基于ArcGIS Engine的城市地下電力管網規劃管理信息系統設計與實現

季笑慶 白曉龍 鄧昊 宋峰 張晨玥

摘 要：ArcGIS Engine作為典型的嵌入式GIS二次開發技術，采用Microsoft Visual Studio.Net 2008（.NET）為平臺、ArcGIS Engine 10.0為開發工具，設計和開發了城市地下電力管網規劃管理信息系統。本文詳細的介紹了ArcGIS Engine開發技術和城市地下電力管網應用現狀，從實際管理的業務需求出發，提出系統的設計原則和目標，綜合運用當前先進的技術，對基于ArcGIS Engine的城市地下電力管網規劃管理信息系統模塊進行設計，實現各模塊功能，為輔助設計人員科學地規劃管道建設，提高城市地下管網資產利用率，實現高效率、低成本的電網規劃管理提供重要支撐。

關鍵詞：ArcGIS Engine；地下電力管網；系統設計與實現

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0175-02

1 引言

城市地下電力管線作為城市管網中的重要組成部分，擔負著信息傳輸、能源輸送等工作，是城市賴以生存和發展的基礎設施。由于現有方式對大量的地下電力管網信息無法進行有效的管理，造成目前城市地下電力管網設備無法高效利用。為了輔助設計人員更加科學地規劃管道建設，提高地下管網資產利用率，實現高效率、低成本的電網規劃管理，有必要開展基于ArcGIS Engine的城市地下電力管網規劃管理信息系統建設工作。

2 ArcGIS Engine概述

ArcGIS Engine是開放的地理信息處理平臺，具有強大的地理數據管理、編輯、顯示、分析等功能，它是用于構建定制應用的一個完整的嵌入式GIS組件庫。開發者可以利用ArcGIS Engine使用不同的程序語言和開發環境，建構基于用戶業務需求的GIS系統，為用戶提供針對電力管網的功能定制和業務應用，是開發城市地下電力管網規劃管理系統的基礎。

ArcGIS Engine組件由ArcGIS Engine Runtime和ArcGIS Engine Developer Kit兩部分組成。ArcGIS Engine Runtime包含ArcObjects的核心應用組件，能夠提供所有ArcGIS應用程序所需要的核心功能，讓開發人員自己定義開發GIS應用軟件和制圖工具；ArcGIS Engine Developer Kit提供一套完備的嵌入式GIS組件庫和工具庫，開發者可用它來創建新的或更新已有的應用程序，這些應用程序可脫離ArcGIS環境單獨運行，包含支持開發任務所需的開發資源。

3 城市地下電力管網應用現狀

一方面，由于城市地下電力管線資料殘缺不全，相關資料精度不高且多與現狀不符，規劃設計人員無法在工程施工前對電網規劃進行精確設計，導致施工單位在工程施工過程中時常發生地下電力管線被挖斷的情況，從而造成大面積停電等嚴重事故，并且由于缺乏相應的技術手段，無法分析管網事故來源，造成事故響應時間不及時，嚴重影響居民生活。

另一方面，由于現有的地下電力管線資料都以圖紙、圖表等紙質化形式記錄保存，并采用人工方式進行管理，對于新建、改造管線數據編輯修改效率低下。而應用地理信息系統高新技術和圖形化的管理方法可以實現城市地下管線的高效管理，滿足相關部門管理者對于地下電力管網建模的決策和工程施工單位的需要。

4 系統設計

4.1 系統設計原則

系統設計應當以客戶的應用需求為基本出發點，以適應未來發展為基本準則，集成現有的各類數據資料，提高數據的使用價值和應用點。該系統設計將遵循如下設計原則：

4.1.1 規范化原則

系統設計嚴格遵循規范化原則，系統建設的技術標準必須嚴格遵循國家標準和行業標準。系統設計和開發遵循行業相關規范，對于國家標準、行業標準未能涵蓋的接口，參照行業規范，協調、統一制定接口規范，以利于系統的集成和有效運行。

