配电网地理信息系统的设计与实现

配电网地理信息系统的设计与实现

夏󰀁宏

󰀁

󰀁张俊超

(华北电力大学计算系,北京󰀁102206)

摘󰀁要:将作为地理学、计算机科学和信息管理学等多种学科交叉产物的地理信息系统引入配电网的信息化建设是一种发展趋势。本文首先分析了传统的配电网管理信息系统的不足及建造配电网地理信息系统的必要性与可行性。然后,结合所做项目,介绍了整个系统的体系结构、属性数据库与空间数据库的设计与构建过程,阐述了如何将属性数据库与空间数据库进行有效关联等关键问题的解决方法及电源追踪等特色模块的设计思路。

关键词:地理信息系统;空间数据库;属性数据库;电源追踪󰀁󰀁当今社会,随着国民经济的发展,电力的需求量在迅速增加。为了缓解供求矛盾,整个配电网的建设在加快,规模日益增大,结构日趋复杂。传统的为了实现配电网信息化建设而建造的配电网管理信息系统在处理越发复杂的信息时就显得功能有限。它一般只能简单的以表格的形式给出各种设备的属性信息,至于这些设备的地理位置、相互关系、电网的拓扑结构等信息则很难清楚直观的表达出来,而这些信息对于线路巡检、故障定位、停电分析等工作是十分必要的。因此,传统的配电网管理信息系统就很难高效的满足当今生产管理的需求。

而地理信息系统(GeographyInformationSystem)的出现则为解决这一不足提供了有效途径。地理信息系统是一种基于地理学、计算机科学和信息管理学等多种学科交叉的产物,在计算机软件、硬件的支持下,可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理和有效管理,研究各种实体及相互关系,通过对多种因素的综合分析,可以迅速地获取满足应用需要的信息,并能以地图、图形或数据的形式表示处理结果。并且,通过地理信息系统提供的空间分析功能,用户可以从已知的地理数据中得到所需的隐含的重要结论。

随着科学技术的不断进步,地理信息系统的应用也日趋成熟。为了提高工作效率,在配电网的信息化建设中,完全可以引入地理信息技术建造配电网地理信息系统。通过配电网地理信息系统的使用,各种电力设备的属性信息和空间信息就可以有机结合起来,空间位置、拓扑结构就可以直观表示出来,这对于进一步提高配电网管理的效率,促进配电网的安全高效运行具有显著作用。

1.系统的体系结构

考虑到C󰀁S结构便于实现复杂的功能,B󰀁S结构便于用户使用,本系统采取C󰀁S结构与B󰀁S结构并举的方式。系统中包括数据库服务器和WebGIS服务器。其中,属性数据库

图1󰀁系统的体系结构

2.数据库的设计与构建

配电网地理信息系统的数据库包括两个部分:属性数据库和空间数据库。属性数据库用于存储各种电力设备的属性信息,如编号、名称、类型、数量等,空间数据库则用于存储各种电力设备的空间信息,如经度、纬度、海拔高度等。只有将属性信息和空间信息有机结合,才能达到生动直观的效果,才能清晰的反映电网复杂的拓扑结构,而这正是配电网地理信息系统的优势所在。因此,在对数据库进行设计时,除了考虑效率高、冗余低、一致性等要求外,合理设计属性数据库和空间数据库的关联是一个关键问题。

服务器单独用一台服务器承担,WebGIS服务器和空间数据库服务器则合用一台服务器。这样,既考虑了负载平衡,又保证了数据的访问速度。图1为整个系统的体系结构。

󰀁作者简介:夏宏(1965-),男,北京人,华北电力大学计算机系,副教授。106

(1)属性数据库的设计与构建

配电网地理信息系统的设计与实现

支持的SHAPE格式。空间数据库中的空间信息不仅包括杆塔、变压器等电力设备的信息,还包括山川、河流等自然景物及街道、楼房等建筑物的信息。而这些信息则是通过对纸介质的测绘图进行矢量化处理而获得,然后再针对物体的不同空间类型以点、线、面三种形式将其在不同的图层中表示出来。在空间数据库中,各种物体都有相应的表格,在这其中存储它们的空间信息及一些简单的属性信息。上文所提到的属性数据库和空间数据库的关联问题在本系统中便是通过合理设计这些表结构来解决的。在表结构中设计一关联ID号字段,使其值与前文所提及的属性数据库中设备的所编号、编号及设备分类编码的组合值相对应。表1为杆塔等点对象在空间数据库中的表结构。

本系统中的属性数据库采用Oracle9i来实现。由于使用本系统的供电局已建成了配电网管理信息系统,本着资源共享、节约成本、加快开发进度的原则,对于本系统中与之重叠的部分电力设备数据便没有重新构建数据库,而是使用管理信息系统中定义好的结构。对于本系统中独有的电力设备数据,则根据需要另行设计结构。考虑到所有的电力设备都有两个关键属性:所编号和编号,将这两个属性字段组合构成的一个新字段便可作为某个设备在其同类设备中的唯一标识字段。这便为属性数据库和空间数据库的关联打下基础。

