基于GIS的电力规划数据支撑平台

吴庆双，付仲良

(1.武汉大学遥感信息工程学院，武汉430079;2.安徽师范大学国土资源与旅游学院，芜湖241000;3.安徽自然灾害过程与防控研究省级实验室，芜湖241000)

基于GIS的电力规划数据支撑平台

吴庆双1，2，3，付仲良1

(1.武汉大学遥感信息工程学院，武汉430079;2.安徽师范大学国土资源与旅游学院，芜湖241000;3.安徽自然灾害过程与防控研究省级实验室，芜湖241000)

针对国内电力规划行业尚未建立起统一的规划数据库平台和电力规划工作的共享性、可视化、自动化程度较低的现状，从整个行业的角度出发，提出了一种基于GIS技术的电力规划数据支撑平台的技术方案，并对其中的建设目标、总体框架、数据库建设、功能模块及关键技术等问题进行了设计和研究。基于该技术方案，整合了全国主要电力规划设计院的规划数据，初步建立起了国家电力规划数据支撑平台，并实现了预定功能。基于GIS技术的电力规划数据支撑平台的建设，对于提高国内电力规划数据的规范和共享、提升电力规划工作的质量和效率，以及促进电力规划行业的整体信息化水平有着重要的意义。

电力规划;地理信息系统;规划数据库;规划研究;规划管理

0 引言

电力规划是一项复杂的系统工程，它具有信息量大、涉及面广、专业要求高、综合性强、不确定因素多等特点，是一项复杂的数据密集型和技术密集型工作。这些复杂性使得单纯依靠规划人员既有工作经验来开展工作已无法满足实际需求［1］，必须借助信息化的技术手段进行辅助支持。

在国内，许多学者对电力规划信息化工作做了有益的探索，已有不少成熟的信息系统应用于电力规划领域［1－5］。提高了电力规划工作效率，积累了大量的数据资源，有的已经形成了比较专业的数据库，并取得了较好的效果。现有的信息化手段逐渐显现了局限性，其主要表现在:①信息资源相对封闭，无法与外部系统共享，形成“信息孤岛”［5］，进而导致各企业、各部门的信息资源不能充分共用和合理共享，也无法成为政府部门等更高层次信息化应用的有效信息源;②缺乏统一的工作平台和集成平台，不能将零散的信息资源整合起来进行综合应用，工作效率有待提高;③数据管理手段单一、功能薄弱，由于数据之间缺乏有效联系，无法提供与常用规划计算软件进行有效数据转换的接口，使得统计数据、报表数据与规划计算数据难以统一，无法进行自动的一致性校验;④缺乏成熟的地理信息系统(GIS)图形工作站。现有的规划成果多以计算机辅助设计(CAD)为图形平台，不仅不支持海量数据，而且缺乏可视化、图形化的展现手段，图形编辑和交互能力弱，也无法直接出图。在这种背景下，亟需从整个行业的角度出发进行统一规划和设计，利用GIS技术建立起技术先进、功能齐全的电力规划数据支撑平台，用来整合各种电力规划数据资源，从多种角度为电力规划提供辅助支持。

本文从整个国内电力规划行业的角度出发，提出了一种基于GIS技术的电力规划数据支撑平台的技术方案，并对其中的建设目标、总体框架、数据库建设、功能模块及关键技术等问题进行了设计和研究。同时基于该技术方案，整合了全国主要电力规划设计院的规划数据，初步建立起了国家电力规划数据支撑平台，取得了电力规划标准化、图形化、自动化的效果，并能为政府部门提供翔实的数据、信息，能清晰地展现电力发展的历史、现状和未来，服务于高端咨询，从而为我国电力规划提供了有益的支撑。

1 总体设计

1.1 建设目标和实现技术

国家电力规划数据支撑平台的主要建设目标是整合全国各种电力规划数据资源，通过建设满足国家电力发展规划需求的数据库，实现电力规划数据的统计、分析、研究、管理和图形化，同时提高电力规划数据的互动性，简化工作流程和提高工作效率，以满足电力规划研究应用的需要和提高数据共享效率，降低数据生产成本。另外，电力规划数据支撑平台(以下简称系统)应具有良好的开放性，并能提供外部服务接口，以利于系统的自身扩展及与外部程序的交互，其主要实现技术如下:

