基于GIS的舞動分布圖繪制系統數據庫設計

王超 呂中賓 艾文君 劉澤輝 劉博

摘 要：本文以舞動信息為研究對象，詳細討論了舞動信息數據庫的選擇及設計過程，從數據庫設計理論和方法的角度介紹了基于Geodatabase的舞動信息數據庫設計方法。最后，利用設計和創建的舞動信息數據庫介紹數據庫的功能和應用。

關鍵詞：空間數據；層次結構；邏輯結構；物理結構

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）23-0076-03

Database Design of Dancing Layout Drawing System Based on GIS

WANG Chao LYU Zhongbin AI Wenjun LIU Zehui LIU Bo

（Power Transmission Line Galloping Prevention and Control Technology Laboratory of State Grid， State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper took the dance information as the research object， discussed the selection and design process of the dance information database in detail， and introduced the design method of the dance information database based on Geodatabase from the perspective of database design theory and method. Finally， used the design and creation of the dance information database to introduce the functions and applications of the database.

Keywords： spatial data；hierarchy；logical structure；physical structure

我國是舞動災害最嚴重的國家之一[1]。舞動的危害十分嚴重，會造成長時間大范圍停電，恢復困難，社會影響巨大。截至2013年年底，共發生有文字記錄的舞動事件（事故）涉及35～1 000kV各電壓等級，共計發生舞動1 300條次以上，經濟損失數百億。

隨著電網規模的不斷擴大和氣象環境的日益惡化[2]，輸電線路舞動現象不斷加劇，并逐漸成為線路安全運行的主要威脅之一。舞動分布圖能清晰地反映輸電線路舞動區域分布的特點，可以為線路設計、電網建設、運行維護等部門的防舞工作提供指導，在一定程度上減少防舞工作的盲目性。因此，通過建立舞動分布圖繪制系統以分析舞動分布區域的特點具有重要意義。

對舞動信息進行科學組織與管理，設計和建立標準統一、功能完善的數據庫是一個成功的舞動分布圖繪制系統的關鍵。因此，對數據庫進行合理設計和建設無疑具有十分重要的意義[3]。

1 舞動信息數據

1.1 舞動信息數據特征

舞動信息數據的分析與應用與地理環境直接關聯，具有空間屬性。舞動分布圖繪制系統要對輸電線路舞動信息進行采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和表達，因此建立舞動信息數據庫需要具有以下特征。

第一，具有高可訪問性。輸電線路舞動信息的數據容量很大，其包含有地理信息、舞動信息等極其復雜的現象和信息。因此，在建立數據庫的基礎上，需要高效訪問大量數據，使其具有強大的信息檢索和分析能力。

第二，舞動信息數據中的空間數據和屬性數據要有清晰的對應關系，需要聯合管理。

第三，舞動信息數據中的屬性數據和空間數據要能隨時間而發生相應變化。

第四，舞動信息數據要具有空間多尺度性和時間多尺度性。

1.2 數據的層次結構

舞動信息數據包含的內容十分廣泛，其主要分為空間數據和屬性數據。空間數據包含矢量數據和柵格數據，而屬性數據包含輸電線路舞動屬性和基礎地理屬性等。

矢量數據是通過記錄坐標的方式盡可能將點、線、面等地理實體的空間位置表現得準確無誤，是面向對象、具有拓撲關系的空間數據類型。舞動信息數據中的矢量數據主要包括：數字線劃地圖數據（包括行政區劃圖、水系、交通道路和植被等）、輸電線路舞動數據和氣象數據。

柵格數據主要指數字影像數據和數字高程數據（DEM數據）。數字影像數據的信息比較直觀，具有良好的可判讀性和可量測性。數字高程數據是舞動風險評估的基礎數據，是地理空間中地理對象表面形態的數字化表達。

屬性數據主要指與點、線、面數據相關聯的屬性信息。舞動信息的屬性數據主要包括基礎地理屬性、氣象屬性和舞動基本屬性。氣象屬性有日最低溫度、日平均相對濕度、日最大風速、風向參數等。舞動基本屬性有舞動時間、線路名稱、地點（經緯度）、持續時間和桿塔結構等。數據層次框架如圖1所示。

2 舞動信息數據庫組織設計

2.1 舞動信息數據庫的選擇

通過上述對舞動信息數據的特點及層次結構的分析可知，只有建立空間數據庫才能管理舞動信息數據。空間性是空間數據庫區別于傳統數據庫的基本特征，因此，空間數據庫管理系統不僅需要具有常規數據庫管理系統所必備的功能，還要為空間數據提供特定的管理功能。具有代表性的數據庫系統有ESRI的GeoDatabase數據庫，其通過OLOB字段存儲空間對象的坐標數據，通過表存儲屬性數據，將空間坐標存在邊長記錄中，增加空間數據管理操縱函數。用戶通過GeoDatabase進行數據管理，可以建立高效的空間索引，高效訪問GeoDatabase中的空間數據，并實現數據的安全性、一致性和完整性，完成海量數據的管理。

