王超 呂中賓 艾文君 劉澤輝 劉博

摘 要：本文以舞動(dòng)信息為研究對象，詳細(xì)討論了舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫的選擇及設(shè)計(jì)過程，從數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論和方法的角度介紹了基于Geodatabase的舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法。最后，利用設(shè)計(jì)和創(chuàng)建的舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫介紹數(shù)據(jù)庫的功能和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：空間數(shù)據(jù)；層次結(jié)構(gòu)；邏輯結(jié)構(gòu)；物理結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）23-0076-03

Database Design of Dancing Layout Drawing System Based on GIS

WANG Chao LYU Zhongbin AI Wenjun LIU Zehui LIU Bo

（Power Transmission Line Galloping Prevention and Control Technology Laboratory of State Grid， State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper took the dance information as the research object， discussed the selection and design process of the dance information database in detail， and introduced the design method of the dance information database based on Geodatabase from the perspective of database design theory and method. Finally， used the design and creation of the dance information database to introduce the functions and applications of the database.

Keywords： spatial data；hierarchy；logical structure；physical structure

我國是舞動(dòng)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一[1]。舞動(dòng)的危害十分嚴(yán)重，會造成長時(shí)間大范圍停電，恢復(fù)困難，社會影響巨大。截至2013年年底，共發(fā)生有文字記錄的舞動(dòng)事件（事故）涉及35～1 000kV各電壓等級，共計(jì)發(fā)生舞動(dòng)1 300條次以上，經(jīng)濟(jì)損失數(shù)百億。

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和氣象環(huán)境的日益惡化[2]，輸電線路舞動(dòng)現(xiàn)象不斷加劇，并逐漸成為線路安全運(yùn)行的主要威脅之一。舞動(dòng)分布圖能清晰地反映輸電線路舞動(dòng)區(qū)域分布的特點(diǎn)，可以為線路設(shè)計(jì)、電網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等部門的防舞工作提供指導(dǎo)，在一定程度上減少防舞工作的盲目性。因此，通過建立舞動(dòng)分布圖繪制系統(tǒng)以分析舞動(dòng)分布區(qū)域的特點(diǎn)具有重要意義。

對舞動(dòng)信息進(jìn)行科學(xué)組織與管理，設(shè)計(jì)和建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、功能完善的數(shù)據(jù)庫是一個(gè)成功的舞動(dòng)分布圖繪制系統(tǒng)的關(guān)鍵。因此，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和建設(shè)無疑具有十分重要的意義[3]。

1 舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)

1.1 舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)特征

舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用與地理環(huán)境直接關(guān)聯(lián)，具有空間屬性。舞動(dòng)分布圖繪制系統(tǒng)要對輸電線路舞動(dòng)信息進(jìn)行采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和表達(dá)，因此建立舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫需要具有以下特征。

第一，具有高可訪問性。輸電線路舞動(dòng)信息的數(shù)據(jù)容量很大，其包含有地理信息、舞動(dòng)信息等極其復(fù)雜的現(xiàn)象和信息。因此，在建立數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，需要高效訪問大量數(shù)據(jù)，使其具有強(qiáng)大的信息檢索和分析能力。

第二，舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)中的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)要有清晰的對應(yīng)關(guān)系，需要聯(lián)合管理。

第三，舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)中的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)要能隨時(shí)間而發(fā)生相應(yīng)變化。

第四，舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)要具有空間多尺度性和時(shí)間多尺度性。

1.2 數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)

舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)包含的內(nèi)容十分廣泛，其主要分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)包含矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)，而屬性數(shù)據(jù)包含輸電線路舞動(dòng)屬性和基礎(chǔ)地理屬性等。

矢量數(shù)據(jù)是通過記錄坐標(biāo)的方式盡可能將點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體的空間位置表現(xiàn)得準(zhǔn)確無誤，是面向?qū)ο?、具有拓?fù)潢P(guān)系的空間數(shù)據(jù)類型。舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)中的矢量數(shù)據(jù)主要包括：數(shù)字線劃地圖數(shù)據(jù)（包括行政區(qū)劃圖、水系、交通道路和植被等）、輸電線路舞動(dòng)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)。

柵格數(shù)據(jù)主要指數(shù)字影像數(shù)據(jù)和數(shù)字高程數(shù)據(jù)（DEM數(shù)據(jù)）。數(shù)字影像數(shù)據(jù)的信息比較直觀，具有良好的可判讀性和可量測性。數(shù)字高程數(shù)據(jù)是舞動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是地理空間中地理對象表面形態(tài)的數(shù)字化表達(dá)。

屬性數(shù)據(jù)主要指與點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的屬性信息。舞動(dòng)信息的屬性數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)地理屬性、氣象屬性和舞動(dòng)基本屬性。氣象屬性有日最低溫度、日平均相對濕度、日最大風(fēng)速、風(fēng)向參數(shù)等。舞動(dòng)基本屬性有舞動(dòng)時(shí)間、線路名稱、地點(diǎn)（經(jīng)緯度）、持續(xù)時(shí)間和桿塔結(jié)構(gòu)等。數(shù)據(jù)層次框架如圖1所示。

2 舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫組織設(shè)計(jì)

