Web GIS的湖南電網地理信息系統研究

周建飛，歐陽玲，陽金純，曾惠芳

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

Web GIS的湖南電網地理信息系統研究

周建飛，歐陽玲，陽金純，曾惠芳

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

本系統在湖南基礎地理信息數據庫的基礎上，增加環境敏感區圖層、110 kV及以上變電站、輸電線路圖層，同時將湖南電網現有的各種電磁環境資料 (數據、文本、報告、圖片等)集成于本系統中，可為湖南電網環保管理工作提供全方位技術指導，實現輸變電環評、驗收、糾紛高效率管理的同時，也可用于運用于電網規劃、優化選址選線。

Web GIS；電網環境地理信息系統；環境敏感區 (點)

Web GIS是采用WWW協議運行在萬維網上的地理信息系統，是GIS與 Internet技術相結合的產物〔1－2〕。

本研究在湖南基礎地理信息數據庫的基礎上，增加環境敏感區圖層、110 kV及以上變電站、輸電線路圖層，同時將湖南電網現有的各種電磁環境資料 (數據、文本、報告、圖片等)集成于本系統中，可為湖南電網環保管理工作提供全方位技術指導，實現輸變電環評、驗收、糾紛高效率管理的同時，也可用于運用于電網規劃、優化選址選線。

1 總體設計

1.1 運行環境

系統運行在Windows server系列操作系統下，服務端管理和發布基礎地理數據、環境敏感區數據、變電站及輸電線路數據，客戶端在leafletjs框架上實現數據的瀏覽、查詢以及提取功能。

1.2 數據處理

1)基礎地理數據:通過 ArcMap配圖，在ArcEngine基礎上二次開發實現數據的柵格化瓦片切割，并建立金字塔結構存儲在大文件中。

2)專題數據點數據:應用 leaflet提供的 api動態在在頁面上顯示所需要的點數據，同時在視覺上感覺不出數據的形態變化，以達到物探數據能夠在客戶端快速顯示的目的。

3)專題數據線面數據:用ArcMap配圖，使用leaflet控制相應的圖層達到控制相應專題數據的目的。

2 詳細設計

2.1 系統架構

系統構架包括業務層、邏輯層、數據層及運行環境，如圖1所示。

圖1 系統架構

業務層:展現業務功能，作為用戶交換操作的應用程序采用瀏覽器，支持 Internet Explorer 8 (含)以上瀏覽器。

邏輯層:實現具體的業務，分析前臺的請求自動訪問后臺相應的服務接口，并控制整個系統的穩定性維護數據層的安全。

數據層:作為原始數據來源，包括業務數據和基礎支撐數據。本層數據不能直接在系統中使用，需要通過入庫數據或者發布工具導入 (發布)到應用支持層的對應服務中。

運行環境:服務端運行環境為Window server系統， java運行時環境 jre/jdk， tomcat服務，postsql數據庫運行環境，arcgis和arcserver運行環境。客戶端要求瀏覽器支持IE8以上規范。

2.2 系統用例

系統角色:用戶，數據管理員，系統管理員。

用戶擁有瀏覽權限；數據管理員擁有瀏覽數據、錄入地圖數據、錄入環境影響報告，在地圖上修改相關數據等權限；系統管理員擁有所有權限。系統管理員可以查看數據錄入管理員的信息和錄入的信息的詳細情況，如哪位管理員在何時錄入了什么信息。系統用例圖如圖2所示。

2.3 系統流程

用戶使用系統必須先登錄，根據登錄的賬戶判斷此用戶權限，如果擁有管理員權限則在界面上顯示相應的操作界面。設計時采用匹配方式，在數據庫中用戶表設計相應權限的字段，用戶登錄時匹配此字段，然后在系統中給予相應權限。

