维护及采集工作。

包括新建数据、删除数据、锁定及解锁数据、备份数据、数据修复、数据类型转换、数据转

入、数据压缩等。

4、查询统计子系统

用于查询统计各变电站、用电户及各配电设备的属性数据。

包括SQL查询统计、空间自由查询统计、线目标跟踪、属性数据浏览统计、表结构查询等。

查询功能分为一般查询和选择查询（如：SQL查询统计、空间自由查询统计等）。一般查询点中地图任意目标，弹出对话框，显示其详细信息（如行政区、杆塔、线路等）；选择查询根据用户输入的查找对象信息，在地图上标识出其实际的地理位置，并将查询结果显示在图

形中央。

5、设备管理子系统

用于配电设备的安装、移迁及更换、设备巡视管理、查询统计。

包括设备安装、设备更换、设备拆除、设备巡视、缺陷标注等。

设备安装：设备地理位置的确定，坐标可以输入或GPS采集。

注意系统设备的关系，如电杆与电线，电线与变压器等，即配电网中线路、杆塔、开关、刀

闸、变压器等有机结合。

查询统计：通过单击变电站样式，可通过网页形式显示变电站内部接线图，单击图中设备标

志，可显示设备的详细信息。

对配电网中设备的分布、安装日期、使用年限、用量、性能等分类统计、定位查询。将设备的属性数据叠加在相应的地理图层中，确定每个供电区的设备状况，再将不同地区根据设备状况不同用不同的色颜色表示，使电力部门共管理一目了然。

6、用电管理子系统

包括新用电户建立、用电户变更、注销、用户的定位查询、区域查询、用户缴费情况查询统

计。

新用电户建立：图及属性数据录入采集。可能图有属性无、图无属性有、图与属性都没有三种情况。图形数据可采用坐标形成或采用已知相对坐标直接图上绘制。

用电户注销：有时可能图形不删除。

用户定位查询：按照用户用户证号、地址码(全址码、楼房号、平房区号)进行全图查询，自动定位，并将目标突出显示、渲染；电量计量辅助管理。

区域查询：根据地图上所选的任意区域，查询数据库中用户信息。

区域统计：根据全局、分区、地图区域统计总户数、电量、收费率提供直方图，饼形图、曲线图等；根据指定的户数、电量、收费率等数值关系，搜索符合条件的区域，并渲染突出。

五、系统运行环境

本系统采用SuperMapⅢ全组件GIS软件与Delphi进行二次开发，空间数据和属性数据统一

存放在SQL Server中.

① 服务器端

A、安装WINDOWS 2000 SERVER。

B、安装SQL Server 7.0，选择使用TCP/IP网络协议。

C、将空间数据库放入服务器，设为完全共享，如：在”D:\电力图”此目录下。

D、在SQL SERVER上建立电网图库

1）建立数据库设备：电网图，给其分配足够空间。

2) 建立备份设备：bak_dw。

3）在数据库设备“电网图”上建立“电网”数据库，给其分配足够空间。

4）用SQL QUERY TOOL执行“电网.SQL”，在电网图库中建立表结构及存储过程。

5) 将做好的非空间属性数据转入SQL SERVER中的电网数据库。

② 客户端

1) 使用PⅢ450以上微机，256M内存。

2) 中文WINDOWS95、98、ME、2000操作系统和。

3) 典型安装SuperMapⅢ运行许可软件。

4) 安装SQL Client 7.0，配置客户端协议，建议使用TCP/IP socket。

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六、总体结构

系统建立在基于TCP/IP企业内部网，采用C/S与B/S相结合的开发模式。

七、建库方案

信息系统的运行离不开系统所依托的数据，数据是系统的核心与基础。系统中数据由两部分组成：一部分是属性数据，涵盖了供电企业工作所用的电网设备属性大部分文档资料及用电户信息。另一部分图形数据，包括了日常工作所用的各种图件资料——电网设备分布图、用

电户分布图等。

下面从数据录入、建库角度谈一谈如何将上述两种数据集成到系统中来，以使系统以最短的周期、最好的质量建设完毕，达到系统建设的最终目的。

1、属性数据建库

属性数据的建库过程就是将各种文档资料输入、转库的过程。利用本系统提供的数据集转入

来完成属性数据的建库工作。

(1) 建立适当的属性资料文件夹

建议以供电服务区为单位(没有街道的地区以街坊为单位)，整理各区的属性资料。在磁盘空间允许的驱动器中建立一个存放属性资料的文件夹，如：“C：\属性资料”，在此文件夹下为每个区建立相应的文件夹，如：“C：\属性资料＼A供电所”。

