基于三维GIS的配电息化系统设计
摘要：基于三维gis的配电网系统能够根据用户的需求和使用习惯提供可视化的真三维空间地理位置视图，并且在由三维gis系统提供地理位置数据的基础上实现一系列服务应用，最终实现配电网资源的信息化。该课题基于三维gis技术，完成了三维配电网系统的整体设计和建模。本文主要分为五个部分：引言，需求分析，设计分析，测试分析和总结。引言主要介绍课题研究的背景和意义与课题的工作内容和目标；需求分析主要介绍了系统的概述和描述了功能需求；系统设计描述了系统建立的流程及最终所实现的功能；总结部分概述了三维gis技术的发展以及在配电网中应用的趋势。
关键词 三维 gis google earth 配电网 三维建模 1引言
1.1系统设计背景
随着电网建设的不断发展。用户对供电可靠性的要求越来越高.这就要求电力企业特别是配电网的管理更趋于精细化。建立配电网地理信息系统有助于提升配电网调度、规划、生产、运行、营销等的管理水平。
配电网络地理信息系统是电力信息化的一个重要组成部分，它将配电网中的各种信息与反映地理位置的图形信息有机地结合，实现具有拓扑结构和分析功能的空间数据库系统，并且提供了强有力的手段处理图形和非图形信息，为电力部门提供智能化决策和控
制。
目前已经出现了部分基于二维gis的配电息化系统，已经能够完成基本的查询、分析功能，但是在提供足够真实的可视化场景、完善的人机交互和增强分析等方面则略显不足。本文引入三维gis系统作为配电息系统的分析、显示、交互层，解决或缓解了上述问题。 1.2关于三维gis
从不同的角度出发，gis有三种定义：
（1）基于工具箱的定义：gis是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间数据的工具集合；
（2）数据库定义：gis是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能被索引和操作，以回答各种各样的问题；
（3）基于组织机构的定义：gis是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提供解决环境问题的各种决策支持。 2需求分析
配电网管理gis的信息流量很大、综合性很强，既要在高效访问数据的基础上满足海量存储需要，又要实现强大便捷的数据维护和空间分析功能，同时还要满足大量客户端操作简捷的需求，所以迫切需要结合三维gis技术进行三维gis的配电网系统设计。 2.1系统设计目标 2.1.1系统设计原则
（1）开放性：采用面向对象的支撑平台和运行、开发平台，提高软件的可靠性、可继承性、可维护性和可扩充性；采用开源的开发工具，支持第三方的二次开发。
（2）安全性：系统提供严格的保密措施、安全管理手段、可靠的数据存储方式和系统运行机制。
（3）功能性：功能性是配电综合管理图纸系统设计的首要原则，系统功能性是衡量管理信息系统建设成功与否的基本标准，本系统作为原型验证系统，功能性设计基本满足配电网系统建设的要求。 2.1.2系统设计目标
该系统的主要目标就是使配电网生产管理工作革新，摆脱传统的作业模式，增强系统的可视化程度，提高工作效率和管理效率。 本系统设计目标主要是：
（1）真实、直观地再现配电线路、配电设备、地表信息和建筑物等的三维景观。
（2）电网的所有类型的信息、属性以及一部分用户都存储到gis 数据库中，当要进行信息的交流与数据交换时，直接从gis 系统数据库中提取出各种需要的信息与其他部门的信息进行信息流转 2.2系统功能分析
（1）在地理图上直观地反映电网中设备、负荷和用户的分布情况及模拟电网的实际运行情况，直接查询和统计线路、设备和用户等需要的数据资料，形象、直观地表示出结果，生成相应的地图（设备负载图、客户统计图（二维）、区域分析图等），以供管理、分析
和决策。
（2）提供电网运行管理分析和优化工具，保证电网安全经济运行，加强运行维护和营业服务等专业管理，加快报装、报修和抢修响应速度，提高客户满意度，为有效提高工作效率和服务质量提供技术支撑。
（3）拟构建一个数据交换和信息共享平台，有效地与现有孤立的应用系统（mis、客服、用电等）无缝融合，为信息决策提供更加有效全面的支持。 3系统设计分析 3.1系统整体设计
作为b/s网络体系结构，系统结构框架如图1所示。由于数据库维护和电网规划都涉及大量的数据处理和分析，特别是空间数据的处理，信息量大、处理方式复杂，所以采用arcsde，通过该模式可以使管理人员方便地进行电网图的常规操作、线路切改、断电分析、属性信息更新、图形报表的打印输出等功能进行浏览查询、统计资料、生成报表等工作，所以采用b/s方式。 3.2系统模型
3.2.1传统配电网拓扑模型
根据配电网络的特点，有许多学者提出很多不同的配电网拓扑模型，比如耗散网络模型，该模型把配电网络简化为点和弧，其中包括变电站和开闭所的出线开关。馈线上的分段开关和联络开关看作是顶点，馈线线段看作是弧，其方向就是线路上潮流的方向，一
段线路的供电负荷可以看作是弧的负荷，流经开关的负荷可以看作是顶点的负荷；
另一种面向配电系统原件模型的配电网拓扑，在输电网络数据库结构的基础上，提出了一种适合配电系统的网络数据库结构和网络层次模型，该模型分别描述配电馈线、馈线段（分支线）和电源（输电部分）。
