王德輝，吳小飛，王偉光，張雨，張栩華

（廣東電網(wǎng)有限責任公司廣州供電局，廣東廣州 510620）

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)建設與運維環(huán)境變得越來越繁雜，原有的電網(wǎng)管控措施已不能滿足需求，而電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的出現(xiàn)恰好符合智能電網(wǎng)發(fā)展的需要[1]。電網(wǎng)GIS 基于圖像處理、三維數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，對電力系統(tǒng)進行相應的處理，從而構(gòu)建電網(wǎng)GIS 體系，以輔助電力系統(tǒng)安全、可靠的運行[2]。

現(xiàn)有電網(wǎng)GIS 平臺考慮系統(tǒng)的應用性能和數(shù)據(jù)安全，僅發(fā)布了切片地圖。在導出CAD 時，只能導出電網(wǎng)數(shù)據(jù)，無法同步導出對應區(qū)域的矢量地圖數(shù)據(jù)[3]。且電網(wǎng)GIS和生產(chǎn)系統(tǒng)只支持內(nèi)網(wǎng)環(huán)境下在線運行，而部分設計、施工單位無法連入內(nèi)網(wǎng)，無法在設計和施工過程中開展電網(wǎng)數(shù)據(jù)維護，只能通過CAD圖紙、Excel 表格等傳統(tǒng)文件格式進行數(shù)據(jù)交換[4-5]。因此，造成電子化移交工作存在功能不完善、整體協(xié)同效率較低等問題。

為了優(yōu)化電網(wǎng)相關(guān)工作電子化移交全過程的管控，實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)在業(yè)務過程中同步變更，保證數(shù)據(jù)更新的及時性和準確性，展開了基于資源圖模融合的離線電網(wǎng)GIS 關(guān)鍵技術(shù)研究。通過圖模融合技術(shù)實現(xiàn)電網(wǎng)的可視化，并將電網(wǎng)GIS 進行離線操作，進一步提高協(xié)同作業(yè)效率。

1 離線電網(wǎng)GIS系統(tǒng)

針對電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)離線后的數(shù)據(jù)處理和多種操作共同進行的問題，設計了以離線電網(wǎng)GIS 為核心的電力系統(tǒng)圖模處理體系，其架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 離線電網(wǎng)GIS系統(tǒng)架構(gòu)

離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)融合了地理與電力系統(tǒng)信息，可以獲取電網(wǎng)的地理位置和模型，并能夠?qū)⑵涮峁┙o其他系統(tǒng)，且該系統(tǒng)中的功能允許跨平臺，或者設置為公開，以確保GIS 平臺地理位置的穩(wěn)定可靠。

2 圖模融合技術(shù)

圖模融合技術(shù)為離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)提供了圖形、模型與數(shù)據(jù)庫[6]。其中圖形為系統(tǒng)提供可視化的界面，以實時監(jiān)測電網(wǎng)的運行狀況；模型采用IEC61970 電網(wǎng)信息模型；數(shù)據(jù)庫主要存儲各種圖形和模型數(shù)據(jù)信息[7]?；趫D模融合技術(shù)的離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)可視化、集約化操作，大幅度減少了操作人員的工作量，提高了運行效率。

2.1 圖模間的相互轉(zhuǎn)換

圖模融合技術(shù)的關(guān)鍵是建立圖形、模型與數(shù)據(jù)庫三者間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，具體模式如圖2 所示。

圖2 圖模庫三者間的轉(zhuǎn)化

模型與數(shù)據(jù)庫間的轉(zhuǎn)化需要為IEC61970 標準中的公共信息模型CIM 與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建映射關(guān)系[8]。同時圖形與數(shù)據(jù)庫間的轉(zhuǎn)換需要將兩者進行關(guān)聯(lián)，以完成圖像可視化和數(shù)據(jù)同步處理等操作[9]。在圖形與數(shù)據(jù)庫建立關(guān)聯(lián)的同時也關(guān)聯(lián)了模型，三者間轉(zhuǎn)換關(guān)系的確立能夠滿足圖形、模型、數(shù)據(jù)庫的同步操作需求，從而實現(xiàn)圖模融合。

2.2 圖模拆分及增量處理

為了提高圖模融合的處理效率，需要在保證數(shù)據(jù)信息完整的條件下，進行圖模數(shù)據(jù)的拆分。若關(guān)鍵數(shù)據(jù)發(fā)生增加、刪減等變化，則將其界定成增量模型[10-11]；若關(guān)鍵數(shù)據(jù)是全量數(shù)據(jù)的一個部分，則將其界定成拆分模型[12-13]。拆分模型、增量模型與全量模型的關(guān)系如圖3、4 所示。

圖3 拆分模型和全量模型的關(guān)系

圖4 增量模型和全量模型的關(guān)系

基于以上兩個圖形可以看出，圖模融合的實質(zhì)便是構(gòu)建全量模型、增量模型與拆分模型間的關(guān)聯(lián)，以最小的資源損耗滿足最大的圖模數(shù)據(jù)需求[14]。

3 基于資源圖模融合的離線電網(wǎng)GIS系統(tǒng)

系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務流程制定電網(wǎng)工程方案及路線，以電網(wǎng)基建項目施工設計為例，支持設計成果拆分成可多次施工的圖紙。多個設計成果的合單流程如圖5 所示。

