劉志松，孫 皓，馬 亮

（1.國(guó)網(wǎng)武漢供電公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所，湖北 武漢 430015）

地理接線(xiàn)圖自動(dòng)編繪系統(tǒng)研制

劉志松1，孫 皓1，馬 亮1

（1.國(guó)網(wǎng)武漢供電公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所，湖北 武漢 430015）

分析了傳統(tǒng)地理接線(xiàn)圖存在的不足，并從實(shí)施方案、功能實(shí)現(xiàn)等方面設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了地理接線(xiàn)圖自動(dòng)編繪系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)地理接線(xiàn)圖在數(shù)據(jù)管理、圖面表達(dá)等方面的問(wèn)題。其關(guān)鍵技術(shù)對(duì)國(guó)土、環(huán)境、城建、衛(wèi)生醫(yī)療等領(lǐng)域信息系統(tǒng)的研發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

地理接線(xiàn)圖；數(shù)據(jù)管理；自動(dòng)編繪；可視化

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)空間信息管理進(jìn)入服務(wù)式共享與應(yīng)用的新階段[1]。電網(wǎng)規(guī)劃工作是電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有計(jì)算量大、不確定因素多等特點(diǎn)[2]；而地理接線(xiàn)圖是電網(wǎng)管理和電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)資料，常用制圖方法是以普通地圖為背景，使用AutoCAD 軟件繪制。對(duì)35 kV及以上電網(wǎng)設(shè)備現(xiàn)狀地理接線(xiàn)圖進(jìn)行更新繪制時(shí)，工作量大，重復(fù)性高，研發(fā)地理接線(xiàn)圖制圖工具能大幅度減少工作量，提升自動(dòng)化制圖水平。李祉燚[3]等提出了基于邏輯推理的配電網(wǎng)地理接線(xiàn)圖生成算法；章堅(jiān)民[4]等提出了基于公共信息模型數(shù)據(jù)的省級(jí)電網(wǎng)均勻接線(xiàn)圖的自動(dòng)生成算法；萬(wàn)芳茹[5]等開(kāi)發(fā)的地理接線(xiàn)圖編輯工具，建立了模型數(shù)據(jù)與電網(wǎng)設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系；李文帆[6]等提出了一種以Qt庫(kù)為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)地理接線(xiàn)圖繪制軟件設(shè)計(jì)方法；為了使電網(wǎng)規(guī)劃地理接線(xiàn)圖更具地理空間信息，王韋[7]等基于SOA架構(gòu)研發(fā)了一個(gè)可視化電網(wǎng)規(guī)劃決策支持系統(tǒng)。

1 傳統(tǒng)地理接線(xiàn)圖編繪方法

采用傳統(tǒng)方法繪制地理接線(xiàn)圖，主要存在的問(wèn)題：

1）缺少數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理。目前各級(jí)比例尺、各區(qū)域和各電壓等級(jí)的武漢市電網(wǎng)地理接線(xiàn)圖被繪制和存儲(chǔ)在分散的CAD文件中，同一區(qū)域數(shù)據(jù)被多次重復(fù)繪制，造成數(shù)據(jù)冗余。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新時(shí)，存在大量重復(fù)工作。

2）圖面表達(dá)效果不佳。輸電設(shè)備在城市不同區(qū)域的空間分布特征存在明顯差異，采用同一種制圖表達(dá)方案，易造成圖面中心城區(qū)部分表達(dá)的內(nèi)容過(guò)于擁擠，遠(yuǎn)城區(qū)部分表達(dá)的內(nèi)容過(guò)于稀疏的情況，圖面表達(dá)效果失衡，難以滿(mǎn)足電網(wǎng)規(guī)劃和管理的用圖要求。

