地理信息系统在电力营销业扩中的开发与应用

杜欣慧 邓亚伟 黄秀彬 陈 江

（1.太原理工大学电气工程学院，太原 030024；2.太原供电分公司，太原 00012）

1 引言

我国经济的高速增长，导致各地供电企业客户及用电负荷也迅速增加，这使得电力营销业扩系统的重要性更加突出。而如何更好的解决由于电力企业运行管理中客户需求增加，电网数据繁琐，线路日益复杂化，电力系统更新变动迅速等产生诸多一系列在传统办公环境下难以解决的问题，如业务扩展，线路巡检，资料管理，供电范范围控制，系统数据准确更新等，成为供电企业营销业扩管理中的首要问题。为了满足供电企业及用户对电网的需求，提高电力营销与服务管理系统的现代信息化进程，提高企业效率，节约资源及运营成本，引入地理信息系统的信息化管理已是大势所趋。为此，本文从电力营销业扩实际出发，深入探讨了基于 Map Info平台的GIS软件的设计，开发和实现过程。

地理信息系统（Geographic Infomation System,GIS）[3-5]作为支持空间定位信息、数字化获取 、管理和应用的技术体系，在电力系统中的应用主要体现在发电、输变电、配电和电力营销等各重要环节，从实际情况看，电网的各种信息与空间地理环境有着密切联系，而利用GIS技术管理和处理这些信息很有必要。选择GIS系统Map Info开发平台，主要是由于Map Info[2]只存储空间对象的集合信息[2]，这使得Map Info在查询和维护等功能上较其它软件更优点。而基于当地电力企业现状，快速查询功能需求决定了采用Map Info软件进行此系统的开发。

2 电力营销业扩GIS系统功能分析

电力业扩营销GIS系统主要由图1的功能模块组成。

图1 电力营销业扩基本功能

而根据电力营销业扩实际工作需求，各个设备图层的分层管理、模糊及精确查询系统、GIS系统结合CAD系统等的特殊功能的设计开发也是必须的。

3 GIS系统结合SCADA系统的高级功能分析

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统4和GIS系统的一体化实现，可以实现数据的共享，使两个应用在一个户型转换的数据之间自由的提取本身感兴趣的信息，并可使得用户只需要维护一次数据，就可使数据充分共享，既保证了数据的一致性，又极大的降低了用户工作量和不必要的重复数据录入。至于一体化方式[6]和两系统之间的接口方式的选择，由于GIS系统与SCADA系统有一个同一的数据库和人机界面，实现途径有两种，一种是在GIS平台上开发SCADA系统，这需要SCADA开发商和GIS提供商共同努力才能解决。另一种是在原来SCADA/DA平台上开发应用GIS，优点是具有统一的显示和作图系统，不存在SCADA/DA平台与GIS平台的实时数据交换问题。所以一般都选择第二种途径实现实际需求。

通过计算机网络技术实现Map Info和SCADA/DA之间的数据交换时，两者仍是相互独立的系统，只是通过数据的访问、共享技术，让系统之间进行数据的交互。而数据交换的实现，需要选择合适的接口技术，按照接口功能实现技术原理的不同，GIS和 SCADA接口的技术主要存在以下几种方式：内存表接口、交互文件接口、数据库接口等。

（1）内存表接口技术：这种技术一般主要在GIS 系统读取有关实时数据采用，要求 GIS和SCADA一起开发，难度大，一般很少采用。

（2）交换文件技术接口：当 SCADA系统和GIS实际运行中属于不同的安全级别，要求物理隔离，则多采用此方法。一般采用网桥机分别安装一块与SCADA实时网连接的网卡和与GIS系统连接的网卡，实时网按照一定规约给GIS网传送实时及历史数据。当然，在此网络结构中，需要网关机上安装接口转发程序，实现交换数据文件格式的转化。常见的交换文件格式有自定义ASCII码格式，DXF格式和 SVG格式。其中 ASCII码格式较为简单，DXF格式在多种应用系统广泛支持，SVG格式功能强，图像质量好，代表发展方向，但技术要求高。

