[科普中国]-电力GIS

电力GIS1是将电力企业的电力设备、变电站、输配电网络、电力用户与电力负荷和生产及管理等核心业务连接形成电力信息化的生产管理的综合信息系统。它提供的电力设备设施信息、电网运行状态信息、电力技术信息、生产管理信息、电力市场信息与山川、河流、地势、城镇、公路街道、楼群，以及气象、水文、地质、资源等自然环境信息集中于统一系统中。通过GIS可查询有关数据、图片、图象、地图、技术资料、管理知识等。

技术简析地理信息系统(GIS)是集计算机科学、地理学、测绘学、环境科学、经济学、空间科学、信息和管理科学于一体的一门跨学科的新兴边缘学科, 它以地理空间数据库为基础, 在计算机硬、软件环境支持下, 对空间数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示, 适时提供空间和动态的地理信息。GIS 由于其强大的数据分析和空间分析功能, 已被应用于电力系统中与空间信息密切相关的各个方面。结合目前电力企业中已经存在的MIS 和一些独立的自动绘图(AM)/设备管理(FM)系统, 利用GIS 开发功能更强大的AM/FM , 即电力GIS , 已经成为电力行业自动化系统当前的新兴研究领域之一。

地理信息系统GIS（geographic information system）在电力系统中的应用虽然刚刚起步，但是在电力生产和管理上已经发挥了重要作用，如北京、上海、江苏等电网公司成功建立了自己的GIS，提高了公司管理水平和工作效率，同时为其它电力公司提供了宝贵的经验，为电力系统的进一步发展作出了积极贡献。

构建电力GIS 的必要性在电力系统中, 输电网络、配电网络、发电厂及设备、用户和负荷、煤、水、地热、风力等能量资源都是按照地理分布的;标明有各种电力设备和线路的地理位置图是电力部门用来管理、维修电力设备和寻找及排除设备故障的有利工具。开始, 这些图资系统完全由人工建立, 即从行政部门取得一定精度的地图后, 由电力部门标上各种电力设备和线路的符号, 并相应建立设备和线路的技术文档。这样,不仅要消耗大量的人力资源, 而且资料更新的周期长, 不能充分满足电力系统运行的要求。为满足不断发展的要求, 目前, 电力部门已经建立了一些电力图形信息系统, 开始以计算机为载体来传递图形信息和设备信息。

随着电力系统的发展, 面对越来越密织的电网、复杂的电力设备、时刻变化的负荷信息、不断变迁的道路和建筑, 以及人们对供电质量、环保状况、电力市场化体制改革等问题的日益关注, 电力系统规划、运行、营业部门必须对其庞大而繁杂的信息进行采集、存储、分析和快速处理, 传统的电力图形系统难以满足电网的建设和安全经济运行的要求。为了实现输电网建设和配电网改造及发展的合理规划, 提高电能的质量和供电可靠性, 降低线损, 提高电力设备运行的安全性、经济性, 需要将现代化的计算机和通信技术用于电网的管理, 将各种图形、地图、数据信息统一共享。

国内外目前已经开发出许多著名的G IS 处理软件, 它们在地理基础信息方面处于领先地位, 比较适于市政、交通规划等部门, 但并不适于电力部门直接使用。专业的GIS 处理软件在属性信息的处理上侧重于基础地理数据的属性数据, 但是在电力系统中最重要的信息不是非常精确的地理坐标、高程等地理信息, 而是在一定的位置显示支持下的有关设备、线路的台帐信息, 属性信息比空间信息更加重要。因此, 在建立电力系统时, 必须要根据电力系统的运行特点和要求, 在一定的软件支持下, 采取一些特殊的技术和方法, 建立适用的连接空间位置与属性信息的数据库系统, 并根据电力系统的实际运行要求, 侧重于对属性库的分析和设计。

特点开放性具有开放式环境及很强的可扩充性和可连接性。GIS技术支持多种数据库管理系统，如 ORACLE、SYBASE、SQLSERVER等大型数据库；运行多种编程语言和开发工具；支持各类操作系统平台；为各应用系统，如SCADA、EMS、CRM、ERP、MIS、OA等提供标准化接口；可嵌入非专用编程环境。

先进性GIS平台采用与世界同步的计算机图形技术、数据库技术、网络技术以及地理信息处理技术。系统设计采用目前最新技术，支持远程数据和图纸查询，利用系统提供的强大图表输出功能，可以直接打印地图、统计报表、各类数据等。可分层控制图纸、无级缩放、支持漫游、直接选择定位等功能。系统具备完善的测量工具，现场勘查数据，线路杆塔等设备的初步设计，并可直接进行线路设备迁移与相关计算等，实现线路辅助设计与设备档案修改。具有线路的方位或区域分析判断功能，为用户提供可靠的辅助决策，综合统计分析，为管理决策人员提供依据。特别是把可视化技术和移动办公技术纳入GIS系统的总体设计范围。地图精度高，省级地图的比例尺达到1：10000或1：5000，市级地图比例尺达到1：1000或1：500，地图能分层显示山川、水系、道路、建筑物、行政区域等。