(1)在对实际的电力规划数据现状、业务流程和潜在应用进行综合了解、认识的基础上，编写具体的数据标准、数据库标准、程序设计开发标准和相关管理技术规程等，建立完善的标准体系，做到标准先行，用标准指导、约束具体的系统设计开发。

(2)针对电力规划工作中，用户需要进行大量的空间数据浏览、编辑、图形和属性互查等操作，数据交换量大的特点，整个系统采用客户端/服务器(C/S)架构。同时系统预留Web服务接口，未来的Web扩展应用需求可以基于该接口进行开发，以便提供简单版的Web应用。

(3)以ArcGIS系列产品作为开发平台，并采用Oracle数据库统一存储、管理空间数据和属性数据。整个系统基于ArcGIS Engine(AE)组件，在Visual Studio 2008集成开发环境中利用C#语言进行二次开发实现。

1.2 总体架构

电力规划数据支撑平台从总体架构上分为数据库层、通用组件层、业务服务层和用户表现层4个层次，各层之间相互分离，以便于系统的灵活扩展，其总体架构如图1所示。

图1 电力规划数据支撑平台总体架构Fig.1 Overall structure of power planning data supporting platform

(1)数据库层。即在底层建立的规划数据库，它是整个数据管理和共享的基础。规划数据库中的数据按性质可分为空间数据与属性数据两大类。空间数据是指与空间位置相关的数据，主要包括电源点、变电站、电力线路、能源基地、基础地理数据等，它是可视化表现的基础;属性数据包括各种规划的相关信息，主要包括经济情况、能源资源信息、交通运输信息、电源信息、电网信息和设备运行情况等，它是规划数据库的核心。

(2)通用组件层。为业务服务层的基础，它是在系统各功能模块的基础上，通过抽取类似功能来构建通用组件，如数据引擎、图层控制、地图浏览、空间查询等功能模块。为避免重复开发，可将其抽取出来作为通用组件，供其他应用模块调用，以便在业务变更时通过修改特定组件就可满足全部系统修改的要求。

(3)业务服务层。是为规划研究、管理、评审、决策等工作提供各种专业功能服务的中间层。它可划分为数据发布、规划研究和规划管理3大应用功能模块，可提供各类数据的发布展示、图形和属性信息互查、专题应用和文件资料搜索等服务。

(4)用户表现层。是电力规划数据支撑平台架构的最高层，可为用户提供各种应用工作的平台。本平台的用户可分为领导、系统管理员、一般用户(规划工作人员)3类。

2 数据库设计

由于电力规划工作和国民经济、社会发展密切相关，因此不仅要考虑电源点、变电站、电力线路、能源基地等电力基本设施的本身信息，还需要考虑经济、人口、资源、交通、运输等多方面因素影响，数据量大、种类繁多、数据结构复杂、关联度大，且变化更新快，需要根据不同的数据特点和功能应用需求，对电力规划数据库进行合理划分，以形成一个适合实际需求的数据管理、维护和应用的数据库体系。

系统采用开放的方式设计建设数据库，注重使用元数据对空间数据和非空间数据进行组织和描述，不同类别的数据分库存储、统一管理，库与库之间提供多种数据接口。整个电力规划数据库可从逻辑上划分为电力资源属性数据库、电力资源空间数据库、社会经济资源数据库、基础地理信息矢量数据库、基础地理信息栅格数据库、电力规划属性数据库、电力规划空间数据库、三维模型库、系统维护数据库9个子数据库，其主要内容见表1。

表1 电力规划数据库构成体系及其主要数据内容Tab.1 The constitution system of power planning database and its main content

3 主要功能

电力规划数据支撑平台的功能，从业务角度出发可划分为数据发布、规划研究和规划管理3大模块，各模块的主要功能如图2所示。

图2 电力规划数据支撑平台的主要功能模块Fig.2 The mian function module of power planning data supporting platform