（3）数据库接口技术：数据库接口技术是目前最常用的方式，尤其是在中小型供配电网中。此方式中，GIS 系统和SCADA 系统的数据交互主要是通过对数据库中数据的开放、共享来实现的，一般由 GIS 和 SCADA 方各提供标准的数据访问 API函数，在各自应用中调用对方提供的 API，从而达到数据交互的目的。

更具当地供电企业配电管理系统的实际结构分析，我们采用了数据库接口技术。这不仅能满足电力营销及业扩系统的基本数据需求，还节约了成本。

4 数据库的设计分析

Map Info 是采用双数据库存储模式，让其空间数据与属性数据分开来存储。空间数据以 Map Info的自定义格式保存于若干文件中，属性数据存储在关系数据库的若干属性表中。两者之间通过索引机制联系如图2。

可见，属性数据文件记录排列顺序与交叉索引文件指针排列顺序一致对应。而当需要按照某些字段索引，进行快速查询时， Map Info系统就会在指定索引字段后自动产生一个索引文件（.IND文件），且此索引文件只对属性信息进行索引排序，为DAT文件和ID文件之间想建立快速的对应查找。

图2 GIS数据索引机制

（1）空间数据库[1,3]的开发

M apinfo采用层结构对空间数据提高查询速度和处理效果。为了合理分层，首先必须要进行合理的分类，设定主题和亚层主题，其次，对每一层的点、线、面等空间符合定义，制定出合理的分层，分类体系。根据国家和电力行业公布标准和本系统的现实情况，我们将通信网络资源数据划分成修饰图层，区域地理构造涂层、街区建筑物层、线路路由层、线路设备涂层等几个大主题图层、和十八个亚图层。具体空间分层如图3所示。

图3 系统空间数据分层

（2）关系数据库的开发[3]

又称非空间数据，开发的属性数据库主要包括：设备库和附属表组成。设备库设备库主要包括变电站，杆塔，隔离开关，架空导线，开闭所，设备点杆塔，接头，变压器等数据类型。而附属表有厂家信息等。这些属性数据存储在关系数据库中，它们为结合图形进行档案资料的查询提供具体信息。

在系统中的具体体现如图4所示。

部分属性表如表1所示。

5 系统实际应用

开发的系统在电力营销及服务管理工作中的实际应用。

5.1 地理信息的地图分层管理

图4 系统中属性数据表

表1 杆塔属性数据表

图形的分层显示，可以分为地图背景分层和电力信息背景分层两大类。其中地图背景分层可包括街道、用户、河流等几个地图信息图层。电力信息图层则可分为变压器图层，输电线路图层，杆塔图层，开闭所图层，变电站图层等。实现查询不同信息时，能够清晰快捷的现实所需内容，以及隐藏不必要信息图层。

5.2 辅助信息功能应用

（1）利用Map Info软件实现各图层能够按照不同比例显示，实现各个图层缩放[1,3]和漫游功能[1-3]。

（2）用户可以利用Map Info软件对图形的空间信息和属性信息能够自由读取、编辑定义的图形编辑功能。

（3）用户能够根据时间变化，根据城市建设和电力管理信息的变化，对各个图层进行维护更新的功能。

实例如图5所示。

图5 系统地图图层功能实现

5.3 电网基础资料信息查询应用

在GIS系统中查询电网所需要的资料信息是最常用的功能。为了保证用户要能够通过信息查询，方便快捷地掌握设备状况、地理位置、供电区域、重要用户信息。我们开发了基本空间查询，反空间查询和模糊查询三种查询功能。

