地理接线图自动编绘系统研制

2017-02-16刘志松

地理空间信息 2017年1期

关键词：接线图制图变电站

刘志松，孙皓，马亮

（1.国网武汉供电公司经济技术研究所，湖北武汉 430015）

地理接线图自动编绘系统研制

刘志松1，孙皓1，马亮1

（1.国网武汉供电公司经济技术研究所，湖北武汉 430015）

分析了传统地理接线图存在的不足，并从实施方案、功能实现等方面设计开发了地理接线图自动编绘系统，以解决传统地理接线图在数据管理、图面表达等方面的问题。其关键技术对国土、环境、城建、卫生医疗等领域信息系统的研发具有一定的参考价值。

地理接线图；数据管理；自动编绘；可视化

随着电力系统的发展，电网空间信息管理进入服务式共享与应用的新阶段[1]。电网规划工作是电网建设的关键环节，具有计算量大、不确定因素多等特点[2]；而地理接线图是电网管理和电网规划的基础资料，常用制图方法是以普通地图为背景，使用AutoCAD 软件绘制。对35 kV及以上电网设备现状地理接线图进行更新绘制时，工作量大，重复性高，研发地理接线图制图工具能大幅度减少工作量，提升自动化制图水平。李祉燚[3]等提出了基于逻辑推理的配电网地理接线图生成算法；章坚民[4]等提出了基于公共信息模型数据的省级电网均匀接线图的自动生成算法；万芳茹[5]等开发的地理接线图编辑工具，建立了模型数据与电网设备的对应关系；李文帆[6]等提出了一种以Qt库为基础的电力系统地理接线图绘制软件设计方法；为了使电网规划地理接线图更具地理空间信息，王韦[7]等基于SOA架构研发了一个可视化电网规划决策支持系统。

1 传统地理接线图编绘方法

采用传统方法绘制地理接线图，主要存在的问题：

1）缺少数据统一管理。目前各级比例尺、各区域和各电压等级的武汉市电网地理接线图被绘制和存储在分散的CAD文件中，同一区域数据被多次重复绘制，造成数据冗余。对数据进行更新时，存在大量重复工作。

2）图面表达效果不佳。输电设备在城市不同区域的空间分布特征存在明显差异，采用同一种制图表达方案，易造成图面中心城区部分表达的内容过于拥挤，远城区部分表达的内容过于稀疏的情况，图面表达效果失衡，难以满足电网规划和管理的用图要求。

3）制图工作量大。在制作分区地理接线图时，根据制图要求，要删除制图范围外的数据，只表示跨区域电力线路走向示意线和注记，因此产生了大量数据处理工作。由于每年要生产批量的各级比例尺、各区域和各电压等级的电网地理接线图，而传统制图方式中图幅整饰完全依靠制图人员手动添加图名、比例尺等图外要素，会产生很大的重复工作量。

4）缺乏专业制图工具支撑。现有电网GIS平台中只能提供单线图和GIS沿布图两种专题图类型。电力单线图过于抽象，缺乏地理信息的体现；而GIS沿布图表达的信息内容过于具象，无法满足电网规划和管理的宏观需求，不能替代地理接线图应用于电网管理和规划中。同时，平台也不支持接线图数据，不能实现按区域、电压等级批量导出地理接线图。

2 地理接线图自动编绘方法

针对上述情况，笔者采用桌面软件开发模式对地理接线图自动编绘系统进行研发，以解决地理接线图在制图、管理、更新和编辑上遇到的问题，提高出图效率。

2.1 实施方案

2.1.1 开发模式

本系统采用桌面软件开发模式，充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到前端和后台来执行，降低了系统的通信开销。桌面软件结构设计的基本原则是将计算机应用任务分解成多个子任务，即“功能分布”原则，在客户端完成数据处理、数据表示和用户接口功能；在后台完成数据库管理系统的核心功能。

2.1.2 总体架构

系统总体架构如图1所示。从系统模块的角度，电网地理接线图制图工具可分为数据层、系统层和表现层3层体系结构。

1）数据层是整个体系的基础层，主要对导入的数据进行读取、识别和存储；主要分为文件读取、图元识别和数据存储3部分。文件读取：导入、读取电网公司原有的CAD接线图；图元识别：对已导入CAD文件中的节点、线路图元进行智能识别；数据存储：数据读取结束后，将数据以只读格式进行存储。

2）系统层是核心层，是对接线图数据进行制图、管理、更新、编辑的核心逻辑；主要分为数据统一管理、功能处理逻辑和系统操作逻辑3部分。数据统一管理：对全市各行政区和各比例尺的接线图进行统一管理，以满足一处更新，全图更新的要求；功能处理逻辑：对接线图进行制图、管理的核心处理模块；系统操作逻辑：制图工具界面操作的交互逻辑层，是衔接表现层和功能处理逻辑模块的中间层。

