徐占華 ，向澤君，向煜

(1.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079; 2.重慶市勘測院，重慶 400020;3.重慶數(shù)字城市科技有限公司，重慶 400020)

1 引 言

國家電網(wǎng)公司是以建設(shè)運(yùn)營電網(wǎng)為核心業(yè)務(wù)，為滿足“縱向貫通、橫向集成”需求于2006年4月全面啟動了“SG186”工程。具體包括“1 個集成信息平臺，8大應(yīng)用，6 個體系建設(shè)”。隨著“SG186”工程建設(shè)不斷深入，相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用對電網(wǎng)空間信息的應(yīng)用需求越來越迫切［1，2］，并且地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)具有與配網(wǎng)自動化系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)(Management Information System，MIS)、管理系統(tǒng)及檢修文檔規(guī)范化系統(tǒng)、客戶服務(wù)中心系統(tǒng)集成的可能性［3］。各省市也相繼建設(shè)完成不同應(yīng)用的電力GIS 系統(tǒng)，如河北邯鄲針對電力電纜管理建立的專題系統(tǒng)［4］。2011年重慶公司全面推廣電網(wǎng)GIS 空間信息服務(wù)平臺建設(shè)，為電網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)行提供地理空間參照，滿足各個部門對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求，整個項(xiàng)目建設(shè)包括支撐電網(wǎng)GIS 數(shù)據(jù)中心運(yùn)行所需的矢量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)。

本文結(jié)合國家測繪標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)設(shè)計和規(guī)范，構(gòu)建重慶電力基礎(chǔ)庫，以準(zhǔn)確的電子地圖為基準(zhǔn)，通過空間圖層疊加整合的方式縱向貫通發(fā)電、變電站、輸電線路、配電網(wǎng)、用電用戶等供電生產(chǎn)經(jīng)營涉及的所有環(huán)節(jié)。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計及部署

電網(wǎng)GIS 平臺數(shù)據(jù)構(gòu)成包括電網(wǎng)資源空間數(shù)據(jù)、電網(wǎng)資源屬性數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、平臺管理數(shù)據(jù)及文檔數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分類及構(gòu)成如圖1所示。其中基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)是作為電網(wǎng)數(shù)據(jù)的背景地圖和空間分析、規(guī)劃設(shè)計、故障搶修的參考，具有一定的精確度和現(xiàn)勢性。基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括矢量地圖數(shù)據(jù)、影像地圖數(shù)據(jù)，需對重慶市域進(jìn)行全覆蓋?；A(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)采用2000 中國大地坐標(biāo)系(China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000)。電網(wǎng)資源專題數(shù)據(jù)主要是圍繞發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、通信資源和公共設(shè)施種類，專題數(shù)據(jù)使用單獨(dú)的空間數(shù)據(jù)層存儲，并與相應(yīng)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，便于查詢分析，同時需保持與基礎(chǔ)庫數(shù)據(jù)的坐標(biāo)基準(zhǔn)一致。而平臺管理數(shù)據(jù)主要是配置數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)表等關(guān)系平臺運(yùn)行的輔助數(shù)據(jù)。

電力地理信息數(shù)據(jù)采用“集中式”部署模式，GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器部署在市電力公司。GIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲矢量地圖數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，應(yīng)用服務(wù)器存儲切片地圖等非結(jié)構(gòu)化地圖數(shù)據(jù)和相關(guān)文件數(shù)據(jù)，并發(fā)布空間信息服務(wù)。下屬供電公司不部署服務(wù)器，地市客戶端通過廣域網(wǎng)訪問部署在重慶市的服務(wù)器。其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3 基礎(chǔ)庫內(nèi)容及存儲

GIS 基礎(chǔ)庫是指以地理信息為載體的空間數(shù)據(jù)庫，空間數(shù)據(jù)主要包括矢量數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)兩類［5］。矢量數(shù)據(jù)包含區(qū)劃、水系、建筑、綠地、地名、交通及輔助設(shè)施等要素，區(qū)劃包括省、市、縣、鄉(xiāng)四級，水系包括單線河、雙線河、湖泊、溝渠等，地名包括居民地、著名景點(diǎn)和各類POI 熱點(diǎn)，交通包括高速公路、等級公路、城區(qū)主干道、次干道等，輔助實(shí)施主要是加油站、停車場、機(jī)場等。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)要求，滿足重慶區(qū)域全覆蓋，基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)將采用多精度數(shù)據(jù)，最后通過鑲嵌技術(shù)，即不同區(qū)域采用不同精度的地理數(shù)據(jù)，拼接在一起，形成“一張圖”。具體表現(xiàn)為:農(nóng)村區(qū)域采用較低精度的數(shù)據(jù)，城市區(qū)域采用較高精度的數(shù)據(jù)，同一類型的數(shù)據(jù)經(jīng)過接邊等處理后形成一套整體(一個圖層)數(shù)據(jù)，其編碼體系參考GB/T 13923 －2006《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》和結(jié)合電網(wǎng)業(yè)務(wù)需要進(jìn)完成。影像數(shù)據(jù)主城建成區(qū)及區(qū)縣城區(qū)高數(shù)據(jù)分辨率主要應(yīng)用于配電、用電、通信(局部網(wǎng))、公共設(shè)施等小范圍GIS 應(yīng)用，而農(nóng)網(wǎng)重點(diǎn)區(qū)域數(shù)據(jù)和全市區(qū)較低分辨率數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于輸電、變電、通信(骨干網(wǎng))等大范圍GIS 應(yīng)用?；A(chǔ)庫分類及精度劃分見表1。主要存儲方式上，矢量地圖數(shù)據(jù)以O(shè)racle 數(shù)據(jù)庫及切片打包存在，影像數(shù)據(jù)以切片打包提交，Oracle 數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)庫連接調(diào)用，切片數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)瀏覽服務(wù)發(fā)布。