GeoDatabase中的數據對象包括對象類、要素類和要素數據集，其通過層次型的數據對象來組織。存儲非空間數據的表格即是對象類，其保留有與地理要素相關聯的對象的描述性信息。具有相同幾何特征和屬性的要素的集合構成要素類，即同類空間要素的集合，如溫度、濕度、風速、省界、縣級市、省道和河流等。要素類之間可以獨立存在或具有某種關系。不同的要素類之間存在某種關系時，考慮將其組織為一個要素數據集，如溫度、濕度、風速和風向等放入氣象數據集中，省界、縣級市、省道、河流等放入空間地理數據集中。數據庫數據層次圖如圖2所示。

2.2 數據邏輯結構設計

舞動信息數據涉及的數據較多，為了更有利于對數據庫進行管理和維護，需要在數據邏輯結構設計中，按照邏輯結構將空間數據分為總庫和子庫兩級。其中，總庫為舞動信息空間數據庫，子庫根據數據類型劃分，不同的子庫包含不同的數據類型，子庫分為矢量數據庫和數字高程模型數據庫。數據劃分后，每個子庫成為相應空間數據的要素集，以同類數據的要素集為基礎，再根據GeoDatabase數據結構規劃要素類，如圖3所示。

2.3 數據物理結構設計

為邏輯結構模型確定合理的存儲結構、存取方法、數據表示及存儲空間分配等過程就是物理結構設計需要完成的任務[4，5]。根據GeoDatabase的數據管理方案，物理模型設計的主要內容有：①空間數據庫結構設計：包括地理實體屬性表設計，表格字段的屬性、別名等，地圖要素、圖層、圖像的結構與組織，建立空間索引的方法；②數據編輯方案設計；③地圖數字化方案設計；④空間數據的更新設計。

圖4和圖5列舉了舞動信息數據庫的舞動表的物理設計。

3 數據庫功能和應用

舞動信息數據庫的功能模塊是數據庫的外在表現，也是用戶應用數據庫的外在界面，其主要功能模塊如圖6所示。

3.1 查詢分析模塊

查詢分析模塊的主要功能有舞動信息屬性查詢和空間查詢，其中空間查詢又主要分為多邊形查詢和緩沖區查詢。

舞動信息查詢是查詢單個舞動點的信息，如通過點擊舞動圖層上的一個舞動點，可以查看該點的屬性信息，了解其發生時間、持續時間等舞動情況。

空間查詢可以查詢在一個區域范圍內發生的歷年舞動情況，了解該地區的舞動狀況，如緩沖區查詢舞動信息是選擇一個地圖要素，給定緩沖區距離，生成一個緩沖區面，將緩沖區面與舞動信息疊加，得到該區域內的舞動信息。

3.2 時空分布分析模塊

時空分布分析模塊是根據緩沖區查詢或多邊形查詢等空間查詢得到的結果，經過GIS分析技術對舞動信息、氣象信息等進行空間分析，然后生成舞動分布圖。輸電線路發生舞動的桿段坐標疊加在舞動分布圖初稿上，并根據經驗進行調整，生成最終的舞動區域分布圖。

4 結語

舞動信息數據庫的建設對實現舞動信息管理的規范化和標準化有著十分重要的作用。本文根據數據庫設計理論，結合ArcGIS的Geodatabase數據模型對舞動信息數據庫設計和建立方法進行詳細討論，為以后舞動分布的研究及分布圖繪制提供便利。

參考文獻：

[1]王少華，蔣興良，孫才新.輸電線路導線舞動的國內外研究現狀[J].高電壓技術，2005（10）：11-14.

[2]宋偉，盧明，張紅梅.輸電線路舞動區域劃分及舞動分布圖繪制研究[J].山西電力，2013（6）：14-17.

[3]李月臣，趙純勇，劉春霞，等.重慶市地質災害數據庫設計與建設[J].中國地質災害與防治學報，2007（1）：115-119.

[4] Bruno N， Chaudhuri S. Automatic Physical Database Tuning： A Relaxation-based Approach[C]// ACM SIGMOD International Conference on Management of Data. ACM，2005.

[5]Gebaly K E， Aboulnaga A. Robustness in Automatic Physical Database Design[C]// International Conference on Extending Database Technology： Advances in Database Technology. ACM，2008.