杜欣慧 鄧亞偉 黃秀彬 陳 江

（1.太原理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，太原 030024；2.太原供電分公司，太原 00012）

1 引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，導(dǎo)致各地供電企業(yè)客戶及用電負(fù)荷也迅速增加，這使得電力營(yíng)銷業(yè)擴(kuò)系統(tǒng)的重要性更加突出。而如何更好的解決由于電力企業(yè)運(yùn)行管理中客戶需求增加，電網(wǎng)數(shù)據(jù)繁瑣，線路日益復(fù)雜化，電力系統(tǒng)更新變動(dòng)迅速等產(chǎn)生諸多一系列在傳統(tǒng)辦公環(huán)境下難以解決的問題，如業(yè)務(wù)擴(kuò)展，線路巡檢，資料管理，供電范范圍控制，系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確更新等，成為供電企業(yè)營(yíng)銷業(yè)擴(kuò)管理中的首要問題。為了滿足供電企業(yè)及用戶對(duì)電網(wǎng)的需求，提高電力營(yíng)銷與服務(wù)管理系統(tǒng)的現(xiàn)代信息化進(jìn)程，提高企業(yè)效率，節(jié)約資源及運(yùn)營(yíng)成本，引入地理信息系統(tǒng)的信息化管理已是大勢(shì)所趨。為此，本文從電力營(yíng)銷業(yè)擴(kuò)實(shí)際出發(fā)，深入探討了基于 Map Info平臺(tái)的GIS軟件的設(shè)計(jì)，開發(fā)和實(shí)現(xiàn)過程。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Infomation System,GIS）[3-5]作為支持空間定位信息、數(shù)字化獲取 、管理和應(yīng)用的技術(shù)體系，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在發(fā)電、輸變電、配電和電力營(yíng)銷等各重要環(huán)節(jié)，從實(shí)際情況看，電網(wǎng)的各種信息與空間地理環(huán)境有著密切聯(lián)系，而利用GIS技術(shù)管理和處理這些信息很有必要。選擇GIS系統(tǒng)Map Info開發(fā)平臺(tái)，主要是由于Map Info[2]只存儲(chǔ)空間對(duì)象的集合信息[2]，這使得Map Info在查詢和維護(hù)等功能上較其它軟件更優(yōu)點(diǎn)。而基于當(dāng)?shù)仉娏ζ髽I(yè)現(xiàn)狀，快速查詢功能需求決定了采用Map Info軟件進(jìn)行此系統(tǒng)的開發(fā)。

2 電力營(yíng)銷業(yè)擴(kuò)GIS系統(tǒng)功能分析

電力業(yè)擴(kuò)營(yíng)銷GIS系統(tǒng)主要由圖1的功能模塊組成。

圖1 電力營(yíng)銷業(yè)擴(kuò)基本功能

而根據(jù)電力營(yíng)銷業(yè)擴(kuò)實(shí)際工作需求，各個(gè)設(shè)備圖層的分層管理、模糊及精確查詢系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)結(jié)合CAD系統(tǒng)等的特殊功能的設(shè)計(jì)開發(fā)也是必須的。

3 GIS系統(tǒng)結(jié)合SCADA系統(tǒng)的高級(jí)功能分析

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)4和GIS系統(tǒng)的一體化實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，使兩個(gè)應(yīng)用在一個(gè)戶型轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)之間自由的提取本身感興趣的信息，并可使得用戶只需要維護(hù)一次數(shù)據(jù)，就可使數(shù)據(jù)充分共享，既保證了數(shù)據(jù)的一致性，又極大的降低了用戶工作量和不必要的重復(fù)數(shù)據(jù)錄入。至于一體化方式[6]和兩系統(tǒng)之間的接口方式的選擇，由于GIS系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)有一個(gè)同一的數(shù)據(jù)庫(kù)和人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)途徑有兩種，一種是在GIS平臺(tái)上開發(fā)SCADA系統(tǒng)，這需要SCADA開發(fā)商和GIS提供商共同努力才能解決。另一種是在原來SCADA/DA平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用GIS，優(yōu)點(diǎn)是具有統(tǒng)一的顯示和作圖系統(tǒng)，不存在SCADA/DA平臺(tái)與GIS平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換問題。所以一般都選擇第二種途徑實(shí)現(xiàn)實(shí)際需求。

