基于數(shù)據(jù)中臺的GIS電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)服務(wù)

周慧明 張立峰 彭成

[摘 ? ?要]隨著電網(wǎng)公司各業(yè)務(wù)發(fā)展與應(yīng)用創(chuàng)新的不斷深入，日常電網(wǎng)運(yùn)行和管理的數(shù)據(jù)已經(jīng)成為了公司的重要資產(chǎn)。盡管按照“一平臺、一系統(tǒng)、多場景、微應(yīng)用”的整體技術(shù)路線初步實(shí)現(xiàn)平臺資源和跨專業(yè)數(shù)據(jù)共享，但公司內(nèi)部數(shù)據(jù)壁壘和信息系統(tǒng)孤島現(xiàn)象仍然存在。以電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)為例，針對基于數(shù)據(jù)中臺的GIS電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行研究，從電力應(yīng)用專業(yè)地圖服務(wù)、電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)融合和提供快速數(shù)據(jù)服務(wù)作為數(shù)據(jù)跨專業(yè)共享提供一個解決辦法并進(jìn)行驗(yàn)證，并提出未來電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)研究和應(yīng)用方向的展望。

[關(guān)鍵詞]數(shù)據(jù)中臺;電網(wǎng)空間數(shù)據(jù);地理信息系統(tǒng)（GIS）

[中圖分類號]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）01–0–04

[Abstract]With the continuous deepening of the business development and application innovation of power grid companies， the daily power grid operation and management data has become an important asset of the company. Despite the initial realization of platform resources and cross-professional data sharing in accordance with the overall technical route of "one platform， one system， multiple scenarios， and micro-applications"， the company's internal data barriers and information system islands still exist. This paper takes grid spatial data as an example， and conducts research on GIS grid spatial data services based on data centers. From power application professional map services， grid spatial data fusion and rapid data services as data sharing across disciplines， a solution is provided and verified. ， And at the end of the article put forward the prospects of future grid spatial data research and application.

[Keywords]data center; power grid spatial data; geographic information system （GIS）

1 數(shù)據(jù)中臺在電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)應(yīng)用的優(yōu)勢

當(dāng)前電網(wǎng)公司的電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)主要分布在電力系統(tǒng)的調(diào)度、設(shè)備和營銷三大部門，其中調(diào)度部門維護(hù)和存儲主網(wǎng)數(shù)據(jù)，設(shè)備部門維護(hù)和存儲配網(wǎng)數(shù)據(jù)，營銷部門維護(hù)和存儲低壓和用戶數(shù)據(jù)。如何有效統(tǒng)一的建設(shè)、使用和應(yīng)用電網(wǎng)一張圖是電力信息化建設(shè)的一個重要工作。本文采用數(shù)據(jù)中臺方式匯集三大主業(yè)部門的電網(wǎng)空間相關(guān)數(shù)據(jù)，基于電網(wǎng)SG-CIM模型實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，再實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對象化服務(wù)。

數(shù)據(jù)中臺以應(yīng)用需求為導(dǎo)向，沉淀共性數(shù)據(jù)服務(wù)，建設(shè)“數(shù)據(jù)可見、組件成熟、體系規(guī)范”的數(shù)據(jù)服務(wù)能力，同時形成企業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，最終達(dá)到數(shù)據(jù)一個源（One Data），為公司各專業(yè)、各基層單位和外部合作伙伴提供敏捷開放的數(shù)據(jù)分析和共享服務(wù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)一次建設(shè)，各信息化系統(tǒng)直接調(diào)用方式，避免公司整體信息化建設(shè)的重復(fù)投入，降低應(yīng)用開發(fā)門檻，拓展業(yè)務(wù)視角，推動跨部門業(yè)務(wù)聯(lián)合創(chuàng)新，如圖1所示。

數(shù)據(jù)中臺在云基礎(chǔ)平臺之上搭建，主要分為數(shù)據(jù)接入、存儲計(jì)算、數(shù)據(jù)管理、服務(wù)運(yùn)營、服務(wù)內(nèi)容和統(tǒng)一服務(wù)六個方面。