圖5 基于離線電網(wǎng)GIS系統(tǒng)的基建項目合單流程

首先，電網(wǎng)設計單位下載最新電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行設計及電網(wǎng)繪圖。在階段竣工發(fā)布前，設計單位下載最新的電網(wǎng)數(shù)據(jù)更新離線設計。在階段竣工中，由設計單位根據(jù)實際現(xiàn)場停電范圍選擇設計成果竣工范圍數(shù)據(jù)，并調(diào)整設計成果，重新導出階段竣工數(shù)據(jù)包以及階段竣工單線圖、沿布圖等CAD 圖。然后繪圖人員將階段竣工成果設計數(shù)據(jù)導入電子化移交單，進行在線合并及沖突解決。

在系統(tǒng)處理業(yè)務流時，關(guān)鍵在于處理離線竣工數(shù)據(jù)包以及在線合并時的沖突解決[15-16]，文中將針對上述兩個方面進行詳細的論述。

3.1 設備沖突判斷

當拆分后的離線數(shù)據(jù)包進行合并時，需要進行沖突判斷，其判斷流程如圖6 所示。

圖6 沖突判斷流程

具體操作如下：

1）對Merge_state 數(shù)據(jù)、Target_state 數(shù)據(jù)、疑似沖突數(shù)據(jù)進行詳細沖突判斷。判斷過程對于設備的每個數(shù)據(jù)庫字段均進行比較，如果運行版本設備的數(shù)據(jù)、臨時版本設備的數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)版本設備的數(shù)據(jù)各不相同，則認為設備發(fā)生了沖突；

2）若存在沖突，將產(chǎn)生Resloved_State，為解決版本對應的State，其State鏈將自動轉(zhuǎn)為灰色箭頭標識。

3.2 沖突解決及合并

在投遞過程中進行沖突檢查，對差異數(shù)據(jù)進行自動合并。若存在沖突，則提供沖突解決界面來完成沖突合并。沖突合并的過程可以人工干預和人工編輯，矯正自動投產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的拓撲等數(shù)據(jù)錯誤。沖突解決及合并過程如圖7 所示。

圖7 沖突解決及合并過程

4 實驗結(jié)果與分析

系統(tǒng)使用Web Studio 作為開發(fā)平臺，C++作為開發(fā)語言。系統(tǒng)運行在操作系統(tǒng)為Windows的設備上，Web 版本要求在5.0 及其以上，內(nèi)存不小于8 GB，存儲容量不小于32 GB。

4.1 設備沖突解決實現(xiàn)

在設備沖突解決實現(xiàn)中，將所有的沖突設備進行分類，在樹形控件中展示。根節(jié)點分別為“線路設備”、“站內(nèi)設備”。在“線路設備”下所有線路設備按設備類型進行分類，每個設備類型節(jié)點下顯示該類型沖突的設備。在“站內(nèi)設備”下，首先列出各個沖突文檔對應的站名，在沖突文檔節(jié)點下將沖突的設備按設備類型進行分類，每個設備類型節(jié)點下將顯示該類型沖突的設備。其中沖突解決頁面如圖8所示。

圖8 沖突解決頁面

運行視圖中為運行版本數(shù)據(jù)，即從Target_state→中間多個state→Base_state 之前的所有數(shù)據(jù)。設計版本為臨時版本數(shù)據(jù)，即從Merge_state→Base_state之前的所有數(shù)據(jù)。沖突解決視圖為沖突解決版本數(shù)據(jù)，即從Resolved_state→Merge_state→Target_state→Base_state 之前的所有數(shù)據(jù)。打開該界面時，程序?qū)Ξ斍斑x中的沖突設備自動在3 個視圖中進行定位。

4.2 站內(nèi)外連接合并

站內(nèi)外鏈接合并界面共有3 個TAB 頁面，如圖9所示，每個TAB 頁面包含了一個站內(nèi)外連接列表。

圖9 站內(nèi)外鏈接合并界面

合并后設備站內(nèi)外連接：顯示選中沖突設備在沖突解決視圖中的站內(nèi)外連接，可進行編輯。當保存后，可立即修改該設備在沖突解決視圖中的站內(nèi)外連接。

運行設備站內(nèi)外連接：顯示選中沖突設備在沖突運行視圖中的站內(nèi)外連接，其屬性為只讀。

設計設備站內(nèi)外連接：顯示選中沖突設備在沖突臨時視圖中的站內(nèi)外連接，不可編輯修改。此設備卡片與上一個設備卡片均只用于參考。

5 結(jié)束語

通過基于資源圖模融合的離線電網(wǎng)GIS 關(guān)鍵技術(shù)研究，實現(xiàn)了電網(wǎng)圖形與IEC61970 模型的相互轉(zhuǎn)換，并對離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，例如工作單合并及沖突解決等提供了具體的處理措施。此外，基于離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)的理論描述，開發(fā)了相應的系統(tǒng)，能夠判斷與解決設備之間的沖突、完成任務單的合并及派發(fā)，從而有效提高了工作效率。因為現(xiàn)有的離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)主要是單個站點的信息，在接下來的研究中將側(cè)重于完善電力電纜等設備的連續(xù)軌跡信息，以更優(yōu)地提升離線電網(wǎng)GIS 關(guān)鍵技術(shù)的普適性。