输电线路山火预警监测系统的设计与实现

古晓蓓 田永雨 杨艳军 吴向斌

摘 要：利用空间数据访问技术，基于Flex框架、ArcGIS Server技术、组件式GIS开发技术等，开发了数据线路山火预警监测系统，预测大面积山火可能对电力设备产生的影响，为电力部门提供科学决策，保证电网的安全稳定运行。

关键词：空间数据库；ArcGIS Server；Flex；山火监测预警；组件式GIS开发技术

近年来，此起彼伏的山火令人触目惊心，输电线路因山火引起的跳闸停电事故越来越多，严重影响电网的安全稳定运行。山火引起输电线路跳闸停电的严重性引起了国内各省市电力部门的高度重视。及时发现火情、及时采取应对措施，是防范山火引起线路跳闸的最有效措施。

输电线路山火预警监测系统以实现山火监测预警为目标，建立山火火点、气象信息数据库，开发山火监测预警平台，利用 GIS技术预测大面积山火可能对电力设备产生的影响，分析地形地貌、气象、人文等因素对火灾发生可能性的作用，为电力部门提供科学决策，保证电网的安全稳定运行。

1 系统设计

输电线路山火预警监测系统建设采用实用、成熟的技术方法进行开发设计，考虑多源数据间的逻辑联系，顾及系统的功能需求、持续发展、维护管理与数据更新等方面的要求，结合当今计算机网络技术、GIS技术、软件工程技术、空间数据库技术的最新发展，通过基于GIS的功能定制开发，满足系统性能稳定、功能实用的用户要求。

1.1 体系结构

目前应用较成熟的软件应用体系结构有C/S（Client/Server）网络模式与B/S（Browser/Server）网络模式，在网络应用中各有所长。

C/S （Client/Server）结构，一般运行于局域网，面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力很强。B/S（Browser/Server）结构，数据层的数据服务器专门存放数据，应用服务器提供各类服务部件来访问数据服务器和响应客户端的请求，界面表现层即浏览器端只显示结果和发出请求。

输电线路山火预警监测系统建设采用C/S和 B/S结构相结合的模式。数据管理维护子模块采用C/S模式构建，面向特定的数据库管理用户，完成数据入库、维护等功能，该模块的用户必须具备一定的数据库管理技能和基础的地理信息知识；山火监测预警子模块采用B/S模式构建，完成地图浏览、发布、查询、分析等功能，该子模块面向更多的使用者。系统总体技术框架如图1所示。

1.2 数据库设计

输电线路山火预警监测系统数据库包括基础地理信息数据库、专题数据库、系统数据库。系统涉及的数据类型、专题较多，数据更新速度快。要满足系统平台应用的需求，空间数据库的建立采用SQL Server2008 + ArcSDE的方式进行管理，存储和管理平台发布的数据。数据库结构设计图如图2所示。

1.3 系统功能模块设计

输电线路山火预警监测系统主要包括山火监测预警子模块（B/S）和数据管理维护子子模块（C/S）两大功能模块。

山火监测预警系统是整个系统开发的核心，该子系统主要包括地图浏览、信息查询、山火预警等功能模块。

地图浏览：为用户提供直观、形象的基础地理空间信息数据、火点数据、电力设施数据的网络快速发布以及浏览显示。实现包括地图的浏览、定位、距离面积量算等功能。

信息查询：为用户提供查询业务功能。主要是针对火点信息、气象信息和各类专题图的多种方式查询。查询方式包括：通过在地图上点选火点，显示火点的相关信息；通过统计表格的形式显示某天全部火点的详细信息；提供时间、区域、线路三个查询条件，在客户端通过输入查询条件，生成火点统计表格和火点分布专题图；通过设定输电线路（空间要素）的安全距离（缓冲区半径），进行缓冲区分析，查找缓冲区以内的火点（即可能对输电线路造成影响的火点）；在客户端输入某一时间段，通过数据库分组统计查询功能，以统计表格形式显示所有线路山火告警次数；通过“显示实况气象”功能，在地图上每个站点位置显示该站点的温度、湿度、风向、风速、降水等实时气象信息；通过“查询实况气象”功能，按照气象要素条件查询指定某一天或某一时间的气象实况，生成气象站点的实时气象信息统计表格；通过“气象实况专题图功能”在查询结果的基础上生成任意指定要素专题图，并实现专题图的叠加；通过区域条件、时间条件和气象要素条件，查询、统计指定时段的气象要素（温度、雨量、湿度、风速）分布情况，生成气象统计图、表格和气象分布专题图。

