基于可視化技術(shù)的城市電力管道信息化系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

高勇

摘 要：電力管道是現(xiàn)代城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)城市功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著不可或缺的作用，是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要物理支撐。該文通過(guò)對(duì)電力管道的管理模式、技術(shù)手段等進(jìn)行研究，提出了一套先進(jìn)實(shí)用的電力管道信息化可視化管理的技術(shù)解決方案。此外，該文還詳細(xì)闡述了利用可視化技術(shù)所開發(fā)的“電力管道規(guī)劃建設(shè)管理信息系統(tǒng)”，目前該系統(tǒng)應(yīng)用于天津市電力公司，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng) 電力管道 管理信息系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實(shí)

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（c）-00-02

近年來(lái)，隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市電力管道數(shù)量逐年增加，電力管道的管理問題日益突出。隨著國(guó)家電網(wǎng)公司堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的提出，加強(qiáng)電力管道的資源分布、使用情況的管理日益迫切。如何利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)掌握電力管道的實(shí)際情況，協(xié)調(diào)和規(guī)范電力管道的管理、評(píng)估、規(guī)劃，都是目前電力管道管理面臨的現(xiàn)實(shí)

問題。

為了解決上述問題，提升電力管道管理水平，有必要對(duì)電力管道信息化管理手段進(jìn)行研究，采用有效手段對(duì)電力管道進(jìn)行管理模式、技術(shù)模式的提升。該文就是從電力管道信息化管理的現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)電力管道的信息化道路進(jìn)行探索研究，并利用先進(jìn)的GIS技術(shù)和相關(guān)應(yīng)用平臺(tái)開發(fā)了電力管道規(guī)劃建設(shè)管理系統(tǒng)，以提高電力管道管理水平和解決目前電力管道管理方面存在的

問題。

1 傳統(tǒng)的電力管道管理手段

電力管道由于其自身的隱蔽性的特點(diǎn)，給管理上帶來(lái)了很大的不便。傳統(tǒng)的電力管道管理手段主要是手工管理模式和文件管理模式。

1.1. 手工管理模式

過(guò)去，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制，電力管道建設(shè)大量的設(shè)計(jì)、施工與竣工資料和圖表一直采用人工管理，在資料或者檔案室存檔；隨著電力管道建設(shè)的不斷發(fā)展，這種人工管理完全不能適應(yīng)新的管理要求，手工管理很難做到科學(xué)的管理，各個(gè)屬性的關(guān)聯(lián)等等。在這種情況下，無(wú)法實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)圖與城市地形圖相一致的動(dòng)態(tài)管理，更談不上為城市各部門提供電力管道的綜合信息服務(wù)。

1.2 文件管理模式

這種模式以CAD為基礎(chǔ)，進(jìn)行二次軟件開發(fā)，表明電力管道的走向、間距，電纜排管剖面圖，電纜穿孔位置，填入相應(yīng)的其他技術(shù)資料，并可動(dòng)態(tài)維護(hù)。這種模式雖然有使用靈活的優(yōu)點(diǎn)，但通常為單機(jī)版，不能做到信息共享和信息的有效監(jiān)督。

2 可視化技術(shù)在電力管道管理上的

優(yōu)勢(shì)

目前主流的可視化技術(shù)主要是GIS技術(shù)和VR技術(shù)。利用可視化技術(shù)對(duì)電力管道進(jìn)行管理，可以有效規(guī)避傳統(tǒng)管理手段的弊端。

GIS作為一種集地理空間特征和各種統(tǒng)計(jì)信息為一體的信息系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的空間分析與信息管理能力。通過(guò)利用GIS技術(shù)，對(duì)電力管道進(jìn)行信息化管理，可以完成對(duì)管道資料圖形化的管理，并且管道圖形與管道的實(shí)際地理坐標(biāo)相吻合，可以快速的得到管道的實(shí)際位置，方便了管道資源的日常管理與維護(hù)。同時(shí)，利用GIS技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)管道的網(wǎng)絡(luò)分析，可以輔助管道的規(guī)劃與建設(shè)。

