基于可视化技术的城市电力管道信息化系统的建设与应用

高勇

摘 要：电力管道是现代城市重要的基础设施，对城市功能的正常运转起着不可或缺的作用，是建设坚强智能电网的重要物理支撑。该文通过对电力管道的管理模式、技术手段等进行研究，提出了一套先进实用的电力管道信息化可视化管理的技术解决方案。此外，该文还详细阐述了利用可视化技术所开发的“电力管道规划建设管理信息系统”，目前该系统应用于天津市电力公司，取得了良好的效果。

关键词：地理信息系统 电力管道 管理信息系统 虚拟现实

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（c）-00-02

近年来，随着城市建设的迅猛发展，城市电力管道数量逐年增加，电力管道的管理问题日益突出。随着国家电网公司坚强智能电网建设的提出，加强电力管道的资源分布、使用情况的管理日益迫切。如何利用现代化的信息技术掌握电力管道的实际情况，协调和规范电力管道的管理、评估、规划，都是目前电力管道管理面临的现实

问题。

为了解决上述問题，提升电力管道管理水平，有必要对电力管道信息化管理手段进行研究，采用有效手段对电力管道进行管理模式、技术模式的提升。该文就是从电力管道信息化管理的现状出发，对电力管道的信息化道路进行探索研究，并利用先进的GIS技术和相关应用平台开发了电力管道规划建设管理系统，以提高电力管道管理水平和解决目前电力管道管理方面存在的

问题。

1 传统的电力管道管理手段

电力管道由于其自身的隐蔽性的特点，给管理上带来了很大的不便。传统的电力管道管理手段主要是手工管理模式和文件管理模式。

1.1. 手工管理模式

过去，由于计算机技术的限制，电力管道建设大量的设计、施工与竣工资料和图表一直采用人工管理，在资料或者档案室存档；随着电力管道建设的不断发展，这种人工管理完全不能适应新的管理要求，手工管理很难做到科学的管理，各个属性的关联等等。在这种情况下，无法实现管网图与城市地形图相一致的动态管理，更谈不上为城市各部门提供电力管道的综合信息服务。

1.2 文件管理模式

这种模式以CAD为基础，进行二次软件开发，表明电力管道的走向、间距，电缆排管剖面图，电缆穿孔位置，填入相应的其他技术资料，并可动态维护。这种模式虽然有使用灵活的优点，但通常为单机版，不能做到信息共享和信息的有效监督。

2 可视化技术在电力管道管理上的

优势

目前主流的可视化技术主要是GIS技术和VR技术。利用可视化技术对电力管道进行管理，可以有效规避传统管理手段的弊端。

GIS作为一种集地理空间特征和各种统计信息为一体的信息系统，具有强大的空间分析与信息管理能力。通过利用GIS技术，对电力管道进行信息化管理，可以完成对管道资料图形化的管理，并且管道图形与管道的实际地理坐标相吻合，可以快速的得到管道的实际位置，方便了管道资源的日常管理与维护。同时，利用GIS技术还可以实现管道的网络分析，可以辅助管道的规划与建设。

VR技术是在立体显示技术、仿真模拟技术、人机交互技术、计算机网路技术等多门技术基础之上综合发展起来的最新技术。它的特点在于以仿真模拟的方式创造出虚拟、真实的环境，通过视觉、听觉、触觉等感知上的行为使用户产生一种沉浸于现场环境的感觉，并通过与虚拟环境交互，促使虚拟环境实时的变化。通过VR技术，可以真实准确的展现电力管道的空间布局、交叉关系、周边环境，实现逼真的现场效果，帮助用户建立身临其境的感观。

利用GIS和VR技术，可以有效的展现地下电力管道的分布情况、资源使用情况、虚拟的现场的情况，可以利用GIS网络分析的功能，对电力管道的资源使用进行优化。具体优势包括：

2.1 电力管道数据可视化显示

信息可视化是现代GIS的一个重要特征。利用GIS平台对地下管道进行管理，结合实际的地理背景图，以图形化的方式显示管道的路径走向和管道的横截面图，可以方便的查看电力管道的各类信息，并且可以准确定位管道，及时了解到管道的现状，对管道资源进行有效的管理；此外，利用GIS的图形显示功能，还可以直观的表现电力管道的建设情况、规划情况、占用情况，辅助管理人员的进行决策。

利用VR技术，可以以三维立体的方式直观的展现了电力管道埋深变化、管道之间的交叉关系、工井内部结构、周边建筑空间位置等信息，有效实现逼真的现场效果。

2.2 地下管道网络的利用

利用管道的连续性、网络状分布的特征，结合GIS的空间分析技术，可以建立管道网络及管道网络拓扑，在管道网络的基础上实现管道的路径分析、资源利用情况的分析、管道追踪、故障分析、辅助规划等高级应用。

