1. 概述 　　輸配電網資源信息化管理是各供電公司、電業局等電力企業的一項重要日常性業務。如何能夠利用先進的信息化手段改善輸配電網資源管理效率低下的現狀，并能與其它電力生產調度系統（如 SCADA 系統）等無縫集成，是當前電力信息化建設中的一項重要課題。 　　輸配電網地理信息系統主要是利用地理信息技術來對輸變電主干網及子干網的輸配電網設備設施空間分布數據、生產運行數據、電網運行狀態等信息進行集中化管理，對電網的網絡關系進行分析，并能集成已有的信息管理系統，形成以地理信息為支撐的綜合電網管理信息系統。以將輸配電網地理信息系統作為基礎平臺，還可集成訪問其他已有電力業務系統的數據，并能通過各種數據接口方便后續集成，確保信息的完整性、準確性和及時性。 　　該系統可廣泛應用于各地電力公司、電業局單位生產技術部門及下屬供電單位的生產技術部、客戶服務中心、線路設備檢修部、運行工區、調度中心及計算機信息中心。 　　本方案以北京超圖的 SuperMap GIS 為平臺，以地理信息系統技術為支撐，通過建立電網空間基礎信息庫，緊密結合輸配電網管理的業務流程，實現了輸配電網圖形化管理和電網自動化管理。該方案可作為建立對輸配電網進行計算機管理和輔助決策的企業級應用軟件系統的參考。 2. 應用需求分析 2.1. 引入 GIS 的必要性 　　整個供電生產活動圍繞著向用戶安全“送電”和向用戶收取“電費”及相關費用展開。而生產活動中的“產品”──“電能”是一種不可分割的具有連續、動態特性的“物質流”，因而供電生產管理工作必須面對這樣的問題： 1. 部門設置“分散運作” 　　由于電網分布于廣闊的城鄉地域上，且電網結構十分復雜，具體的生產活動不得不按區域、分專業來組織實施，所以必須設立彼此之間相對獨立“分散運作”的多個級別的生產部門和機構（例如：“運行維護”專業的規劃設計、運行調度、設備運行維護等部門和 " 營業服務 " 專業的業擴報裝、用戶報修、用電計費等部門），各部門按自己的工作需要占有相關生產信息和數據； 2. 生產活動“集中統籌” 　　供電生產及營業工作的性質決定了必須對各個部門的各項工作進行“集中統籌”安排，所有部門的業務必須環環相扣，部門間傳遞的各種生產信息不允許出現任何差錯，不然輕則引發運行事故造成經濟損失，重則導致人員傷亡。 　　供電生產企業業務部門的“分散運作”與“電能”物理特性要求的“集中統籌”形成了一對矛盾統一體，實際上這對矛盾是供電生產管理活動中的“基本技術矛盾”。 　　目前納入計算機管理系統的基本生產數據主要是設備屬性類信息，電網生產管理運行類信息。而涉及到設備設施的空間地理分布類信息、電網拓撲結構類信息的管理和空間查詢分析還沒有相應的系統來支撐。 　　在傳統模式下，設備設施的空間地理分布類信息的載體是圖紙、模擬板、報表、語言（如調度命令等），許多沒有形成信息數據的電子化，信息共享和傳遞方式則是物理載體的交換。在這種機制下，信息更新滯后于生產數據的變化，因而容易造成整個供電生產活動的各專業環節中生產信息“不全面、不一致、不及時”的現象。從技術層面看，這是目前阻礙供電企業生產管理水平提高的一個重要問題。 2.2.GIS 應用模式 　　通對對輸配電網管理業務的分析， GIS 應用主要包括以下內容： 消缺工作管理 【問題】電力線路巡檢發現異常或缺陷，不能很好的定位，安排處理。 【影響】電力線路巡檢發現異常或缺陷，不能高效的進行定位。 【問題的后果】消缺工作管理不及時，影響供電服務質量，供電可靠性指標不能有效的保證。 【成功的解決方案】 GIS 系統通過對電網空間數據進行缺陷定位。 線路巡檢工作的管理 【問題】制定線路巡檢計劃周期長，不方便制定特巡計劃和臨時性的巡線方案；對巡檢執行情況不能很好的進行監督和管理。 【影響】容易出現沒有巡檢的線路，巡檢執行工作中，出現漏檢情況。 【問題的后果】線路異常和缺陷不能很好的發現，容易引發電網事故，給企業帶來設備損失和負面影響。 