基于地理信息系統的配電網通信管理系統的設計與實現

寧培松，劉 晴，楊 愷

（遵義供電局 貴州 遵義550002）

基于地理信息系統的配電網通信管理系統的設計與實現

寧培松，劉 晴，楊 愷

（遵義供電局 貴州 遵義550002）

隨著電力企業采用的新設備，傳統電網管理系統已經落后。本文針對配電網管理系統的特點、從配電網管理系統的功能需求出發，通過對地理信息系統（GIS）數據庫的分析與建模，提出了一種基于地理信息系統（GIS）的管理系統。首先分析了電力地理信息系統平臺設計的關鍵技術點，然后對配電地理信息系統的數據模型結構進行深入研究，討論了設計以及實現過程中的各個結構與相互關系，最后對系統的數據庫設計以及軟件設計進行了詳細的分析和解釋。

GIS；配電網；管理系統；設計研究

隨著我國的現代化建設逐步完善，對電力需求也逐步提高。但是，部分電力系統仍使用傳統低效的配電管理方式，這不僅增加了人力、物力和財力的成本，較低的效率也遠遠滿足不了人們對用電質量和性能的要求，為滿足這些需求，電力企業陸續引進了先進的設備和技術。因為各個區域間的用電指標不同，并且配電網節點的布置、設備的轉移等都與地理位置密切相關，地理信息系統（GIS），是實現新型配電網管理系統的主要技術之一，它可以將上述困難整合起來，非常直觀的對配電網進行管理，而且也能保證信息準確無誤[1-2]。

1　電力地理信息系統平臺設計選擇

1.1電力系統地理信息系統的特點

電力系統地理信息系統的特點主要有兩個[3-4]。

第一個特點是有較為先進的二次開發能力。因為電力系統地理信息系統是專門針對電力應用方面的，所以必然會在原本地理信息系統的基礎上再加入專業的電力應用程序，比如運行管理、兩票管理等等，這些都是專業性非常強的應用，若沒有較強的二次開發能力，所做的系統應用程度將不高，限制應用范圍。

第二個特點是所針對的配電網距離不一，并且有多而散的特點，有的工作節點很近，而有的就需要遠程操作，并且并發操作性較高，這些條件要求地理信息系統必須做到整齊劃一，可以整體統一處理，而且數據可以安全進行分享。

1.2選擇電力地理信息系統平臺的要點

地理信息系統平臺是電力平臺的重要部分，與計算機系統不同的是，該系統投資大、人力成本消耗過大，所以選擇地理信息系統平臺是一件非常重要的事，選擇的要點主要有以下幾項[4]：

1）數據更新速度快、并且對于操作反應迅速、一致且可靠；

2）良好的網絡分析能力；

3）強大的數據分析轉化能力。

2　配電網管理系統的數據模型

2.1配電網系統的信息結構

配電網管理系統是各個分散的系統的整合，它將調度系統、負荷調度系統、營業系統、抄表系統等相統一，并最大程度地將各個系統的功能發揮出來，所以，配電網的信息量巨大、所分類也較多，那么如何科學合理得將這些龐大的數據整合起來，并有效率的滿足管理系統的需要至關重要。因為配電網最直接的接觸者還是用戶，所以根據這一點，可以將配電網信息系統分為兩塊，一塊是以配電網設備為中心的信息，另一塊是以用戶為中心的信息，并且這兩部分信息是相輔相成，既有關聯又各自獨立的。結構模型如圖1所示[5]。

圖1　配電網信息結構模型

由圖1可看出，基本信息、負荷信息、計量信息、業務擴展信息和電費信息是以用戶為主體的。而配電網設備包括變電站、線路、支線、變壓器、開關等，這些設備又與配電網地理信息、資產信息、運維信息等信息息息相關。這些信息相互依存，共同組成了配電網信息系統，并依靠這些信息來實現對配電網系統的管理。

2.2配電網地理信息系統的數據模型

圖2是配電網地理信息系統的數據類型，不同屬性的數據通過地理信息系統和空間數據進行連接聯系的。

圖2　配電網地理信息系統的數據模型

由圖2可知，配電網地理信息系統的數據類型主要分為2類，一類是空間數據，一類是屬性數據。下面分別介紹這兩類數據。

空間數據的表現形式為變電站、電路設備的位置、用戶的位置等，而這些數據則可以用點實體、線實體和面實體來分類管理。對于點實體而言，是可以將點的橫縱坐標以及數據屬性記錄下來，作為特有屬性來對待。對于線實體，利用起點和終點表示實體兩端，中間點決定形狀，左右多邊形關系到線與面的關系，其中，包括部分屬性關系。對于面實體，多邊形數據真實正確反映位置與屬性，并且還能表示與周邊各個數據間的關系。

屬性數據指的是設備的自身情況，比如運行時間、狀態、檢修時間等，還包括設備人員的各種情況，用戶的用電情況等，該數據是與地理位置無關的非空間性數據。這些屬性數據是由關系軟件進行管理[6-7]。