发展性具有很强的可扩充性和可连接性。在应用开发过程中，考虑系统成功后进一步发展，包括维护性扩展功能和与其它应用系统的街接与整合的方便。开发工具一般采用J2EE、XML等。

其他特点电力GIS除具备GIS的基本特点外还具备如下特点：

1、电力系统运行参数实时性及信息的动态变化性，需要对瞬间信息及时收集、处理和分析。电力GIS对数据处理、存储容量和传输速度均有较高的要求。

2、电网的多属性数据要求GIS具备足够的稳定性和可靠性。根据电力行业技术标准及电力企业业务需求，系统具有良好的可维护性。电力GIS能够实现数据的一次输入和多次输出，以保证数据的一致性操作，实现数据的统一管理和多层保护等，构建高可靠性和高准确性的业务系统。

3、电力系统是一个庞大复杂系统，电力网的广域性和电力设施的分散性及设备的多样性，实时信息量大，系统接口复杂，信息的覆盖面广，电网的各种电压等级及多用户连接等需要GIS具备拓扑分析和转换能力。

4、电力GIS的单机工作站方式已经落后，且不适合电力企业信息系统实际需要。电力行业目前应用的GIS平台安装在局域网环境下，在网络的应用和开发上整合信息，实现资源共享。

5、电力GIS具备安全保护的特点，电网设备的高精确度测量的经纬度坐标数据是国家基础信息资源，是国家安全的信息。

功能面向对象的数据建模，具有建模规则库、电网图的编辑及输出工具。电力GIS平台包括基本构件层、系统环境层、数据库连接层、图形与数据接口工具层、应用系统层等。分层建立各种数据模型，并建立各层的连接关系。

地理背景地图显示将测绘部门提供的电子地图转换成GIS 可用的方式, 如地形图、道路图、房屋图等作为本系统的背景图, 给人以直观的地形地物印象。

图形建模以电子地图为背景底图, 提供各种电力设备的编辑工具, 使用户能在地理背景图上直观地按照电力设备的实际分布情况进行空间增加、删除、修改等操作, 同时还提供相关的属性操作。在建模的过程中, 遵循一定的逻辑建模规则(如导线必须架设在杆塔上), 保证建模的合理性。

线路与设备的查询、统计配电网及其设备的分布情况在图形终端上显示。输入各种设备名称和设备编码, 能够在地图上准确定位到该设备, 查看其属性信息;对某类设备,根据用户需要统计各种数据, 如变压器总容量、线路总长度等;根据需要采用专题地图的方式将数据图形化, 不仅使数据以更直观的形式在地图上体现出来, 如显示、无极缩放查询对象、漫游和查询对象的属性显示等, 而且用户能够尽可能地直接从地图中获取对象的信息, 如以不同的颜色和形状来区分不同状态和电压等级的设备等。

用户查询用户查询包括街区、道路、主要用户的查询、漫游并显示其相应的属性信息等。

自动制图制作高品质的电力设备图, 地图的要素将随着数据库内容的变化而及时改动, 使更新周期缩短。

电网分析功能1)配电电网追踪及拓扑分析。利用配电网GIS数据库(包括实时属性)中杆塔与导线的连接关系、变电站内进线出线的对应关系以及杆塔上开关或刀闸的分合状态, 动态计算出网络的拓扑结构, 并可在GIS 背景图上着色显示。因此,GIS 的配电网拓扑结构对于检修、故障隔离、故障恢复、开关操作、潮流分析和负荷转移等功能的实施将起很大的作用。

2)供电可靠性分析。在配电网GIS 中可进行供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数等方面的可靠性分析, 在线统计停电时间, 辅助分析故障原因及故障影响范围等。

辅助决策功能最优化停电隔离点决策。当接收到故障停电报警信号或需要对某台设备及某条线路进行检修时, 配电网GIS 系统可利用决策模型自动决策出最小停电范围的最优化停电隔离点, 给指导抢修操作提供依据, 并提高供电可靠性。

WEB 发布将电网及设备的图形信息、属性信息和实时的信息在网上发布, 所有的信息通过网络进行传输,加快信息的传输速度, 同时方便信息的查询, 企业内部人员或者客户可随时查询电力设备运行状况或者浏览相关的主要记录。

总结电力GIS 发展到电力AM/FM/GIS , 才开始真正进入电力生产环节, 并引起了电力生产经营业务流程的革命性变化, 而AM/FM/GIS 技术本身也在电力应用需求的促动下, 得以脱胎于传统GIS 技术而成为一个具有相对独立的计算机应用技术分支。传统GIS 以解决地学领域(测绘、国土、环境等)应用问题为目标, 适用于建设宏观、静态、稳定的信息管理系统, 而AM/FM/GIS 以解决电网、管网等城市设施控制、管理方面问题为目标, 适用于具体、动态、实时的信息处理系统。电力部门一般将电力AM/FM/G IS 应用系统称为电力GIS 。显然, 一个实用的电力GIS , 必须拥有技术先进、结构开放的底层AM/FM/GIS 平台软件, 以及产品化、实用化、可用户化的AM/FM/G IS 应用软件。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学