【成功的解決方案】 GIS 系統通過對電網空間數據進行巡檢計劃制定，巡檢路線疊加分析。 對停供電范圍無法進行合理的預測 【問題】在供電企業生產管理中，有時需要有計劃的進行停電安排，但人工分析操作后的停電范圍，難免出現遺漏和錯誤的情況；計劃供電時，人工分析操作后的供電范圍，也會出現這樣類似的情況。 【影響】生產經營的計劃停供電工作不能得到很好的執行。 【問題的后果】容易出現停供電操作帶來的事故后果和經濟損失。 【成功的解決方案】 GIS 系統通過對電網拓撲網絡圖進行模擬分析，分析出待操作的開關狀態改變后、電網運行狀態改變后的結果，同時分析出影響的線路與用電用戶，通過運行狀態著以不同的顏色表示帶電、停電狀態。如果出現電磁環網，系統將給出提示。 輸電網資料的人工管理 【問題】輸電管理中工程資料圖紙，輸電網空間地理圖，還有其他相關圖形、檔案資料，目前是紙質管理方式。 【影響】數據提取周期長，不能很好的進行數據查看，指導工作。 【問題的后果】數據共享無法實現信息數據電子化管理的便利性。 【成功的解決方案】利用 GPS 數據測量設備，根據大地測量方法，采集得到電網空間地理圖數據，按照系統所構建的電網模型，和電網拓撲關系規則，生成電網圖，成為 GIS 系統分析和管理操作的數據基礎；同時根據數據兼容性，對工程資料圖紙和其他相關圖形資料，系統提供統一的工具進行編輯、查閱和管理；其他數據資料，系統提供工程文檔的管理工具。 電力搶修工作的執行方式發生改變 【問題】檢修管理部門，根據事故或者缺陷地點，根據可分配人員車輛情況，安排認為合適的車輛和人員前往工作；檢修管理部門，根據事故或者缺陷地點，進行檢修和搶修的車輛和人員的工作安排，工作人員人工選擇去往工作路線；檢修管理部門負責人，不能保證清楚的了解外派工作人員和車輛的位置情況。 【影響】檢修管理部門負責人，不能保證清楚的了解外派工作人員和車輛的位置情況，不便于進行新任務的工作安排；車輛搶修路線不能很好的得到保障，依賴于車輛駕駛人員的路線熟悉情況。 【問題的后果】新的工作，或者需要優先考慮解決的工作任務，不能很好的保證及時有人員和車輛資源進行及時的安排解決；可能造成部分人員工作負荷繁重，部分人員工作負荷清閑甚至沒有根據需要進行及時工作安排。 【成功的解決方案】檢修管理部門，根據事故或者缺陷地點，根據可分配人員車輛情況，遠程安排就近的車輛和人員前往工作；系統根據道路網絡拓撲關系，分析出最短搶修路徑，為事故搶修爭取最短時間，尤其是針對城市交通復雜的道路網。檢修管理部門，根據事故或者缺陷地點，進行檢修和搶修的車輛和人員的工作安排，工作人員根據提供的最短路徑，決定去往的工作路線。 輸配電網運行自動化的數據同步問題 【問題】電網調度自動監測與控制系統（ SCADA 系統）的數據，目前只能在該系統的使用部門內進行數據查看，實時數據服務對象單一；電網實時運行狀況，以圖形的方式，僅提供在 SCADA 系統的變電站一次主接線圖上動態顯示；而配電網的運行狀態目前沒有相應的圖形來進行展示，有些供電單位專門采用模擬電路板的方式，人工調整配電網的運行狀態，以方便配電管理工作人員的工作。 【影響】 SCADA 系統的實時數據不能很好的被更多的部門和人員所共享查詢；服務對象局限在變電站內和電力調度部門；配電網運行的實時數據和運行狀態參數，沒有準確的和快速的數據采集支持。 【問題的后果】電網運行狀態不能被需要的部門和人員及時知道，影響工作安排和計劃停供電的工作。 【成功的解決方案】輸配電網中各變電站線路出口、電網中開關的實時遙測數據在線顯示；輸配電網中各變電站線路出口、電網中開關的實時遙測數據在線顯示；配網變電站出口線路實時遙信數據更新，實現自動更新電網拓撲，即實現配電電網空間數據運行狀態的實時自動更新同步。 2.3.GIS 的主要用戶分析 　　根據以上的分析，可以歸納出系統的主要用戶為： ★供電急修人員：通過 GIS 系統提供的電網空間地圖，結合缺陷管理，快速準確定位缺陷位置，進行消缺工作和安排；保持線路、配電設備的正常運行，及時排除線路異常、缺陷和事故。 ★業擴報裝人員：通過 GIS 系統提供的電網空間地圖，結合新用電用戶報告位置，和線路架設等工作安排，快速準確定位施工位置，進行業擴報裝工作和安排；直觀的通過系統，查詢到工作安排的施工安排，及時進行業擴報裝的工作安排和執行。 ★電力客服工作人員：根據 GIS 系統提供的與用電用戶的集成接口，查詢用電用戶用電信息，解答用戶詢問；提供方便快捷的服務，提高服務質量和響應能力。 ★用電營銷人員：通過 GIS 系統的電網分析工具和與用電用戶的集成接口，可以以各線路、變電站來分析供電范圍和負荷能力，統計電力負荷中用電用戶的詳細信息； 可以很形象的查詢用電負荷分布情況；可以人工模擬動態分析出線路、變電站的電力負荷數據；同時查詢用電用戶的如電能、電量、電費、電價的詳細信息。 ★輸電工區人員：通過 GIS 系統，提供的輸電空間地理圖，實現人機交互操作，直觀的查詢和統計線路和設備數據；系統提供多種信息查詢和統計的方式，結合 GIS 應用技術，實現空間查詢和分類檢索的多種方式獲取數據信息。 ★調度中心：通過 GIS 系統提供的電網模擬操作分析，進行真實操作的提前模擬試驗，減少工作失誤；同時根據系統提供的輸配電網運行狀態同步功能，可以查看調度控制后的配電網運行情況，作為 SCADA 系統的完美補充。通過 GIS 系統的電網分析功能，使電網調度操作有了一個好幫手，提前過濾錯誤操作所帶來的事故和損失；輔助電力調度人員工作的工具；繼續延伸了 SCADA 系統的配電網數據部分。 ★信息中心：通過系統提供的系統管理工具，對系統用戶，操作權限，數據訪問權限，操作日志等進行有效的控制和管理；對系統的安裝和實施提供支持。統一的系統管理方式；合理的分配系統操作資源；監督系統的正常運行；執行數據安全和數據備份工作。 ★生產技術部門：通過 GIS 系統提供的多種功能模塊，對電網運行狀況進行監督；對電網運行的可靠性進行驗證和監督；對電力生產工作的安排和執行上進行監督；通過系統分析，提出電網運行提出改造和新線路架設等工程的實施方案；使系統起到輔助決策的作用；通過對各種電網數據信息的全面掌握和了解，可以提高這些信息的利用率，提高工作能力和工作效率；使生產技術部為企業起到技術創新和提高工作質量的正確道路上來。 ★變電運維部門：通過 GIS 系統，提供的變電設備主接線圖，實現人機交互操作，直觀的查詢和統計變電設備運行數據；系統提供多種信息查詢和統計的方式，結合 GIS 應用技術，實現空間查詢和分類檢索的多種方式獲取數據信息。 ★企業員工：通過提供的 Web GIS 服務系統，在用戶登錄驗證后，即可查詢到供電企業的電網運行圖，進行有關設備和線路的運行數據檢索；以網絡瀏覽器的 WEB 方式，直接進行電網圖的空間查詢，以及更多信息的查詢。 3. 解決方案綜述 3.1. 系統數據分析 　　為了更清晰地描述系統數據，我們可以用“設備空間”來描述“設備屬性類信息”；用“地理空間”描述“設施地理分布類信息”；用“拓撲空間”來描述“電網拓撲結構類信息”；用“電物理空間”來描述“電網運行類信息”。以上各空間統稱為“電網生產信息表述空間”，具體內容簡要描述如下： 1. 設備空間：為電網設備、設施臺帳等信息管理構造的數字模型及其信息處理功能函數的集合；實現該空間的典型技術構成是關系型數據庫技術，如生產運行管理信息系統（MIS 系統）所管理的數據。 2. 地理空間：為電網設備、設施的地理分布信息（分布圖、走向圖等）管理構造的數字模型及其信息處理功能函數的集合；實現該空間的典型技術是地理信息系統（GIS）技術。構建的信息系統如“電網地理信息系統”。 3. 拓撲空間：為電網邏輯結構信息（電系圖、接線圖等）管理構造的數字模型及其信息處理功能函數的集合；實現該空間的典型技術構成是計算機圖形實時處理技術。