Web GIS的湖南电网地理信息系统研究

周建飞，欧阳玲，阳金纯，曾惠芳

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

Web GIS的湖南电网地理信息系统研究

周建飞，欧阳玲，阳金纯，曾惠芳

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

本系统在湖南基础地理信息数据库的基础上，增加环境敏感区图层、110 kV及以上变电站、输电线路图层，同时将湖南电网现有的各种电磁环境资料 (数据、文本、报告、图片等)集成于本系统中，可为湖南电网环保管理工作提供全方位技术指导，实现输变电环评、验收、纠纷高效率管理的同时，也可用于运用于电网规划、优化选址选线。

Web GIS；电网环境地理信息系统；环境敏感区 (点)

Web GIS是采用WWW协议运行在万维网上的地理信息系统，是GIS与 Internet技术相结合的产物〔1－2〕。

本研究在湖南基础地理信息数据库的基础上，增加环境敏感区图层、110 kV及以上变电站、输电线路图层，同时将湖南电网现有的各种电磁环境资料 (数据、文本、报告、图片等)集成于本系统中，可为湖南电网环保管理工作提供全方位技术指导，实现输变电环评、验收、纠纷高效率管理的同时，也可用于运用于电网规划、优化选址选线。

1 总体设计

1.1 运行环境

系统运行在Windows server系列操作系统下，服务端管理和发布基础地理数据、环境敏感区数据、变电站及输电线路数据，客户端在leafletjs框架上实现数据的浏览、查询以及提取功能。

1.2 数据处理

1)基础地理数据:通过 ArcMap配图，在ArcEngine基础上二次开发实现数据的栅格化瓦片切割，并建立金字塔结构存储在大文件中。

2)专题数据点数据:应用 leaflet提供的 api动态在在页面上显示所需要的点数据，同时在视觉上感觉不出数据的形态变化，以达到物探数据能够在客户端快速显示的目的。

3)专题数据线面数据:用ArcMap配图，使用leaflet控制相应的图层达到控制相应专题数据的目的。

2 详细设计

2.1 系统架构

系统构架包括业务层、逻辑层、数据层及运行环境，如图1所示。

图1 系统架构

业务层:展现业务功能，作为用户交换操作的应用程序采用浏览器，支持 Internet Explorer 8 (含)以上浏览器。

逻辑层:实现具体的业务，分析前台的请求自动访问后台相应的服务接口，并控制整个系统的稳定性维护数据层的安全。

数据层:作为原始数据来源，包括业务数据和基础支撑数据。本层数据不能直接在系统中使用，需要通过入库数据或者发布工具导入 (发布)到应用支持层的对应服务中。

运行环境:服务端运行环境为Window server系统， java运行时环境 jre/jdk， tomcat服务，postsql数据库运行环境，arcgis和arcserver运行环境。客户端要求浏览器支持IE8以上规范。

2.2 系统用例

系统角色:用户，数据管理员，系统管理员。

用户拥有浏览权限；数据管理员拥有浏览数据、录入地图数据、录入环境影响报告，在地图上修改相关数据等权限；系统管理员拥有所有权限。系统管理员可以查看数据录入管理员的信息和录入的信息的详细情况，如哪位管理员在何时录入了什么信息。系统用例图如图2所示。

2.3 系统流程

用户使用系统必须先登录，根据登录的账户判断此用户权限，如果拥有管理员权限则在界面上显示相应的操作界面。设计时采用匹配方式，在数据库中用户表设计相应权限的字段，用户登录时匹配此字段，然后在系统中给予相应权限。

用户、管理员登录使用系统各个功能如图3所示。

图2 系统用例图

图3 系统流程图

2.4 数据流程

1)数据类型

本系统中数据主要分为三类:地图数据，数据库数据和文件系统数据，地图数据为瓦片数据，采用ArcMap和ArcServer配图制图。数据库数据为所有发电站、变电站、敏感点、敏感区和输电线路等专业属性数据，在用户需要查询专业数据时系统自动遍历数据库查询，当用户需要增删改时需要拥有相应的操作权限并在相应的界面上修改。文件系统数据指相应敏感点的环评报告等PDF文件数据，此报告采用http上传下载协议传输，存放在服务器的文件系统指定文件夹中，并在数据库中缓存文档的路径、名称数据在数据库与用户、管理员之间流通的路径如图4所示。