(2)空间数据库的设计与构建

本系统的空间数据库以文件的形式存储,采用ArcGIS所

表1杆塔等点对象表结构

字段名称字段类型字段值

IDInt

分类编码Char(3)

测点名称Char(60)

关联ID号

Int

纬度Float

经度Float

海拔高度Float

GPS编号Int

备注Char(100)

图2󰀁系统的功能框架

󰀁󰀁3.主要功能模块的设计

本着高效、安全、易用的原则,本系统设计了图2所示的功能模块。

(1)系统登录

系统登录是针对用户权限的检验模块,它的设计采用三重验证模式:属性数据库、空间数据库和系统本身的验证,即在用户登录时,要针对以上三种对象分别输入用户名和密码。通过在不同的对象中针对不同的用户分配不同的用户名和密码,再结合日志记录模块,管理员就可以准确得知哪些用户在何时登录系统从事何种操作。这不仅可以有针对性的控制用户权限,还能为发生事故后查找原因提供依据。

(2)设备管理

在设备管理模块中,用户能够根据多个属性对杆塔、变压器等设备进行查询,能够利用将单个查询条件用与、或、非关联词组合而成的综合查询语句对用户所关心的设备进行查询。一旦用户选择查询得到的某一设备,该设备在地图中

相应的要素便会被加亮、放大在屏幕上居中显示。这样,用户便能够方便获知该设备的地理位置及其与其它物体的相互位置关系。另外,该模块提供了显示照片的功能,使用户能够查看、导入、导出、删除存储在属性数据库中的设备的照片信息。这样,就将设备的属性表格信息、实物照片信息、空间地图信息有机结合,给用户提供了充足的手段去了解设备,以获取设备本身及其与其它设备的拓扑关系等各方面的信息。

(3)查询追踪

查询追踪为本系统的特色之处。它又分为电源追踪、变电站供电区域、供电所供电区域三个子模块,分别按照从支到根的方向和从根到支的方向,分析出电力设备的供电与被供电的关系,以直观明了的方式显示给用户,为用户获取供电信息,做出决策提供帮助。

在电源追踪子模块中,对于用户选择的电力设备,如变压器,通过分析它与馈路的依附关系、支线与干线的连接关

配电网地理信息系统的设计与实现

系,运用递归算法,系统能够找出为该设备供电的支线,为该支线供电的干线,依次向上,最终可以追踪到为该设备供电的源头。而且,在地图上,所有的追踪路径可以被加亮,醒目的显示在屏幕的中央。

变电站供电区域子模块和供电所供电区域子模块则是为供电局所管辖的各个变电站和供电所单独定制的。对于每一个变电站或供电所,系统采用与电源追踪相逆的过程,按着由根到支的方向,分析出它所供电的干线、支线、分支线等,然后对它们进行定位、加亮、居中显示,从而将整个供电区域清晰的呈现出来。另外,子模块中的统计功能能够在分析出供电区域后对该区域中的各种电力设备的数量进行统计,如线路的条数,杆塔的个数等。由模块所获得的这些区域的地理范围信息及其内部的电力设备信息为用户做出停电分析等重要决策提供了有力的依据。

(4)数据库管理

数据的有效与安全是系统稳定运行的重要基础。因此,本系统单独设计了数据库管理模块。如上文所述,本系统的数据库包括属性数据库和空间数据库两个部分。其中,属性数据库采用Oracle9i进行存储,空间数据库则以SHAPE格式的文件进行存储。为了保证安全,数据库都采用集中存储的方式存放在供电局,各个下属单位只能远程访问,并对写权限进行了严格的限制。系统提供的数据库导出、导入等功能,屏蔽了处理细节,使得用户只需简单的选取存取路径便可完成属性数据库和空间数据库的备份与恢复,提高了用户的使用效率,降低了系统遭遇破坏的风险。

4.总结与展望

该系统现已基本建成,并投入试运行。与传统的管理信息系统相比,它充分发挥了地理信息方面的优势,大大提高了用户的工作效率。总结建造过程,有几点值得注意:

一是重视资源共享。由于现在大部分供电局都是在已

参考文献:

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建有配电网管理信息系统的基础上构建配电网地理信息系统,而二者使用的数据有一部分是相同的。因而,建造配电网地理信息系统时,在不影响功能实现的情况下,可以将配电网管理信息系统中相同的数据拿来使用。这样,既节约成本,又易于保证数据的一致性。

二是重视属性数据库与空间数据库关联的设计。要综合考虑设备分类、设备属性的关键字段等情况。

结合我国配电网当前的运行情况,为了更好的实现管理的高效,本系统还需在当前的基础上扩展以下几部分功能:

一是与SCADA系统的衔接。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。将本系统与SCADA系统相连,便能够在空间的基础上对设备进行动态的监控。

二是嵌入式系统模块。通过将一些简要功能移植到带GPS功能的PDA中,线路巡检、故障维修等人员便可以实时与管理中心进行信息交互。

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