基于網(wǎng)格化管理的電力設(shè)施安全管理信息系統(tǒng)研究

[摘 要] 堅強的智能電網(wǎng)離不開信息技術(shù)的支撐。電力設(shè)施的安全是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。本文在電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)的建設(shè)中引入網(wǎng)格化的管理模式，提出網(wǎng)格化電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)和基本的工作流程，闡述了網(wǎng)格化管理的原則和構(gòu)建網(wǎng)格化管理信息系統(tǒng)的主要技術(shù)細節(jié)，具有一定的理論價值和實踐意義。

[關(guān)鍵詞] 電力設(shè)施;網(wǎng)格化管理;安全管理系統(tǒng);信息系統(tǒng)

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2010 . 08 . 027

[中圖分類號]F270.7 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]1673 - 0194(2010)08 - 0069 - 04

0引 言

智能化是電力建設(shè)的發(fā)展趨勢。近年來，歐美一些發(fā)達國家在積極研究和發(fā)展智能電網(wǎng)。2006年，IBM公司在中國發(fā)布了《建設(shè)智能電網(wǎng)創(chuàng)新運營管理——中國電力發(fā)展的新思路》，嘗試給出電網(wǎng)安全運行、提高可靠性的解決方案。美國把加快智能電網(wǎng)發(fā)展作為美國政府經(jīng)濟刺激計劃的重要組成部分。中國國家電網(wǎng)在2009年5月21日公布了智能電網(wǎng)的發(fā)展計劃，提出要建設(shè)堅強的智能電網(wǎng)。

建設(shè)堅強的智能電網(wǎng)需要先進的信息技術(shù)作支撐。電力設(shè)施安全、無故障是電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行的基礎(chǔ)，是電網(wǎng)能夠“堅強”的保障。電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)是重要的基礎(chǔ)軟件平臺。近年來人們從管理模式和數(shù)字化技術(shù)等不同角度出發(fā)，對安全預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)、GIS技術(shù)的深入應(yīng)用做了大量的研究。文獻[1-2]探討了網(wǎng)格化管理模式在現(xiàn)代城市管理中的初步應(yīng)用;文獻[3]以地學(xué)網(wǎng)格的概念為出發(fā)點，探討了國土資源網(wǎng)格化管理，并給出了其服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計思路;文獻[4]討論了城市網(wǎng)格化管理系統(tǒng)平臺的初步設(shè)計方法;文獻[5]給出了一種基于網(wǎng)格技術(shù)的城市應(yīng)急系統(tǒng)的設(shè)計方法;文獻[6]立足于電網(wǎng)的安全運行，從時間維、空間維、對象維等方面討論了安全預(yù)警及決策支持系統(tǒng)的設(shè)計，給出了在線監(jiān)控的解決方案;文獻[7-9]討論了GIS基礎(chǔ)平臺標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用GIS技術(shù)輔助變電站選址決策以及構(gòu)建配電網(wǎng)拓撲關(guān)系等理論與技術(shù)。這些研究，在管理模式、軟件體系結(jié)構(gòu)以及在線自動監(jiān)控等方面進行了探討。

電力設(shè)備的損壞，例如通訊設(shè)備、鐵塔等的損毀等，往往會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。2008年初大面積冰雪災(zāi)害和“5.12”汶川地震更是對電力系統(tǒng)的安全預(yù)警體系的管理模式提出了更嚴(yán)格的要求。為使安全預(yù)警管理系統(tǒng)能夠適應(yīng)新形勢的需求，尤其是在日常維護、災(zāi)前預(yù)測、救災(zāi)及災(zāi)后重建等工作中發(fā)揮更大的作用，本文提出采用網(wǎng)格化管理模式構(gòu)建電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)的思路，按照一定的網(wǎng)格劃分整合省、市、縣等各個層次的GIS空間數(shù)據(jù)、電力設(shè)施分布情況等信息，最終達到協(xié)同一體，統(tǒng)籌管理的目的。

1 網(wǎng)格定義

定義1 網(wǎng)格包含編碼標(biāo)識、網(wǎng)格名稱、形狀描述集、標(biāo)志性部件以及部件集等元素，記為G={ID， Name， S， E， P | E∈P}。

其中ID表示網(wǎng)格的唯一性編碼標(biāo)識;元素Name是網(wǎng)格的名稱;元素S是用于描述網(wǎng)格形狀的集合;元素E是網(wǎng)格的標(biāo)志性部件，用來作為網(wǎng)格的特殊標(biāo)識;元素P是包含標(biāo)志性部件的所有部件集合。

集合S描述網(wǎng)格的形狀，通常被定義為矩形，記為S={x， y， w， h}。其中，x，y分別表示單元格左上角在X軸和Y軸上的位置，在地圖數(shù)據(jù)中可用緯度和經(jīng)度來代替;w是單元格的寬度，h是單元格的高度。集合S也可根據(jù)具體需要靈活的進行定義，在基于GIS數(shù)據(jù)的系統(tǒng)里，有時候也可以定義為不規(guī)則的多邊形。

