基于资源图模融合的离线电网GIS 关键技术研究

王德辉，吴小飞，王伟光，张雨，张栩华

（广东电网有限责任公司广州供电局，广东广州 510620）

随着智能电网的快速发展，电网建设与运维环境变得越来越繁杂，原有的电网管控措施已不能满足需求，而电网地理信息系统（Geographic Information System，GIS）的出现恰好符合智能电网发展的需要[1]。电网GIS 基于图像处理、三维数据库等技术，对电力系统进行相应的处理，从而构建电网GIS 体系，以辅助电力系统安全、可靠的运行[2]。

现有电网GIS 平台考虑系统的应用性能和数据安全，仅发布了切片地图。在导出CAD 时，只能导出电网数据，无法同步导出对应区域的矢量地图数据[3]。且电网GIS和生产系统只支持内网环境下在线运行，而部分设计、施工单位无法连入内网，无法在设计和施工过程中开展电网数据维护，只能通过CAD图纸、Excel 表格等传统文件格式进行数据交换[4-5]。因此，造成电子化移交工作存在功能不完善、整体协同效率较低等问题。

为了优化电网相关工作电子化移交全过程的管控，实现电网数据在业务过程中同步变更，保证数据更新的及时性和准确性，展开了基于资源图模融合的离线电网GIS 关键技术研究。通过图模融合技术实现电网的可视化，并将电网GIS 进行离线操作，进一步提高协同作业效率。

1 离线电网GIS系统

针对电网GIS 系统离线后的数据处理和多种操作共同进行的问题，设计了以离线电网GIS 为核心的电力系统图模处理体系，其架构如图1 所示。

图1 离线电网GIS系统架构

离线电网GIS 系统融合了地理与电力系统信息，可以获取电网的地理位置和模型，并能够将其提供给其他系统，且该系统中的功能允许跨平台，或者设置为公开，以确保GIS 平台地理位置的稳定可靠。

2 图模融合技术

图模融合技术为离线电网GIS 系统提供了图形、模型与数据库[6]。其中图形为系统提供可视化的界面，以实时监测电网的运行状况；模型采用IEC61970 电网信息模型；数据库主要存储各种图形和模型数据信息[7]。基于图模融合技术的离线电网GIS 系统能够实现可视化、集约化操作，大幅度减少了操作人员的工作量，提高了运行效率。

2.1 图模间的相互转换

图模融合技术的关键是建立图形、模型与数据库三者间的转换关系，具体模式如图2 所示。

图2 图模库三者间的转化

模型与数据库间的转化需要为IEC61970 标准中的公共信息模型CIM 与数据库构建映射关系[8]。同时图形与数据库间的转换需要将两者进行关联，以完成图像可视化和数据同步处理等操作[9]。在图形与数据库建立关联的同时也关联了模型，三者间转换关系的确立能够满足图形、模型、数据库的同步操作需求，从而实现图模融合。

2.2 图模拆分及增量处理

为了提高图模融合的处理效率，需要在保证数据信息完整的条件下，进行图模数据的拆分。若关键数据发生增加、删减等变化，则将其界定成增量模型[10-11]；若关键数据是全量数据的一个部分，则将其界定成拆分模型[12-13]。拆分模型、增量模型与全量模型的关系如图3、4 所示。

图3 拆分模型和全量模型的关系

图4 增量模型和全量模型的关系

基于以上两个图形可以看出，图模融合的实质便是构建全量模型、增量模型与拆分模型间的关联，以最小的资源损耗满足最大的图模数据需求[14]。

3 基于资源图模融合的离线电网GIS系统

系统根据业务流程制定电网工程方案及路线，以电网基建项目施工设计为例，支持设计成果拆分成可多次施工的图纸。多个设计成果的合单流程如图5 所示。

图5 基于离线电网GIS系统的基建项目合单流程

首先，电网设计单位下载最新电网数据进行设计及电网绘图。在阶段竣工发布前，设计单位下载最新的电网数据更新离线设计。在阶段竣工中，由设计单位根据实际现场停电范围选择设计成果竣工范围数据，并调整设计成果，重新导出阶段竣工数据包以及阶段竣工单线图、沿布图等CAD 图。然后绘图人员将阶段竣工成果设计数据导入电子化移交单，进行在线合并及冲突解决。

