電力規劃設計GIS平臺的設計與實現探析

范 瑩

（國家電網北京城區電力公司，北京 100032）

0 引 言

為能在專業化協同設計平臺輔助電力規劃設計工作，滿足電力規劃信息的整合需求，相關人員可在電力規劃設計平臺中引入GIS技術，繼而在地理信息管理和運維平臺建設中集成各類可視化和智能化技術，高效整合電力規劃設計階段的信息數據。因此，重點闡述電力規劃設計GIS平臺的設計及實現思路，維護電力企業的核心利益，并為用戶提供有效的電力服務。

1 電力規劃設計GIS平臺相關概述

網絡通信、高級配電以及計算機等技術被集成應用于我國電力系統的內部建設，用以支撐智能化和自動化的電網監測機制，保障電力系統供電的可靠性。在電力規劃設計中，GIS平臺借助新型先進的配電技術，整合并升級電網，使電力系統具有故障監測、設備自動管理以及智能配電等功能，從而為我國城市電網的建設奠定基礎。大數據時代，電力系統在運行期間數據資料規模大且數據格式多，容易在電網數據管理中出現信息孤島問題。通過建立GIS平臺能夠統一管理系統內部的信息數據，整合電力規劃中的項目資源，為電力規劃設計提供準確和系統的參考依據[1]。在電力規劃設計GIS平臺時，相關人員可在數字高程模型、遙感影像技術、仿真技術以及自動化電力設備的協同作用下整合地區電力系統的海量數據，共享電力電網資源，為電力系統的穩定運行提供助力。

2 電力規劃設計GIS平臺功能需求

2.1 圖形定位、顯示

電力規劃設計GIS平臺在設計功能時，應增設圖形顯示和定位功能，從而清晰展示線路設施、輸電路線、配電站分布以及電壓等級圖，同時可用于定位電力規劃區域基礎地形圖和電力系統開關站圖。此外，它還能在坐標輸入中幫助用戶快速定位線路塔桿。

2.2 圖層管理

電力規劃設計GIS平臺在圖層管理功能中可分層顯示塔桿、電網線路以及變電站等核心管理內容，創建河流、高速公路以及鐵路等特殊地段的巡視圖層，以及變電站容量、電壓等級、輸電線路以及線路分布等方面的專題圖。電力規劃人員可結合圖層信息、輸入線路、設備以及塔桿等數據資料，掌握各地區輸變電的屬性信息，從而提高輸配電效率[2]。

2.3 項目管理

在電網規劃設計中建立線路工程時，電力規劃設計GIS平臺應利用自身項目管理功能，整理工程負責人、電壓等級以及線路工程類型等項目信息，監控項目進度，并實時更新線路工程施工建設現狀。另外，在平臺內的地理信息系統中輔助項目管理人員，有序完成線路接地和負荷測量等工作。

2.4 電力系統運維

一方面，電力規劃設計GIS平臺在空間量算分析中需結合電力規劃范圍中的地形土方和通視信息，在排查故障點期間提供最佳的維修線路。另一方面，該平臺在系統維護中可保證系統內部數據安全，以免出現人為輸出和改動現象。另外，在系統運維中通過利用系統管理日志，可確保系統運維的便捷性。

2.5 輔助電力工程設計

在發電、變電以及線路工程的設計期間，給出電網線路區域的內航帶圖和空間統計線路的內部信息，匯總工程設計信息，然后根據工程設計圖紙，整合設備、生產以及施工作業方面的相關數據。

3 電力規劃設計GIS平臺的設計與實現

3.1 電力規劃設計GIS平臺的設計

3.1.1 網絡設計

電力規劃設計GIS平臺網絡設計在局域網絡環境中架構三層客戶端，主要服務內容為連接系統用戶端、服務器以及端口銜接區域。其中，用戶端研發時在軟件平臺使用C語言，研發兼容Direct 4D和OpenGL的網絡引擎。服務器端口網絡的布設目標是接收用戶請求，并反饋平臺的處理結果，整體網絡架構如圖1所示。為增強電力規劃設計GIS平臺的安全性能和穩定性能，減少平臺故障，可在設計服務器網絡時采用共享存儲方案，通過“一主一備”模式，控制故障產生后的服務器癱瘓問題[3]。在服務器停止運行后，平臺可啟動備用服務器，從而為電網規劃和電力系統的運行提供持續穩定的服務。

3.1.2 數據庫設計

電力規劃設計GIS平臺數據庫設計中，由于電力系統輸電設備和電力規劃區域中地理信息的關聯度較強，所以在設計數據庫的模塊和功能時需結合地區地理信息。從電網規劃、電力系統運維以及設備管理分析，需提供數據支撐服務。具體來說，電力規劃設計GIS平臺數據庫模式可分為屬性數據和空間數據，其數據交互可通過輸入標識碼完成，且兩者之間具有對應關系，但不同數據庫模式的應用范圍存在一定的差異性。在電力規劃中，空間數據多用于配電、電力設備以及區域地理信息的采集和處理，而屬性數據可用于監測電網線路和電力系統負荷[4]。