3　配電地理信息系統的數據庫設計

3.1電力地理信息系統數據庫的地理基礎

在對系統進行數據輸入的過程中，必須充分將空間數據、屬性數據和統一的地理基礎相結合才可以。地理基礎是將數據規范化的重要指標之一，因為在數據輸入過程中，必須保證數據都是在同一個地理基礎下所得到的，這樣才能最真實直接并且確切的反應各個信息之間的地理位置關系等，進而保證系統的穩定工作。地理基礎主要有三方面，分別是比例尺、地圖投影和坐標系統[8-9]。

比例尺反應的是地圖長度與實際大小的關系，比例尺的大小直接影響到系統的幾何分辨率。在確定比例尺時，我們需要注意，針對不同數據種類，要相應的確定不同的比例尺標準。這樣對于實際地表上的物體，我們可以真實準確的反應出來。因為地球是個橢圓形，而地圖則是平面的，那么必須要根據一定的數學關系，將地表坐標轉化為地圖上的直角坐標系，又因為地球的橢圓形投影會產生變形，那么根據變形屬性可分為等角、等面積和任意投影三類[10-11]。

3.2電力地理信息系統的空間數據庫的設計

電力地理信息系統的數據模型由物理層、地理層等4層構成，構建電力地理信息系統的空間數據庫是指在特定的坐標系中，用特定的拓撲方式來對物理位置及相互關系進行描述。在建立數據庫時，先將所要描述的地圖以數據形式導入計算機當中，在確定相互坐標時，用平面坐標系所顯示的坐標作為數據的輸入，而實際坐標則作為數據的空間屬性保存到計算機的數據庫當中。在確定的數據數字化以后，各個點、線、面都具有拓撲關系。在將數據數字化以后，對數據進行檢查并與實際圖形數據相比較，驗證其是否匹配，最后再將矢量數據進行標注。上述過程都結束以后，并且檢查無誤后，再將得到的數據存儲到空間數據庫當中[12-13]。

4　軟件系統結構

針對實際當中的需求，我們需要系統不僅需要功能強大，同時還需要具有可再次開發的能力。基于地理信息系統的配電網管理系統就是集平臺、模塊、工具及二次開發能力于一體的系統。

4.1一體化系統設計

一體化系統設計主要包括橫向一體化和縱向一體化兩方面[14-15]。

橫向一體化是指各個應用系統之間具有很強的關系，通過科學的結構設計與合理的數據規劃，實現數據信息的統一與共享，使各個系統統一為一個整體。在設計橫向一體化的過程中，要盡量使用三層結構來設計各個系統，對于特定的共享數據，要各自建立服務點，其他的將共用統一的接口。

縱向一體化是指對各個系統的功能進行剝離，將抽象的功能需求統一用同一個平臺進行支持，基于統一的平臺不僅可以保證系統工作的穩定性，還有利于系統的開發、維護和擴展。

一體化系統設計結構如圖3所示。

4.2三層結構體系

由4.1可知，各個系統盡量采用三層結構體系設計，通過該設計，可以使各個系統的功能更加完善。對于開放的網絡架構，采用TCP/IP協議實現網絡通訊，并且確保與其他網絡之間的正常連接。三層結構體系如圖4所示。

圖3　一體化系統設計的層次結構

圖4　三層結構體系

三層結構體系的特點有：

1）可以使應用功能與系統平臺較為容易的分開；

2）使地理屬性數據得到充分完全地分享；

3）對于通用的C/S結構和B/S結構，該系統都支持。

4.3軟件結構設計

圖5為系統軟件結構。

圖5　系統軟件結構

由圖可知，針對地理信息系統的多功能、繁瑣輸入等特點[16]，系統軟件采用平臺化結構，進而滿足系統在實際當中的要求。系統首先針對所需建模的對象設立模型，然后通過圖像系統將模型數據化，再創建配電網管理業務邏輯，最后在圖形化，將這些功能在用戶界面上表達出來。在這些主要功能實現的基礎上，再添加其他輔助性功能。

5　結束語

文中在國外地理信息系統分析的基礎上，對我國電力企業進行分析，針對電力企業配電網的特點，結合地理信息系統的優點，設計了一款基于地理信息系統的配電網管理系統，在分析了平臺的選擇，數據結構的分析以及數據庫的設計以后，對管理系統進行軟件設計，采用三層結構體系，增加了系統的應用功能，同時利用一體化、平臺化等技術，保證系統在實現正常管理功能的同時，還具備較強的二次開發能力，大大提高了系統的實際應用需求。

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Design and implementation of distribution network management system based on GIS

NING Pei-song，LIU Qing，YANG Kai
（Zunyi Power Supply Bureau，Zunyi 550002，China）

In today's world，the development of the country can not do without electricity.With the new equipment used in power enterprises，the traditional power grid management system has lagged behind.In this paper，according to the characteristics of distribution network management system，from the functional requirements of distribution network management system，through the analysis and modeling of geographic information system（GIS）database，a kind of management system based on geographic information system（GIS）is proposed.Firstly，the key technologies of the platform design of power GIS platform are analyzed，and then the data model structure of distribution geographic information system is deeply studied.

GIS；distribution network；management system；design research

TM933.4

A

1674－6236（2016）21-0079-03

2015-11-14稿件編號：201511133

寧培松（1976—），男，貴州安順人，工程師。研究方向：電力通信信息化技術。