（1）數(shù)據(jù)接入是將各部門電網(wǎng)數(shù)據(jù)匯聚到數(shù)據(jù)中臺貼源層。數(shù)據(jù)接入的數(shù)據(jù)種類主要包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、采集量測類數(shù)據(jù)以及E格式文件和特定規(guī)約的消息數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接入方式包括了消息隊(duì)列、數(shù)據(jù)復(fù)制、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)交換等。

（2）存儲計(jì)算是指各部門電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)接入數(shù)據(jù)中臺后的落地過程，包括分布式文件系統(tǒng)、分布式列式數(shù)據(jù)庫及分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)計(jì)算是指根據(jù)業(yè)務(wù)需求提供對于數(shù)據(jù)的加工處理能力，包括批量計(jì)算、流計(jì)算及內(nèi)存計(jì)算。

（3）服務(wù)內(nèi)容是數(shù)據(jù)中臺核心，數(shù)據(jù)在貼源層實(shí)現(xiàn)匯聚，在共享層實(shí)現(xiàn)建模加工，在分析層實(shí)現(xiàn)以業(yè)務(wù)對象為中心進(jìn)行數(shù)據(jù)聚合萃取，最終形成跨專業(yè)、業(yè)務(wù)融合的匯總數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)中臺數(shù)據(jù)加工、處理、生產(chǎn)的過程，包括主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)模型管理、標(biāo)簽建設(shè)管理、數(shù)據(jù)產(chǎn)品研發(fā)、數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄管理等。

（5）服務(wù)運(yùn)營是為保障數(shù)據(jù)中臺服務(wù)能穩(wěn)定和可持續(xù)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，需提供各種管理支撐工具和響應(yīng)運(yùn)營能力，包括服務(wù)任務(wù)調(diào)度、鏈路監(jiān)控、監(jiān)控告警、計(jì)量管理、權(quán)限管理和服務(wù)目錄。

（6）統(tǒng)一服務(wù)層是直接面向中臺最終用戶，需要實(shí)現(xiàn)安全、友好、可控的對內(nèi)對外數(shù)據(jù)服務(wù)統(tǒng)一訪問，提供Restful等各類形式的API服務(wù)接口的統(tǒng)一注冊、管理和調(diào)度。

2 通用與專業(yè)地圖服務(wù)區(qū)別

電網(wǎng)空間服務(wù)離不開地理信息系統(tǒng)的電力數(shù)據(jù)與GIS基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和空間分析能力的結(jié)合，拓展電力業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)，為基層員工日常工作提供更為便捷和有效的操作工具。

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)GIS服務(wù)應(yīng)用特別廣泛，常使用的有導(dǎo)航、外賣、打車等，也有很多互聯(lián)網(wǎng)廠商提供成熟的GIS服務(wù)，比如高德、百度等。在電力系統(tǒng)中有不少省電力公司也嘗試將這些地理圖服務(wù)應(yīng)用于電力業(yè)務(wù)信息化建設(shè)，但是效果一直不理想，主要是電力業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求與互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)的能力有較大差距。

2.1 地圖需求差異

互聯(lián)網(wǎng)地圖是面向民用客戶，其覆蓋范圍廣、道路POI豐富、數(shù)據(jù)更新快，但圖層固定，建筑物、水系等數(shù)據(jù)較差，底層數(shù)據(jù)不公開，無法按照業(yè)務(wù)需求進(jìn)行調(diào)整。采用不可逆坐標(biāo)加密技術(shù)，對接入應(yīng)用需要進(jìn)行坐標(biāo)加密后才能使用。地圖渲染顏色明亮，突出地物和道路顯示。

電網(wǎng)空間服務(wù)面向電力內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用，數(shù)據(jù)范圍和精度要求可控，需具備電網(wǎng)設(shè)備設(shè)施POI及建筑等圖層數(shù)據(jù)，需根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求進(jìn)行豐富化的定制。坐標(biāo)數(shù)據(jù)要能方便地開展快速大面積空間分析與展示，所需地圖底色偏淡，突出疊加在地圖上的電網(wǎng)空間、電力設(shè)備設(shè)施以及業(yè)務(wù)提示信息。