應用系統范例：“電系圖（接線圖）管理系統”、“電網地理信息系統”。 4. 電物理空間：為電網的電物理特性信息分析、模擬而構造的數字模型及其信息處理功能函數的集合；實現該空間的典型技術構成是電力計算分析技術、實時信息處理技術。應用系統范例：“ SCADA 信息后處理系統”、“電網潮流計算及網絡狀態估計系統”等。 　　事實上四個空間是對電網生產運行特性從不同角度的抽象概括，實際應用中它們同時發生作用，因此還應有空間的疊加、耦合、映射關系存在。目前納入計算機管理系統的基本生產數據主要是設備屬性類信息，電網生產管理運行類信息。而涉及到設備設施的空間地理分布類信息、電網拓撲結構類信息的管理和空間查詢分析還沒有相應的系統來支撐。該系統在這方面將提供一個全面管理的可行方案。 3.2. 總體技術路線 　　系統采用了 Client/Server 結構 , 后臺基于 Oracle 大型數據庫，總體技術路線如下： 　　組件化開發技術——系統采用了組件式 GIS 平臺——SuperMap Objects ，并全面采用基于組件對象體系結構，對系統進行功能組件的封裝，易于與其他系統集成。 　　空間數據庫處理技術，支持多用戶處理和海量數據存儲等機制。 　　無線通信技術和 GPS 技術——GSM 、GPS 技術與地理信息系統的無縫結合，實現在電子地圖上的被跟蹤車輛實時定位，同時能夠查詢車輛位置歷史數據，并可以繪制出歷史行程線路軌跡。 　　動態專題圖技術——SCADA 實時遙測數據的在線顯示， SCADA 實時遙信數據的動態自動更新電網拓撲，并完成動態著色，以反映最新電網拓撲運行情況。 　　拓撲分析技術——電網拓撲示意圖的電網編輯、電網分析采用自己從底層開發的網絡分析算法直接計算，加快分析速度。 　　基于 XML 異構系統集成技術——實現與其他系統的數據訪問接口，體現為一個雙向的查詢過程，即從地圖窗口主視圖聯接到設備管理、用電管理數據查詢接口，其次就是從設備管理、用電管理數據接口查詢出設備等數據在地圖窗口主視圖上顯示。在每個查詢操作界面內，系統均提供查找功能，允許用戶表內查找，同時提供報表輸出或打印。 　　自動化成圖技術——將 GPS 設備采集到的相關設備的地理位置信息通過適當的編輯和導入處理，能夠自動生成相應的電力網絡拓撲結構圖。 　　空間查詢與分析技術——系統支持多種查詢方式，用戶可以對空間數據自定義查詢條件和統計條件查詢，可單條件、組合條件查詢及模糊查詢，同時提供多種空間查詢的方法，如緩沖、相交、相鄰、包含等空間查詢方式，供用戶靈活使用組合，從而達到自己的查詢目的，并在系統主窗口上明顯顯示出來。 3.3. 系統功能框架 　　系統主要完成設計的功能總體范圍，如“系統功能框架圖”所示。 　　 4. 主要功能 GIS 系統主界面框架 　　提供一個統一的界面對基礎地形圖、輸電網地理圖、配電網地理圖、電網聯絡圖、線路單線圖、變電站一次接線圖、設備資料圖紙等不同數據源對象進行管理，根據不同用戶分配不同的圖形數據及對應的操作權限界面，該框架是集成所有業務組件的宿主程序；提供 GIS 的基本操作、各種空間查詢功能、圖層管理、各種專題圖制作、布局輸出打印等功能。 配電網運行模擬分析 　　可以進行停 / 供電分析，電源點追蹤，線路故障分析，變電站供電半徑分析這樣的專業 GIS 分析應用；在停 / 供電分析時，若出現電磁環網，則引發電磁環網警告，提示操作；停供電分析，可以查詢分析出受到影響的用電用戶； 系統擴展接口 　　系統實現一個雙向的查詢方式，即從圖形數據中通過接口組件，關聯實現用電用戶數據和輸電、用電設備管理數據的查詢和統計，還有就是從設備管理、用電管理接口中查詢的設備在電網地圖上定位顯示； 　　雖然在電力自動化這個大的領域內， SCADA 系統的技術已經相當的完善，但將 SCADA 系統的實時數據單獨取出，作為其他系統的數據源，從而進行其他系統的可以根據需要進行處理及顯示的數據源，這的確提供了一種很好的方式。 