用戶、管理員登錄使用系統各個功能如圖3所示。

圖2 系統用例圖

圖3 系統流程圖

2.4 數據流程

1)數據類型

本系統中數據主要分為三類:地圖數據，數據庫數據和文件系統數據，地圖數據為瓦片數據，采用ArcMap和ArcServer配圖制圖。數據庫數據為所有發電站、變電站、敏感點、敏感區和輸電線路等專業屬性數據，在用戶需要查詢專業數據時系統自動遍歷數據庫查詢，當用戶需要增刪改時需要擁有相應的操作權限并在相應的界面上修改。文件系統數據指相應敏感點的環評報告等PDF文件數據，此報告采用http上傳下載協議傳輸，存放在服務器的文件系統指定文件夾中，并在數據庫中緩存文檔的路徑、名稱數據在數據庫與用戶、管理員之間流通的路徑如圖4所示。

圖4 數據流程圖

2)數據服務

數據服務包括瓦片服務、電網數據更新服務、數據查詢服務和元數據服務，如圖5所示。

圖5 數據服務邏輯

瓦片服務:提供基礎地理數據電子地圖、環境敏感區專題地理數據電子地圖、電網輸電線路、變電站地理數據電子地圖，該服務是以256×256圖片形式提供給客戶端瀏覽器。

電網數據更新服務:針對輸電線路或變電站的屬性信息在客戶端修改夠提交到服務器，最終由該服務完成對應數據庫記錄的修改。

數據查詢服務:針對輸電線路、變電站以及環境監測點的屬性信息查詢，該服務通過訪問湖南電網環境數據庫，取得記錄返回給客戶端。

元數據服務:提供輸電線路、變電站及附近環境監測點的監測數據、照片查詢服務。

3)數據存儲

將空間矢量數據通過易景編譯工具處理成瓦片的金字塔結構存儲文件，這種方法可以極大的將基礎地理數據在瀏覽器中快速顯示，如圖6所示。

圖6 瓦片數據的編譯存儲

4)數據庫數據更新操作

使用 gostgis提供的 shapfile manager工具將shap數據導入數據庫，數據庫當中將自動生成相應的表的字段和類型。

3 子系統設計

系統子功能包括圖層管理、查詢、文檔上傳下載以及環境敏感區 (點)分析四個部分，其中圖層管理功能可以控制影像數據底圖的顯示、各種環境敏感區 (點)的顯示控制、各電壓等級電網數據的顯示以及各種類型監測點點數據的顯示；查詢功能采用模糊查詢，自動匹配數據庫中多個表模糊匹配所有數據并把符合條件的數據列出在系統中；文件的上傳下載用于各輸變電工程主要參數、環評、驗收報告及批文的錄入、上傳和下載以及各監測點監測數據及監測報告的錄入、上傳和下載；環境敏感區 (點)分析變電站、輸電線路一定范圍內的各類環境敏感區 (點)，并列出名稱、距離和方位。如圖7所示。

圖7 系統子功能

1)圖層管理

底圖數據切換采用leaflet框架的baselayer切換功能，切換到影像數據底圖時自動在地圖上加載行政數據和敏感區數據，默認顯示的是普通底圖和行政數據。影像底圖是加載的在線google影像數據，行政數據和敏感區數據是瓦片數據。

線路圖層的顯示是采用瓦片數據的透明化方式，leaflet框架加載線路數據的圖層覆蓋在底圖數據上面并且可以隨時控制此圖層的顯示與否。

發電站變電站敏感點等點數據是存在數據庫中的點，調用leafletapi中的marker功能把數據庫中的相應點轉換為 marker添加到地圖上，同時在marker上添加鼠標的moveup事件和click事件；鼠標經過marker時 moveup事件觸發顯示概略信息(名稱和類型)，鼠標點擊marker觸發click事件顯示詳情界面。在詳情界面上面可以進行具體的操作，環境影響分析和PDF報告的上傳下載。