2.2 相關(guān)法律規(guī)定

根據(jù)自然資源部國家測繪局2009年頒布的《公開地圖內(nèi)容表示補(bǔ)充規(guī)定（試行）》和2010年頒布的《基礎(chǔ)地理信息公開表示內(nèi)容的規(guī)定（試行）》規(guī)定了很多公開地圖的要求，其中與電力業(yè)務(wù)相關(guān)的部分條款舉例如下：

（1）公開地圖位置精度不得高于50 m，比例尺不得大于1∶10 000。

（2）大型水利設(shè)施、電力設(shè)施、通信設(shè)施、石油和燃?xì)庠O(shè)施、重要戰(zhàn)略物資儲備庫、氣象臺站、降雨雷達(dá)站和水文觀測站（網(wǎng)）等涉及國家經(jīng)濟(jì)命脈，對人們生產(chǎn)、生活有重大影響的民用設(shè)施位置精度不得高于100 m。

（3）不得標(biāo)示重要橋梁的限高、限寬、凈空、載重量和坡度屬性，重要隧道高度和寬度屬性，公路的路面鋪設(shè)材料屬性。

（4）不得標(biāo)示江河通航能力、水深、流速、底質(zhì)和岸質(zhì)屬性，水庫的庫容屬性，攔水壩的構(gòu)筑材料和高度屬性，水源的性質(zhì)屬性，沼澤的水深和泥深屬性。

（5）不得標(biāo)示高壓電線、通訊線、管道的屬性。

因此，針對電力業(yè)務(wù)需求互聯(lián)網(wǎng)地圖在法律層面就存在諸多限制，對很多電力業(yè)務(wù)服務(wù)的支持存在天然不足。

2.3 專業(yè)地圖數(shù)據(jù)定制

電力信息化系統(tǒng)建設(shè)需要專業(yè)地圖數(shù)據(jù)，本文建設(shè)項(xiàng)目采用委托有測繪資質(zhì)的公司開展相關(guān)工作。地圖數(shù)據(jù)坐標(biāo)系采用我國于2008年7月1日起啟用的2 000國家大地坐標(biāo)系，數(shù)據(jù)包括矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（DEM）、導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)。

將這些數(shù)據(jù)按照電力專業(yè)地圖要求進(jìn)行定制，實(shí)現(xiàn)境界與政區(qū)、交通、水系、居民地、綠地和POI數(shù)據(jù)的預(yù)處理、合并、配圖、編輯、切圖以及最后的成果整理及歸檔。

3 電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)服務(wù)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于數(shù)據(jù)中臺的GIS電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)服務(wù)基于云平臺，使用微服務(wù)架構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)服務(wù)的開發(fā)、發(fā)布、管理工作。其應(yīng)用架構(gòu)包括了數(shù)據(jù)接入、在線數(shù)據(jù)訪問、統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)、運(yùn)維工具、服務(wù)管理工具。

由于電力數(shù)據(jù)種類繁多，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)中臺需要能夠支持和使用分布式對象存儲、分布式關(guān)系庫、分布式列式庫、分布式內(nèi)存庫，合理組合使用，達(dá)到完全支持中臺數(shù)據(jù)類型，并且能夠有效支持高速服務(wù)請求。在數(shù)據(jù)層之上按業(yè)務(wù)域建設(shè)數(shù)據(jù)中臺，通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)對業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，平臺提供高效合用的運(yùn)維工具和管理工具。

3.2 數(shù)據(jù)處理

電力GIS空間數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，對數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)管理有很高要求：需要具有海量的數(shù)據(jù)存儲管理能力、高效的數(shù)據(jù)傳輸能力、有效的數(shù)據(jù)安全控制機(jī)制。

本文根據(jù)電力業(yè)務(wù)應(yīng)用特點(diǎn)將電力GIS數(shù)據(jù)加工分解分為九大類：基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)、電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)、電網(wǎng)資源屬性數(shù)據(jù)、電力專題圖數(shù)據(jù)、電力用戶空間數(shù)據(jù)、環(huán)境氣象時空數(shù)據(jù)、電力業(yè)務(wù)空間數(shù)據(jù)、電力時空分析數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)等。

（1）基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)：主要是為電網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行提供地理空間參照，作為背景底圖進(jìn)行使用。

