地理信息系統(tǒng)在輸電線路災(zāi)害搶修中的應(yīng)用研究

陳宏愷

【摘要】 本文主要闡述了地理信息系統(tǒng)在輸電線路上應(yīng)用的主要內(nèi)容，在該基礎(chǔ)上結(jié)合具體案例對(duì)地理信息系統(tǒng)下輸電線路巡檢平臺(tái)的系統(tǒng)構(gòu)架進(jìn)行研究，深入挖掘了地理信息系統(tǒng)在輸電線路災(zāi)害巡檢搶修中的應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】 地理信息系統(tǒng) 輸電線路 災(zāi)害搶修 構(gòu)建

前言

隨著國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)和電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)年用電量和經(jīng)濟(jì)總量分別越居全球的第一和第二位。電力系統(tǒng)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)也進(jìn)一步向大機(jī)組、高電壓、大電網(wǎng)方向快速發(fā)展。為了適用日益提高的環(huán)境保護(hù)要求和節(jié)省有限的土地資源，越來(lái)越多的輸電線路架設(shè)在地理環(huán)境復(fù)雜、自然條件惡劣，人煙稀少交通不便的高山峻嶺上[1]。近年來(lái)我國(guó)因臺(tái)風(fēng)暴雨等自然災(zāi)害引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害頻繁，給輸電線路正常運(yùn)行造成了非常嚴(yán)重?fù)p害的情況時(shí)有發(fā)生，直接危及電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，影響了社會(huì)穩(wěn)定和城鄉(xiāng)人民的生活質(zhì)量和人身安全，已經(jīng)成為新時(shí)期社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。如，2016年7月9日，第一號(hào)臺(tái)風(fēng)“尼伯特”在福建登陸，對(duì)福建省福州、莆田、龍巖地區(qū)電網(wǎng)造成重大影響。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）旨以地理視角，對(duì)輸電線路災(zāi)害進(jìn)行提前預(yù)警、災(zāi)后搶修等全面管控，通過(guò)大數(shù)據(jù)和智能檢測(cè)技術(shù)確定輸電線路災(zāi)害搶修的最優(yōu)路徑方案，有序開(kāi)展搶修復(fù)電工作，最大限度地提升了災(zāi)害搶修時(shí)效，為災(zāi)后電網(wǎng)正常運(yùn)行、及時(shí)恢復(fù)供電提供科學(xué)決策。

一、地理信息應(yīng)用電力系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容

電力系統(tǒng)是一個(gè)結(jié)構(gòu)繁雜、區(qū)域分布廣泛的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)大多依靠紙質(zhì)設(shè)計(jì)、竣工驗(yàn)收檔案資料和運(yùn)行維護(hù)中技術(shù)改造檢修記錄等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路等有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)管理。但鑒于紙質(zhì)材料的更新不及時(shí)、共享性差及查詢不便等弊端，嚴(yán)重影響了工作效率，無(wú)法及時(shí)為災(zāi)害搶修提供決策依據(jù)，已不能滿足日益增長(zhǎng)的電力系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行管理提出更高的要求。地理信息系統(tǒng)作為建設(shè)防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)的一個(gè)前沿研究方向，近幾年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)憑借其突出的數(shù)據(jù)分析和空間分析功能，在電力行業(yè)中得到應(yīng)用成果顯著。其能將設(shè)備設(shè)施地理分布、屬性類信息、電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)資料以及電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息等快速集成，構(gòu)建電網(wǎng)地理結(jié)構(gòu)模型，形成可視化、直觀的基于地理信息的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為提高電力設(shè)備運(yùn)行的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為各個(gè)單位部門(mén)提供更加科學(xué)的決策參考依據(jù)[2]。

基于地理信息系統(tǒng)的輸電線路災(zāi)害搶修技術(shù)研究，通過(guò)將輸電線路勘察設(shè)計(jì)及施工測(cè)繪數(shù)據(jù)和所在地區(qū)的常年自然災(zāi)害信息進(jìn)行融合處理，形成專用的輸電線路災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用到輸電線路災(zāi)害巡檢搶修過(guò)程中[3]。能夠較為全面把握輸電線路附近的地理信息，確定其氣候狀況、天氣變化等對(duì)輸電線路運(yùn)行狀態(tài)影響，并在此基礎(chǔ)上對(duì)可能發(fā)生災(zāi)害時(shí)對(duì)輸電線路的影響進(jìn)行分析、發(fā)布、展示和預(yù)警，從而做好對(duì)輸電線路災(zāi)害有效防御準(zhǔn)備，并超前謀劃、科學(xué)組織災(zāi)后的巡檢搶修工作，這對(duì)我國(guó)輸電線路精益化管理和災(zāi)害預(yù)警防御工作中具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、地理信息系統(tǒng)輸電線路搶修系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架的構(gòu)建