3）表现层是界面层，是制图工具与用户的交互层，主要分为界面展现和接线图展现两部分。界面展现：制图工具操作界面的展现；接线图展现：接线图在制图工具中的展现。

图1 系统框架图

2.1.3 数据库设计

1）数据库对象。系统采用面向对象的几何数据对象管理模型，将现实世界中的各种物体（本系统中为电网接线图中的变电站、线路等元素）抽象为地理要素进行存储，其中按照几何类型的不同划分为点、线及多边形3种类型。该模型主要由空间和属性两部分组成，空间信息主要描述物体的空间位置，由单个点或连续点序列构成；属性信息为元数据，记录了物体的特征信息。

系统以HDF文件为存储介质，运用类关系数据库的管理方式进行数据管理，按照要素特征将数据划分为简单要素类、注记类、对象类等对象。本系统使用的主要数据对象为简单要素类和注记类，其中简单要素类按照几何特征又分为点、线和多边形，主要存储变电站及线路的矢量数据；注记类主要存储文字注释信息。

2）属性信息。要素及注记的属性信息以表格的形式进行存储，按照要素和注记的实际情况，系统可进行表格的结构定制，如变电站各属性含义如表1所示，系统中要素属性信息如图2所示。

表1 变电站属性含义表

图2 变电站属性信息

3）数据组织。本系统在数据表现层按照年度、区域及电压等级3层结构进行数据组织，在实际使用时，可任意切换3层结构的优先级，以满足不同场景下数据组织的需要。

2.1.4 功能模块

按照需求分析，本系统主要包括数据管理模块、数据编辑模块、多用户数据集成模块和数据输出模块，功能架构如图3所示。

图3 系统功能架构

2.2 功能实现

2.2.1 数据管理模块

数据管理模块主要实现对电网接线图数据的管理和维护，提供了新建、导入、导出、数据合并、数据提取及底图管理等功能。新建数据即创建新的电网接线图对象，系统提供了输入该接线图所属区域、电压等级及年度等信息的功能界面；数据导入是对已有的电网接线图（要求为AutoCAD dxf格式）进行数据上载的过程，用户可指定所属区域、电压等级及年度等信息；数据导出是将系统管理的电网接线图数据导出为其他格式数据；数据合并是各二级行政区将本区域的电网接线图汇交到全市进行集成管理的过程，汇交单位需提供本区域的数据文件（hdf格式）及数据列表文件（xml格式）；数据提取是按照指定多边形或行政区范围对集成数据库中的电网接线图进行提取；底图数据管理是指按照不同的应用需要，对系统所采用的底图数据进行管理的过程，系统内置有武汉市地理底图和影像底图两种底图数据。

2.2.2 数据编辑模块

数据编辑实现了对变电站和线路的编辑功能，如变电站输入、删除、修改及属性录入，线路的剪断、连接、融合等。结合现有地理接线图的制作特点，系统定制了变电站和线路符号库，并按照相关行业标准预置了形状、颜色、宽度及部分缺省属性等内容。在进行数据编辑时，可选择符号库中的某种变电站或线路符号直接输入到地理接线图上，既保证了所有地理接线图图面元素规格统一，又减少了图面编辑时间，符号库如图4所示。

2.2.3 多用户数据集成模块

多用户数据集成是指各二级行政区在进行区域数据编辑后，将数据提交给市级管理用户，由市级管理用户实现数据的融合处理，并针对边界区域进行线路的接边处理的过程。智能截断是指按照片区边界将片区内的线路或变电站进行自动过滤的过程。在实际数据处理过程中，由于编图人员或其他原因，存在越界编图的情况，而在进行数据融合处理时，会存在重复数据，因此通过智能截断功能可保证接线图元素的逻辑正确性，从而为数据集成做好准备。智能截断前后对比如图5所示。

图4 符号库示意图

图5 地理接线图智能截断功能

根据线路实际情况，系统主要提供了单线接边处理和边界自动接边处理两种方式。其中，单线接边处理是针对单条较明确的线路在边界处需进行对接的处理操作，指定对接目标点即可完成线路接边；边界自动接边处理是指系统根据属性内容（如线路名称、电压等级等）或空间位置关系进行智能判断后进行的接边操作，可实现两个片区边界处的所有线路均依据设定的属性或空间规则进行自动接边，有效减少了人工处理时间。在实际应用中，优先使用边界自动接边处理，再针对部分较密集的线路进行单线接边处理能达到很好的效果。图6a所属两个区域的同一条线路在边界处（红色箭头）有细微偏差，接边处理后的效果如图6b所示。