（2）電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)：主要是指電力設(shè)備相關(guān)的具有地理空間位置數(shù)據(jù)，是電網(wǎng)GIS空間信息服務(wù)平臺管理的核心數(shù)據(jù)。

（3）電網(wǎng)資源屬性數(shù)據(jù)：主要是指電網(wǎng)設(shè)備相關(guān)的非空間屬性數(shù)據(jù)，作為業(yè)務(wù)分析使用。

（4）電力專題圖數(shù)據(jù)：主要是指電力設(shè)備相關(guān)的站內(nèi)一次接線圖和系統(tǒng)圖、單線圖等電氣專題圖數(shù)據(jù)。

（5）電力用戶空間數(shù)據(jù)：主要是指電力用戶的具體地理空間位置數(shù)據(jù)。

（6）氣象時空數(shù)據(jù)：主要是指氣象的地理空間位置及時間特征的專題數(shù)據(jù)，作為氣象專題分析使用。

（7）電力業(yè)務(wù)空間數(shù)據(jù)：主要是指電力業(yè)務(wù)應(yīng)用所產(chǎn)生的地理空間位置專題數(shù)據(jù)，作為業(yè)務(wù)空間分析使用。

（8）電力時空分析數(shù)據(jù)：主要是指為滿足電力業(yè)務(wù)分析，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)加工生成的時空數(shù)據(jù)，作為帶有時空特征的業(yè)務(wù)分析使用。

（9）電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)：反映電網(wǎng)設(shè)備與設(shè)備之間關(guān)系的模型關(guān)系數(shù)據(jù)，作為電網(wǎng)拓?fù)浞治鍪褂谩?/p>

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用

數(shù)據(jù)中臺支撐應(yīng)用的模式包括三大類：①直接調(diào)用數(shù)據(jù)中臺數(shù)據(jù)服務(wù);②基于數(shù)據(jù)中臺數(shù)據(jù)和組件構(gòu)建并發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù);③使用數(shù)據(jù)中臺組件的能力構(gòu)建應(yīng)用。

典型應(yīng)用開發(fā)場景包括報表、數(shù)據(jù)服務(wù)、分析挖掘應(yīng)用、實(shí)時計(jì)算、數(shù)據(jù)探索五類場景。

（1）報表分析場景：結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)報表需求，基于數(shù)據(jù)中臺完成所需數(shù)據(jù)接入、整合處理，在此基礎(chǔ)上，利用提供的報表工具，完成報表設(shè)計(jì)開發(fā)、綁定數(shù)據(jù)源、配置報表生成，實(shí)現(xiàn)報表動態(tài)輸出。

（2）數(shù)據(jù)服務(wù)場景：結(jié)合數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，基于數(shù)據(jù)中臺完成所需數(shù)據(jù)接入、整合、計(jì)算分析等加工處理，完成應(yīng)用方所需數(shù)據(jù)集準(zhǔn)備，開發(fā)對外服務(wù)接口，并基于數(shù)據(jù)服務(wù)目錄發(fā)布相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)，供應(yīng)用方系統(tǒng)調(diào)用。

（3）數(shù)據(jù)挖掘場景：基于數(shù)據(jù)中臺完成分析挖掘所需數(shù)據(jù)接入、整合等加工處理，在此基礎(chǔ)上，利用自助分析工具，完成挖掘模型訓(xùn)練與發(fā)布，以及相關(guān)分析展現(xiàn)場景配置開發(fā)與發(fā)布，滿足分析挖掘類應(yīng)用需求。

（4）實(shí)時計(jì)算場景：結(jié)合應(yīng)用方數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，通過數(shù)據(jù)中臺發(fā)布消息隊(duì)列服務(wù)，數(shù)據(jù)產(chǎn)生源開發(fā)數(shù)據(jù)推送服務(wù)，基于數(shù)據(jù)中臺流計(jì)算引擎開發(fā)計(jì)算任務(wù)處理隊(duì)列數(shù)據(jù)，并將相關(guān)計(jì)算結(jié)果提供應(yīng)用需求方。