輸電線路災(zāi)害搶修過(guò)程中數(shù)據(jù)量龐大，處理操作較為復(fù)雜，為了提升地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用效益，在設(shè)計(jì)其系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)需要把握好存儲(chǔ)層、交換層、服務(wù)層及應(yīng)用層等的構(gòu)建，對(duì)各層服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行完善。當(dāng)發(fā)生臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害時(shí)，快速查看防范災(zāi)害預(yù)案，縮短事故搶修時(shí)間，提高搶修協(xié)調(diào)性，提高效率等目的。其具體狀況見(jiàn)圖1。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。該層是整個(gè)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的核心，需要對(duì)輸電線路氣候狀況及自然災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行全面把握，負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)的定義、維護(hù)、訪問(wèn)和更新，以及管理并相應(yīng)搶修服務(wù)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并有效集成，按照主題進(jìn)行組織。做好臺(tái)賬數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、災(zāi)害數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)及模型數(shù)據(jù)的采集，為系統(tǒng)決策提供完備的數(shù)據(jù)支撐；

數(shù)據(jù)交換層。該層支持信息系統(tǒng)的開(kāi)放性、異構(gòu)性與互操作性，主要以數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)調(diào)度、指揮控制、監(jiān)測(cè)分析等工作為主，解析災(zāi)害信息，定位物體的信息和狀況，依照上述業(yè)務(wù)需求生成了相應(yīng)的業(yè)務(wù)接口，以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的交互和數(shù)據(jù)的傳輸，形成一個(gè)統(tǒng)一的、可互操作的共享數(shù)據(jù)層。

數(shù)據(jù)服務(wù)層。服務(wù)層的基本元素為服務(wù)，該層主要在存儲(chǔ)層數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實(shí)施數(shù)據(jù)處理，綜合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)服務(wù)，其主要包括業(yè)務(wù)主站、防災(zāi)減災(zāi)、圖層分析及狀態(tài)監(jiān)控四大數(shù)據(jù)服務(wù)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的服務(wù)、表現(xiàn)、查找和索引等服務(wù)。應(yīng)用過(guò)程中可以依照業(yè)務(wù)需求進(jìn)行適當(dāng)添加或刪減，并需預(yù)留接口供功能拓展和定制服務(wù)。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層。該層為輸電線路災(zāi)害搶修提供了針對(duì)性服務(wù)組件，響應(yīng)搶修工作請(qǐng)求，執(zhí)行搶修任務(wù)。其主要包括綜合展示、故障分析、災(zāi)害預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)分析、資源調(diào)配及故障警告等。與此同時(shí)，該層還能夠?qū)Ρ鞠到y(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理，通過(guò)數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程設(shè)備通信，獲取終端運(yùn)行狀態(tài)，依照數(shù)據(jù)狀況生成相應(yīng)的輔助分析決策，實(shí)現(xiàn)高效搶修、快速?gòu)?fù)電的目標(biāo)。

用戶操作層。該層擔(dān)負(fù)用戶與應(yīng)用間的對(duì)話功能，負(fù)責(zé)提供用戶操作界面以及實(shí)時(shí)通信狀態(tài)的顯示等，搜集操作信息，將服務(wù)器端返回的信息組織成適合不同類型終端表現(xiàn)的數(shù)據(jù)形式。根據(jù)不同用戶需求和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，呈現(xiàn)不同應(yīng)用服務(wù)界面給最終用戶。隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，人們對(duì)GIS平臺(tái)界面的直觀性和美觀性要求越來(lái)越高。在該基礎(chǔ)上可以適當(dāng)設(shè)置綜合展示層，借助圖形轉(zhuǎn)化技術(shù)、UI美化技術(shù)等生成操作簡(jiǎn)單、智能交互的操作系統(tǒng)，大大提升了地理信息在輸電線路災(zāi)害巡檢搶修工作中的應(yīng)用效益。

2.2 系統(tǒng)的應(yīng)用

臺(tái)風(fēng)災(zāi)害被認(rèn)為是形成東南沿海地區(qū)電力事故的主要原因之一。臺(tái)風(fēng)過(guò)境的狂風(fēng)暴雨常給電力設(shè)施，特別輸電線路造成重創(chuàng)，輸電線路產(chǎn)生倒塔斷線、異物拋掛短路、風(fēng)偏閃絡(luò)等造成大面積停電事故的主要原因。防范應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害常涉及多部門(mén)、多地區(qū)聯(lián)動(dòng)，協(xié)調(diào)工作量大。建立災(zāi)害應(yīng)急搶修平臺(tái)，對(duì)實(shí)時(shí)氣象資源、電力設(shè)備受災(zāi)實(shí)時(shí)信息、搶修預(yù)案及搶修力量數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整合，為搶修任務(wù)提供輔助分析和決策支持。

