基于GoogleEarth的输电线路GIS系统研究

2010-09-12龚坚刚

浙江电力 2010年10期

龚坚刚

（浙江省电力公司，杭州 310007）

在电力企业中，传统的GIS存在很多局限性，如地理数据需要购买且更新慢，因地图保密性限制而只能用于专网，界面欠友好，执行速度偏慢，操作比较复杂，不能广泛实现联网使用等。而GoogleEarth是已熟知并以3D方式查看卫星图像的软件，应用于点多面广的电网，可减少图纸购买与拼接的麻烦，能满足线路绝大部分的GIS应用需求。

1 GoogleEarth的优势

与传统的GIS平台相比，GoogleEarth有以下优势：

（1）提供免费的卫星或航拍地图，与传统GIS所使用的地理数据相比，更贴近现实，更加直观，并能很好地体现高程数据，能比较准确地反映实际地形情况。

（2）在显示遥感图片的同时可以显示矢量数据，包括点、线、面等几何图形。

（3）具有栅格图像叠加功能，允许用户将栅格图像叠加到GoogleEarth上，并且可以调整图片的透明度。此功能可以方便用户深入观察与分析污秽图、用电分布图、雷击密度分布图、缺陷分布图、故障点分布图等。

（4）提供三维地图模型工具，可以自定义三维模型，并在地图上叠加显示，比传统GIS更容易进行三维应用的开发，比如：线路巡视模拟、线路弧垂分析、同杆架设仿真等。

（5）具有良好的性能。GoogleEarth自有的影像图形数据可以通过文件分发部署到客户机上，既解决了离线使用的问题，又能保证图形即时装载。叠加的栅格图形数据预先按照不同比例尺分层分块生成图片，当用户请求数据时，服务器会根据用户请求的范围及比例尺，在预先生成的图片中选择合适的图片拼接成需要的图形返回给用户，该模式可以极大降低服务器和网络带宽的负担，大大提高图形装载效率。浏览器端采用Silverlight作为Web程序载体，与传统Web程序（HTML、ASP.net、JSP、AJAX 等）相比提高了程序运行效率，体现了更丰富的界面效果。

图1 GoogleEarth与其他系统的联系

（6）空间数据库及其他GIS系统能与Google-Earth完美结合。使用现有GIS系统的图形以及业务数据，可以通过各种接口获取系统中的图形数据及业务数据形成KML文档，并在GoogleEarth中按照用户要求（显示方式、显示样式等）最终呈现，给予用户良好的使用体验。如果没有其他GIS系统的图形以及业务数据可用，系统通过空间数据库Oracle存放数据，并提供维护工具用于管理，系统直接从数据库中获取数据形成KML文档，并在GoogleEarth中按照用户要求（显示方式、显示样式等）最终呈现。图1为GoogleEarth与其他系统建立联系的示意图。

图2 基于GoogleEarth的输电设施标准空间模型

2 GoogleEarth在电网中的应用

基于GoogleEarth的输电线路GIS系统主要需研究以下几方面的内容。

2.1 基于输电业务的输电设施标准空间模型研究

定义规范的输电设施图形、资料和连接格式，建立全省统一、面向对象的输电线路设备模型，供标准化接口调用，模型关系如图2所示。

输电设施主要包括：电站、杆塔、避雷线、导线、电缆、耐张段、线路、杆上设施、线上设施等，杆上设施包括基础、接地装置、拉线等，线上设施包括压接管等，防震捶、重锤、连接管、瓷瓶、金具等既属于杆上设施又属于线上设施的，归类于杆上设施，并给予相应的所属线路属性。设备的资料模型遵循SAP数据规范。

线路设备的显示模型采用Oracle空间数据库定义，以实现OpenGIS联盟基本特性，支持标准OGC地理标记语言（GML）以及开放式位置服务接口。同一种设施在不同的专题图（地理图、线路条形图等）中可以有不同的显示状态，具体标准应遵循浙江省电力公司研究编制的《输电网电子地图技术规范》。

