基于數據中臺的GIS電網空間數據服務

周慧明 張立峰 彭成

[摘 ? ?要]隨著電網公司各業務發展與應用創新的不斷深入，日常電網運行和管理的數據已經成為了公司的重要資產。盡管按照“一平臺、一系統、多場景、微應用”的整體技術路線初步實現平臺資源和跨專業數據共享，但公司內部數據壁壘和信息系統孤島現象仍然存在。以電網空間數據為例，針對基于數據中臺的GIS電網空間數據服務進行研究，從電力應用專業地圖服務、電網空間數據融合和提供快速數據服務作為數據跨專業共享提供一個解決辦法并進行驗證，并提出未來電網空間數據研究和應用方向的展望。

[關鍵詞]數據中臺;電網空間數據;地理信息系統（GIS）

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]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 數據中臺在電網空間數據應用的優勢

當前電網公司的電網空間數據主要分布在電力系統的調度、設備和營銷三大部門，其中調度部門維護和存儲主網數據，設備部門維護和存儲配網數據，營銷部門維護和存儲低壓和用戶數據。如何有效統一的建設、使用和應用電網一張圖是電力信息化建設的一個重要工作。本文采用數據中臺方式匯集三大主業部門的電網空間相關數據，基于電網SG-CIM模型實現數據融合，再實現數據對象化服務。

數據中臺以應用需求為導向，沉淀共性數據服務，建設“數據可見、組件成熟、體系規范”的數據服務能力，同時形成企業數據服務的標準化、規范化，最終達到數據一個源（One Data），為公司各專業、各基層單位和外部合作伙伴提供敏捷開放的數據分析和共享服務，實現電網數據一次建設，各信息化系統直接調用方式，避免公司整體信息化建設的重復投入，降低應用開發門檻，拓展業務視角，推動跨部門業務聯合創新，如圖1所示。

數據中臺在云基礎平臺之上搭建，主要分為數據接入、存儲計算、數據管理、服務運營、服務內容和統一服務六個方面。

（1）數據接入是將各部門電網數據匯聚到數據中臺貼源層。數據接入的數據種類主要包括結構化數據、非結構化數據、采集量測類數據以及E格式文件和特定規約的消息數據。數據接入方式包括了消息隊列、數據復制、數據同步、數據交換等。

（2）存儲計算是指各部門電網空間數據接入數據中臺后的落地過程，包括分布式文件系統、分布式列式數據庫及分布式關系型數據庫。數據計算是指根據業務需求提供對于數據的加工處理能力，包括批量計算、流計算及內存計算。

（3）服務內容是數據中臺核心，數據在貼源層實現匯聚，在共享層實現建模加工，在分析層實現以業務對象為中心進行數據聚合萃取，最終形成跨專業、業務融合的匯總數據。

（4）數據管理是數據中臺數據加工、處理、生產的過程，包括主數據管理、數據質量管理、數據模型管理、標簽建設管理、數據產品研發、數據資產目錄管理等。

（5）服務運營是為保障數據中臺服務能穩定和可持續提供數據服務，需提供各種管理支撐工具和響應運營能力，包括服務任務調度、鏈路監控、監控告警、計量管理、權限管理和服務目錄。

（6）統一服務層是直接面向中臺最終用戶，需要實現安全、友好、可控的對內對外數據服務統一訪問，提供Restful等各類形式的API服務接口的統一注冊、管理和調度。

2 通用與專業地圖服務區別

電網空間服務離不開地理信息系統的電力數據與GIS基礎地理數據和空間分析能力的結合，拓展電力業務應用建設，為基層員工日常工作提供更為便捷和有效的操作工具。

當前互聯網GIS服務應用特別廣泛，常使用的有導航、外賣、打車等，也有很多互聯網廠商提供成熟的GIS服務，比如高德、百度等。在電力系統中有不少省電力公司也嘗試將這些地理圖服務應用于電力業務信息化建設，但是效果一直不理想，主要是電力業務應用的需求與互聯網地圖服務的能力有較大差距。