表1 基礎(chǔ)庫分類及精度劃分

4 基礎(chǔ)庫數(shù)據(jù)制作

4.1 矢量數(shù)據(jù)制作

(1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與格式轉(zhuǎn)換。根據(jù)精度要求，矢量數(shù)據(jù)主要采用1∶ 2 000和1∶ 10 000地形圖作為原始資料。將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)處理軟件所支持的格式，并將原始數(shù)據(jù)向成果數(shù)據(jù)要求的CGCS2000 坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。

(2)數(shù)據(jù)更新及脫密。按照本項(xiàng)目所遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對原始數(shù)據(jù)中采集方式不符合要求、拓?fù)潢P(guān)系處理不嚴(yán)格的圖面要素(如境界線未連續(xù)采集、水系線面部吻合等)進(jìn)行處理，同時參考已經(jīng)糾正好的影像數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)現(xiàn)時性較差的區(qū)域進(jìn)行更新和對涉密數(shù)據(jù)進(jìn)行脫密處理。如水庫庫容和大壩高度、河寬、水深等屬性，保密單位地理位置、分布特征、編制及部署等，橋梁隧道長度、寬度、高度、載重量屬性，涉及國防工程和軍事設(shè)施的山洞、油、氣井、油庫等。地理數(shù)據(jù)脫密處理從內(nèi)容和空間精度兩方面著手，主要對涉密的空間地物數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)直接刪除，并對數(shù)據(jù)的空間位置使用專業(yè)脫密技術(shù)進(jìn)行位移和精度干擾，避免數(shù)據(jù)泄密［6］。

(3)屬性處理和分層。對要素代碼進(jìn)行檢查，并按照《電網(wǎng)GIS 空間信息服務(wù)平臺空間數(shù)據(jù)規(guī)范》進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，對屬性不全或?qū)傩杂姓`的要素，收集資料進(jìn)行補(bǔ)充修改(如道路分級等)，并按項(xiàng)目要求進(jìn)行要素分層的調(diào)整。

(4)數(shù)據(jù)接邊。首先檢查數(shù)據(jù)接邊(不同精度區(qū)域之間)情況，包括圖形和屬性的接邊，對不符合要求的進(jìn)行修改;之后再將不同精度的數(shù)據(jù)的同一類要素拼接在一起，最終形成“一張圖”，接邊處理包括圖形數(shù)據(jù)的裁切和合并等操作。

(5)數(shù)據(jù)檢查入庫。從全局范圍把握質(zhì)量問題，檢查內(nèi)容主要包括空間參考系、位置精度、屬性精度、完整性檢查、邏輯檢查等。

矢量數(shù)據(jù)加工流程圖如圖3所示。

圖3 矢量數(shù)據(jù)加工流程圖

4.2 影像數(shù)據(jù)處理

(1)資料準(zhǔn)備:根據(jù)影像精度要求，使用的衛(wèi)星影像來源主要采用0.5 m高精度GeoEYE、WorldView －2影像，不足之處采用2.5 m Spot5 和10 m Alos 補(bǔ)齊。

(2)影像糾正:首先對用于糾正的DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對分幅DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，生成大于待糾正影像范圍的DEM 數(shù)據(jù)。再通過往年數(shù)字正射影像圖中找到對應(yīng)地物特征點(diǎn)，獲取衛(wèi)星影像糾正需要的控制點(diǎn)及檢查點(diǎn)。結(jié)合地面控制點(diǎn)，對影像采用嚴(yán)格軌道模型進(jìn)行定向參數(shù)解算，或者根據(jù)衛(wèi)星影像提供的精確RPC 參數(shù)解算外參數(shù)。影像糾正通過雙線性內(nèi)插法的方式進(jìn)行重采樣。

(3)影像融合:通過主成分變換法，將表現(xiàn)為真彩色的多光譜數(shù)據(jù)與全色數(shù)據(jù)融合，以得到較高分辨率真彩色遙感影像。由于Spot5 影像沒有藍(lán)色波段的通道，所以藍(lán)色采用XS1 波段代替，綠色用(XS1 ×3 +XS3)/4 波段算法來實(shí)現(xiàn)，紅色用XS2 來表示。