2)查詢功能

查詢功能在后臺servlet實現，用戶傳入關鍵字servlet在后臺請求每個數據表，返回的結果放在一個json中返回給前臺leaflet，leaflet解析json獲得相應類型的數據在地圖上面顯示。在postgres數據庫中可以使用函數從幾何數據中獲取經緯度等數據，或者直接轉換為geojson類型的數據作為參數傳給leaflet，leaflet會自動解析該geojson在地圖上呈現。將一類的點數據經緯度封裝為一個json，在leaflet當中定義好各個種類的樣式圖標以及點擊事件，遍歷到地圖上。

3)文檔上傳和下載

查詢敏感點詳細信息時提供文檔上傳下載功能，并同時保持服務端文檔一致性和唯一性，屬性中的照片、監測布點圖是圖片文件，環評批文、驗收批文、環評文件、驗收文件以及監測報告均是PDF文件。

PDF格式文件上傳下載采用loadfile控件，把文件名稱自動改為相應的敏感點，在數據庫相應字段插入路徑，文檔本身存放在服務器的文件系統中，保證文件的唯一性。

4)環境敏感區 (點)分析

利用GIS的緩沖區分析工程，分析現有或擬建變電站、輸電線路一定范圍內的環境敏感區 (點)以及居民聚居點，以便評估輸變電工程的選址和選線。

選擇要分析的線路或電站，輸入要分析的范圍，在地圖上顯示緩沖分析后的結果。

4 數據庫設計

4.1 地圖數據

地圖數據包括矢量數據和柵格數據，通過易景編譯工具將海量的矢量數據或者柵格數據切片處理成瓦片的金字塔結構存儲文件，并建立空間索引〔3－4〕。編譯工具作為獨立運行的數據處理工具，是為數據可視化做必要的準備操作。數據生成后采用單個大文件方式來管理存儲。

金字塔結構采用基于四叉樹的瓦片數據層疊加技術來存儲組織瓦片劃分方式 (如圖8所示)。第0級將全球劃分了4×2塊，全球坐標范圍經度〔－180°，180°〕，緯度 〔－90°，90°〕，其中心位于經度0°與緯度0°，然后每個瓦片作為一個四叉樹的父節點，依次按照2×2細分地球表面。在存儲組織時，每個瓦片數據參照金字塔模式按照不同的縮放等級依次存儲到單個文件中〔5〕。

圖8 金字塔數據結構

瓦片級別定義是從0開始，級別數值越大表示對應的瓦片塊地理范圍就越小，見表1。每塊的像素大小是固定的，即為256×256，文件個格式為JPEG或PNG。

表1 瓦片級別地理范圍大小表格說明

公式:

Lat(經度)＝ 90/(2L)

Lon(緯度)＝90/(2L)

其中L為級別，范圍 [0，∞]

原數據編譯完成后以文件的方式存儲，這種文件方式可以不依賴任何數據庫，方便數據的遷移和備份。同時在開發其他桌面應用系統時可以方便的將數據遷移到客戶端本地機而采用本地數據訪問的模式。

4.2 屬性數據

1)點數據表

變電站表的設計:id—編號，主鍵；name—名稱；type—類型；owner—擁有者；lat，lon—經緯度。見表2。

表2 變電站數據表

2)輸電線路數據表

輸電線路表的設計:id—編號，主鍵；name—線路名稱；lineserial—線路編號；geometry—線路的幾何數據。見表3。

表3 輸電線路數據表

3)敏感點數據表

敏感點數據表設計:敏感點存儲系統中的糾紛點、環境保護區、森林公園等特殊點信息的幾何數據，字段設計見表4。

表4 敏感點數據表

4)用戶表

用戶表的設計:id—編號，主鍵；username—登錄名；userpasswd—登錄密碼；realname—名稱；type—權限，0代表管理員權限，1代表數據錄入權限，2代表數據讀取權限。用戶登錄時系統自動根據數據庫中的type字段決定跳轉相應頁面以授予相應權限操作。見表5。