2.1 地圖需求差異

互聯網地圖是面向民用客戶，其覆蓋范圍廣、道路POI豐富、數據更新快，但圖層固定，建筑物、水系等數據較差，底層數據不公開，無法按照業務需求進行調整。采用不可逆坐標加密技術，對接入應用需要進行坐標加密后才能使用。地圖渲染顏色明亮，突出地物和道路顯示。

電網空間服務面向電力內網應用，數據范圍和精度要求可控，需具備電網設備設施POI及建筑等圖層數據，需根據業務應用需求進行豐富化的定制。坐標數據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空間、電力設備設施以及業務提示信息。

2.2 相關法律規定

根據自然資源部國家測繪局2009年頒布的《公開地圖內容表示補充規定（試行）》和2010年頒布的《基礎地理信息公開表示內容的規定（試行）》規定了很多公開地圖的要求，其中與電力業務相關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）大型水利設施、電力設施、通信設施、石油和燃氣設施、重要戰略物資儲備庫、氣象臺站、降雨雷達站和水文觀測站（網）等涉及國家經濟命脈，對人們生產、生活有重大影響的民用設施位置精度不得高于100 m。

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

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

（5）不得標示高壓電線、通訊線、管道的屬性。

因此，針對電力業務需求互聯網地圖在法律層面就存在諸多限制，對很多電力業務服務的支持存在天然不足。

2.3 專業地圖數據定制

電力信息化系統建設需要專業地圖數據，本文建設項目采用委托有測繪資質的公司開展相關工作。地圖數據坐標系采用我國于2008年7月1日起啟用的2 000國家大地坐標系，數據包括矢量數據、影像數據、數字高程模型數據（DEM）、導航地圖數據。

將這些數據按照電力專業地圖要求進行定制，實現境界與政區、交通、水系、居民地、綠地和POI數據的預處理、合并、配圖、編輯、切圖以及最后的成果整理及歸檔。

3 電網空間數據服務

3.1 系統架構

基于數據中臺的GIS電網空間數據服務基于云平臺，使用微服務架構進行數據服務的開發、發布、管理工作。其應用架構包括了數據接入、在線數據訪問、統一數據服務、運維工具、服務管理工具。

由于電力數據種類繁多，數據量大，數據中臺需要能夠支持和使用分布式對象存儲、分布式關系庫、分布式列式庫、分布式內存庫，合理組合使用，達到完全支持中臺數據類型，并且能夠有效支持高速服務請求。在數據層之上按業務域建設數據中臺，通過統一數據服務對業務應用系統提供數據服務。為了保證系統穩定運行，平臺提供高效合用的運維工具和管理工具。

3.2 數據處理

電力GIS空間數據呈現出數據量大、數據結構復雜、應用廣泛等特點，對數據存儲和數據管理有很高要求：需要具有海量的數據存儲管理能力、高效的數據傳輸能力、有效的數據安全控制機制。

本文根據電力業務應用特點將電力GIS數據加工分解分為九大類：基礎地圖數據、電網資源空間數據、電網資源屬性數據、電力專題圖數據、電力用戶空間數據、環境氣象時空數據、電力業務空間數據、電力時空分析數據、電網拓撲數據等。

