基于开源WebGIS的用电信息采集终端全景展示

何燕兰，司亚君

（1.江苏省地质测绘院，江苏 南京 211102）

随着电能计量技术的快速发展，用电信息采集终端被广泛应用于用电信息采集系统[1]的建设，主要包括专变采集终端、集中抄表终端、分布式能源监控终端等类型。采集终端的通信方式主要包括光纤网络通信、GPRS（CDMA）、230MHz无线通信和载波通信等。由于用电信息采集终端在使用过程中存在各类故障，如电源故障、通信故障、抄表故障等，给用电信息采集系统的现场运维工作带来了阻碍，迫切需要对运行的用电信息采集终端进行全景展示，以便及时处理终端故障。

随着信息科学、遥感技术、计算机技术和地理科学的发展，GIS技术得到了极大的完善，由于其强大的数据分析和空间分析功能，已被应用于电力系统中与地理信息密切相关的各个方面[2-6]。利用用电信息采集系统中采集终端空间数据和采集终端上报的事件数据，结合开源WebGIS技术开发用电信息采集终端全景展示应用，已成为当前用电信息采集系统新兴的研究领域之一。

1 应用设计

1.1 用电信息采集系统概况

用电信息采集系统是为实现用电管理和用电智能化而建立的辅助系统[1]。该系统一方面可采集和分析配电变压器和终端用户用电数据，进而实现用电监测、负荷管理、线损分析、自动抄表等功能；另一方面可连接营销等应用系统[7-8]，有效推进分时电价、阶梯电价乃至实时电价等电费控制策略，进而实现现代化、智能化的电力营销。

用电信息采集系统主站架构为B/S模式，浏览器端支持Internet Explorer 7.0+、Firefox和Chrome等通用浏览器，服务器端使用Struts、Spring和Hibernate搭建的Web应用程序开源集成框架（图1）。

1.1.1 采集终端地理位置信息

接入用电信息采集系统的采集终端都是基于GPS设计的，采用GPS、基站、WiFi等定位技术得到采集终端的地理位置信息，让采集终端地理位置信息不再是“信息孤岛”。

1.1.2 采集终端上报事件预处理

根据智能电能表以及采集终端事件记录规则，采集终端事件分为一般事件和重要事件，一般事件采用主站抄读的方式，重要事件采用主动上报的方式。用电信息采集系统需对终端上报的重要事件进行预处理分析，从而判断终端是否存在故障。

1.2 开源WebGIS

WebGIS是利用Internet技术来扩展和完善GIS的一项新技术，其核心是在GIS中嵌入HTTP标准的应用体系，实现Internet环境下的空间信息管理和发布。WebGIS是一种B/S结构，客户端采用Web浏览器，服务器端向客户端提供信息和服务，客户端具有获得各种空间信息和应用的功能。

1.2.1 GeoWebCache

GeoWebCache（GWC）是一个采用Java实现，用于缓存WMS Tile的开源项目。当地图客户端请求一张新地图和瓦片时，GWC将拦截这些调用然后返回缓存过的瓦片；若找不到缓存再调用服务器上的瓦片，从而提高地图展示的速度，实现更好的用户体验。

图1 用电信息采集系统物理架构

地图往往是静态的，大部分客户端每一次请求WMS数据都会被质疑，将产生不必要的处理，增加等待时间。在客户端请求时，GWC将优化存储（缓存）地图瓦片，作为代理连接客户端（如Leaflet或OpenLayers）和服务器（GeoServer或任何WMS兼容的服务器），当接收到新的地图和瓦片请求时，若这些瓦片已经得到缓存，GWC将拦截这些请求并预渲染瓦片。因此，一旦瓦片被存储，地图绘制速度将增加许多倍，实现更完美的用户体验。1.2.2 Lea fl et

Leaflet是一个为构建友好的互动地图而开发的、现代的、开源的 Javascript库，具有开发在线地图的大部分功能。Leaflet设计坚持简便、高性能和可用性好的思想，能在所有主要桌面和移动平台高效运作，在现代浏览器上会利用HTML5和CSS3的优势，同时也支持旧的浏览器访问和插件扩展。

2 应用实现

2.1 服务器端的实现

服务器端主要负责地图服务，在Tomcat服务器下部署GWC，并使用ArcGIS瓦片数据发布WMS服务，其中ArcGIS瓦片数据通过下载的Google地图导出获得，然后在GWC的配置文件GeoWebCache.xml中对ArcGIS瓦片数据的目录路径进行配置。