表5 用戶表

5)文件歷史記錄表

文件歷史記錄表用于記錄上傳文件的用戶、時間及文檔名稱，見表6。

表6 文件歷史記錄表

5 系統實現

1)系統主界面設計

圖層管理:采用了 checkbox控件，每次點擊獲取當前的選中狀態，根據狀態切換各個圖層的顯示與否；專題圖應該永遠高于底圖，底圖用baselayer方法加載到地圖上就可以切換地圖而不影響專題圖。

2)查詢功能設計圖

查詢功能:輸入關鍵字以后點擊查詢按鈕，會以ajax方式向后臺servlet發送一個包含參數的get方式請求，后臺servlet自動連接數據庫索引各個專題數據，如220 kV變電站、發電站和敏感點數據中是否有含有當前關鍵字的數據，如果有就在地圖上顯示，如果是線路數據就高亮閃爍顯示。

3)環境敏感區分析

利用GIS手段，展示輸電線路和變電站發電站等電力設施對環境的影響，以便評估輸變電工程的選址和選線。

選擇要分析的線路或電站，輸入要分析的參數，在地圖上顯示緩沖分析后的結果。

4)數據管理員管理功能

數據管理員頁面與用戶頁面基本一致，除了普通用戶的功能外，數據管理員可以直觀創建變電站、監測點等點狀數據，并且可以錄入數據、上傳照片及文件，可以使的想改相關的數據。

5)系統管理員管理功能

系統管理員擁有所有權限，包括用戶管理、文件上傳記錄的管理以及變電站、輸電線路、敏感區、監測點的數據管理

6 總結

本項目在湖南基礎地理信息數據庫的基礎上，增加環境敏感區圖層、110 kV及以上變電站、輸電線路圖層，同時集成湖南電網現有的各種電磁環境資料 (數據、文本、報告、圖片等)，建立基于Web GIS技術的湖南電網環境敏感區 (點)地理信息系統，實現湖南電網輸變電環評、驗收、糾紛監測資料的網絡化高管理，項目的環境影響分析功能運用于電網規劃、優化選址選線。系統基于Web環境運行，客戶端不需安裝軟件及插件，且操作簡單方便，為湖南電網環保管理者提供了查詢信息、數據更新維護等日常管理工作的平臺。

〔1〕韓毓，伊煒.快速建立WebGIS事件管理的方法探討 〔J〕.安徽農業科學，2010(19):10458-10460.

〔2〕劉光.地理信息系統二次開發教程 〔M〕.北京:清華大學出版社，2003.

〔3〕張剛.影像金字塔的生成、壓縮與存儲模型研究 〔D〕.太原:太原理工大學，2016.

〔4〕張剛.海量影像存儲與管理關鍵技術研究 〔D〕.長沙:國防科學技術大學，2009.

〔5〕鄭群英，周曉光，欒柱曉 .影像金字塔增量更新方法 〔J〕.地理空間信息，2009(5):38－41.

Research of Hunan Electric Power Geographic Information System Based on Web GIS

ZHOU Jianfei，OUYANG Ling，YANG Jingchun，ZENG Huifang
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

Based on Hunan basic geographic information database，this system increases the layers of environment sensitive areas，110 kV and above substations and transmission line layers.At the same time，the existing electromagnetic environment data(data，texts，reports，pictures，etc.)is integrated in the system，for the Hunan power grid environmental management work to provide comprehensive technicalguidance to achieve efficientadministration ofpower transmission EIA，acceptance and disputes management.It can also be used for power grid planning and optimization of site and route selection.

Web GIS；grid environment GIS；environmentally sensitive areas

TM769

:B

:1008-0198(2017)02-0040-06

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.010

2016-10-18 改回日期:2016-10-31

國網湖南省電力公司科技項目 (5216A51350AY)

周建飛(1981)，湖南臨武人，高級工程師，碩士研究生，研究方向為電力系統環境保護。