何燕蘭，司亞君

（1.江蘇省地質(zhì)測繪院，江蘇 南京 211102）

隨著電能計(jì)量技術(shù)的快速發(fā)展，用電信息采集終端被廣泛應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)[1]的建設(shè)，主要包括專變采集終端、集中抄表終端、分布式能源監(jiān)控終端等類型。采集終端的通信方式主要包括光纖網(wǎng)絡(luò)通信、GPRS（CDMA）、230MHz無線通信和載波通信等。由于用電信息采集終端在使用過程中存在各類故障，如電源故障、通信故障、抄表故障等，給用電信息采集系統(tǒng)的現(xiàn)場運(yùn)維工作帶來了阻礙，迫切需要對(duì)運(yùn)行的用電信息采集終端進(jìn)行全景展示，以便及時(shí)處理終端故障。

隨著信息科學(xué)、遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和地理科學(xué)的發(fā)展，GIS技術(shù)得到了極大的完善，由于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和空間分析功能，已被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中與地理信息密切相關(guān)的各個(gè)方面[2-6]。利用用電信息采集系統(tǒng)中采集終端空間數(shù)據(jù)和采集終端上報(bào)的事件數(shù)據(jù)，結(jié)合開源WebGIS技術(shù)開發(fā)用電信息采集終端全景展示應(yīng)用，已成為當(dāng)前用電信息采集系統(tǒng)新興的研究領(lǐng)域之一。

1 應(yīng)用設(shè)計(jì)

1.1 用電信息采集系統(tǒng)概況

用電信息采集系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)用電管理和用電智能化而建立的輔助系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)一方面可采集和分析配電變壓器和終端用戶用電數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)用電監(jiān)測、負(fù)荷管理、線損分析、自動(dòng)抄表等功能；另一方面可連接營銷等應(yīng)用系統(tǒng)[7-8]，有效推進(jìn)分時(shí)電價(jià)、階梯電價(jià)乃至實(shí)時(shí)電價(jià)等電費(fèi)控制策略，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、智能化的電力營銷。

用電信息采集系統(tǒng)主站架構(gòu)為B/S模式，瀏覽器端支持Internet Explorer 7.0+、Firefox和Chrome等通用瀏覽器，服務(wù)器端使用Struts、Spring和Hibernate搭建的Web應(yīng)用程序開源集成框架（圖1）。

1.1.1 采集終端地理位置信息

接入用電信息采集系統(tǒng)的采集終端都是基于GPS設(shè)計(jì)的，采用GPS、基站、WiFi等定位技術(shù)得到采集終端的地理位置信息，讓采集終端地理位置信息不再是“信息孤島”。

1.1.2 采集終端上報(bào)事件預(yù)處理

根據(jù)智能電能表以及采集終端事件記錄規(guī)則，采集終端事件分為一般事件和重要事件，一般事件采用主站抄讀的方式，重要事件采用主動(dòng)上報(bào)的方式。用電信息采集系統(tǒng)需對(duì)終端上報(bào)的重要事件進(jìn)行預(yù)處理分析，從而判斷終端是否存在故障。

1.2 開源WebGIS

WebGIS是利用Internet技術(shù)來擴(kuò)展和完善GIS的一項(xiàng)新技術(shù)，其核心是在GIS中嵌入HTTP標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用體系，實(shí)現(xiàn)Internet環(huán)境下的空間信息管理和發(fā)布。WebGIS是一種B/S結(jié)構(gòu)，客戶端采用Web瀏覽器，服務(wù)器端向客戶端提供信息和服務(wù)，客戶端具有獲得各種空間信息和應(yīng)用的功能。