3）制圖工作量大。在制作分區(qū)地理接線(xiàn)圖時(shí)，根據(jù)制圖要求，要?jiǎng)h除制圖范圍外的數(shù)據(jù)，只表示跨區(qū)域電力線(xiàn)路走向示意線(xiàn)和注記，因此產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)處理工作。由于每年要生產(chǎn)批量的各級(jí)比例尺、各區(qū)域和各電壓等級(jí)的電網(wǎng)地理接線(xiàn)圖，而傳統(tǒng)制圖方式中圖幅整飾完全依靠制圖人員手動(dòng)添加圖名、比例尺等圖外要素，會(huì)產(chǎn)生很大的重復(fù)工作量。

4）缺乏專(zhuān)業(yè)制圖工具支撐?，F(xiàn)有電網(wǎng)GIS平臺(tái)中只能提供單線(xiàn)圖和GIS沿布圖兩種專(zhuān)題圖類(lèi)型。電力單線(xiàn)圖過(guò)于抽象，缺乏地理信息的體現(xiàn)；而GIS沿布圖表達(dá)的信息內(nèi)容過(guò)于具象，無(wú)法滿(mǎn)足電網(wǎng)規(guī)劃和管理的宏觀(guān)需求，不能替代地理接線(xiàn)圖應(yīng)用于電網(wǎng)管理和規(guī)劃中。同時(shí)，平臺(tái)也不支持接線(xiàn)圖數(shù)據(jù)，不能實(shí)現(xiàn)按區(qū)域、電壓等級(jí)批量導(dǎo)出地理接線(xiàn)圖。

2 地理接線(xiàn)圖自動(dòng)編繪方法

針對(duì)上述情況，筆者采用桌面軟件開(kāi)發(fā)模式對(duì)地理接線(xiàn)圖自動(dòng)編繪系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，以解決地理接線(xiàn)圖在制圖、管理、更新和編輯上遇到的問(wèn)題，提高出圖效率。

2.1 實(shí)施方案

2.1.1 開(kāi)發(fā)模式

本系統(tǒng)采用桌面軟件開(kāi)發(fā)模式，充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到前端和后臺(tái)來(lái)執(zhí)行，降低了系統(tǒng)的通信開(kāi)銷(xiāo)。桌面軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，即“功能分布”原則，在客戶(hù)端完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)表示和用戶(hù)接口功能；在后臺(tái)完成數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的核心功能。

2.1.2 總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。從系統(tǒng)模塊的角度，電網(wǎng)地理接線(xiàn)圖制圖工具可分為數(shù)據(jù)層、系統(tǒng)層和表現(xiàn)層3層體系結(jié)構(gòu)。

1）數(shù)據(jù)層是整個(gè)體系的基礎(chǔ)層，主要對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、識(shí)別和存儲(chǔ)；主要分為文件讀取、圖元識(shí)別和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)3部分。文件讀?。簩?dǎo)入、讀取電網(wǎng)公司原有的CAD接線(xiàn)圖；圖元識(shí)別：對(duì)已導(dǎo)入CAD文件中的節(jié)點(diǎn)、線(xiàn)路圖元進(jìn)行智能識(shí)別；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)讀取結(jié)束后，將數(shù)據(jù)以只讀格式進(jìn)行存儲(chǔ)。

2）系統(tǒng)層是核心層，是對(duì)接線(xiàn)圖數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖、管理、更新、編輯的核心邏輯；主要分為數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、功能處理邏輯和系統(tǒng)操作邏輯3部分。數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理：對(duì)全市各行政區(qū)和各比例尺的接線(xiàn)圖進(jìn)行統(tǒng)一管理，以滿(mǎn)足一處更新，全圖更新的要求；功能處理邏輯：對(duì)接線(xiàn)圖進(jìn)行制圖、管理的核心處理模塊；系統(tǒng)操作邏輯：制圖工具界面操作的交互邏輯層，是銜接表現(xiàn)層和功能處理邏輯模塊的中間層。

3）表現(xiàn)層是界面層，是制圖工具與用戶(hù)的交互層，主要分為界面展現(xiàn)和接線(xiàn)圖展現(xiàn)兩部分。界面展現(xiàn)：制圖工具操作界面的展現(xiàn)；接線(xiàn)圖展現(xiàn)：接線(xiàn)圖在制圖工具中的展現(xiàn)。