（1）基礎地理空間數據：主要是為電網業務運行提供地理空間參照，作為背景底圖進行使用。

（2）電網資源空間數據：主要是指電力設備相關的具有地理空間位置數據，是電網GIS空間信息服務平臺管理的核心數據。

（3）電網資源屬性數據：主要是指電網設備相關的非空間屬性數據，作為業務分析使用。

（4）電力專題圖數據：主要是指電力設備相關的站內一次接線圖和系統圖、單線圖等電氣專題圖數據。

（5）電力用戶空間數據：主要是指電力用戶的具體地理空間位置數據。

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

（7）電力業務空間數據：主要是指電力業務應用所產生的地理空間位置專題數據，作為業務空間分析使用。

（8）電力時空分析數據：主要是指為滿足電力業務分析，利用大數據技術加工生成的時空數據，作為帶有時空特征的業務分析使用。

（9）電網拓撲數據：反映電網設備與設備之間關系的模型關系數據，作為電網拓撲分析使用。

3.3 系統應用

數據中臺支撐應用的模式包括三大類：①直接調用數據中臺數據服務;②基于數據中臺數據和組件構建并發布數據服務;③使用數據中臺組件的能力構建應用。

典型應用開發場景包括報表、數據服務、分析挖掘應用、實時計算、數據探索五類場景。

（1）報表分析場景：結合相關數據報表需求，基于數據中臺完成所需數據接入、整合處理，在此基礎上，利用提供的報表工具，完成報表設計開發、綁定數據源、配置報表生成，實現報表動態輸出。

（2）數據服務場景：結合數據應用需求，基于數據中臺完成所需數據接入、整合、計算分析等加工處理，完成應用方所需數據集準備，開發對外服務接口，并基于數據服務目錄發布相關數據服務，供應用方系統調用。

（3）數據挖掘場景：基于數據中臺完成分析挖掘所需數據接入、整合等加工處理，在此基礎上，利用自助分析工具，完成挖掘模型訓練與發布，以及相關分析展現場景配置開發與發布，滿足分析挖掘類應用需求。

（4）實時計算場景：結合應用方數據應用需求，通過數據中臺發布消息隊列服務，數據產生源開發數據推送服務，基于數據中臺流計算引擎開發計算任務處理隊列數據，并將相關計算結果提供應用需求方。

（5）數據探索場景：在數據中臺中構建探索區，利用數據脫敏工具，將中臺已接入的業務系統數據通過脫敏處理后進入探索區，實驗人員可利用數據中臺提供的相關分析工具，基于探索區進行數據分析試驗訓練。

當前基于數據中臺的GIS電網空間數據服務建設的應用包括調控氣象服務平臺、用電采集高效運維智能派工、配網供電服務指揮平臺、重要活動保供電應急指揮系統等。經實踐表明，基于數據中臺的GIS電網空間數據服務實現了預期功能，得到了良好的綜合效應。

4 展望

4.1 4D-GIS

將來電力信息化建設不僅需要大力開展三維GIS技術的應用，從當前單個場站三維建模應用場景發展成為輸電線路三維應用、城市建筑三維電力應用、城市地下官網三維應用，還將更進一步把電網空間數據在時間維度變化相結合，反映電網隨時間演變的過程。4D-GIS（空間+時間）應用于電網規劃、電網運維工作中，實現從電網規劃設計工程的全生命周期管理到建設完成移交后的運維全生命周期管理。可以模擬電網負荷的時空動態變化過程，電網調度狀態感知，電網故障發展過程，有助于精細化電網規劃、調度、運維工作。

4.2 電網業務大范圍覆蓋

將來電網數據類型將從空間數據逐步接入和發展，不斷接入電網運行數據、電網調度數據、電網維修工單數據、電網營銷數據。實現從電網資源一張圖向電網運行一張圖發展，實現電網業務場景一張圖向企業運營一張圖發展。依托電網資源數據、運行數據、業務數據，結合不同應用需求的指標算法，為不同分析決策提供數據支撐，協同提升企業管理優化和精準決策能力。

5 結束語

基于數據中臺的GIS電網空間數據服務的建設，驗證了全電網空間數據匯集、模型化和服務化的可行性。全電網空間數據的建設是未來電網信息化建設的重要基礎工作，為電網規劃與建設、電網實時調度、電網運行維修、電網客戶服務等業務應用建設提供堅實的數據基礎，為跨專業業務創新提供了有效支持。針對電網空間數據服務的建設提供了一個有效的建設方法，對GIS電網空間數據服務進行了展望，以期能對將來相關工作給予一定參考。

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