比如，以点或以街区位单元，结合管道网络，在指定某两个单元之间实现对建成排管（或局部埋设排管）的路径选择。

3 基于可视化技术的信息化系统的

建设

通过运用GIS和VR技术，同时结合电力管道专业管理的要求和特点，该文项目组开发了电力管道规划建设及管理信息系统（以下简称电力管道管理系统、本系统），实现对电力管道的规划、预埋方案制定、开工令下达、管道资源使用、竣工测绘资料上报等业务的可视化管理。

3.1 技术选型

在众多的GIS平台软件里面，本系统选择了美国ESRI公司ArcGIS系列产品和美国Miner&Miner公司ArcFM作为GIS基础平台进行系统研发。

3.1.1 平台选型的具体内容包括

采用C/S与B/S结构相结合的方案构建整套系统，C/S实现电力管道图形信息的维护，B/S提供电力管道的数据发布、业务办理和各类统计分析信息的展现；

C/S部分基于ArcGis DeskTop、ArcFM、基于ArcFM的Conduit Manager（管道管理模块）进行系统开发，开发语言采用VB。ArcGIS DeskTop提供了制图、编辑、地图查询等基础GIS功能。ArcFM 和Conduit Manager（管道管理模块）基于ArcGIS DeskTop之上，提供针对电力行业的专业应用以及管道的管理；

B/S部分主要是基于ArcGis Server、ArcFM Server 进行系统开发，开发语言采用HTML、Flex、Java，发布平台采用Tomcat 6.0。ArcGIS Server是一套完整的、综合的服务器GIS，支持在分布式环境下实现空间数据管理、地图显示、空间分析功能；ArcFM Server基于ArcGIS Server基础之上，提供ArcFM管道图形数据的web显示；

电力管道虚拟场景的建立采用VRML语言，开发工具采用的VRPAD和myEclipse；

数据库平台为Oracle9i+ArcSDE。

3.2 主要设计思路

电力管道的图形数据通过ArcSDE空間数据库引擎进行存储。系统底层平台使用ArcGIS和ArcFM，同时使用Flex技术、工作流技术、VR技术，以满足电力管道的专业管理需要。

系统的主要设计思路

（1）建立多层应用体系结构

系统运行平台采用基于浏览器/服务器模式（B/S）和基于客户端/服务端（C/S）相结合的多层分布式体系结构，达到满足不同用户层次的用户使用需求，并尽可能的降低客户端费用，降低成本。

建立从低到高依次为数据库（Oracle）、空间数据库引擎（SDE）、Web服务器、应用服务器、空间服务器（ArcGIS）、行业应用组件（ArcFM）、前端展现（IE）的多层体系结构，充分利用各层次软件资源的强大功能，满足不同用户的使用需求，建立可扩展的应用系统。

（2）基于工作流的业务流程管理

采用工作流技术实现系统业务管理的流程化。使系统具备良好的可扩展能力和应用集成能力，可以根据用户的实际情况进行业务流程的调整和配置。

（3）采用Flex技术实现前端展现

ArcGIS Server For Flex是ESRI公司新推出、用于提高客户体验的一套新的应用框架。通过使用Flex技术，并结合ESRI的ArcGIS Server For Flex应用框架，提供丰富的图形显示的能力，丰富客户

体验。

（4）图文一体化应用

紧密围绕电力管道核心业务，在业务审批过程中紧密融合图形数据，实现了业务审批的图文一体化，为实现业务审批提供图形化支持。

（5）VR技术的应用

通过VR技术，真实准确的展现电力管道的空间布局、交叉关系、周边环境，实现逼真的现场效果，帮助用户建立身临其境的感观。

4 基于可视化技术的电力管道信息化系统的应用效果

系统建成以后在天津地区进行了推广应用，建立了地下电力管道的基础数据库，电力公司管理人员能及时的了解电力管道的走向、未来建设的规划、已有电力管道的使用情况，能最大程度上利用已建管道资源，避免了重复建设，减少了投资浪费，节约了资源，同时能够准确的为城市规划部门提供地下电力管道的走向和位置信息，能有效减少其他专业管线建设时对电力管线的外力破坏。

从系统的应用情况来看，利用GIS技术和VR技术的电力管道管理系统提高了城市电力管道规划、建设与使用的管理力度，规范了电力管道建设和管理工作，提高了电力管道信息化管理的水平，保证了电力管道资源的有效利用，满足了电网规划和建设的需要，建立了“职责明确、高效有序、信息畅通、管理到位”的工作机制，大大降低各相关部门的劳动强度，提高了工作效率。

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