基于GIS的城市地下电缆信息系统模型研究

杨玲秋

(浙江省经济信息中心,浙江杭州310006)

0 引 言

在城市现代化发展过程中,由于历史等原因,电力系统中很多生产管理部门地下电缆图纸和轨迹等资料已经丢失或不完整,在管理方法上也还停留在凭记忆和部分纸质图纸进行分区域管理。在现有的地下电缆信息系统中,仅仅提出建立管线系统随时查询各种地下管线有关信息[1],采用AutoCAD和SQL Server/Access数据库完成采集数据记录[2,3],只用AutoCAD来完成地下管线数据记录,只提供一些数据查询功能,无法对地下电缆数据全面掌握。现在许多大城市地下电缆长度已达上千公里,电缆管理和维护工作量繁重,难度大[4]。因此迫切需要强大的信息系统模型,完成地下电缆数据管理。地理信息系统(Geography Information System,GIS)以计算机为手段,对具有地理特征的空间数据进行处理,以空间信息为主线,将其它各种属性及其相关空间位置信息结合起来,进行地理信息分析与应用操作[5]。GIS的诞生改变传统的数值处理信息方式,使信息处理由数值领域步入空间领域[6]。本文从地下电缆的实际管理需求出发,研究基于GIS的城市地下电缆信息系统模型。通过该模型,实现对地下电缆完整全方位的管理,电力管理部门全面掌握地下电缆相关的信息。

1 GIS地下电缆信息系统模型描述

地下电缆相关的基础设施包含管沟、电缆井、防火墙、边孔、拐点等;设备包含电缆(轨迹)、变电站、环网柜、开闭所、用户变、分支箱、电缆接头、盘余量等。本文主要对电缆井、电缆轨迹、电缆设备和设备树的数据模型如何建立进行介绍,在此基础上形成全局需求视图。

1.1 电缆井模型

电缆井是电力施工和电缆维护的重要资源,因此对电缆井的数据采集要尽量完整,包括电缆的长度、宽度、深度,电缆井盖的类型,如圆形、方型盖板。圆形井盖的直径、厚度、材质;方型盖板的长度、宽度、厚度、材质。对于沟道,需要采集电缆沟道在电缆井各个立面所处的位置、深度、沟道的剖面尺寸(宽度和深度),沟道顶部与地面的距离,沟道尺寸变换的位置。对于排管,需要采集排管在电缆井各个立面所处的位置、深度,排管的排列方式,数量,排管孔径的大小、材质,排管顶部与地面的距离。如图1所示电缆井的数据结构模型。

1.2 电缆轨迹模型

将每一条电缆的轨迹在现场进行准确定位,将电缆轨迹以测量规范,将数据绘制在地图上。在绘制过程中,每一个变电站单独定义一张图纸,站内的每一条独立做一个图层,在该图层内标明该电缆型号、长度、投运日期和施工单位。如果沟道内有多条电缆,采用电缆唯一性识别技术,将电缆沟道内每一条电缆进行准确识别。将各条电缆分布情况在电缆沟剖面图上完整地绘制出来。为以后施工提供依据,对电缆井的每一个剖面拍摄多张照片。

1.3 电缆设备模型

对电缆设备数据模型,包括变电站、开闭所、环网柜、分支箱、用户变、电杆等的定位,对设备的尺寸规格也进行采集。采集设备主要参数,包括线路图,开关规格、型号,生产厂家,投运日期等。将设备的现场照片拍摄下来(整体照片、铭牌照片和内部开关分布照片),为以后的故障查找、抢修提供直接的依据。

1.4 设备树模型

在基于GIS的地下电缆信息系统模型的数据结构中,最重要的一点是将各中设施单元和设备单元组织起来,形成一个整体,这也是业务对系统模型的要求。本文对在各种设施单元和设备单元进行数据建模的基础上,将各单元的拓扑关系的定义和管理,对所有单元进行树状管理。若图2所示设备树节点数据结构。

图1 电缆井数据结构

图2 设备树节点数据结构

1.5 全局需求视图

由于电缆井设备在本系统模型中至关重要,因此全局核心需求视图以电缆井为核心,通过单线图和其他设备串联起来,在设备树、GIS和AutoCAD等模块上分别展示,如图3所示,通过电缆井ID作为电缆井数据访问唯一标记,分别在地图、单线图和设备树上进行显示,点开电缆井的属性,包含剖面图显示、其他属性、线路属性和照片属性显示等。将相关基础数据模型建立后,可以对地下电缆信息管理系统模型进行设计。