通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)Map Info和SCADA/DA之間的數(shù)據(jù)交換時(shí)，兩者仍是相互獨(dú)立的系統(tǒng)，只是通過數(shù)據(jù)的訪問、共享技術(shù)，讓系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。而數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)，需要選擇合適的接口技術(shù)，按照接口功能實(shí)現(xiàn)技術(shù)原理的不同，GIS和 SCADA接口的技術(shù)主要存在以下幾種方式：內(nèi)存表接口、交互文件接口、數(shù)據(jù)庫(kù)接口等。

（1）內(nèi)存表接口技術(shù)：這種技術(shù)一般主要在GIS 系統(tǒng)讀取有關(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用，要求 GIS和SCADA一起開發(fā)，難度大，一般很少采用。

（2）交換文件技術(shù)接口：當(dāng) SCADA系統(tǒng)和GIS實(shí)際運(yùn)行中屬于不同的安全級(jí)別，要求物理隔離，則多采用此方法。一般采用網(wǎng)橋機(jī)分別安裝一塊與SCADA實(shí)時(shí)網(wǎng)連接的網(wǎng)卡和與GIS系統(tǒng)連接的網(wǎng)卡，實(shí)時(shí)網(wǎng)按照一定規(guī)約給GIS網(wǎng)傳送實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)。當(dāng)然，在此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，需要網(wǎng)關(guān)機(jī)上安裝接口轉(zhuǎn)發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù)文件格式的轉(zhuǎn)化。常見的交換文件格式有自定義ASCII碼格式，DXF格式和 SVG格式。其中 ASCII碼格式較為簡(jiǎn)單，DXF格式在多種應(yīng)用系統(tǒng)廣泛支持，SVG格式功能強(qiáng)，圖像質(zhì)量好，代表發(fā)展方向，但技術(shù)要求高。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)接口技術(shù)：數(shù)據(jù)庫(kù)接口技術(shù)是目前最常用的方式，尤其是在中小型供配電網(wǎng)中。此方式中，GIS 系統(tǒng)和SCADA 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互主要是通過對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的開放、共享來實(shí)現(xiàn)的，一般由 GIS 和 SCADA 方各提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問 API函數(shù)，在各自應(yīng)用中調(diào)用對(duì)方提供的 API，從而達(dá)到數(shù)據(jù)交互的目的。

更具當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)配電管理系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)分析，我們采用了數(shù)據(jù)庫(kù)接口技術(shù)。這不僅能滿足電力營(yíng)銷及業(yè)擴(kuò)系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)需求，還節(jié)約了成本。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)分析

Map Info 是采用雙數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模式，讓其空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)分開來存儲(chǔ)?？臻g數(shù)據(jù)以 Map Info的自定義格式保存于若干文件中，屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的若干屬性表中。兩者之間通過索引機(jī)制聯(lián)系如圖2。

可見，屬性數(shù)據(jù)文件記錄排列順序與交叉索引文件指針排列順序一致對(duì)應(yīng)。而當(dāng)需要按照某些字段索引，進(jìn)行快速查詢時(shí)， Map Info系統(tǒng)就會(huì)在指定索引字段后自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)索引文件（.IND文件），且此索引文件只對(duì)屬性信息進(jìn)行索引排序，為DAT文件和ID文件之間想建立快速的對(duì)應(yīng)查找。

圖2 GIS數(shù)據(jù)索引機(jī)制

（1）空間數(shù)據(jù)庫(kù)[1,3]的開發(fā)