2.1 舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫的選擇

通過上述對舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及層次結(jié)構(gòu)的分析可知，只有建立空間數(shù)據(jù)庫才能管理舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)。空間性是空間數(shù)據(jù)庫區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的基本特征，因此，空間數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)不僅需要具有常規(guī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所必備的功能，還要為空間數(shù)據(jù)提供特定的管理功能。具有代表性的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)有ESRI的GeoDatabase數(shù)據(jù)庫，其通過OLOB字段存儲空間對象的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過表存儲屬性數(shù)據(jù)，將空間坐標(biāo)存在邊長記錄中，增加空間數(shù)據(jù)管理操縱函數(shù)。用戶通過GeoDatabase進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，可以建立高效的空間索引，高效訪問GeoDatabase中的空間數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全性、一致性和完整性，完成海量數(shù)據(jù)的管理。

GeoDatabase中的數(shù)據(jù)對象包括對象類、要素類和要素?cái)?shù)據(jù)集，其通過層次型的數(shù)據(jù)對象來組織。存儲非空間數(shù)據(jù)的表格即是對象類，其保留有與地理要素相關(guān)聯(lián)的對象的描述性信息。具有相同幾何特征和屬性的要素的集合構(gòu)成要素類，即同類空間要素的集合，如溫度、濕度、風(fēng)速、省界、縣級市、省道和河流等。要素類之間可以獨(dú)立存在或具有某種關(guān)系。不同的要素類之間存在某種關(guān)系時(shí)，考慮將其組織為一個(gè)要素?cái)?shù)據(jù)集，如溫度、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向等放入氣象數(shù)據(jù)集中，省界、縣級市、省道、河流等放入空間地理數(shù)據(jù)集中。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)層次圖如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)涉及的數(shù)據(jù)較多，為了更有利于對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和維護(hù)，需要在數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，按照邏輯結(jié)構(gòu)將空間數(shù)據(jù)分為總庫和子庫兩級。其中，總庫為舞動(dòng)信息空間數(shù)據(jù)庫，子庫根據(jù)數(shù)據(jù)類型劃分，不同的子庫包含不同的數(shù)據(jù)類型，子庫分為矢量數(shù)據(jù)庫和數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)劃分后，每個(gè)子庫成為相應(yīng)空間數(shù)據(jù)的要素集，以同類數(shù)據(jù)的要素集為基礎(chǔ)，再根據(jù)GeoDatabase數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃要素類，如圖3所示。

2.3 數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為邏輯結(jié)構(gòu)模型確定合理的存儲結(jié)構(gòu)、存取方法、數(shù)據(jù)表示及存儲空間分配等過程就是物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要完成的任務(wù)[4，5]。根據(jù)GeoDatabase的數(shù)據(jù)管理方案，物理模型設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：①空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括地理實(shí)體屬性表設(shè)計(jì)，表格字段的屬性、別名等，地圖要素、圖層、圖像的結(jié)構(gòu)與組織，建立空間索引的方法；②數(shù)據(jù)編輯方案設(shè)計(jì)；③地圖數(shù)字化方案設(shè)計(jì)；④空間數(shù)據(jù)的更新設(shè)計(jì)。

圖4和圖5列舉了舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫的舞動(dòng)表的物理設(shè)計(jì)。

3 數(shù)據(jù)庫功能和應(yīng)用

舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫的功能模塊是數(shù)據(jù)庫的外在表現(xiàn)，也是用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)庫的外在界面，其主要功能模塊如圖6所示。

3.1 查詢分析模塊

查詢分析模塊的主要功能有舞動(dòng)信息屬性查詢和空間查詢，其中空間查詢又主要分為多邊形查詢和緩沖區(qū)查詢。

舞動(dòng)信息查詢是查詢單個(gè)舞動(dòng)點(diǎn)的信息，如通過點(diǎn)擊舞動(dòng)圖層上的一個(gè)舞動(dòng)點(diǎn)，可以查看該點(diǎn)的屬性信息，了解其發(fā)生時(shí)間、持續(xù)時(shí)間等舞動(dòng)情況。

空間查詢可以查詢在一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)發(fā)生的歷年舞動(dòng)情況，了解該地區(qū)的舞動(dòng)狀況，如緩沖區(qū)查詢舞動(dòng)信息是選擇一個(gè)地圖要素，給定緩沖區(qū)距離，生成一個(gè)緩沖區(qū)面，將緩沖區(qū)面與舞動(dòng)信息疊加，得到該區(qū)域內(nèi)的舞動(dòng)信息。

3.2 時(shí)空分布分析模塊

時(shí)空分布分析模塊是根據(jù)緩沖區(qū)查詢或多邊形查詢等空間查詢得到的結(jié)果，經(jīng)過GIS分析技術(shù)對舞動(dòng)信息、氣象信息等進(jìn)行空間分析，然后生成舞動(dòng)分布圖。輸電線路發(fā)生舞動(dòng)的桿段坐標(biāo)疊加在舞動(dòng)分布圖初稿上，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，生成最終的舞動(dòng)區(qū)域分布圖。

4 結(jié)語

舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫的建設(shè)對實(shí)現(xiàn)舞動(dòng)信息管理的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化有著十分重要的作用。本文根據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)理論，結(jié)合ArcGIS的Geodatabase數(shù)據(jù)模型對舞動(dòng)信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和建立方法進(jìn)行詳細(xì)討論，為以后舞動(dòng)分布的研究及分布圖繪制提供便利。

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