图4 数据流程图

2)数据服务

数据服务包括瓦片服务、电网数据更新服务、数据查询服务和元数据服务，如图5所示。

图5 数据服务逻辑

瓦片服务:提供基础地理数据电子地图、环境敏感区专题地理数据电子地图、电网输电线路、变电站地理数据电子地图，该服务是以256×256图片形式提供给客户端浏览器。

电网数据更新服务:针对输电线路或变电站的属性信息在客户端修改够提交到服务器，最终由该服务完成对应数据库记录的修改。

数据查询服务:针对输电线路、变电站以及环境监测点的属性信息查询，该服务通过访问湖南电网环境数据库，取得记录返回给客户端。

元数据服务:提供输电线路、变电站及附近环境监测点的监测数据、照片查询服务。

3)数据存储

将空间矢量数据通过易景编译工具处理成瓦片的金字塔结构存储文件，这种方法可以极大的将基础地理数据在浏览器中快速显示，如图6所示。

图6 瓦片数据的编译存储

4)数据库数据更新操作

使用 gostgis提供的 shapfile manager工具将shap数据导入数据库，数据库当中将自动生成相应的表的字段和类型。

3 子系统设计

系统子功能包括图层管理、查询、文档上传下载以及环境敏感区 (点)分析四个部分，其中图层管理功能可以控制影像数据底图的显示、各种环境敏感区 (点)的显示控制、各电压等级电网数据的显示以及各种类型监测点点数据的显示；查询功能采用模糊查询，自动匹配数据库中多个表模糊匹配所有数据并把符合条件的数据列出在系统中；文件的上传下载用于各输变电工程主要参数、环评、验收报告及批文的录入、上传和下载以及各监测点监测数据及监测报告的录入、上传和下载；环境敏感区 (点)分析变电站、输电线路一定范围内的各类环境敏感区 (点)，并列出名称、距离和方位。如图7所示。

图7 系统子功能

1)图层管理

底图数据切换采用leaflet框架的baselayer切换功能，切换到影像数据底图时自动在地图上加载行政数据和敏感区数据，默认显示的是普通底图和行政数据。影像底图是加载的在线google影像数据，行政数据和敏感区数据是瓦片数据。

线路图层的显示是采用瓦片数据的透明化方式，leaflet框架加载线路数据的图层覆盖在底图数据上面并且可以随时控制此图层的显示与否。

发电站变电站敏感点等点数据是存在数据库中的点，调用leafletapi中的marker功能把数据库中的相应点转换为 marker添加到地图上，同时在marker上添加鼠标的moveup事件和click事件；鼠标经过marker时 moveup事件触发显示概略信息(名称和类型)，鼠标点击marker触发click事件显示详情界面。在详情界面上面可以进行具体的操作，环境影响分析和PDF报告的上传下载。

2)查询功能

查询功能在后台servlet实现，用户传入关键字servlet在后台请求每个数据表，返回的结果放在一个json中返回给前台leaflet，leaflet解析json获得相应类型的数据在地图上面显示。在postgres数据库中可以使用函数从几何数据中获取经纬度等数据，或者直接转换为geojson类型的数据作为参数传给leaflet，leaflet会自动解析该geojson在地图上呈现。将一类的点数据经纬度封装为一个json，在leaflet当中定义好各个种类的样式图标以及点击事件，遍历到地图上。

3)文档上传和下载

查询敏感点详细信息时提供文档上传下载功能，并同时保持服务端文档一致性和唯一性，属性中的照片、监测布点图是图片文件，环评批文、验收批文、环评文件、验收文件以及监测报告均是PDF文件。

PDF格式文件上传下载采用loadfile控件，把文件名称自动改为相应的敏感点，在数据库相应字段插入路径，文档本身存放在服务器的文件系统中，保证文件的唯一性。

4)环境敏感区 (点)分析

利用GIS的缓冲区分析工程，分析现有或拟建变电站、输电线路一定范围内的环境敏感区 (点)以及居民聚居点，以便评估输变电工程的选址和选线。

选择要分析的线路或电站，输入要分析的范围，在地图上显示缓冲分析后的结果。

4 数据库设计

4.1 地图数据

地图数据包括矢量数据和栅格数据，通过易景编译工具将海量的矢量数据或者栅格数据切片处理成瓦片的金字塔结构存储文件，并建立空间索引〔3－4〕。编译工具作为独立运行的数据处理工具，是为数据可视化做必要的准备操作。数据生成后采用单个大文件方式来管理存储。

金字塔结构采用基于四叉树的瓦片数据层叠加技术来存储组织瓦片划分方式 (如图8所示)。第0级将全球划分了4×2块，全球坐标范围经度〔－180°，180°〕，纬度 〔－90°，90°〕，其中心位于经度0°与纬度0°，然后每个瓦片作为一个四叉树的父节点，依次按照2×2细分地球表面。在存储组织时，每个瓦片数据参照金字塔模式按照不同的缩放等级依次存储到单个文件中〔5〕。

图8 金字塔数据结构

瓦片级别定义是从0开始，级别数值越大表示对应的瓦片块地理范围就越小，见表1。每块的像素大小是固定的，即为256×256，文件个格式为JPEG或PNG。

表1 瓦片级别地理范围大小表格说明

公式:

Lat(经度)＝ 90/(2L)

Lon(纬度)＝90/(2L)