(4)色彩調(diào)整及脫密:色彩調(diào)整的目的是保證整個區(qū)域內(nèi)影像色調(diào)一致、色彩均勻。本工程由于涉及影像數(shù)量基數(shù)大，拍攝時間不同導(dǎo)致色彩差異大，采用基于直方圖匹配勻色技術(shù)進(jìn)行色彩自動調(diào)整，減少建設(shè)周期，提高成果質(zhì)量。色彩調(diào)整完成后再對每幅影像進(jìn)行脫密處理。主要是軍事禁區(qū)及國家安全要害部門所在地的影像，通過圖形特征鈍化或者涉密影像區(qū)域替換完成，選取周圍色彩相近影像覆蓋到涉密區(qū)域，既保證影像視覺效果又進(jìn)行了保密處理。

(5)影像鑲嵌:在相鄰影像之間，選繪、編輯鑲嵌線，在選繪鑲嵌線時，需保證鑲嵌影像間有一定的重疊，通過基于影像模糊正像勻光鑲嵌完成鑲嵌工作。

(6)影像檢查:影像檢查內(nèi)容主要包括空間參考系、位置精度和質(zhì)量檢查三項(xiàng)，質(zhì)量檢查主要是地面分辨率、色彩質(zhì)量、影像噪聲、影像信息丟失等。

影像數(shù)據(jù)處理流程如圖4所示。

圖4 影像數(shù)據(jù)加工流程圖

4.3 切片處理

矢量地圖數(shù)據(jù)和影像地圖數(shù)據(jù)最終以柵格切片的形式進(jìn)行發(fā)布。傳統(tǒng)的切片文件以單獨(dú)的圖片文件格式存放在磁盤上，不對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，能夠直接讀取，直觀地表現(xiàn)為多個文件夾下的原始圖片。但占用磁盤空間大，不太易于管理，拷貝和遷移不太方便，且對密級較高數(shù)據(jù)，不能設(shè)置密碼。

本工程采用游程編碼壓縮方法(run －length encoding，RLE)對切片進(jìn)行壓縮，壓縮之后再進(jìn)行連續(xù)存儲。RLE 壓縮技術(shù)是在給定的圖像數(shù)據(jù)中尋找連續(xù)重復(fù)的數(shù)值，然后用兩個字符值取代這些連續(xù)值這種方法在處理包含大量重復(fù)信息的數(shù)據(jù)時可以獲得很好的壓縮效率。每個切片文件與地理信息位置保持?jǐn)?shù)據(jù)計算關(guān)系。根據(jù)設(shè)計要求本工程切片數(shù)據(jù)分為14 個層級，比例尺從1∶ 500 ～1∶ 4 096 000以1/2 進(jìn)行遞推。

5 結(jié) 語

本工程建設(shè)分為兩個建設(shè)周期，自2011年8月開始至2012年11月完成，共形成矢量數(shù)據(jù)3 GB，矢量切片數(shù)據(jù)540 GB，影像切片數(shù)據(jù)870 GB。在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建設(shè)了數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)布系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對電網(wǎng)的可視化、空間化、自動化管理的數(shù)據(jù)支撐，突破性將電力運(yùn)營相關(guān)的重點(diǎn)業(yè)務(wù)與GIS 地圖有機(jī)的結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了在電網(wǎng)GIS 平臺上為生產(chǎn)、營銷、規(guī)劃、建設(shè)、調(diào)度、通信、應(yīng)急、車輛等相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供圖形化展示、電網(wǎng)分析服務(wù)及應(yīng)用支撐，將電力工作管理信息化提升到一個新的高度。自試運(yùn)行以來完成了10 家供電局、12 家供電公司和電網(wǎng)檢修公司35 kV以上主網(wǎng)、10 kV配網(wǎng)、輸變電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集及上線工作。隨著“SG186”工程的推進(jìn)，諸多地方如浙江、云南也都建立了數(shù)據(jù)庫并開發(fā)了相應(yīng)業(yè)務(wù)［7，8］，將會引發(fā)其他城市公用事業(yè)、行業(yè)的更深層次地圖應(yīng)用需求，項(xiàng)目成果應(yīng)用前景十分廣闊。

［1］武星，李竹，姚雷．謀變之道——細(xì)解“SG186 工程”［DB/OL］．2006．

［2］董翹男．基于SG186 信息工程的供電公司數(shù)據(jù)模型設(shè)計［J］．安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011，16(3):105 ～108．

［3］劉建坡，黃繼永．地理信息系統(tǒng)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］．科技信息，2012 (7):104．

［4］田毅，韓曉雯．城市電力電纜GIS 管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用［J］．河北電力技術(shù)，2012，31(3):24 ～32．

［5］胡鵬，胡毓鉅，楊傳勇等．我國地球空間數(shù)據(jù)框架的設(shè)計思想、技術(shù)路線及若干理論問題討論［J］．武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版，2002，27(3):283 ～288．

［6］國家測繪局．公開地圖內(nèi)容表示補(bǔ)充規(guī)定(試行)［R］．2009．1．23．

［7］史劍鋒，吳勁暉，王強(qiáng)等．基于GIS 的企業(yè)級一體化平臺在浙江電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］．電力信息化，2012，10(4):12～15．

［8］姜鈺桃，曾朝平，海靖等．云南電力項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫建立實(shí)施過程［J］．科技信息，2012(26):279 ～281．