1.2.1 GeoWebCache

GeoWebCache（GWC）是一個(gè)采用Java實(shí)現(xiàn)，用于緩存WMS Tile的開源項(xiàng)目。當(dāng)?shù)貓D客戶端請(qǐng)求一張新地圖和瓦片時(shí)，GWC將攔截這些調(diào)用然后返回緩存過的瓦片；若找不到緩存再調(diào)用服務(wù)器上的瓦片，從而提高地圖展示的速度，實(shí)現(xiàn)更好的用戶體驗(yàn)。

圖1 用電信息采集系統(tǒng)物理架構(gòu)

地圖往往是靜態(tài)的，大部分客戶端每一次請(qǐng)求WMS數(shù)據(jù)都會(huì)被質(zhì)疑，將產(chǎn)生不必要的處理，增加等待時(shí)間。在客戶端請(qǐng)求時(shí)，GWC將優(yōu)化存儲(chǔ)（緩存）地圖瓦片，作為代理連接客戶端（如Leaflet或OpenLayers）和服務(wù)器（GeoServer或任何WMS兼容的服務(wù)器），當(dāng)接收到新的地圖和瓦片請(qǐng)求時(shí)，若這些瓦片已經(jīng)得到緩存，GWC將攔截這些請(qǐng)求并預(yù)渲染瓦片。因此，一旦瓦片被存儲(chǔ)，地圖繪制速度將增加許多倍，實(shí)現(xiàn)更完美的用戶體驗(yàn)。1.2.2 Lea fl et

Leaflet是一個(gè)為構(gòu)建友好的互動(dòng)地圖而開發(fā)的、現(xiàn)代的、開源的 Javascript庫，具有開發(fā)在線地圖的大部分功能。Leaflet設(shè)計(jì)堅(jiān)持簡便、高性能和可用性好的思想，能在所有主要桌面和移動(dòng)平臺(tái)高效運(yùn)作，在現(xiàn)代瀏覽器上會(huì)利用HTML5和CSS3的優(yōu)勢，同時(shí)也支持舊的瀏覽器訪問和插件擴(kuò)展。

2 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

2.1 服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)

服務(wù)器端主要負(fù)責(zé)地圖服務(wù)，在Tomcat服務(wù)器下部署GWC，并使用ArcGIS瓦片數(shù)據(jù)發(fā)布WMS服務(wù)，其中ArcGIS瓦片數(shù)據(jù)通過下載的Google地圖導(dǎo)出獲得，然后在GWC的配置文件GeoWebCache.xml中對(duì)ArcGIS瓦片數(shù)據(jù)的目錄路徑進(jìn)行配置。

啟動(dòng)Tomcat后，在瀏覽器地址欄輸入http://server:port/geowebcache/home即可訪問GWC，點(diǎn)擊“A list of all the layers and automatic demos”鏈接即可瀏覽發(fā)布的ArcGIS圖層。

需要注意的是，在Linux環(huán)境下部署GWC時(shí)，若ArcGIS瓦片數(shù)據(jù)的行列號(hào)里含有大寫英文字母，將會(huì)導(dǎo)致瓦片加載不全，此時(shí)可修改源文件ArcGISCacheLayer.java中的getTilePath，使GeoWebCache能夠加載行列號(hào)中含有大寫英文字母的瓦片。

2.2 數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用使用Oracle Spatial存儲(chǔ)用電信息采集終端的空間數(shù)據(jù)。Oracle Spatial主要通過元數(shù)據(jù)表、空間數(shù)據(jù)字段（sdo_Geometry字段）和空間索引管理空間數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上提供一系列空間查詢和空間分析的程序包，讓用戶進(jìn)行更深層次的GIS應(yīng)用開發(fā)。Oracle Spatial使用空間字段sdo_Geometry存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)表管理具有sdo_Geometry字段的空間數(shù)據(jù)表，并采用R樹索引和四叉樹索引技術(shù)提高空間查詢和空間分析的速度。

2.3 客戶端的實(shí)現(xiàn)