2 GIS地下电缆信息系统模型设计

基于GIS地下电缆信息系统模型包含4层,从上至下依次数据表现层,业务逻辑层,数据访问层和数据管理层,如图4所示,第四层数据管理层,包含基础数据库,其中测量数据是指管沟、电缆和设备的数据,业务数据是指设施和设备之间关联关系,属性数据是指设备的管理属性;第三层数据访问层;第二层业务逻辑层,通过数据访问层访问第四层,包含GIS引擎、AutoCAD引擎和数据服务模块,其中GIS引擎处理GIS数据,AutoCAD引擎处理绘图数据,用数据服务模块来访问其它数据;第一层数据表现层,通过模块调用组件访问第二层,具体表现形式可以是客户端应用形式,也可以是Web应用形式。通过该系统模型,实现的功能有:

(1)设施和设备单元的定位数据在GIS地图上的显示、管理和综合查询;

(2)设施和设备单元的业务逻辑关系在设备树模块上的显示、管理和综合查询;

(3)设施和设备单元的电路逻辑关系在CAD模块上的显示、管理和综合查询;

(4)GIS地图、设备树、CAD模块无缝融合,操作简便直观。

图3 全局核心需求视图

图4 地下电缆信息系统模型结

3 GIS地下电缆信息系统模型应用

基于GIS地下电缆信息系统模型实现对地下电缆信息与地理空间管理以及两者之间关系的管理。在实际使用过程中,有助于电缆进行故障点的快速辅助查找、开挖事故的有效预防。以下为本系统在实际应用中所体现特点:

(1)高效率和高精度,对电缆井及其设备的查找可以从经纬度来衡量,从而提高查找的精度与快速性。而设备树上的查找可以改善操作性使之简便,较大得提高工作人员的管理效率;

(2)直观性,对电缆井及其设备的管理不仅可以从电缆井的剖面界面进行管理查看,同时对于电缆井相关设备可以通过设备照片得到真实的再现查看。

基于GIS的地下电缆信息系统模型的GIS地图管理界面和电缆井剖面图管理界面如图5、6所示,单线图界面和照片管理界面如图7、8所示。

图5 GIS地图管理界面

图6 电缆井剖面图管理界面

图7 单线图界面

图8 照片查看界面

4 结束语

本文介绍地下电缆管理现状,指出要对基于GIS城市地下电缆信息系统建模的方法和相关技术。本文研究基于GIS的地下电缆信息系统的数据模型和全局核心需求视图,并在此基础上进一步研究了地下电缆信息系统模型。该系统模型有助于电力管理部门全面掌握地下电缆信息、电缆进行故障点的快速辅助查找、开挖事故的有效预防,这对提升电力管理部门的地下电缆管理技术具有重要意义。

[1] 楼斌根,宋慧忠,王瑾,等.城市地下管线管理信息系统在电缆管线规划中的应用[J].电网技术,2007,31(1):214-217.

[2] 杨新林,姚鑫.基于AutoCAD的地下管线数据采集与管理的研究[J].陕西煤炭,2008,(1):53-54.

[3] 王淑清,李晓萍,刘红英.中小城市地下管线管理系统的建立与维护[J].内江科技,2008,(1):125-127.

[4] 吴晶.城市地下管线档案管理的现状及对策[J].平顶山工学院学报,2008,17(1):87-89.

[5] 蔡宽余,杨晓慧.城市地下管线管理信息系统的设计[J].上海地质,2005,(2):37-40.

[6] Robert Laurini,Thompson.Fundamentals of spatial in formati-on system[J].academic press,1992,(3)312-364.

[7] 中国工程图学学会制图技术专业委员会.AutoCAD简介[DB/OL].http://zhtjsh.cgn.net.cn/dhlg3.asp?id=55,2002-09-03.

[8] 张昕.新一代数据库系统Oracle Database 10G介绍[DB/OL].http://www.calis.edu.cn/calisnew/images1/neika n/2/3-3.htm,2005-07-05.