（1）基本空间查询

就是用户可以再地图背景中，查找所取对象，点击后自动信息自动显示。

（2）反空间查询

就是用户按照一定的检索方式定位检索，可以包含变电站查询、开闭所查询、线路查询、用户查询等多种信息的高级查询。

（3）模糊查询

用户通过输入相关内容，查找符合条件电网信息的高级查询，具体实现如图6及部分程序。

图6 系统模糊查询系统

程序：

5.4 电网GIS系统和CAD系统的链接应用

传统的营销业扩管理中，CAD系统设计的线路结构图的应用十分普遍，而实际工作中，工作人员也需要时刻对照各种 CAD线路原理结构图进行相关操作。由于电网信息中大量的使用二维图纸和CAD图形，使得管理相对繁琐，而管理人员在了解各变电站，开闭所等电网信息的同时，经常需要参照设计图纸和原理结构图，我们在GIS系统实现了和CAD的图形的链接。具体实现如图7及部分实现程序。

图7 系统CAD图连接及相应CAD结构图

本系统是通过数据接口技术实现的 SCADA系统和 GIS系统的连接，从而达到数据交互的目的。现实应用可分为直接数据库访问和间接数据库访问。

（1）直接数据库访问：就是直接对 GIS和SCADA数据库进行访问，开发简单，中间环节少，而数据准确性和实时性都能得到保证。但是，对原系统的安全稳定运行造成影响，并且实际运行中因为两系统的网络是物理隔离的，要实现直接访问，还要借助其他网络技术和设备，增加了成本，较少被采用。

（2）间接数据库访问：就是SCADA系统通过自己的数据发布功能，通过网桥机或其他网络安全技术，将其实时数据和历史数据，发布到一个标准的商业数据库中，如ORACLE 或SQL Server 等供GIS系统使用。对这个数据库进一步扩展，还可以存放GIS 系统通过数据发布功能提供的有关设备信息等内容。实际发现存在问题：①普通商业数据库无法满足实时系统数据的特殊要求，只能做到数据的及时性。并且在历史数据的保存方面，也有一定局限性，一般只保存一个时间段内的历史数据。②普通商业数据库对于图形数据的支持有局限，基本都不能提供图形数据的交互，一般只是实时数据和属性数据的交互，未能深入到图形交互这个层次。极少涉及了图形交互的接口，也是与文件交换来结合完成。

具体数据连接原理如图8所示。

程序：

run program "D:软件CAD2007acad.exe D:学习MAPINFOAUCAD 图南城接线图开闭所老军营开闭所.dwg"

5.5 SCADA系统和GIS系统的连接

图8 数据库连接结构图

具体访问SQL数据库程序如下：

随着数据库技术的不断发展，ORACLE 等厂商已经提供了OracleLocater 和Oracle Spatial 等空间数据库，同时 SVG 等标准矢量图形描述语言的出现，也为GIS系统和SCADA系统的图形交互提供了新的技术。

6 结论

此操作系统在GIS地理背景图上，提供了图文查询，缩放定点等多种功能，结合电网的信息需求，进行了与CAD系统及SCADA系统的连接。可以快速直观的进行分析查询相关数据，线路定点确定，供电范围预测及数据及时更新等应用，极大方便了营销业扩工作。本系统已经应用于某供电企业，解决了实际问题，提高了工作效率，节约了运营成本。而且利用Map Basica的开发，非常有利于系统的二次开发，具有较好的发展前景。

[1] 吴秀琴,张洪岩等.ArcGIS9地理信息系统应用与实践[M].北京:清华大学出版社,2004.

[2] 吴秀琳.Map Info 9.5中文版标准教程[M].北京:清华大学出版社,2001:85-144.

[3] Michael N. DeMers(著).武法东,付宗堂, 王小牛等译.地理信息系统基本原理[M].北京:电子工业出版社.

[4] 倪建立,孟令奎等.电力地理信息系统[M].北京:中国电力出版社,2004.

[5] 吴信才.地理信息系统原理与方法[M].北京:电子工业出版社,2002:20-122.

[6] 配电管理地理信息系统和 SCADA系统的一体化[J].ESRI China(Beijing)Lim ited, 2002233.