尽管这些模型都充分考虑配电网的特点，基本满足配电网建摸的要求，但基于gis 在配电网中的应用，如何让这些模型能直接在gis 平台上应用或集成便成了一个问题。 3.2.2本系统拓扑模型
基于gis 的拓扑图中只包含点和线两种元素，其实这与我们传统的图论不谋而合。拓扑图在gis 平台上是以一个层的形式管理，点和线元素具有所有对象的方法和属性。尽管拓扑图已经形成，但gis 平台所面对的拓扑分析毕竟不是专门针对电力系统的，因此还必须在gis 的拓扑的基础上，建立适合于电力系统分析的模型，这样不但能充分利用gis 强大的空间分析能力，同时也能满足电力系统的要求，更能很好地完成gis 与dpas 的集成。综合考虑配电网的特点，建立模型时应该建立一个对网络拓扑起关键作用的模型。网络中的关键节点是对网络拓扑有重要影响的节点。将不影响拓扑的点设计为复杂边上的点，影响拓扑的点设计为复杂边的端点等方式建立最适合配电网络的模型。 3.3系统技术建议
3.3.1使用b/s架构
webgis 服务为b/s 结构，远程客户通过网络浏览器 访问web 服务器，从而访问gis系统，客户对图形处理能力要求不高。web 服务器中安装服务器（建议使用apache）与arcsde9.0 软件。通过以上系统资源的合理调配和管理，配电网am/fm/gis 系统与其他系统融合在一个系统中，使其既有gis 系统强大的图形查询功能，又有多媒体界面相配合，在后台则有性能优越的oracle 及arcsde9.0 作数据库管理及图形库管理，整个系统完全遵循b/s 结构，可以方便业务人员进行系统管理、操作、分析。 3.3.2使用google earth作为gis引擎 3.3.2.1二维地图参考导入
使用google earth提供的鸟瞰卫星视图。应用sketchup的“导入谷歌地球当前视图”功能，在google earth客户端中将视角移到需要进行三维建筑建模的地图，将此视图导入sketchup，作为基本图层，在图层的基础上进行建筑物的建模工作。
由于google earth所提供的视图免费获取的高分辨率空间影像数据，同时sketchup与google earth有很好的关联协作性，能在加载底图基础上自动设置空间地理坐标，无需截图、方便快捷、定位准确。下图是以导入的二维地图为底图的模型： 3.3.2.2三维建筑物建模
应用sketchup进行建筑物建模时需要根据建筑物本身特性的不同采用不同的设计方案。对于形状不是很规则的建筑（如教三），
需要以楼的主体骨架为一个组件，，在这个组件的基础上对比照片，进行形状细节上的调整。而对于较为规则的建筑（如图书馆，学六等），可以将每间屋子作为一个组件，通过这些组件的拉伸、偏移、复制等操作形成一层，再通过平移复制形成整体的建筑模型。不同类型的建筑采用不同方法能提高建筑物建模的效率和精度，缩短了开发的时间。 3.3.2.3效率问题
（1）加载鸟瞰视图时应在google earth客户端选择地形图层，以便与加载到网页中的google earth统一海拔。如果不统一，会出现建好的三维建筑在地图中的显示起来与地面不统一。 （2）对于贴图比较多的模型，由于数据量已经很大，所以不进行阴影渲染。经实际检验，贴图的大小对模型数据量的影响不大。但是分辨率高的贴图用于小组件的情况比较影响三维模型的导入速率。
（3）对于使用阴影效果的建筑物，其阴影效果的设置的参数应该保持一致，否则 在场景中会呈现出不协调的阴影效果。同时应使用sketchup自带的阴影效果，避免使用渲染插件的渲染，这样能提高系统的现实和操作效率。 3.3.2.4使用arcsde空间数据库引擎
arcsde做为arcgis套件中的空间数据库中间件，arcsde提供了一套数据访问对象，利用它可以建立与sde的连接并可对其中的空间数据进行读写。类似于db幅，arcsde中的空间数据也是用
table、field、recordset的概念组织起来的，所以操作起来很方便。arcsde提供了一套地图显示对象解决图层的管理和专题图层的实现。arcsde的地图是分层管理的，每一层对应一个recordset，图形的类型可以是点、线、面。arcsde还提供了接口让开发人员自定义点、线、面的实现方法，我们可以在地图上把变压器描述为一个点，在显示的时候把它画成两个相交的圆，也可以在做负荷密度分析的时候根据各个区域的负荷密度进行着色或画出饼图。arcsde支持栅格地理图层，允许在地图上叠加航拍照片。arcsde支持动态图层，可以在地图上显示抢修车的位置，当抢修车行进时自动刷新地图。能够有效完成本系统对空间数据库的需求。 4总结
本文分析了基于配电网地理信息系统的建设过程，包括系统的总体结构以及实现的主要功能，并特别地阐述了三维gis的优势以及在配电网系统中应用的好处。本文总结了配电网地理信息系统建设的方式，指出了目前配电网地理信息系统尚存在的一些不足并进行了改进，其中，三维gis的引入基本解决了现有系统的呈现方式的问题，而webgis的使用也大大减少了系统操作人员的上手难度。本文所论证内容，对gis在供电企业管理中的应用可以起到一定的指导或参考作用。当然本系统设计尚存不足之处，相信随着计算机技术和gis技术的不断发展，这些问题的不断解决，三维配电网gis系统肯定会有更为广阔的发展前景。