客戶端主要通過Leaflet調(diào)用服務(wù)器端的WMS服務(wù)實(shí)現(xiàn)地圖的加載和展示，若加載地圖后出現(xiàn)瓦片位置錯(cuò)誤，則需配置地圖的坐標(biāo)參考系，默認(rèn)為EPSG：3857。

1）為了解決頁面加載所有用電信息采集終端空間數(shù)據(jù)而導(dǎo)致的頁面無響應(yīng)問題，應(yīng)用只加載頁面所展示區(qū)域范圍內(nèi)的采集終端空間數(shù)據(jù)，并在地圖上進(jìn)行標(biāo)記。當(dāng)用戶拖拽或縮放地圖時(shí)，清除之前地圖上已經(jīng)標(biāo)記的采集終端，再根據(jù)當(dāng)前頁面展示區(qū)域范圍重新加載該區(qū)域范圍內(nèi)的采集終端空間數(shù)據(jù)并標(biāo)記。

2）在采集終端空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合采集終端上報(bào)的事件數(shù)據(jù)，分析判斷得到存在故障的采集終端并聚簇顯示。縮放地圖時(shí)，則根據(jù)當(dāng)前地圖層級(jí)的比例尺差異化展示聚簇效果，在全景展示故障設(shè)備的同時(shí)，帶來更好的用戶體驗(yàn)。目前在Chrome瀏覽器下支持1～5萬設(shè)備節(jié)點(diǎn)的聚簇顯示。

3）GeoJSON是一種用于空間數(shù)據(jù)的編碼格式，可提升處理空間數(shù)據(jù)的效率，支持點(diǎn)、線、多邊形、多點(diǎn)、多線和多面等幾何類型。通常在服務(wù)器端獲得設(shè)備的空間數(shù)據(jù)后，返回給客戶端的是JSON格式的空間數(shù)據(jù)，客戶端先解析JSON格式的空間數(shù)據(jù)再加載到地圖中將會(huì)很慢，因此在前后端采用全棧傳輸GeoJSON格式的空間數(shù)據(jù)，無縫對(duì)接處理空間數(shù)據(jù)，有效提升了操作的響應(yīng)速度。

3 應(yīng)用運(yùn)行效果

應(yīng)用開發(fā)完成后，部署在用電信息采集系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，為系統(tǒng)運(yùn)維人員提供服務(wù)。在性能方面，第一次加載地圖略慢，加載完成后，在地圖上進(jìn)行操作都有很高的響應(yīng)速度。運(yùn)行結(jié)果表明，該應(yīng)用在穩(wěn)定性、擴(kuò)展性和響應(yīng)速度方面均達(dá)到要求，初步滿足用戶查詢用電信息采集終端地理位置信息和故障信息的要求。目前在該應(yīng)用的基礎(chǔ)上，正在開發(fā)計(jì)量箱地理位置展示和線路故障監(jiān)測等功能，將進(jìn)一步提高應(yīng)用的范圍和質(zhì)量。應(yīng)用運(yùn)行效果如圖2、3所示。

圖2 終端地理位置展示

圖3 終端故障報(bào)警（審圖號(hào)：GS(2015)2650）

4 結(jié) 語

本文使用開源WebGIS技術(shù)開發(fā)了用電信息采集終端全景展示應(yīng)用。運(yùn)行結(jié)果證明，該應(yīng)用在開發(fā)維護(hù)成本和性能上達(dá)到了一個(gè)較好的平衡。該應(yīng)用僅為一個(gè)基礎(chǔ)性的應(yīng)用，后續(xù)將引入其他功能，進(jìn)一步拓展應(yīng)用服務(wù)的深度和廣度，如信道通信情況監(jiān)測、臺(tái)區(qū)線損監(jiān)測、大客戶用電監(jiān)測等。今后還將引入便攜式終端，并與傳感器技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)用電信息采集終端故障定位與導(dǎo)航功能，從而為用電信息采集系統(tǒng)的現(xiàn)場運(yùn)維工作提供更加方便快捷的科技手段。

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