4.1.2 實用性原則

在系統設計前期，必須充分考慮用戶業務需求，為確保在大數據量空間運算時系統的響應速度，必須采用先進的技術和系統架構，提高系統整體性能，確保系統的先進性和實用性。

4.1.3 擴展性原則

擴展性體現在應用功能的可擴展、部署方式的可擴展和空間數據模型的可擴展、服務的可擴展，為滿足用戶在系統建設后期不斷擴展的應用需求，系統設計要遵循擴展性原則，保證系統擴展過程的平滑升級，避免系統的重復建設、投資。

4.1.4 安全性原則

該系統建設涉及的數據（基礎空間數據、電網資源數據等）屬于國家保密數據，從信息安全性角度考慮，系統設計和數據架構設計要符合國家電網信息安全規范，充分考慮數據的安全性和系統的可靠性。

4.2 系統設計目標

本次城市地下電力管網規劃管理信息系統的設計目標主要包括以下幾點：

（1）基于ArcGIS Engine，在GIS平臺上集成城市地下電力管網數據，直觀展示管線之間錯綜復雜的位置關系及管線臺賬數據，完成對地下管線資料的圖形化管理，實現城市地下電力管網數據的可視化綜合展示。

（2）應用ArcObjects組件庫，建立查詢統計、圖形編輯、數據審核、空間分析等模塊，實現電力管線數據的自動導入和分析，方便管理人員及時、快速地獲取決策所需的關鍵信息，提高電網規劃管理效率。

（3）該系統的設計與實現，提供了城市地下管網設備的完整建模、最佳路徑分析等功能，輔助規劃人員制定合理的管道建設方案，提高地下管網資產利用率，有效減少已建管道的浪費。

4.3 系統運行平臺及開發語言

GIS運行組件：ArcGIS Desktop，ArcGIS Engine 10.0 Runtime for Windows，ArcGIS Engine SDK10.0。

.NET運行平臺：Visual Studio 2008。

數據庫：Oracle 數據庫。

開發語言：C#。

5 功能實現

從目前電力管線管理現狀出發，對城市地下電力管線信息化管理進行探索，充分利用ArcGIS軟件平臺提供的全面、可伸縮、易集成的開發體系結構，實現基于ArcGIS Engine的城市地下電力管網規劃管理信息系統應有的基本操作、查詢統計、圖形編輯等基本功能，同時提供城市地下管網電纜走廊分析、電纜路徑分析等空間分析功能，并實現電纜輔助規劃設計和分析城市地下電力管線的空間分布情況，為相關部門管理者提供輔助決策支持。

5.1 基本操作

基于電網GIS地圖，實現系統基本操作功能，包括放大、縮小、平移、前一視圖、后一視圖、全圖、功能釋放、長度測量、角度測量、面積測量等。

5.2 查詢統計

提供點查詢、圓查詢、矩形查詢、多邊形查詢的方式對設備進行查詢，而且對于查詢到的結果可以在圖形中進行地理位置定位。

5.3 圖形編輯

根據電網GIS平臺電網模型的元數據，實現對點、線、面等各類電網資源的圖形以及屬性編輯功能。構建城市地下電力管網模型，應用圖形編輯工具，實現各種類型的地下管網設備圖形的繪制功能、同步編輯入庫及電纜與埋設關聯。

5.4 數據審核

圖形繪制結束后，支持發起任務，增加審核流程，進行審核，確保數據質量。通過與GIS、PMS的充分集成，實現管道圖形與臺賬資料的共享，形成對地下管網相關業務流程的全過程閉環管理，有效規范地下管網的相關業務流程。

5.5 空間分析

作為GIS的核心功能，空間分析為用戶利用GIS進行科學規劃與管理提供了決策依據。基于電網GIS地圖，利用分析模型完善空間分析功能，實現橫斷面分析，用戶選擇需要分析位置后，以選擇的位置為基準面，分析出此斷面下包含的各類電網管線設備和市政管網設備的橫斷面情況，包括設備水平距離，垂直距離，并能生成設備之間凈距離，位置關系的臺賬，方便掌握管線之間的空間位置關系。