（5）數(shù)據(jù)探索場景：在數(shù)據(jù)中臺中構(gòu)建探索區(qū)，利用數(shù)據(jù)脫敏工具，將中臺已接入的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過脫敏處理后進(jìn)入探索區(qū)，實(shí)驗(yàn)人員可利用數(shù)據(jù)中臺提供的相關(guān)分析工具，基于探索區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)訓(xùn)練。

當(dāng)前基于數(shù)據(jù)中臺的GIS電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)服務(wù)建設(shè)的應(yīng)用包括調(diào)控氣象服務(wù)平臺、用電采集高效運(yùn)維智能派工、配網(wǎng)供電服務(wù)指揮平臺、重要活動保供電應(yīng)急指揮系統(tǒng)等。經(jīng)實(shí)踐表明，基于數(shù)據(jù)中臺的GIS電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能，得到了良好的綜合效應(yīng)。

4 展望

4.1 4D-GIS

將來電力信息化建設(shè)不僅需要大力開展三維GIS技術(shù)的應(yīng)用，從當(dāng)前單個場站三維建模應(yīng)用場景發(fā)展成為輸電線路三維應(yīng)用、城市建筑三維電力應(yīng)用、城市地下官網(wǎng)三維應(yīng)用，還將更進(jìn)一步把電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)在時間維度變化相結(jié)合，反映電網(wǎng)隨時間演變的過程。4D-GIS（空間+時間）應(yīng)用于電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)運(yùn)維工作中，實(shí)現(xiàn)從電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工程的全生命周期管理到建設(shè)完成移交后的運(yùn)維全生命周期管理。可以模擬電網(wǎng)負(fù)荷的時空動態(tài)變化過程，電網(wǎng)調(diào)度狀態(tài)感知，電網(wǎng)故障發(fā)展過程，有助于精細(xì)化電網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)度、運(yùn)維工作。

4.2 電網(wǎng)業(yè)務(wù)大范圍覆蓋

將來電網(wǎng)數(shù)據(jù)類型將從空間數(shù)據(jù)逐步接入和發(fā)展，不斷接入電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)、電網(wǎng)維修工單數(shù)據(jù)、電網(wǎng)營銷數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)從電網(wǎng)資源一張圖向電網(wǎng)運(yùn)行一張圖發(fā)展，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)業(yè)務(wù)場景一張圖向企業(yè)運(yùn)營一張圖發(fā)展。依托電網(wǎng)資源數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，結(jié)合不同應(yīng)用需求的指標(biāo)算法，為不同分析決策提供數(shù)據(jù)支撐，協(xié)同提升企業(yè)管理優(yōu)化和精準(zhǔn)決策能力。

5 結(jié)束語

基于數(shù)據(jù)中臺的GIS電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)服務(wù)的建設(shè)，驗(yàn)證了全電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)匯集、模型化和服務(wù)化的可行性。全電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的建設(shè)是未來電網(wǎng)信息化建設(shè)的重要基礎(chǔ)工作，為電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)、電網(wǎng)實(shí)時調(diào)度、電網(wǎng)運(yùn)行維修、電網(wǎng)客戶服務(wù)等業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為跨專業(yè)業(yè)務(wù)創(chuàng)新提供了有效支持。針對電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)服務(wù)的建設(shè)提供了一個有效的建設(shè)方法，對GIS電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行了展望，以期能對將來相關(guān)工作給予一定參考。

參考文獻(xiàn)

[1] LI Bingsen， HU Quangui， CHEN Xiaofeng， et al. Research and Design of Data Platform for Power Grid Enterprise[J]. Electric Power Information and Communication Technology， 2019， 17（7）： 29-34.

[2] 鄒時容，陸慧，洪梓銘，等.基于三維時空特性的低壓配電網(wǎng)拓?fù)渥R別方法[J].電網(wǎng)與清潔能源，2019，35（9）：34-42，56.

[3] 李飛，黃琦，紀(jì)元，等.輸配電地理信息系統(tǒng)平臺圖形瀏覽服務(wù)的實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)自動化，2017，41（11）：99-105.

[4] 蘇海鋒，石經(jīng)緯，梁志瑞，等.基于GIS和改進(jìn)元胞自動機(jī)的輸電線路路徑自動選擇[J].電力自動化設(shè)備，2016，36（12）：109-114.