在系统处理业务流时，关键在于处理离线竣工数据包以及在线合并时的冲突解决[15-16]，文中将针对上述两个方面进行详细的论述。

3.1 设备冲突判断

当拆分后的离线数据包进行合并时，需要进行冲突判断，其判断流程如图6 所示。

图6 冲突判断流程

具体操作如下：

1）对Merge_state 数据、Target_state 数据、疑似冲突数据进行详细冲突判断。判断过程对于设备的每个数据库字段均进行比较，如果运行版本设备的数据、临时版本设备的数据、基础版本设备的数据各不相同，则认为设备发生了冲突；

2）若存在冲突，将产生Resloved_State，为解决版本对应的State，其State链将自动转为灰色箭头标识。

3.2 冲突解决及合并

在投递过程中进行冲突检查，对差异数据进行自动合并。若存在冲突，则提供冲突解决界面来完成冲突合并。冲突合并的过程可以人工干预和人工编辑，矫正自动投产过程中可能产生的拓扑等数据错误。冲突解决及合并过程如图7 所示。

图7 冲突解决及合并过程

4 实验结果与分析

系统使用Web Studio 作为开发平台，C++作为开发语言。系统运行在操作系统为Windows的设备上，Web 版本要求在5.0 及其以上，内存不小于8 GB，存储容量不小于32 GB。

4.1 设备冲突解决实现

在设备冲突解决实现中，将所有的冲突设备进行分类，在树形控件中展示。根节点分别为“线路设备”、“站内设备”。在“线路设备”下所有线路设备按设备类型进行分类，每个设备类型节点下显示该类型冲突的设备。在“站内设备”下，首先列出各个冲突文档对应的站名，在冲突文档节点下将冲突的设备按设备类型进行分类，每个设备类型节点下将显示该类型冲突的设备。其中冲突解决页面如图8所示。

图8 冲突解决页面

运行视图中为运行版本数据，即从Target_state→中间多个state→Base_state 之前的所有数据。设计版本为临时版本数据，即从Merge_state→Base_state之前的所有数据。冲突解决视图为冲突解决版本数据，即从Resolved_state→Merge_state→Target_state→Base_state 之前的所有数据。打开该界面时，程序对当前选中的冲突设备自动在3 个视图中进行定位。

4.2 站内外连接合并

站内外链接合并界面共有3 个TAB 页面，如图9所示，每个TAB 页面包含了一个站内外连接列表。

图9 站内外链接合并界面

合并后设备站内外连接：显示选中冲突设备在冲突解决视图中的站内外连接，可进行编辑。当保存后，可立即修改该设备在冲突解决视图中的站内外连接。

运行设备站内外连接：显示选中冲突设备在冲突运行视图中的站内外连接，其属性为只读。

设计设备站内外连接：显示选中冲突设备在冲突临时视图中的站内外连接，不可编辑修改。此设备卡片与上一个设备卡片均只用于参考。

5 结束语

通过基于资源图模融合的离线电网GIS 关键技术研究，实现了电网图形与IEC61970 模型的相互转换，并对离线电网GIS 系统中的关键问题，例如工作单合并及冲突解决等提供了具体的处理措施。此外，基于离线电网GIS 系统的理论描述，开发了相应的系统，能够判断与解决设备之间的冲突、完成任务单的合并及派发，从而有效提高了工作效率。因为现有的离线电网GIS 系统主要是单个站点的信息，在接下来的研究中将侧重于完善电力电缆等设备的连续轨迹信息，以更优地提升离线电网GIS 关键技术的普适性。