地理信息系統(tǒng)在福建省輸電線路災(zāi)害搶修中應(yīng)用過(guò)程中，融合了地理基礎(chǔ)信息、實(shí)時(shí)災(zāi)害預(yù)警和輸電線路數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行全面把握，依照數(shù)據(jù)需求、服務(wù)需求等形成相應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)架，為輸電線路災(zāi)害搶修提供了較為準(zhǔn)確和科學(xué)的數(shù)據(jù)保障。以2016年一號(hào)臺(tái)風(fēng)“尼伯特”為例，根據(jù)氣象部門(mén)發(fā)布不同時(shí)間段的臺(tái)風(fēng)路徑變化的預(yù)測(cè)預(yù)警，和電力減災(zāi)專設(shè)氣象站點(diǎn)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)分析掌握臺(tái)風(fēng)路徑動(dòng)向，當(dāng)分析認(rèn)為2“尼伯特”可能正面侵襲福建時(shí)，基于地理信息系統(tǒng)的輸電線路災(zāi)害搶修體系與氣象探測(cè)系統(tǒng)交互，建立臺(tái)風(fēng)位置信息表，搜集臺(tái)風(fēng)等級(jí)、雨強(qiáng)、風(fēng)速、氣壓、過(guò)程雨量等氣象數(shù)據(jù)，并結(jié)合電子地圖、衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感影像，以直觀畫(huà)面展示臺(tái)風(fēng)路徑（圖2）。結(jié)合實(shí)時(shí)信息和預(yù)報(bào)成果，進(jìn)行臺(tái)風(fēng)災(zāi)害定性，、評(píng)估可能發(fā)生災(zāi)情的影響級(jí)別，分析臺(tái)風(fēng)路徑及后續(xù)影響。并疊加基礎(chǔ)地圖圖層和電網(wǎng)地圖圖層，針對(duì)“尼伯特”臺(tái)風(fēng)可能對(duì)輸電線路造成的影響情況，生成預(yù)警報(bào)告。適時(shí)啟動(dòng)臺(tái)風(fēng)應(yīng)急預(yù)案及預(yù)警等級(jí)指導(dǎo)福建電網(wǎng)進(jìn)入全面抗擊臺(tái)風(fēng)狀態(tài)。形成了較為完善的輸電線路保障內(nèi)容。

“尼伯特”臺(tái)風(fēng)登陸前后及侵襲過(guò)境后，根據(jù)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)顯示的各區(qū)域內(nèi)輸電線路運(yùn)行狀況，及時(shí)將發(fā)生故障的輸電線路信號(hào)及故障位置信息發(fā)送到地理信息系統(tǒng)主站，由系統(tǒng)軟件對(duì)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，準(zhǔn)確確定了故障點(diǎn)的位置。并第一時(shí)間確定各電壓等級(jí)和各條輸電線路故障所覆蓋的停電區(qū)域，結(jié)合臺(tái)風(fēng)災(zāi)害造成輸電線路損壞程度和停電范圍等情況，根據(jù)先主網(wǎng)后配網(wǎng)，先重要用戶后一般用戶的原則，確定事故搶修區(qū)域，科學(xué)調(diào)配搶修人員、物資，確保臺(tái)風(fēng)災(zāi)后輸電線路搶修工作科學(xué)有序展開(kāi)。使福建區(qū)域受損的輸電線路，在除個(gè)別山區(qū)外，都在最短時(shí)間內(nèi)基本完成災(zāi)害事故搶修，大部分受災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域都及時(shí)恢復(fù)了災(zāi)后供電。

三、 結(jié)論

組織基于地理信息系統(tǒng)構(gòu)建輸電線路平臺(tái)還不能滿足對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害搶修的特殊需求。結(jié)合不同情況下輸電線路災(zāi)害搶修過(guò)程中和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和存在的問(wèn)題，需要對(duì)輸電線路地理信息系統(tǒng)中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行充實(shí)完善，生成標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、智能化輸電線路災(zāi)害搶修體系，從而有效地提高輸電線路抵御災(zāi)害能力，科學(xué)決策縮短搶修時(shí)間，降低災(zāi)害損失，確保災(zāi)后搶修工作順利進(jìn)行，降低災(zāi)害損失。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 吳飛龍，林韓，湯明文等. 多種中繼方式在大型無(wú)人機(jī)輸電線路巡檢中的應(yīng)用 [J].中國(guó)電力，2015，2：104-110.

[2] 盧娟，李沛川 電力GIS的發(fā)展及主要功能[J] 測(cè)繪與空間地理信息，2004，01：31-34

[3] 王國(guó)勝，張聲圳. 基于GIS的輸電線路三維數(shù)字化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 電工技術(shù)，2013，09：6-8.