电力规划设计GIS平台的设计与实现探析

范 莹

（国家电网北京城区电力公司，北京 100032）

0 引 言

为能在专业化协同设计平台辅助电力规划设计工作，满足电力规划信息的整合需求，相关人员可在电力规划设计平台中引入GIS技术，继而在地理信息管理和运维平台建设中集成各类可视化和智能化技术，高效整合电力规划设计阶段的信息数据。因此，重点阐述电力规划设计GIS平台的设计及实现思路，维护电力企业的核心利益，并为用户提供有效的电力服务。

1 电力规划设计GIS平台相关概述

网络通信、高级配电以及计算机等技术被集成应用于我国电力系统的内部建设，用以支撑智能化和自动化的电网监测机制，保障电力系统供电的可靠性。在电力规划设计中，GIS平台借助新型先进的配电技术，整合并升级电网，使电力系统具有故障监测、设备自动管理以及智能配电等功能，从而为我国城市电网的建设奠定基础。大数据时代，电力系统在运行期间数据资料规模大且数据格式多，容易在电网数据管理中出现信息孤岛问题。通过建立GIS平台能够统一管理系统内部的信息数据，整合电力规划中的项目资源，为电力规划设计提供准确和系统的参考依据[1]。在电力规划设计GIS平台时，相关人员可在数字高程模型、遥感影像技术、仿真技术以及自动化电力设备的协同作用下整合地区电力系统的海量数据，共享电力电网资源，为电力系统的稳定运行提供助力。

2 电力规划设计GIS平台功能需求

2.1 图形定位、显示

电力规划设计GIS平台在设计功能时，应增设图形显示和定位功能，从而清晰展示线路设施、输电路线、配电站分布以及电压等级图，同时可用于定位电力规划区域基础地形图和电力系统开关站图。此外，它还能在坐标输入中帮助用户快速定位线路塔杆。

2.2 图层管理

电力规划设计GIS平台在图层管理功能中可分层显示塔杆、电网线路以及变电站等核心管理内容，创建河流、高速公路以及铁路等特殊地段的巡视图层，以及变电站容量、电压等级、输电线路以及线路分布等方面的专题图。电力规划人员可结合图层信息、输入线路、设备以及塔杆等数据资料，掌握各地区输变电的属性信息，从而提高输配电效率[2]。

2.3 项目管理

在电网规划设计中建立线路工程时，电力规划设计GIS平台应利用自身项目管理功能，整理工程负责人、电压等级以及线路工程类型等项目信息，监控项目进度，并实时更新线路工程施工建设现状。另外，在平台内的地理信息系统中辅助项目管理人员，有序完成线路接地和负荷测量等工作。

2.4 电力系统运维

一方面，电力规划设计GIS平台在空间量算分析中需结合电力规划范围中的地形土方和通视信息，在排查故障点期间提供最佳的维修线路。另一方面，该平台在系统维护中可保证系统内部数据安全，以免出现人为输出和改动现象。另外，在系统运维中通过利用系统管理日志，可确保系统运维的便捷性。

2.5 辅助电力工程设计

在发电、变电以及线路工程的设计期间，给出电网线路区域的内航带图和空间统计线路的内部信息，汇总工程设计信息，然后根据工程设计图纸，整合设备、生产以及施工作业方面的相关数据。

3 电力规划设计GIS平台的设计与实现

3.1 电力规划设计GIS平台的设计

3.1.1 网络设计

电力规划设计GIS平台网络设计在局域网络环境中架构三层客户端，主要服务内容为连接系统用户端、服务器以及端口衔接区域。其中，用户端研发时在软件平台使用C语言，研发兼容Direct 4D和OpenGL的网络引擎。服务器端口网络的布设目标是接收用户请求，并反馈平台的处理结果，整体网络架构如图1所示。为增强电力规划设计GIS平台的安全性能和稳定性能，减少平台故障，可在设计服务器网络时采用共享存储方案，通过“一主一备”模式，控制故障产生后的服务器瘫痪问题[3]。在服务器停止运行后，平台可启动备用服务器，从而为电网规划和电力系统的运行提供持续稳定的服务。

3.1.2 数据库设计

电力规划设计GIS平台数据库设计中，由于电力系统输电设备和电力规划区域中地理信息的关联度较强，所以在设计数据库的模块和功能时需结合地区地理信息。从电网规划、电力系统运维以及设备管理分析，需提供数据支撑服务。具体来说，电力规划设计GIS平台数据库模式可分为属性数据和空间数据，其数据交互可通过输入标识码完成，且两者之间具有对应关系，但不同数据库模式的应用范围存在一定的差异性。在电力规划中，空间数据多用于配电、电力设备以及区域地理信息的采集和处理，而属性数据可用于监测电网线路和电力系统负荷[4]。