部件是指包括在網(wǎng)格范圍內(nèi)的，被網(wǎng)格管理系統(tǒng)所監(jiān)測、控制和管理的所有物品的統(tǒng)稱。如建筑物、鐵塔、電纜等。每個部件都具有部件編碼、部件名稱、所屬網(wǎng)格編碼等基本屬性，記為:E={eID， eName， gID，…}。部件的其他屬性可以根據(jù)系統(tǒng)的具體要求進行擴展。

根據(jù)上述概念，網(wǎng)格及其部件具有主從關(guān)系，易于用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的主從表結(jié)構(gòu)來表示。也可以采用結(jié)構(gòu)化的文檔，如XML來表示。

2 網(wǎng)格化電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)管理原則

網(wǎng)格化電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)的管理原則是:①空間管理的精細化。網(wǎng)格化管理的思想，是按照一定的規(guī)則將電力設(shè)施分布的地表空間劃分為一定大小的單元網(wǎng)格;以單元網(wǎng)格為管理的基本單位，將單元網(wǎng)格內(nèi)所含部件發(fā)生的事情稱為網(wǎng)格化事件，簡稱事件;針對單元網(wǎng)格的各類服務(wù)措施，統(tǒng)稱網(wǎng)格化服務(wù)。②單元網(wǎng)格部件管理數(shù)字化。電力設(shè)施分布的地塊數(shù)據(jù)數(shù)字化，電力設(shè)備、廠房等數(shù)字化。③人力及設(shè)備等資源配置合理化。重視人的參與，優(yōu)化人力資源配置。配備專門的監(jiān)督員、巡查員對所分管的單元網(wǎng)格實施監(jiān)控，及時上報事件信息。節(jié)省了專業(yè)技術(shù)人員的時間和精力。另外，對于處于高山峽谷等位置的重要設(shè)備，則可配置傳感器等自動監(jiān)控裝置來采集數(shù)據(jù)。④服務(wù)和監(jiān)督公開。與社會公眾互動，共建安全、穩(wěn)定的電力系統(tǒng)。接受來自社會群眾采用電話或文字方式的事件報告。⑤制定合適的管理流程。巡查員或社會公眾向監(jiān)控中心報告事件信息;監(jiān)控中心向調(diào)度中心請求任務(wù)調(diào)度;調(diào)度中心根據(jù)事件的類別，將任務(wù)派發(fā)到不同的專業(yè)部門;專業(yè)部門派出專業(yè)人員進行外業(yè)工作，處理事件。事件處理完畢后，被派出的人員將結(jié)果反饋到專業(yè)部門，再由專業(yè)部門層層反饋到監(jiān)控中心(如圖1所示)。

3 基于電力設(shè)施GIS空間分布的網(wǎng)格劃分

3.1 分級劃分網(wǎng)格

網(wǎng)格劃分是分層次的。一個較大范圍的網(wǎng)格，可以內(nèi)含多個小的網(wǎng)格。電力設(shè)施空間分布數(shù)據(jù)可以按照省、市、縣等層次來進行單元網(wǎng)格劃分。這種劃分方式，有利于網(wǎng)格的統(tǒng)一編碼和檢索定位。

劃分網(wǎng)格的時候要遵循以下幾個原則:①網(wǎng)格完全覆蓋全部區(qū)域，在地圖上表現(xiàn)為無縫隙、無遺漏地域。②網(wǎng)格邊界線可以不規(guī)則，但要確保其內(nèi)含部件的完整性，不要將其分割到多個網(wǎng)格中去。③網(wǎng)格的大小基本應(yīng)一致，但也要根據(jù)實際的地形、交通狀況等因素來具體對待，要確保工作人員能快速、便捷地到達事件地點。④單元網(wǎng)格要遵循統(tǒng)一的編碼準(zhǔn)則和規(guī)范。

3.2網(wǎng)格編碼方法

網(wǎng)格編碼是網(wǎng)格化管理信息化實現(xiàn)的必要步驟，必須具備唯一性、結(jié)構(gòu)清晰、易于查詢定位、易于分解以及易于擴展等特點。電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)中，基于GIS數(shù)據(jù)的網(wǎng)格編碼由4部分組成，從左至右分別為:省代碼、市代碼、縣代碼以及單元網(wǎng)格順序碼。4個組成部分之間，由英文字符“-”來分隔，使得各組成部分不必限定具體的長度，易于擴充(如圖2所示)。

3.3 部件編碼規(guī)范

對于網(wǎng)格化系統(tǒng)而言，單元網(wǎng)格內(nèi)的部件編碼必須在本單元網(wǎng)格內(nèi)唯一。對于輸、配、送等環(huán)節(jié)所用到的設(shè)備、廠房以及輔助通信器材等，都可以按照國家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，進行分類編碼管理。