SCADA 實時遙信數據的動態自動更新電網拓撲，并完成動態著色，以反映最新電網拓撲運行情況，同時 SCADA 系統實時遙測數據在電網圖形上動態顯示。 車載 GPS 跟蹤定位 　　在實際應用中，電力部門如供電急修部需要對工程搶修車輛當前工作情況進行即時查詢，進行工程車輛調度，同時也可以對某段時間內的指定工程搶修車輛進行歷史軌跡查詢，開發這個功能，滿足了這個需求。在實際應用中，電力部門如供電急修部根據線路故障或者施工地點等情況，提前對預先路徑進行優化選擇，得到最佳路線，指導派出的工程搶修車輛將行駛的路線。 圖形數據編輯 　　地圖編輯時提供多種方法，如端點、線段等方法進行捕捉點，線，面圖元要素，便于編輯圖元要素選定某要素；另外系統提供許多的方便的專業編輯工具，如線路打斷，增加、刪除節點，節點移位，屬性數據的特殊批量編輯等，方便電網數據的更新維護工作。 　　變電站所一次主接線、電網示意圖的編輯，包括各種電氣元件的增加、刪除、元器件聯結關系的改變及元件定位的合法性判斷等，支持動態的檢測電網模型圖的拓撲關系；電氣元器件符號采用行業標準符號。 　　系統支持用戶根據各類設備的工程圖紙資料進行分類，關聯資料之間采用查詢樹的層次方式，逐層查詢，方便檢索圖紙數據。 　　系統支持模具的建立，因為在大量圖紙數據進行管理時，有很多工程圖紙資料基本上有很多的共性，這樣系統引入圖紙模具這個功能概念，對相同的基本圖件，用戶僅編輯一次形成模具，以后的圖紙編輯可以直接使用模具數據同步的繪圖工具來進行操作就可以了，引入模具，省時省力，快捷方便；同時模具的制作過程中，可以自由組合大量的基本圖元，定義圖形風格，形成可供使用的大量模具圖形； 系統管理 　　在系統管理組件中，根據用戶組織機構和人員工作情況，統一維護和分配用戶權限，對系統操作界面上的控制，在各個業務組件的窗體主體中，根據這里設置的權限，進行操作權限的控制； 電網數據查詢與發布的 WebGIS 網站 　　B/S 模式，即計算機軟件系統應用的客戶瀏覽器端 / 服務器模式，這種模式隨著網絡技術的成熟，網絡傳輸速度和質量的提高，得到了很大的應用推廣。同樣在地理信息系統中，對專業空間地理數據的發布，實現空間數據共享，提供了很好的應用。同時用戶通過客戶瀏覽器可以進行空間查詢、分析等操作，實現空間數據互操作。 5. 軟件配置 　　系統基礎軟件平臺由操作系統、數據庫平臺、地理信息系統平臺、系統開發平臺等組成，推薦使用的軟件平臺如下： （1）.服務器端操作系統：Windows Server2003/Linux/Unix （2）.客戶端操作系統：Windows XP （3）.數據庫平臺：Oracle （4）.地理信息平臺：SuperMap Objects——用于高級應用端開發 　　　　　　　　　SuperMap IS.Net——用于 WebGIS開發 　　　　　　　　　SuperMap Deskpro——用于數據處理 （5）.開發平臺：Visual Studio.Net 2005 6. 成功案例 　　本方案已在奎屯電業局輸配電網 GIS 系統和吐魯番電業局輸配電網 GIS 系統中得到了成功應用。 　　2005 年 10 月 25 日 ，經過三個月的試運行，吐魯番電業局輸配電網 GIS 系統通過驗收正式投入使用。吐魯番電業局從 2004 年 2 月開始先后進行了輸配電網 GIS 系統開發、數據采集，投資近 80 萬元。 2005 年 3 月數據整合基本完成，開始基礎數據的錄入， 2005 年 8 月投入試運行。系統以 1：10000 和 1：50000 的數字地形圖作為宏觀背景圖，其中吐魯番市城市采用 1：1000 數字地形圖作為微觀背景圖。 　　通過 GIS 技術的應用，電網管理部門實現了對地區電網及時、有效、準確的運行管理，提高電力供電企業的供電可靠性服務質量，有力保障了地區電力用戶用電的消費利益，促進了地區基礎經濟的持續發展。