圖1 電力規劃設計GIS平臺網絡設計圖

3.2 電力規劃設計GIS平臺的設計實現

3.2.1 技術框架

電力規劃設計GIS平臺建立的技術框架由插件、三維可視化、GIS、數據庫以及影像處理等技術構成。其中，GIS技術是電力規劃設計GIS平臺的核心技術，可在電網建設、電力系統運行以及線路工程開發中，通過海量地理空間數據保障電力規劃的系統性。平臺的技術結構中，數據庫是地理信息系統功能實現的前提條件，能將GIS空間處理信息匯集到GIS平臺的整體結構中。

3.2.2 基本算法

GIS技術應用范圍較為廣泛，技術實踐涉及的地形和空間數據規模大。在此背景下，GIS技術在各地區電力規劃中的占比不斷增加。GIS技術在應用中需借助算法和動態調配機制實現GIS數據導入和顯示，甚至可釋放GIS平臺范圍內的數據和信息。技術人員在GIS平臺中融入三維可視化技術，可使GIS平臺在電力過程的電網調度范圍內精準掌握塔桿、變電站位置以及某區域線路狀態等內容，甚至能將遠距離電力設備的狀態清晰顯示在電力系統的主界面，以滿足電力行業的電網建設和系統維護要求[5]。

電力規劃設計GIS平臺實現中，使用算法為Geometry Clipmap。該算法可在二維GIS技術運用中升級并調整平臺功能。例如，在GIS平臺渲染地形時，該算法可基于GPU批量算法有效存儲地形信息，并且在信息管理中結合地形的大小和分布情況分類整理地形信息，最后將其錄入平臺顯存內，便于電力規劃人員在采樣期間使用GPU完成地形渲染任務。另外，在Geometry Clipmap算法支持下，電力規劃設計GIS平臺具有海量數據查詢和存儲功能，可通過簡化海量數據使相關人員快速獲取電網和線路信息，從而為電力行業的穩定發展打好基礎。

以電力規劃設計GIS平臺地形測繪為例，Geometry Clipmap算法在實現像素大小三角形中將像素定義為：

其中，ngt為地形區域大小，W為平臺窗口大小，n為區域平面內邊長數量。

3.2.3 功能實現

電力規劃設計中，GIS平臺功能的實現可根據電力行業內部平臺的成果數據，設計對應的數據接口，以確保平臺作用與電力系統和電網信息系統的無縫銜接。另外，在平臺功能結構中針對電力規劃區域內數據集成方案，可將地理信息系統、地質信息數據以及電力行業內信息進行整合和歸類[6]。電力行業以此為基礎共享電力規劃信息，以推進電網業務的協作開展，從而在優化配置行業內部資源過程中改進電力行業內的業務流程。此外，電力規劃設計中GIS平臺所建設的一體化服務可遵循電力企業總體架構，結合功能服務對象，提供數據、GIS、身份驗證以及設備管理等服務。強化電力系統運行的監控力度，使GIS平臺在電力規劃設計中可進行實時的動態化監測服務。

平臺建設中各功能板塊相互配合，可作為不同地區電力規劃、輸變電工程設計以及業務流程創新的基礎支撐。例如，功能板塊在系統規劃設計中可輔助電力規劃工作，實現數據的共享和流通，使相關人員可高效控制電網建設和電力系統運行數據。GIS平臺開發軟件可選擇Microsoft Visual Studio 2019，數據庫軟件選用SYBASE，平臺二維和三維的功能開發通過ArcGIS組件和客戶端實現。

3.2.4 數據獲取

電力規劃設計平臺中會產生矢量數據、衛星影像以及數值高程等海量數據信息。因此，技術人員需借助GIS柵欄數據格式增強平臺兼容性，使平臺穩定且高效地獲取不同格式的數據。另外，相關人員基于電力規劃設計中的GIS平臺可直接采集并獲取地區的原始數據，對比電力規劃區域內的地形資源，恢復原有地形地貌，以確保電網建設中該地區地形影像的系統性。在數據存儲中可以以文件形式存儲數據，無需在數據庫內搜索信息，有助于完善電力規劃信息查詢體系，提高其規劃效率，從而滿足我國電力行業的發展建設需求[7]。

4 結 論

綜上所述，城市電網建設中可通過建立電力規劃設計GIS平臺發揮GIS技術的核心價值，實現電力規劃設計中信息和功能應用的一體化。平臺的設計需結合電力規劃的基本需求，融合三維可視化和插件等先進技術，整合電力行業的平臺資源。相關人員在線路工程和電力設備管理中利用自動化和智能化服務，可確保電力規劃設計工作的實效性，為完善我國電力行業建設體系提供助力。