VR技術(shù)是在立體顯示技術(shù)、仿真模擬技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)等多門技術(shù)基礎(chǔ)之上綜合發(fā)展起來(lái)的最新技術(shù)。它的特點(diǎn)在于以仿真模擬的方式創(chuàng)造出虛擬、真實(shí)的環(huán)境，通過(guò)視覺、聽覺、觸覺等感知上的行為使用戶產(chǎn)生一種沉浸于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的感覺，并通過(guò)與虛擬環(huán)境交互，促使虛擬環(huán)境實(shí)時(shí)的變化。通過(guò)VR技術(shù)，可以真實(shí)準(zhǔn)確的展現(xiàn)電力管道的空間布局、交叉關(guān)系、周邊環(huán)境，實(shí)現(xiàn)逼真的現(xiàn)場(chǎng)效果，幫助用戶建立身臨其境的感觀。

利用GIS和VR技術(shù)，可以有效的展現(xiàn)地下電力管道的分布情況、資源使用情況、虛擬的現(xiàn)場(chǎng)的情況，可以利用GIS網(wǎng)絡(luò)分析的功能，對(duì)電力管道的資源使用進(jìn)行優(yōu)化。具體優(yōu)勢(shì)包括：

2.1 電力管道數(shù)據(jù)可視化顯示

信息可視化是現(xiàn)代GIS的一個(gè)重要特征。利用GIS平臺(tái)對(duì)地下管道進(jìn)行管理，結(jié)合實(shí)際的地理背景圖，以圖形化的方式顯示管道的路徑走向和管道的橫截面圖，可以方便的查看電力管道的各類信息，并且可以準(zhǔn)確定位管道，及時(shí)了解到管道的現(xiàn)狀，對(duì)管道資源進(jìn)行有效的管理；此外，利用GIS的圖形顯示功能，還可以直觀的表現(xiàn)電力管道的建設(shè)情況、規(guī)劃情況、占用情況，輔助管理人員的進(jìn)行決策。

利用VR技術(shù)，可以以三維立體的方式直觀的展現(xiàn)了電力管道埋深變化、管道之間的交叉關(guān)系、工井內(nèi)部結(jié)構(gòu)、周邊建筑空間位置等信息，有效實(shí)現(xiàn)逼真的現(xiàn)場(chǎng)效果。

2.2 地下管道網(wǎng)絡(luò)的利用

利用管道的連續(xù)性、網(wǎng)絡(luò)狀分布的特征，結(jié)合GIS的空間分析技術(shù)，可以建立管道網(wǎng)絡(luò)及管道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌诠艿谰W(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)管道的路徑分析、資源利用情況的分析、管道追蹤、故障分析、輔助規(guī)劃等高級(jí)應(yīng)用。

比如，以點(diǎn)或以街區(qū)位單元，結(jié)合管道網(wǎng)絡(luò)，在指定某兩個(gè)單元之間實(shí)現(xiàn)對(duì)建成排管（或局部埋設(shè)排管）的路徑選擇。

3 基于可視化技術(shù)的信息化系統(tǒng)的

建設(shè)

通過(guò)運(yùn)用GIS和VR技術(shù)，同時(shí)結(jié)合電力管道專業(yè)管理的要求和特點(diǎn)，該文項(xiàng)目組開發(fā)了電力管道規(guī)劃建設(shè)及管理信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱電力管道管理系統(tǒng)、本系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)對(duì)電力管道的規(guī)劃、預(yù)埋方案制定、開工令下達(dá)、管道資源使用、竣工測(cè)繪資料上報(bào)等業(yè)務(wù)的可視化管理。

3.1 技術(shù)選型

在眾多的GIS平臺(tái)軟件里面，本系統(tǒng)選擇了美國(guó)ESRI公司ArcGIS系列產(chǎn)品和美國(guó)Miner&Miner公司ArcFM作為GIS基礎(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)。

3.1.1 平臺(tái)選型的具體內(nèi)容包括

采用C/S與B/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方案構(gòu)建整套系統(tǒng)，C/S實(shí)現(xiàn)電力管道圖形信息的維護(hù)，B/S提供電力管道的數(shù)據(jù)發(fā)布、業(yè)務(wù)辦理和各類統(tǒng)計(jì)分析信息的展現(xiàn)；

C/S部分基于ArcGis DeskTop、ArcFM、基于ArcFM的Conduit Manager（管道管理模塊）進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，開發(fā)語(yǔ)言采用VB。ArcGIS DeskTop提供了制圖、編輯、地圖查詢等基礎(chǔ)GIS功能。ArcFM 和Conduit Manager（管道管理模塊）基于ArcGIS DeskTop之上，提供針對(duì)電力行業(yè)的專業(yè)應(yīng)用以及管道的管理；