启动Tomcat后，在浏览器地址栏输入http://server:port/geowebcache/home即可访问GWC，点击“A list of all the layers and automatic demos”链接即可浏览发布的ArcGIS图层。

需要注意的是，在Linux环境下部署GWC时，若ArcGIS瓦片数据的行列号里含有大写英文字母，将会导致瓦片加载不全，此时可修改源文件ArcGISCacheLayer.java中的getTilePath，使GeoWebCache能够加载行列号中含有大写英文字母的瓦片。

2.2 数据库的实现

应用使用Oracle Spatial存储用电信息采集终端的空间数据。Oracle Spatial主要通过元数据表、空间数据字段（sdo_Geometry字段）和空间索引管理空间数据，并在此基础上提供一系列空间查询和空间分析的程序包，让用户进行更深层次的GIS应用开发。Oracle Spatial使用空间字段sdo_Geometry存储空间数据，元数据表管理具有sdo_Geometry字段的空间数据表，并采用R树索引和四叉树索引技术提高空间查询和空间分析的速度。

2.3 客户端的实现

客户端主要通过Leaflet调用服务器端的WMS服务实现地图的加载和展示，若加载地图后出现瓦片位置错误，则需配置地图的坐标参考系，默认为EPSG：3857。

1）为了解决页面加载所有用电信息采集终端空间数据而导致的页面无响应问题，应用只加载页面所展示区域范围内的采集终端空间数据，并在地图上进行标记。当用户拖拽或缩放地图时，清除之前地图上已经标记的采集终端，再根据当前页面展示区域范围重新加载该区域范围内的采集终端空间数据并标记。

2）在采集终端空间数据的基础上，结合采集终端上报的事件数据，分析判断得到存在故障的采集终端并聚簇显示。缩放地图时，则根据当前地图层级的比例尺差异化展示聚簇效果，在全景展示故障设备的同时，带来更好的用户体验。目前在Chrome浏览器下支持1～5万设备节点的聚簇显示。

3）GeoJSON是一种用于空间数据的编码格式，可提升处理空间数据的效率，支持点、线、多边形、多点、多线和多面等几何类型。通常在服务器端获得设备的空间数据后，返回给客户端的是JSON格式的空间数据，客户端先解析JSON格式的空间数据再加载到地图中将会很慢，因此在前后端采用全栈传输GeoJSON格式的空间数据，无缝对接处理空间数据，有效提升了操作的响应速度。

3 应用运行效果

应用开发完成后，部署在用电信息采集系统上进行实际应用，为系统运维人员提供服务。在性能方面，第一次加载地图略慢，加载完成后，在地图上进行操作都有很高的响应速度。运行结果表明，该应用在稳定性、扩展性和响应速度方面均达到要求，初步满足用户查询用电信息采集终端地理位置信息和故障信息的要求。目前在该应用的基础上，正在开发计量箱地理位置展示和线路故障监测等功能，将进一步提高应用的范围和质量。应用运行效果如图2、3所示。

图2 终端地理位置展示

图3 终端故障报警（审图号：GS(2015)2650）

4 结 语

本文使用开源WebGIS技术开发了用电信息采集终端全景展示应用。运行结果证明，该应用在开发维护成本和性能上达到了一个较好的平衡。该应用仅为一个基础性的应用，后续将引入其他功能，进一步拓展应用服务的深度和广度，如信道通信情况监测、台区线损监测、大客户用电监测等。今后还将引入便携式终端，并与传感器技术相结合，实现用电信息采集终端故障定位与导航功能，从而为用电信息采集系统的现场运维工作提供更加方便快捷的科技手段。

[1] 杨宁.浙江电力用电信息采集系统的技术研究与深化应用[D].北京:华北电力大学,2015:71-76

[2] 孔德尉,张涛,聂文超.WebGIS技术配电网管理系统中的实现[J].品牌(下半月),2015(4):185

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[6] 冷伟.基于ArcGIS的电力配网系统的设计与实现[J].中国教育技术装备,2010(18):75-76

[7] 楼小波,沈勤卫,倪志泉.供电企业“营配贯通”及其实践[J].湖州师范学院学报,2013(增刊1):136-141

[8] 宋仁平,吴玉新.智能用电服务系统应用研究[J].电力信息化,2012,10(1):95-98