M apinfo采用層結(jié)構(gòu)對(duì)空間數(shù)據(jù)提高查詢速度和處理效果。為了合理分層，首先必須要進(jìn)行合理的分類，設(shè)定主題和亞層主題，其次，對(duì)每一層的點(diǎn)、線、面等空間符合定義，制定出合理的分層，分類體系。根據(jù)國(guó)家和電力行業(yè)公布標(biāo)準(zhǔn)和本系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)情況，我們將通信網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)劃分成修飾圖層，區(qū)域地理構(gòu)造涂層、街區(qū)建筑物層、線路路由層、線路設(shè)備涂層等幾個(gè)大主題圖層、和十八個(gè)亞圖層。具體空間分層如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)分層

（2）關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)[3]

又稱非空間數(shù)據(jù)，開發(fā)的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括：設(shè)備庫(kù)和附屬表組成。設(shè)備庫(kù)設(shè)備庫(kù)主要包括變電站，桿塔，隔離開關(guān)，架空導(dǎo)線，開閉所，設(shè)備點(diǎn)桿塔，接頭，變壓器等數(shù)據(jù)類型。而附屬表有廠家信息等。這些屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，它們?yōu)榻Y(jié)合圖形進(jìn)行檔案資料的查詢提供具體信息。

在系統(tǒng)中的具體體現(xiàn)如圖4所示。

部分屬性表如表1所示。

5 系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

開發(fā)的系統(tǒng)在電力營(yíng)銷及服務(wù)管理工作中的實(shí)際應(yīng)用。

5.1 地理信息的地圖分層管理

圖4 系統(tǒng)中屬性數(shù)據(jù)表

表1 桿塔屬性數(shù)據(jù)表

圖形的分層顯示，可以分為地圖背景分層和電力信息背景分層兩大類。其中地圖背景分層可包括街道、用戶、河流等幾個(gè)地圖信息圖層。電力信息圖層則可分為變壓器圖層，輸電線路圖層，桿塔圖層，開閉所圖層，變電站圖層等。實(shí)現(xiàn)查詢不同信息時(shí)，能夠清晰快捷的現(xiàn)實(shí)所需內(nèi)容，以及隱藏不必要信息圖層。

5.2 輔助信息功能應(yīng)用

（1）利用Map Info軟件實(shí)現(xiàn)各圖層能夠按照不同比例顯示，實(shí)現(xiàn)各個(gè)圖層縮放[1,3]和漫游功能[1-3]。

（2）用戶可以利用Map Info軟件對(duì)圖形的空間信息和屬性信息能夠自由讀取、編輯定義的圖形編輯功能。

（3）用戶能夠根據(jù)時(shí)間變化，根據(jù)城市建設(shè)和電力管理信息的變化，對(duì)各個(gè)圖層進(jìn)行維護(hù)更新的功能。

實(shí)例如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)地圖圖層功能實(shí)現(xiàn)

5.3 電網(wǎng)基礎(chǔ)資料信息查詢應(yīng)用

在GIS系統(tǒng)中查詢電網(wǎng)所需要的資料信息是最常用的功能。為了保證用戶要能夠通過信息查詢，方便快捷地掌握設(shè)備狀況、地理位置、供電區(qū)域、重要用戶信息。我們開發(fā)了基本空間查詢，反空間查詢和模糊查詢?nèi)N查詢功能。

（1）基本空間查詢

就是用戶可以再地圖背景中，查找所取對(duì)象，點(diǎn)擊后自動(dòng)信息自動(dòng)顯示。

（2）反空間查詢

就是用戶按照一定的檢索方式定位檢索，可以包含變電站查詢、開閉所查詢、線路查詢、用戶查詢等多種信息的高級(jí)查詢。

（3）模糊查詢

用戶通過輸入相關(guān)內(nèi)容，查找符合條件電網(wǎng)信息的高級(jí)查詢，具體實(shí)現(xiàn)如圖6及部分程序。

圖6 系統(tǒng)模糊查詢系統(tǒng)