山火预警：山火预警是系统最重要的功能。山火预警的方式有：提供山火火点附近的线路可能受山火跳闸等危险的告警，为线路安全提供保障，通过对当天火点的最近杆塔距离的检索，若在规定的安全距离以内，存在跳闸的可能，则对该线路及相应的杆塔号提出山火告警信息，并通过网页形式及时通知发布；根据不同的安全距离，以三种不同颜色，在地图上对每一个火点的三种告警等级影响范围进行渲染；根据最近杆塔距离与最近线路距离，在地图上高亮显示告警的杆塔和线路，并生成告警统计信息表；依據山火预警等级指数计算公式，计算气象站点的山火火险天气总指数，并经过空间插值、重分类等操作，按照不同的颜色表示不同的山火预警等级，绘制山火火险等级短期预报分布图。

数据管理维护子系统包括：地图数据管理和用户安全管理，通过后台管理功能可以对网站的各种信息进行维护和管理。

基础数据管理：包括基础地图数据的整理、符号化、分级缓存、入库、发布；政区图层数据的整理、入库；三维地形图数据的整理、入库、发布。

电力设置数据管理：包括杆塔数据的整理、入库、更新、空间信息和属性信息的修改、符号化、发布；输电线路数据的整理、入库、更新、空间信息和属性信息的修改、符号化、发布。

火点数据管理：主要提供火点数据批量入库发布、火点数据单点入库发布、火点数据删除、火点卫星监测照片入库发布。

气象信息数据管理：实现气象站点（城市信息）矢量数据的整理、入库、符号化、发布；实现长中短期气象预测文本信息的入库，以及指定时间的信息删除和修改；实现省/中央气象台气象实况数据的入库。

平均值计算：计算每天所有气象要素的日平均值，并将结果存入实况气象数据统计表中，以便提供前台历史气象信息的查询；计算每月所有气象要素的月平均值，并将结果存入实况气象数据统计表中，以便提供前台历史气象信息的查询；计算每年所有气象要素的年平均值，并将结果存入实况气象数据统计表中，以便提供前台历史气象信息的查询。

安全距离设置：通过山火引起跳闸的机理研究结论设置，根据不同的安全距离，设定不同的告警级别。该功能提供三级预警与无预警的安全距离的用户自定义设置。山火告警中的实时告警依据安全距离的设定进行分析统计。

重点时段设置：实现分别对清明、春节、秋收、春耕、七月半、其他六个时段的时间设置，并将设置存入数据库中。

山火火险等级短期预报分布图管理：实现根据山火预警等级指数公式和96个气象站点的预报信息，计算96个站点的火险气象指数。并通过火险气象指数进行空间插值，然后依据森林火险天气等级标准的设置，将数据进行火险气象等级进行划分，生成山火火险等级短期预报分布专题图，并将专题图入库。

安全管理：实现管理员管理、IP限制管理、日志管理、数据库备份等功能。

2 关键技术实现

2.1空间数据库技术

采用关系数据库或对象关系数据库管理空间数据，可以充分利用RDBMS数据管理的功能，利用SQL语言对空间与非空间数据进行各项数据库操作，同时可以利用关系数据库的海量数据管理、事务处理（Transaction）、记录锁定、并发控制、数据仓库等功能，使空间数据与非空间数据一体化集成。采用关系数据库管理空间数据库是GIS发展的潮流，增加了空间数据的互操作性。

输电线路山火预警监测系统地理空间数据库沿用成熟的ArcSDE结合SQL Server的空间数据管理模式，将空间数据存储在关系型数据库中，通过空间数据引擎以及应用服务器对空间数据进行有效管理，并通过专用开发包进行数据库功能开发，实现数据库系统的集成管理。

