【摘 要】本文提出了一種對(duì)電網(wǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)建模的方式，并對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了可視化表現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)證明通過(guò)這一方式可以有效的提高海量電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的處理效率，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)空間建模的研究可以為電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成及智能化分析、規(guī)劃、決策提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)建模；空間數(shù)據(jù)；GIS；數(shù)據(jù)處理；可視化

一、引言

作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，電網(wǎng)建設(shè)管理及服務(wù)一直是關(guān)系到人們生活水平的重要設(shè)施，電網(wǎng)系統(tǒng)具有沿線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，設(shè)備種類繁多，負(fù)荷大，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式多樣的要求，繁雜的電網(wǎng)設(shè)施的管理工作為電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)企業(yè)提出了更高的挑戰(zhàn)性。地理信息系統(tǒng)（GIS）集計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)圖形、測(cè)繪技術(shù)及人工智能技術(shù)為一體，可以根據(jù)不同的需求集成包括測(cè)繪及地理空間數(shù)據(jù)在內(nèi)的智能化信息系統(tǒng)，為電網(wǎng)測(cè)繪信息及其他電網(wǎng)相關(guān)設(shè)備屬性信息管理提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，并能定時(shí)定期對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析為智能化決策提供依據(jù)。從而減少電網(wǎng)工作人員的相關(guān)工作量，提高電網(wǎng)員工的服務(wù)水平及工作效率【1】【2】。

在電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，大量的空間信息，例如電桿的位置，桿間距離等地理空間信息數(shù)據(jù)以及整個(gè)地區(qū)電網(wǎng)中存在的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是電網(wǎng)基礎(chǔ)信息的重要組成部分；同時(shí)，大量電力設(shè)置的技術(shù)參數(shù)分布在不同的電線桿、變壓器、變電站中，這些數(shù)據(jù)則屬于傳統(tǒng)格式的信息數(shù)據(jù)，如何對(duì)多源、多尺度、海量的電網(wǎng)相關(guān)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及建模是電網(wǎng)地理信息系建設(shè)及智能化決策設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本文提出了一種對(duì)電網(wǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)建模的方式，并對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了可視化表現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)證明通過(guò)這一方式可以有效的提高海量電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的處理效率，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)空間建模研究可以為電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成及智能化分析、規(guī)劃、決策提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。

二、電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)構(gòu)成及處理

2.1 電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的構(gòu)成

電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)包含了大量的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的主要獲取方式為用GPS勘測(cè)電網(wǎng)線路上的基本坐標(biāo)及電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)部門(mén)提供的相關(guān)電力設(shè)施參數(shù)記錄表，其中空間數(shù)據(jù)主要是指電桿坐標(biāo)（包括經(jīng)緯度及高程坐標(biāo)）、電桿間檔距、輸電線路、電站等空間位置；屬性數(shù)據(jù)就包括了電網(wǎng)上面電力設(shè)備信息及線路相關(guān)的屬性信息等。這些數(shù)據(jù)具有多尺度、多格式、多來(lái)源、數(shù)據(jù)構(gòu)成復(fù)雜等特點(diǎn)；另外電網(wǎng)分布廣泛，數(shù)據(jù)量巨大，使得電網(wǎng)地理數(shù)據(jù)、電力設(shè)備數(shù)據(jù)的處理及建模過(guò)程工作量巨大且復(fù)雜。電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)建模之前首先要對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.2 電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的處理

電網(wǎng)數(shù)據(jù)在勘測(cè)的過(guò)程中，主要是對(duì)電網(wǎng)線路上相關(guān)電桿測(cè)點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)及屬性信息的采集，利用繪圖軟件對(duì)電桿進(jìn)行連接，這一過(guò)程需要大量人工繪圖連線。考慮到在勘測(cè)過(guò)程中，通常情況是沿著特點(diǎn)線路對(duì)電桿坐標(biāo)進(jìn)行勘測(cè)，大部分測(cè)點(diǎn)之間存在相鄰關(guān)系，可以利用程序連接兩個(gè)點(diǎn)并在計(jì)算誤差后自動(dòng)生成檔距。