程序：

5.4 電網(wǎng)GIS系統(tǒng)和CAD系統(tǒng)的鏈接應(yīng)用

傳統(tǒng)的營(yíng)銷業(yè)擴(kuò)管理中，CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)的線路結(jié)構(gòu)圖的應(yīng)用十分普遍，而實(shí)際工作中，工作人員也需要時(shí)刻對(duì)照各種 CAD線路原理結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行相關(guān)操作。由于電網(wǎng)信息中大量的使用二維圖紙和CAD圖形，使得管理相對(duì)繁瑣，而管理人員在了解各變電站，開閉所等電網(wǎng)信息的同時(shí)，經(jīng)常需要參照設(shè)計(jì)圖紙和原理結(jié)構(gòu)圖，我們?cè)贕IS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了和CAD的圖形的鏈接。具體實(shí)現(xiàn)如圖7及部分實(shí)現(xiàn)程序。

圖7 系統(tǒng)CAD圖連接及相應(yīng)CAD結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)的 SCADA系統(tǒng)和 GIS系統(tǒng)的連接，從而達(dá)到數(shù)據(jù)交互的目的?，F(xiàn)實(shí)應(yīng)用可分為直接數(shù)據(jù)庫(kù)訪問和間接數(shù)據(jù)庫(kù)訪問。

（1）直接數(shù)據(jù)庫(kù)訪問：就是直接對(duì) GIS和SCADA數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問，開發(fā)簡(jiǎn)單，中間環(huán)節(jié)少，而數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性都能得到保證。但是，對(duì)原系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，并且實(shí)際運(yùn)行中因?yàn)閮上到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)是物理隔離的，要實(shí)現(xiàn)直接訪問，還要借助其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備，增加了成本，較少被采用。

（2）間接數(shù)據(jù)庫(kù)訪問：就是SCADA系統(tǒng)通過自己的數(shù)據(jù)發(fā)布功能，通過網(wǎng)橋機(jī)或其他網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，將其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，發(fā)布到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，如ORACLE 或SQL Server 等供GIS系統(tǒng)使用。對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)一步擴(kuò)展，還可以存放GIS 系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)發(fā)布功能提供的有關(guān)設(shè)備信息等內(nèi)容。實(shí)際發(fā)現(xiàn)存在問題：①普通商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)無法滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的特殊要求，只能做到數(shù)據(jù)的及時(shí)性。并且在歷史數(shù)據(jù)的保存方面，也有一定局限性，一般只保存一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)。②普通商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于圖形數(shù)據(jù)的支持有局限，基本都不能提供圖形數(shù)據(jù)的交互，一般只是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的交互，未能深入到圖形交互這個(gè)層次。極少涉及了圖形交互的接口，也是與文件交換來結(jié)合完成。

具體數(shù)據(jù)連接原理如圖8所示。

程序：

run program "D:軟件CAD2007acad.exe D:學(xué)習(xí)MAPINFOAUCAD 圖南城接線圖開閉所老軍營(yíng)開閉所.dwg"

5.5 SCADA系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)的連接

圖8 數(shù)據(jù)庫(kù)連接結(jié)構(gòu)圖

具體訪問SQL數(shù)據(jù)庫(kù)程序如下：

隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的不斷發(fā)展，ORACLE 等廠商已經(jīng)提供了OracleLocater 和Oracle Spatial 等空間數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí) SVG 等標(biāo)準(zhǔn)矢量圖形描述語(yǔ)言的出現(xiàn)，也為GIS系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)的圖形交互提供了新的技術(shù)。

6 結(jié)論

此操作系統(tǒng)在GIS地理背景圖上，提供了圖文查詢，縮放定點(diǎn)等多種功能，結(jié)合電網(wǎng)的信息需求，進(jìn)行了與CAD系統(tǒng)及SCADA系統(tǒng)的連接?？梢钥焖僦庇^的進(jìn)行分析查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，線路定點(diǎn)確定，供電范圍預(yù)測(cè)及數(shù)據(jù)及時(shí)更新等應(yīng)用，極大方便了營(yíng)銷業(yè)擴(kuò)工作。本系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于某供電企業(yè)，解決了實(shí)際問題，提高了工作效率，節(jié)約了運(yùn)營(yíng)成本。而且利用Map Basica的開發(fā)，非常有利于系統(tǒng)的二次開發(fā)，具有較好的發(fā)展前景。

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