连接模型解决的是设施之间的图形拓扑关系，当设施之间图形连接关系不存在或不明显时，其相互关系用编码系统来解决，编码系统同时应用于资料模型中。连接模型由Oracle空间数据库管理，便于数据的同步更新和管理。

2.2 输电设施图形编辑工具开发

采用交互灵活的可视化手段，开发输电线路模型维护工具，能够方便实现线路的并线、拆除等复杂操作，实现根据线路杆塔明细表进行线路自动生成的功能，自动判断并提示同杆架设情况。除实现基本的增、删、改功能外，还必须实现交互线路的拆杆、并线、开口等复杂操作。

2.3 GoogleEarth图形展现

（1）选择合适的开发组件。对于二次开发，既可以选择生成KML文件并装载的方式，也可以使用接口创建KML对象。通常两者同时使用的情况较多，大批量数据时可采用生成KML文件装载，通过KML文件或API接口则可以实现少量数据的延时加载以及动态加载。GoogleEarth Plugin提供了全套创建KML对象的接口，方便二次开发。

（2）输电网具象与抽象展示研究，见图3。图形缩放、三维与平面转化、输电线路密度、铁塔密度等都涉及具象与抽象展示问题。抽象要做到与输电线路经典表达相似；具象做到与线路真实相似。雷电、闪络、污区、负荷分布的表达应形象、生动。

图3 输电网具象与抽象展示

（3）离线访问。由于电网信息保密的需要，要求GoogleEarth能在内网运行。为解决该问题，可通过地图缓存拷贝、修改注册表等方法实现离线访问。

（4）三维建筑以及三维物体的开发。使用第三方工具事先制作好三维电力设施模型，通过KML方式或者API接口创建三维对象并展示。

（5）在图元设计上附加更多信息。平面展示符合《输电网电子地图技术规范》；立体展示抽象时简洁明了，具象时丰富多彩。

3 GoogleEarth输电应用研究案例

3.1 整体架构研究

系统采用两层架构，如图4所示。地区局的维护数据送入省公司Oracle数据库；GoogleEarth KML服务器监测Oracle数据库中输电设施的更新情况，同步生成最新的KML格式数据，供WEB服务器调用。WEB服务器将KML格式数据以加密的方式（KMZ）供Web浏览用户使用，增强数据保密性。这种两层架构链接关系可构建全国电网的GIS。

图4 电网GoogleEarth展示的两层架构图

整个系统采用B/S结构，客户端采用IE+Silverlight+GoogleEarth plugin，服务器端使用WebServices访问数据库，数据库采用Oracle92（可以升级到更高版本）。网络结构如图5所示。

图5 电网GoogleEarth展示的网络结构

3.2 GoogleEarth的主要功能

（1）输电设施图形编辑工具功能。包括线路开口、插杆、删杆、拆分耐张段、合并耐张段、杆号重排。

（2）丰富的图形展现功能。不仅能够展示电网设施所在地的三维地形地貌，而且可以展示电力设施的三维模型、输电线路的设计弧垂，甚至是实际弧垂（需接入SCADA信息）。所有展示内容都可以方便地从任意角度“全景”查看。系统可以看到该地区局的线路总体概貌，点击图层菜单上的线路名称，自动飞行定位到该线路，当用户改变视角范围和缩放比例时，系统会动态调整杆塔的显示模式。

（3）线路台帐信息展现功能。能够根据用户在客户端工具中的视野展示最相关的线路和杆塔信息，并且可以展示线路和杆塔的台帐信息及其状态信息，如当前缺陷、SCADA信息等。

（4）数据可视化展示功能。可以直接展示和地理位置相关的数据，如污区分布图、用电量分布图等。

（5）线路飞行功能。可以沿线飞行，查看沿线地理状况和设备分布。

（6）雷电回放及分析功能。接入雷电系统历史数据，动画播放落雷情况；模拟实际落雷，若链接架空输电线路防雷评估系统，则可对已建或设计线路进行自动防雷评估，采取科学对策。

（7）实时巡视功能。接入线路巡检系统，实时查看巡检人员位置以便调度，并可查询和回播历史轨迹。

（8）其他功能，如链接变电所、发电厂查询等相关信息。