圖1 系統(tǒng)框架圖

2.1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

1）數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象。系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮膸缀螖?shù)據(jù)對(duì)象管理模型，將現(xiàn)實(shí)世界中的各種物體（本系統(tǒng)中為電網(wǎng)接線(xiàn)圖中的變電站、線(xiàn)路等元素）抽象為地理要素進(jìn)行存儲(chǔ)，其中按照幾何類(lèi)型的不同劃分為點(diǎn)、線(xiàn)及多邊形3種類(lèi)型。該模型主要由空間和屬性?xún)刹糠纸M成，空間信息主要描述物體的空間位置，由單個(gè)點(diǎn)或連續(xù)點(diǎn)序列構(gòu)成；屬性信息為元數(shù)據(jù)，記錄了物體的特征信息。

系統(tǒng)以HDF文件為存儲(chǔ)介質(zhì)，運(yùn)用類(lèi)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的管理方式進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，按照要素特征將數(shù)據(jù)劃分為簡(jiǎn)單要素類(lèi)、注記類(lèi)、對(duì)象類(lèi)等對(duì)象。本系統(tǒng)使用的主要數(shù)據(jù)對(duì)象為簡(jiǎn)單要素類(lèi)和注記類(lèi)，其中簡(jiǎn)單要素類(lèi)按照幾何特征又分為點(diǎn)、線(xiàn)和多邊形，主要存儲(chǔ)變電站及線(xiàn)路的矢量數(shù)據(jù)；注記類(lèi)主要存儲(chǔ)文字注釋信息。

2）屬性信息。要素及注記的屬性信息以表格的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，按照要素和注記的實(shí)際情況，系統(tǒng)可進(jìn)行表格的結(jié)構(gòu)定制，如變電站各屬性含義如表1所示，系統(tǒng)中要素屬性信息如圖2所示。

表1 變電站屬性含義表

圖2 變電站屬性信息

3）數(shù)據(jù)組織。本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)表現(xiàn)層按照年度、區(qū)域及電壓等級(jí)3層結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)組織，在實(shí)際使用時(shí)，可任意切換3層結(jié)構(gòu)的優(yōu)先級(jí)，以滿(mǎn)足不同場(chǎng)景下數(shù)據(jù)組織的需要。

2.1.4 功能模塊

按照需求分析，本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)編輯模塊、多用戶(hù)數(shù)據(jù)集成模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊，功能架構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

2.2.1 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)接線(xiàn)圖數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)，提供了新建、導(dǎo)入、導(dǎo)出、數(shù)據(jù)合并、數(shù)據(jù)提取及底圖管理等功能。新建數(shù)據(jù)即創(chuàng)建新的電網(wǎng)接線(xiàn)圖對(duì)象，系統(tǒng)提供了輸入該接線(xiàn)圖所屬區(qū)域、電壓等級(jí)及年度等信息的功能界面；數(shù)據(jù)導(dǎo)入是對(duì)已有的電網(wǎng)接線(xiàn)圖（要求為AutoCAD dxf格式）進(jìn)行數(shù)據(jù)上載的過(guò)程，用戶(hù)可指定所屬區(qū)域、電壓等級(jí)及年度等信息；數(shù)據(jù)導(dǎo)出是將系統(tǒng)管理的電網(wǎng)接線(xiàn)圖數(shù)據(jù)導(dǎo)出為其他格式數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)合并是各二級(jí)行政區(qū)將本區(qū)域的電網(wǎng)接線(xiàn)圖匯交到全市進(jìn)行集成管理的過(guò)程，匯交單位需提供本區(qū)域的數(shù)據(jù)文件（hdf格式）及數(shù)據(jù)列表文件（xml格式）；數(shù)據(jù)提取是按照指定多邊形或行政區(qū)范圍對(duì)集成數(shù)據(jù)庫(kù)中的電網(wǎng)接線(xiàn)圖進(jìn)行提?。坏讏D數(shù)據(jù)管理是指按照不同的應(yīng)用需要，對(duì)系統(tǒng)所采用的底圖數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的過(guò)程，系統(tǒng)內(nèi)置有武漢市地理底圖和影像底圖兩種底圖數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)編輯模塊