图1 电力规划设计GIS平台网络设计图

3.2 电力规划设计GIS平台的设计实现

3.2.1 技术框架

电力规划设计GIS平台建立的技术框架由插件、三维可视化、GIS、数据库以及影像处理等技术构成。其中，GIS技术是电力规划设计GIS平台的核心技术，可在电网建设、电力系统运行以及线路工程开发中，通过海量地理空间数据保障电力规划的系统性。平台的技术结构中，数据库是地理信息系统功能实现的前提条件，能将GIS空间处理信息汇集到GIS平台的整体结构中。

3.2.2 基本算法

GIS技术应用范围较为广泛，技术实践涉及的地形和空间数据规模大。在此背景下，GIS技术在各地区电力规划中的占比不断增加。GIS技术在应用中需借助算法和动态调配机制实现GIS数据导入和显示，甚至可释放GIS平台范围内的数据和信息。技术人员在GIS平台中融入三维可视化技术，可使GIS平台在电力过程的电网调度范围内精准掌握塔杆、变电站位置以及某区域线路状态等内容，甚至能将远距离电力设备的状态清晰显示在电力系统的主界面，以满足电力行业的电网建设和系统维护要求[5]。

电力规划设计GIS平台实现中，使用算法为Geometry Clipmap。该算法可在二维GIS技术运用中升级并调整平台功能。例如，在GIS平台渲染地形时，该算法可基于GPU批量算法有效存储地形信息，并且在信息管理中结合地形的大小和分布情况分类整理地形信息，最后将其录入平台显存内，便于电力规划人员在采样期间使用GPU完成地形渲染任务。另外，在Geometry Clipmap算法支持下，电力规划设计GIS平台具有海量数据查询和存储功能，可通过简化海量数据使相关人员快速获取电网和线路信息，从而为电力行业的稳定发展打好基础。

以电力规划设计GIS平台地形测绘为例，Geometry Clipmap算法在实现像素大小三角形中将像素定义为：

其中，ngt为地形区域大小，W为平台窗口大小，n为区域平面内边长数量。

3.2.3 功能实现

电力规划设计中，GIS平台功能的实现可根据电力行业内部平台的成果数据，设计对应的数据接口，以确保平台作用与电力系统和电网信息系统的无缝衔接。另外，在平台功能结构中针对电力规划区域内数据集成方案，可将地理信息系统、地质信息数据以及电力行业内信息进行整合和归类[6]。电力行业以此为基础共享电力规划信息，以推进电网业务的协作开展，从而在优化配置行业内部资源过程中改进电力行业内的业务流程。此外，电力规划设计中GIS平台所建设的一体化服务可遵循电力企业总体架构，结合功能服务对象，提供数据、GIS、身份验证以及设备管理等服务。强化电力系统运行的监控力度，使GIS平台在电力规划设计中可进行实时的动态化监测服务。

平台建设中各功能板块相互配合，可作为不同地区电力规划、输变电工程设计以及业务流程创新的基础支撑。例如，功能板块在系统规划设计中可辅助电力规划工作，实现数据的共享和流通，使相关人员可高效控制电网建设和电力系统运行数据。GIS平台开发软件可选择Microsoft Visual Studio 2019，数据库软件选用SYBASE，平台二维和三维的功能开发通过ArcGIS组件和客户端实现。

3.2.4 数据获取

电力规划设计平台中会产生矢量数据、卫星影像以及数值高程等海量数据信息。因此，技术人员需借助GIS栅栏数据格式增强平台兼容性，使平台稳定且高效地获取不同格式的数据。另外，相关人员基于电力规划设计中的GIS平台可直接采集并获取地区的原始数据，对比电力规划区域内的地形资源，恢复原有地形地貌，以确保电网建设中该地区地形影像的系统性。在数据存储中可以以文件形式存储数据，无需在数据库内搜索信息，有助于完善电力规划信息查询体系，提高其规划效率，从而满足我国电力行业的发展建设需求[7]。

4 结 论

综上所述，城市电网建设中可通过建立电力规划设计GIS平台发挥GIS技术的核心价值，实现电力规划设计中信息和功能应用的一体化。平台的设计需结合电力规划的基本需求，融合三维可视化和插件等先进技术，整合电力行业的平台资源。相关人员在线路工程和电力设备管理中利用自动化和智能化服务，可确保电力规划设计工作的实效性，为完善我国电力行业建设体系提供助力。