5.6 規劃設計

根據電網規劃相關內容（如：變電站布點位置、供電區域、規劃功能塊劃分）和電網儲備項目等，根據基礎數據、規劃理論和國網典設標準等，開展城市地下電力管網需求預測，提出電力管線數量和建設標準、規劃建設時序（年限），電纜走廊、電纜路徑規劃等電網規劃分析結論。

電纜走廊分析：根據起點和終點電纜井，在一堆電纜隧道中（已經存在電纜）選擇電纜路徑，并且生成報表，通過對已經敷設的電纜進行走廊分析，首先分析出電纜經過的每段敷設，然后分析出每段敷設的臺賬，包括敷設的現狀，敷設的長度，管孔占用情況等，實現電纜走廊分析。

電纜路徑分析：在兩個相隔很遠的電纜井之間規劃敷設電纜（不需要有實際存在的電纜），并且可以得到優化的敷設路徑。通過對已用管線、未用管線的分類管理，首先分析出相近電纜井兩兩之間電纜敷設現狀，是否有可使用管線敷設，再根據最短路徑分析出兩個相隔很遠的電纜井之間的最佳路徑，實現電纜路徑分析。

5.7 管網專題圖

實現污區、風區、冰區、舞動區等管網專題圖的展示與分析，分析管網資源所屬的專題圖等級以及某等級的專題區域包含的電網資源。并進一步實現對管網設備信息地域分布的展示、定位、查詢，與設備所在區域（如：污區、風區、冰區、舞動區等專題區域）對設備的影響分析等高級功能。

結合管網專題圖信息展示，在地圖中疊加顯示污區、冰區、風區、舞動區等特殊區域及特殊地理信息，綜合分析各區域對電力設備的影響，統計各個專題所影響的管網設備，為電網規劃部門提供輔助規劃。

5.8 設備全壽命周期管理

基于管網資源、管線占用分析等功能模塊的領導決策系統，以及利用管網資源建立起的數據分析模塊及設備狀態評價模塊。通過對甲方提供的設備巡檢記錄、維修記錄的統計分析，找到設備薄弱點，采取有效的防范措施，實現設備全壽命周期管理。

6 結語

針對目前城市地下電力管網應用現狀，利用先進的地理信息系統技術和ArcGIS平臺，完成基于ArcGIS Engine的城市地下電力管網規劃管理信息系統設計與實現。通過應用地理信息技術，對大量的地下電力管網信息進行有效的管理，實現城市地下電力管網設備的高效利用；并提供城市地下管網電纜走廊分析、電纜路徑分析等功能，實現電纜輔助規劃設計和分析城市地下電力管線的空間分布情況，為輔助設計人員科學地規劃管道建設，提高地下管網資產利用率，實現高效率、低成本的電網規劃管理提供重要支撐。

參考文獻

[1]楊鑫梅，劉青豪.城市地下管網建設的問題與對策研究[J].科學與財富，2017（7）：3.

[2]王堃昊.基于ArcGIS Engine的開發原理和方法的探討[J].中國地名，2014（9）：76-77.

[3]呂衛民，白曉龍，褚衍林.基于GIS的城市地下電力管網信息系統設計與實現[J].中國新通信，2016（1）：114-116.

[4]王紅雷，張蘭蘭，雷洋，等.農村土地承包經營權確認登記管理系統的設計與實現[J].價值工程，2015，（29）：209-211.

[5]檀丁，李明峰，張蔚，等.GP服務在基于SOA的WebGIS空間分析中的應用研究[J].測繪通報，2011，（7）：70-73.

[6]李蘇東，司少先，楊玉坤，崔洪濤.基于RFID/GIS的市政管線資源管理系統的研究與實現[J].測繪與空間地理信息，2009（3）：66-69.