4 網(wǎng)格化電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)總體框架

網(wǎng)格化電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)是借助現(xiàn)代信息技術(shù)，整合現(xiàn)有輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)、電力通信等設(shè)備的空間分布數(shù)據(jù)，采用網(wǎng)格化管理，實現(xiàn)電力設(shè)施管理的精細化、動態(tài)化，保證電網(wǎng)的日常運行中出現(xiàn)的問題和隱患能及時發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確定位、及時處理，逐步建立分工明確、責(zé)任到位、溝通快捷、反饋快速、運轉(zhuǎn)高效的電力設(shè)施安全應(yīng)急預(yù)警管理和監(jiān)督的長效機制。

網(wǎng)格化電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)以GIS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對電網(wǎng)所覆蓋的區(qū)域進行無縫的網(wǎng)格劃分，將與電網(wǎng)運行、管理等密切相關(guān)的地塊、廠房、設(shè)備等各種網(wǎng)格部件進行編號，綜合運用數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)、分布式系統(tǒng)、通信等相關(guān)技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)。系統(tǒng)采用網(wǎng)格化管理模式優(yōu)化了工作流程。

網(wǎng)格化電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要包括通訊層、數(shù)據(jù)層、中間件、應(yīng)用層、安全保障體系以及標(biāo)準(zhǔn)化體系等6部分，如圖3所示。

(1)通訊層。包括萬維網(wǎng)、電力系統(tǒng)專網(wǎng)以及電話通訊網(wǎng)絡(luò)，這是數(shù)據(jù)傳輸、信息傳遞的物理保證。

(2)數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層包含單元網(wǎng)格字典定義和基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，GIS數(shù)據(jù)以及衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，基于網(wǎng)格化管理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，電網(wǎng)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)層是所有信息系統(tǒng)的根本，確保數(shù)據(jù)的全面、及時、準(zhǔn)確是電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)需要處理的重點問題。

(3)中間件。任務(wù)調(diào)度引擎在遇到事件的時候，進行人員、應(yīng)急物資等資源的最優(yōu)化調(diào)度及分配工作;工作流引擎服務(wù)用來解析業(yè)務(wù)流程定義，為網(wǎng)格化管理業(yè)務(wù)流程的正常運行提供服務(wù);自然語義解析，用來解析各類文字或語音的事件上報信息，形成系統(tǒng)能夠識別的地理位置和事件描述;GIS平臺提供地圖服務(wù)等功能。

(4)應(yīng)用層。提供數(shù)據(jù)更新維護的管理工具，并建立呼叫中心，接受來自工作人員或群眾的故障報修電話;業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)是網(wǎng)格化管理的工作流程體現(xiàn)，是具體的辦公系統(tǒng);手持設(shè)備外業(yè)系統(tǒng)，可將故障的圖片、信息以及錄音描述上傳到中間件系統(tǒng)進行處理。外業(yè)系統(tǒng)要支持離線操作功能，確保通訊層的網(wǎng)絡(luò)故障中斷時，故障數(shù)據(jù)也能通過其他途徑上報到中間件系統(tǒng)。另外，應(yīng)用層還需要提供反饋評價系統(tǒng)以及其他各類事件的決策支持系統(tǒng)。

(5)安全保障體系。網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全是信息化工作的重點內(nèi)容。防火墻、殺毒軟件、數(shù)據(jù)備份及恢復(fù)機制，磁盤冗余陣列等技術(shù)手段是系統(tǒng)所必不可少的。

(6)標(biāo)準(zhǔn)化體系。以網(wǎng)格化的電力設(shè)施安全管理模式形成具體的管理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范;另外，在信息系統(tǒng)設(shè)計中，數(shù)據(jù)以及編碼也要規(guī)范，盡可能遵從國際或國家的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以確保與外部其他程序的整合及數(shù)據(jù)共享。

5 結(jié) 論

本文在電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)的信息化建設(shè)中引入網(wǎng)格化的管理模式。分級的網(wǎng)格劃分，具有提高信息檢索與更新效率的優(yōu)勢。單元網(wǎng)格易于與GIS空間數(shù)據(jù)及遙感圖像匹配整合，有利于數(shù)據(jù)的共享。

不同級別網(wǎng)格化管理有各自不同的粒度。級別低的層次，需要執(zhí)行更多具體的巡查、監(jiān)控以及外業(yè)工作;級別高的層次則主要著眼于宏觀調(diào)控，協(xié)調(diào)各個下級網(wǎng)格系統(tǒng)協(xié)同一體工作。在網(wǎng)格化的管理模式中，強調(diào)人為參與的重要作用，并建立了嚴(yán)格的業(yè)務(wù)流程，具有一定的實踐價值。

網(wǎng)格化電力設(shè)施安全管理系統(tǒng)的建設(shè)是一項復(fù)雜的工程，包括管理模式的改變、崗位人員的配備、數(shù)據(jù)更新維護、各類服務(wù)端及客戶端軟件程序的設(shè)計與開發(fā)等，都有待于通過進一步的研究和實踐來完善。另外，對如何充分利用位于地形復(fù)雜、險要區(qū)域的設(shè)備自動監(jiān)控裝置等問題，也需要進一步探討。

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