2.2 WebGIS技术

WebGIS技术是Internet技术应用于GIS开发的产物，是一个交互式的、分布式的、动态的地理信息系统。GIS通过WWW功能得以扩展，真正成为一种大众使用的工具。从WWW的任意一个节点，用户可以浏览WebGIS站点的空间数据并进行各种空间检索和空间分析。

2.3 ArcGIS Server技术

ArcGIS Server是ESRI公司的服务器端产品，是一套用于开发Web企业级GIS应用的服务器端Arcobject组件集，是一个用于构建集中管理、支持多用户的企业级GIS应用的平台。ArcGIS Server提供了丰富的GIS功能，例如地图、定位器和用在中央服务器应用的软件对象。开发者使用ArcGIS Server可以构建Web应用、Web服务，以及其他运行在标准的.NET和J2EE Web服务器上的企业应用。它可以让开发者和系统设计人员实现一个集中的GIS，支持多用戶访问。集中的GIS服务器可以通过Web浏览器向用户提供GIS功能，简化了系统和应用程序的管理。

2.4 Flex技术

Flex是一个高效、免费的开源框架，可用于构建具有表现力的Web应用程序。这些应用程序利用Adobe Flash Player和Adobe AIR，运行时跨浏览器、桌面和操作系统实现一致的部署。使用 Flex 创建的 RIA 可运行于使用 Adobe Flash Player 软件的浏览器中。目前，Flex技术已经被越来越多的用户和程序员所采用。

山火监测预警子模块基于Flex框架搭建，利用ArcGIS Flex API和Flex framework来完成地图渲染、绘制及客户端数据处理，系统用户界面丰富、体验性强、功能完善、操作灵活。

2.5组件式GIS开发技术

组件式软件是新一代GIS的重要基础，ComGIS的出现为传统GIS面临的多种问题提供了全新的解决思路。ComGIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控件完成不同的功能。各个GIS控件之间，以及GIS控件与其他非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。组件式GIS摆脱了传统GIS自带的二次开发语言的束缚，可以利用通用的计算机语言进行应用开发，便于与其他系统集成，易于开发新系统和新应用。

数据管理维护子模块采用ArcEngine9.3.1技术开发，完全脱离ArcGis的桌面环境。

3 系统展示

输电线路山火预警监测系统基于Flex框架构建，实现了基础地图、输电线路分布图、火点分布图、气象要素专题图的叠加显示，山火告警与预报，火点信息与气象信息的查询、统计等功能，系统界面绚丽，操作简单，交互性强。图3为系统主界面，显示当天火点分布状况以及线路告警信息。

4 结束语

基于ArcGIS Server技术、Flex框架、C/S和 B/S结构相结合的输电线路山火预警监测系统，针对山火火点地理信息数据、输电线路数据、气象专题数据的管理、更新、发布、空间分析等业务要求，设计并制定了符合多类型数据集成管理和数据服务的技术架构，规范数据库的组织方式和管理模式，合理地进行数据库布局，形成涉及山火火点、气象信息的性能优良、布局合理、满足山火监测预警系统需求的地理信息数据库。搭建了页面美观、操作方便、交互性强、功能完善的山火监测预警平台，实现电子地图、输电线路分布图、火点分布图、气象要素专题图的叠加显示，实现火点信息的查询、统计、空间分析等功能。预测大面积山火可能对电力设备产生的影响，为电力部门提供科学决策，保证电网的安全稳定运行。

参考文献：

[1]宋关福，钟耳顺.组件式地理信息系统研究与开发[J].中国图像图形学报，1998（4）.

[2]宋关福，钟耳顺，王尔琪.WebGIS——基于Internet的地理信息系统[J].中国图像图形学报，1998（3）.

[3]ArcGISServer9.3产品介绍[R].北京：ESRI中国（北京）有限公司，2008.

[4]袁煜锋.基于Flex与REST 的WEBGIS研究[D].上海：华东师范大学， 2009.