其中L为级别，范围 [0，∞]

原数据编译完成后以文件的方式存储，这种文件方式可以不依赖任何数据库，方便数据的迁移和备份。同时在开发其他桌面应用系统时可以方便的将数据迁移到客户端本地机而采用本地数据访问的模式。

4.2 属性数据

1)点数据表

变电站表的设计:id—编号，主键；name—名称；type—类型；owner—拥有者；lat，lon—经纬度。见表2。

表2 变电站数据表

2)输电线路数据表

输电线路表的设计:id—编号，主键；name—线路名称；lineserial—线路编号；geometry—线路的几何数据。见表3。

表3 输电线路数据表

3)敏感点数据表

敏感点数据表设计:敏感点存储系统中的纠纷点、环境保护区、森林公园等特殊点信息的几何数据，字段设计见表4。

表4 敏感点数据表

4)用户表

用户表的设计:id—编号，主键；username—登录名；userpasswd—登录密码；realname—名称；type—权限，0代表管理员权限，1代表数据录入权限，2代表数据读取权限。用户登录时系统自动根据数据库中的type字段决定跳转相应页面以授予相应权限操作。见表5。

表5 用户表

5)文件历史记录表

文件历史记录表用于记录上传文件的用户、时间及文档名称，见表6。

表6 文件历史记录表

5 系统实现

1)系统主界面设计

图层管理:采用了 checkbox控件，每次点击获取当前的选中状态，根据状态切换各个图层的显示与否；专题图应该永远高于底图，底图用baselayer方法加载到地图上就可以切换地图而不影响专题图。

2)查询功能设计图

查询功能:输入关键字以后点击查询按钮，会以ajax方式向后台servlet发送一个包含参数的get方式请求，后台servlet自动连接数据库索引各个专题数据，如220 kV变电站、发电站和敏感点数据中是否有含有当前关键字的数据，如果有就在地图上显示，如果是线路数据就高亮闪烁显示。

3)环境敏感区分析

利用GIS手段，展示输电线路和变电站发电站等电力设施对环境的影响，以便评估输变电工程的选址和选线。

选择要分析的线路或电站，输入要分析的参数，在地图上显示缓冲分析后的结果。

4)数据管理员管理功能

数据管理员页面与用户页面基本一致，除了普通用户的功能外，数据管理员可以直观创建变电站、监测点等点状数据，并且可以录入数据、上传照片及文件，可以使的想改相关的数据。

5)系统管理员管理功能

系统管理员拥有所有权限，包括用户管理、文件上传记录的管理以及变电站、输电线路、敏感区、监测点的数据管理

6 总结

本项目在湖南基础地理信息数据库的基础上，增加环境敏感区图层、110 kV及以上变电站、输电线路图层，同时集成湖南电网现有的各种电磁环境资料 (数据、文本、报告、图片等)，建立基于Web GIS技术的湖南电网环境敏感区 (点)地理信息系统，实现湖南电网输变电环评、验收、纠纷监测资料的网络化高管理，项目的环境影响分析功能运用于电网规划、优化选址选线。系统基于Web环境运行，客户端不需安装软件及插件，且操作简单方便，为湖南电网环保管理者提供了查询信息、数据更新维护等日常管理工作的平台。

〔1〕韩毓，伊炜.快速建立WebGIS事件管理的方法探讨 〔J〕.安徽农业科学，2010(19):10458-10460.

〔2〕刘光.地理信息系统二次开发教程 〔M〕.北京:清华大学出版社，2003.

〔3〕张刚.影像金字塔的生成、压缩与存储模型研究 〔D〕.太原:太原理工大学，2016.

〔4〕张刚.海量影像存储与管理关键技术研究 〔D〕.长沙:国防科学技术大学，2009.

〔5〕郑群英，周晓光，栾柱晓 .影像金字塔增量更新方法 〔J〕.地理空间信息，2009(5):38－41.

Research of Hunan Electric Power Geographic Information System Based on Web GIS

ZHOU Jianfei，OUYANG Ling，YANG Jingchun，ZENG Huifang
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

Based on Hunan basic geographic information database，this system increases the layers of environment sensitive areas，110 kV and above substations and transmission line layers.At the same time，the existing electromagnetic environment data(data，texts，reports，pictures，etc.)is integrated in the system，for the Hunan power grid environmental management work to provide comprehensive technicalguidance to achieve efficientadministration ofpower transmission EIA，acceptance and disputes management.It can also be used for power grid planning and optimization of site and route selection.

Web GIS；grid environment GIS；environmentally sensitive areas

TM769

:B

:1008-0198(2017)02-0040-06

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.010

2016-10-18 改回日期:2016-10-31

国网湖南省电力公司科技项目 (5216A51350AY)

周建飞(1981)，湖南临武人，高级工程师，硕士研究生，研究方向为电力系统环境保护。