B/S部分主要是基于ArcGis Server、ArcFM Server 進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，開發(fā)語(yǔ)言采用HTML、Flex、Java，發(fā)布平臺(tái)采用Tomcat 6.0。ArcGIS Server是一套完整的、綜合的服務(wù)器GIS，支持在分布式環(huán)境下實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)管理、地圖顯示、空間分析功能；ArcFM Server基于ArcGIS Server基礎(chǔ)之上，提供ArcFM管道圖形數(shù)據(jù)的web顯示；

電力管道虛擬場(chǎng)景的建立采用VRML語(yǔ)言，開發(fā)工具采用的VRPAD和myEclipse；

數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)為Oracle9i+ArcSDE。

3.2 主要設(shè)計(jì)思路

電力管道的圖形數(shù)據(jù)通過(guò)ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎進(jìn)行存儲(chǔ)。系統(tǒng)底層平臺(tái)使用ArcGIS和ArcFM，同時(shí)使用Flex技術(shù)、工作流技術(shù)、VR技術(shù)，以滿足電力管道的專業(yè)管理需要。

系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思路

（1）建立多層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)采用基于瀏覽器/服務(wù)器模式（B/S）和基于客戶端/服務(wù)端（C/S）相結(jié)合的多層分布式體系結(jié)構(gòu)，達(dá)到滿足不同用戶層次的用戶使用需求，并盡可能的降低客戶端費(fèi)用，降低成本。

建立從低到高依次為數(shù)據(jù)庫(kù)（Oracle）、空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎（SDE）、Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、空間服務(wù)器（ArcGIS）、行業(yè)應(yīng)用組件（ArcFM）、前端展現(xiàn)（IE）的多層體系結(jié)構(gòu)，充分利用各層次軟件資源的強(qiáng)大功能，滿足不同用戶的使用需求，建立可擴(kuò)展的應(yīng)用系統(tǒng)。

（2）基于工作流的業(yè)務(wù)流程管理

采用工作流技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理的流程化。使系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展能力和應(yīng)用集成能力，可以根據(jù)用戶的實(shí)際情況進(jìn)行業(yè)務(wù)流程的調(diào)整和配置。

（3）采用Flex技術(shù)實(shí)現(xiàn)前端展現(xiàn)

ArcGIS Server For Flex是ESRI公司新推出、用于提高客戶體驗(yàn)的一套新的應(yīng)用框架。通過(guò)使用Flex技術(shù)，并結(jié)合ESRI的ArcGIS Server For Flex應(yīng)用框架，提供豐富的圖形顯示的能力，豐富客戶

體驗(yàn)。

（4）圖文一體化應(yīng)用

緊密圍繞電力管道核心業(yè)務(wù)，在業(yè)務(wù)審批過(guò)程中緊密融合圖形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)審批的圖文一體化，為實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)審批提供圖形化支持。

（5）VR技術(shù)的應(yīng)用

通過(guò)VR技術(shù)，真實(shí)準(zhǔn)確的展現(xiàn)電力管道的空間布局、交叉關(guān)系、周邊環(huán)境，實(shí)現(xiàn)逼真的現(xiàn)場(chǎng)效果，幫助用戶建立身臨其境的感觀。

4 基于可視化技術(shù)的電力管道信息化系統(tǒng)的應(yīng)用效果

系統(tǒng)建成以后在天津地區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，建立了地下電力管道的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，電力公司管理人員能及時(shí)的了解電力管道的走向、未來(lái)建設(shè)的規(guī)劃、已有電力管道的使用情況，能最大程度上利用已建管道資源，避免了重復(fù)建設(shè)，減少了投資浪費(fèi)，節(jié)約了資源，同時(shí)能夠準(zhǔn)確的為城市規(guī)劃部門提供地下電力管道的走向和位置信息，能有效減少其他專業(yè)管線建設(shè)時(shí)對(duì)電力管線的外力破壞。

從系統(tǒng)的應(yīng)用情況來(lái)看，利用GIS技術(shù)和VR技術(shù)的電力管道管理系統(tǒng)提高了城市電力管道規(guī)劃、建設(shè)與使用的管理力度，規(guī)范了電力管道建設(shè)和管理工作，提高了電力管道信息化管理的水平，保證了電力管道資源的有效利用，滿足了電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的需要，建立了“職責(zé)明確、高效有序、信息暢通、管理到位”的工作機(jī)制，大大降低各相關(guān)部門的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

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