數(shù)據(jù)處理流程是先把測(cè)點(diǎn)進(jìn)行處理，通過(guò)程序的方式檢查經(jīng)緯度數(shù)據(jù)及高程數(shù)據(jù)是否有重復(fù)性，如果檢測(cè)到重復(fù)點(diǎn)則做刪除處理。再利用程序把相鄰兩個(gè)點(diǎn)為端點(diǎn)及不同長(zhǎng)度距離之間線垂誤差進(jìn)行計(jì)算后生成擋距，把電桿屬性如桿號(hào)、所屬線路等屬性信息集成進(jìn)去。同時(shí)，判斷自動(dòng)生成的擋距是否有明顯與事實(shí)不相符合的。例如在實(shí)際工作中，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的距離很少有超過(guò)1000m的情況出現(xiàn)，如果出現(xiàn)這種情況則刪除相應(yīng)擋距。最后把線路屬性，如導(dǎo)線型號(hào)、導(dǎo)線類型等集成到擋距信息中。最后，在實(shí)際情況中可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)接點(diǎn)作為多個(gè)檔距端點(diǎn)的情況，這需要手工進(jìn)行修改、整理。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后就可以對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)中所包含的關(guān)系進(jìn)行建模。

利用程序方式制圖，首先是把測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到相應(yīng)的GIS系統(tǒng)中，使用ArcGIS軟件平臺(tái)下的組件開(kāi)發(fā)方式ArcObject在ArcGIS平臺(tái)下面定制相應(yīng)的程序。并構(gòu)建一新的線要素FeaturelClass圖層用來(lái)表示檔距，利用ArcObject提供的API，在Feature數(shù)據(jù)類型中順序讀取測(cè)點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)前測(cè)點(diǎn)以上一個(gè)測(cè)點(diǎn)為起點(diǎn)，當(dāng)前測(cè)點(diǎn)為終點(diǎn)，生成新的Feature，新的Feature類型為線類型，計(jì)算線型長(zhǎng)度length后根據(jù)條件刪除length為0和大于1000的數(shù)據(jù)，加上修正值后加入到length屬性數(shù)據(jù)段。把屬性數(shù)據(jù)、導(dǎo)線類型等整理為Excel等表格類，通過(guò)ArcOjbect的相應(yīng)系統(tǒng)庫(kù)讀入Excel文檔，程序自動(dòng)集成到生成的檔距中[3]。如此，通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的整理就生成了為建立電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型提供了基礎(chǔ)。

三、電網(wǎng)空數(shù)據(jù)模型

3.1 電網(wǎng)數(shù)據(jù)中的關(guān)系

電網(wǎng)地理數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)格式多樣、尺度不一致、來(lái)源廣泛等特點(diǎn)，如何讓所有類型的數(shù)據(jù)成為構(gòu)建電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)呢？在上述空間數(shù)據(jù)中，電桿測(cè)點(diǎn)是電網(wǎng)構(gòu)成上最重要的數(shù)據(jù)類型，電桿測(cè)點(diǎn)在空間數(shù)據(jù)中屬于點(diǎn)要素的數(shù)據(jù)類型。電桿之間的距離即檔距是一個(gè)線要素?cái)?shù)據(jù)類型，主要表示兩個(gè)電桿之間電線及其屬性，由不斷連續(xù)的檔距構(gòu)成電網(wǎng)線路。其中電網(wǎng)線路中又有主干及分支線路，主干線路從電站中輸出后到達(dá)不同的地理位置，在不同的位置要進(jìn)行分支路輸電，在這個(gè)過(guò)程中需要有不同的導(dǎo)線類型及變壓器參與，在電桿的特定位置進(jìn)行搭火后分支。變壓器和真空開(kāi)關(guān)成為了保證電網(wǎng)運(yùn)行的重要電網(wǎng)設(shè)施，其中又包含了不同的型號(hào)、功率等屬性信息。

上面的空間數(shù)據(jù)構(gòu)成了一個(gè)樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中電桿測(cè)點(diǎn)及檔距是網(wǎng)絡(luò)中的基本要素，搭火點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，主干線路及分支線路構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)中的邊，對(duì)其中包含的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系建立空間數(shù)據(jù)模型可反映出電網(wǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)在地理分布及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞矫娴奶卣鱗4]。

3.2 電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型

通過(guò)對(duì)電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的整理，對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)極其特征提取和對(duì)包含在其中的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的分析，利用統(tǒng)一建模工具UML可以對(duì)其進(jìn)行建模。由于空間建模和其他建模方式相比具有空間和屬性兩個(gè)方面的特征，自用美國(guó)地理信息系統(tǒng)ArcGIS平臺(tái)提供的Viso建模模版untranse下就可以對(duì)電網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)模型進(jìn)行描述【4】。