(2) 属性资料录入

以供电服务区单位，利用“属性录入“工具输入该区内电网设备的信息。其中文件名为该区内设备的名字或编码，如：“C：\属性资料＼A供电所＼变压器．mdb”。通过“属性资料录入”工具输入资料后，形成了一系列以供电服务区为文件名的临时数据库文件，

(3) 临时数据库文件转库

转库的目的是将区数据，通过“属性转库”工具转换到一起，转换成系统运行所需的属性数

据库文件“电力．mdb”。

用“属性转库”工具完成转库工作。转换完成后，在系统目录下，自动生成了文件，需将该文件拷贝到系统目录下，代替原有的数据库。

2、图形数据建库

图形数据建库是将各种图件通过SuperMap Deskpro将图件数字化后，转换成本系统所认可

的图形数据。

(1) 图件数据的数字化

图件数据的数字化工作是将地形图上的各种要素，通过各种制图软件(如AUTOCAD、MAPGIS 等)，输入计算机中。在输入前，要根据所制定严格的数据输入标准和分层标准，分层存储图中的各种要素。如：水系放在“水系“层中，道路放在“道路”层中，中等。特别注意不要将图廓整饰部分与图内要素(包括汉字注记)混放，各层要素之间也

不要相互混淆。

数字化完毕后，将文件转换成DXF格式。

如果用户已经有电子图件，则无须上述数字化工作，只需在AUTOCAD中，将文件转换成DXF 格式。如现在使用的丰新区城区地形图为电子底图，而农村部分则需数字化丰新区图。

(2) 图件数据的入库

图件数据的入库工作，主要在“新建地图集”与“数据集转入“模块中完成。

A．建立系统图形工作空间

将系统提供的“空库”中文件存放在系统“电力局”目录下，用“投影转换”工具将丰新区的投影范围定出，形成本地的系统工作空间。注意：本系统提及的X、Y坐标，均为数学坐

标。

B．图形数据建库

输电线、电网设备入库

对于已做过位置点测量的电网设备，如果尚未形成电子数据，可使用坐标录入工具输入共坐

标点，以便在图上定位。

设备位置坐标，如果已有电子数据，比如使用DMAPS电子手簿系统形成的坐标数据，可以通过转换程序将其转换为本系统标准的坐标录入文件，利用“数据集转入”模块中转入。

功能转入宗地。

对于未做过位置点测量的设备，可通过解析法，使用数字化仪获得其位置点坐标，然后在图

上定其位置。

对于未做过位置点测量的设备，虽可通过解析法求其位置坐标，但工作量很大，而且已知点很难找。我们采用GPS定位方法直接采集数据并实时录入微机。

C、用电户图形的获取

可从市区图中的行政单位中分层获得，在数字化图件中，把行政单位建一用电户图层，然后

根据实际情况用制图软件完善编辑。

D、其他地物数据入库

可直接在本系统的各分层中填画地物。如已有电子数据，可转入本系统。

八、结束语

GIS在电力信息系统中的应用为电力系统的现代化管理提供了一种全新视野，其解决方案有相当高推广价值，可广泛应用于市政建设、公安、通信、土地等方面，具有较大的发展前途。

随着全国范围城乡电网建设与改造工程的展开，我国电力GIS技术应用市场已经全面启动。虽然急速增长的GIS应用需求推动着市场迅速发展，但相应的GIS技术标准和应用规范制定工作却未能及时完成。客观上形成“GIS市场发展超前，GIS技术标准滞后”的尴尬局面，从而导致GIS市场中存在个别软件厂商对用户实施“技术误导”的现象，直接阻碍了电力

GIS技术的实用化发展。

建议由国家电力公司组织有基层应用人员参与的专门队伍，在国家科技部GIS专家的协助下，提高电力部门对GIS技术及电力GIS技术内涵的认识水平，对国内基层电力单位近年来

积累的电力GIS技术应用经验及教训进行理论性的归纳总结工作，在总结成果的基础上针对我国电力行业应用特点，尽快制定出电力GIS技术应用推广的技术标准和系统建设应用规

范。