數(shù)據(jù)編輯實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站和線(xiàn)路的編輯功能，如變電站輸入、刪除、修改及屬性錄入，線(xiàn)路的剪斷、連接、融合等。結(jié)合現(xiàn)有地理接線(xiàn)圖的制作特點(diǎn)，系統(tǒng)定制了變電站和線(xiàn)路符號(hào)庫(kù)，并按照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)置了形狀、顏色、寬度及部分缺省屬性等內(nèi)容。在進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯時(shí)，可選擇符號(hào)庫(kù)中的某種變電站或線(xiàn)路符號(hào)直接輸入到地理接線(xiàn)圖上，既保證了所有地理接線(xiàn)圖圖面元素規(guī)格統(tǒng)一，又減少了圖面編輯時(shí)間，符號(hào)庫(kù)如圖4所示。

2.2.3 多用戶(hù)數(shù)據(jù)集成模塊

多用戶(hù)數(shù)據(jù)集成是指各二級(jí)行政區(qū)在進(jìn)行區(qū)域數(shù)據(jù)編輯后，將數(shù)據(jù)提交給市級(jí)管理用戶(hù)，由市級(jí)管理用戶(hù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合處理，并針對(duì)邊界區(qū)域進(jìn)行線(xiàn)路的接邊處理的過(guò)程。智能截?cái)嗍侵赴凑掌瑓^(qū)邊界將片區(qū)內(nèi)的線(xiàn)路或變電站進(jìn)行自動(dòng)過(guò)濾的過(guò)程。在實(shí)際數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，由于編圖人員或其他原因，存在越界編圖的情況，而在進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理時(shí)，會(huì)存在重復(fù)數(shù)據(jù)，因此通過(guò)智能截?cái)喙δ芸杀ＷC接線(xiàn)圖元素的邏輯正確性，從而為數(shù)據(jù)集成做好準(zhǔn)備。智能截?cái)嗲昂髮?duì)比如圖5所示。

圖4 符號(hào)庫(kù)示意圖

圖5 地理接線(xiàn)圖智能截?cái)喙δ?/p>

根據(jù)線(xiàn)路實(shí)際情況，系統(tǒng)主要提供了單線(xiàn)接邊處理和邊界自動(dòng)接邊處理兩種方式。其中，單線(xiàn)接邊處理是針對(duì)單條較明確的線(xiàn)路在邊界處需進(jìn)行對(duì)接的處理操作，指定對(duì)接目標(biāo)點(diǎn)即可完成線(xiàn)路接邊；邊界自動(dòng)接邊處理是指系統(tǒng)根據(jù)屬性?xún)?nèi)容（如線(xiàn)路名稱(chēng)、電壓等級(jí)等）或空間位置關(guān)系進(jìn)行智能判斷后進(jìn)行的接邊操作，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)片區(qū)邊界處的所有線(xiàn)路均依據(jù)設(shè)定的屬性或空間規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)接邊，有效減少了人工處理時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)先使用邊界自動(dòng)接邊處理，再針對(duì)部分較密集的線(xiàn)路進(jìn)行單線(xiàn)接邊處理能達(dá)到很好的效果。圖6a所屬兩個(gè)區(qū)域的同一條線(xiàn)路在邊界處（紅色箭頭）有細(xì)微偏差，接邊處理后的效果如圖6b所示。

圖6 接邊處理前后效果圖

2.2.4 數(shù)據(jù)輸出模塊

數(shù)據(jù)輸出是對(duì)已完成編輯的電網(wǎng)接線(xiàn)圖進(jìn)行版面的編輯；再進(jìn)行幅面打印或直接輸出為柵格圖片等。系統(tǒng)提供了各種幾何類(lèi)型、注記、指北針、比例尺、統(tǒng)計(jì)圖、表格、背景圖及圖例等元素的輸入，如圖7所示。

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1672-4623（2017）01-0016-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.01.005

2015-10-29。