電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型包括三類基本數(shù)據(jù)類型既點(diǎn)、線、面三要素，這三類要素繼承了抽象數(shù)據(jù)類型Feature表示抽象的空間要素類型，分別表示地理數(shù)據(jù)中的電桿測(cè)點(diǎn)、電桿檔距和變電站。由基本數(shù)據(jù)類型構(gòu)建成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)類型NetWorkFeature，并把其中的點(diǎn)要素（電桿測(cè)點(diǎn)）網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，線要素（電桿檔距）作為連接要素JunctionFeature構(gòu)成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中有連接connectivity問(wèn)題，分別把連續(xù)的測(cè)點(diǎn)看作起點(diǎn)和終點(diǎn)，生成的檔距作為網(wǎng)絡(luò)要素中的邊，構(gòu)成一個(gè)空間網(wǎng)絡(luò)模型。由連續(xù)電桿檔距構(gòu)成的分支線路是多對(duì)一的關(guān)系，多個(gè)分支線路通過(guò)搭火點(diǎn)連接入主干線路中。同時(shí)，在點(diǎn)要素中又具體包括了具體的變壓器、真空開(kāi)關(guān)等電網(wǎng)附屬設(shè)施數(shù)據(jù)。還可以空間數(shù)據(jù)模型中引入通信線路、橋梁信息、基本地物設(shè)施等空間信息，并可以進(jìn)一步構(gòu)建電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系。

四、電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)可視化

4.1 空間數(shù)據(jù)模型的實(shí)現(xiàn)

空間數(shù)據(jù)模型的實(shí)現(xiàn)依賴于具體的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，這里選用美國(guó)ESRI公司提供的地理信息系統(tǒng)平臺(tái)ArcGIS作為模型實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)，在ArcGIS平臺(tái)下面建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)PersonalGeodatabase。ArcGIS為空間數(shù)據(jù)庫(kù)建模提供了一系列建模及CASE工具，利用ESRI提供的XMI Export工具把空間數(shù)據(jù)導(dǎo)出成為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換模式XMI，然后利用Arcgis Catalog中的schema wizard 將模型導(dǎo)入到Geodatabase中【3】，空間數(shù)據(jù)模型就實(shí)現(xiàn)了。由于電網(wǎng)空間模型是構(gòu)建在一定的地物要素上面，可以通過(guò)和其他表示測(cè)點(diǎn)相對(duì)位置的地物要素進(jìn)行疊加，如地形圖等；進(jìn)一步實(shí)電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型的可視化。

4.2 空間數(shù)據(jù)模型可視化

空間數(shù)據(jù)模型可視化過(guò)程，是利用電網(wǎng)建模模型，及GIS軟件對(duì)空間模型做可視化的表現(xiàn)，可選用美國(guó)ESRI公司的ArcMap地理信息系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)空間數(shù)據(jù)模型進(jìn)行實(shí)現(xiàn)及可視化表現(xiàn)。把處理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到相應(yīng)的personal geodatabase中，根據(jù)空間數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)的數(shù)量，對(duì)不同的空間數(shù)據(jù)類型符號(hào)設(shè)置；在電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型中，電桿測(cè)點(diǎn)是數(shù)量最大的，變量用小的符號(hào)表示，而變壓器則相對(duì)數(shù)量少可以用相對(duì)大的符號(hào)進(jìn)行表示。主干線路和分支線路用不同粗細(xì)的線性進(jìn)行表示，和底圖進(jìn)行疊加、配準(zhǔn)后可以進(jìn)行可視化展示。

五、實(shí)驗(yàn)

建模實(shí)驗(yàn)是對(duì)云南省元謀縣內(nèi)的電網(wǎng)線路進(jìn)行了勘察，總計(jì)對(duì)2萬(wàn)個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了勘察，利用上面提出的數(shù)據(jù)處理及建模方式可以極大提高檔距的生產(chǎn)效率，2萬(wàn)個(gè)相鄰點(diǎn)連線在ArcGISObject定制程序處理下自動(dòng)連線時(shí)間為2.06秒，數(shù)據(jù)導(dǎo)入到空間數(shù)據(jù)模型后得到效果如下圖所示效果：

在圖中對(duì)電網(wǎng)空間模型進(jìn)行了可視化展示，通過(guò)分層形式來(lái)表現(xiàn)不同的地理數(shù)據(jù)要素，如桿測(cè)點(diǎn)，桿距，變壓器，變電站等，并利用1:1000的柵格地形圖作為背景配準(zhǔn)。通過(guò)可視化表現(xiàn)電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)模型可以方便的管理電網(wǎng)及其附屬設(shè)施。

六、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)電網(wǎng)空間建模的方式進(jìn)行了研究，從電網(wǎng)數(shù)據(jù)勘測(cè)、數(shù)據(jù)的處理、地理要素的生成、空間數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建的整個(gè)過(guò)程做了描述，通過(guò)對(duì)電網(wǎng)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，可以極大程度的提高電網(wǎng)勘測(cè)空間數(shù)據(jù)的利用率，最大程度的實(shí)現(xiàn)測(cè)繪數(shù)據(jù)及電網(wǎng)設(shè)備信息的共享程度，為電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的智能化分析決策提供有效的數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

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