3.1 数据发布

数据发布模块主要对涉及到电力规划的各项基础数据进行管理，以满足数据收集、整理和积累的需要。主要工作是建立可视化的平台，即基于电子地图对规划成果和基础数据进行查询、统计、分析和图形的可视化展现，实现基础数据图形化管理、图和属性的双向关联。具体发布的数据内容包括:各省区国民经济发展情况、能源资源情况、历史用电情况、电源基本现况、变电站基本现况、发电设备主要运行情况、电网设备主要运行情况，最新电力系统现况、电源及变电站规划情况、送电及受电规划成果、水电站出力特性数据，主要煤炭基地水资源情况，两大电网基本情况，五大发电集团基本情况，电力工业运行情况等。

3.2 规划研究

(1)专项应用。通过设定的条件对电力规划数据库中的数据进行计算和分析;通过实现与其他计算软件的接口，对全国电力平衡情况进行可视化展现和分析，用于展现历史平衡情况、当前平衡情况、未来平衡情况预测，以及时对电流进行可视化展现。

(2)图形工作站。该工作站有以下功能:①可分区进行电网方案的绘制;②可实现绘制图形与后台数据库的双向互动;③支持绘制图形和支持事件响应，关联更多应用;④支持规划成果的图形化输出，以满足直接出版的要求。

提供以下便捷的绘图功能:①可选取指定的地理范围进行电网方案的绘制;②支持地理信息图形界面与后台地理信息数据库的双向互动;③支持绘制图形对象的事件响应;④支持不同显示分辨率下地图的图像输出优化，使工作站输出的图像结果具备直接出版的要求。

3.3 规划管理

规划管理模块主要对与电力规划相关的文档资料进行管理，主要包括规划评审情况管理、规划成果管理、规划电网图管理和规划设计章程管理。

(1)规划评审情况管理。包括电源初步可行性研究、输电系统规划、接入系统和电网项目输变电工程可行性研究、省电网规划以及其他专题规划等文档资料的管理，并以数据表和记录的形式提供查询。

(2)规划成果管理。包括相关单位发布的相关电力规划成果的管理，并主要以文件的形式提供查询。

(3)规划电网图管理。包括对各项目、省、市、区域、全国相关的电网规划方案中的电网图进行管理，并提供查询共享。

(4)规划设计章程管理。包括对电力系统规划设计的相关设计规程、规范、行业标准等文档资料进行管理，并支持全文检索模式的查询。

4 关键技术

4.1 基于插件式集成应用框架的平台构建

鉴于电力规划数据支撑平台功能复杂、用户类型多，以及对软件的复用性、可扩展性和可配置性的要求高，整个系统采用插件式集成应用框架进行构建。插件是一种按照预定接口实现功能的软件构件，是一种提高软件复用性和可扩展性的有效方法［6］。

在插件式集成应用框架结构中，系统采用“集成框架+功能插件”的模式进行开发。首先开发集成框架，然后将集成框架设计成插件容器，并提供核心引擎，用以集成具体的功能插件。各功能模块按照严格的规范化插件接口实现功能插件，在插件容器中“即插即用”。集成框架统一管理每一个功能插件，负责在主程序运行时动态加载可用的插件，同时根据插件配置生成交互界面、协调插件间的互操作等，并提供一整套消息流转和解析机制。各功能插件之间通过消息机制进行通讯，以实现插件间的协同工作。

使用插件式集成应用框架，系统的主程序只负责激活集成框架，功能简单明确，从而有利于减少系统启动等待时间并方便软件的部署与更新。系统的其他各项功能，如数据发布、规划研究、规划管理等，都以插件的方式引入系统，用户如要新增或修改功能，只需按照系统规定的插件接口规范去新增或修改插件即可。在这种模式下，系统的配置灵活、维护方便，扩展性强。

4.2 数据入库、存储、管理和维护

数据是GIS的重要内容，也是GIS的灵魂和生命。规划数据库中的数据只有不断更新、维护和管理，才会有实用价值。

系统采用基于客户端/服务器模式的系统架构，实现对电力规划数据的集中式管理和分布式应用。在服务器端，使用Oracle数据管理软件统一存储、管理电力规划数据库中的空间数据和属性数据;在客户端，通过系统的数据连接模块访问服务器端中的数据。其中对于空间数据可通过ArcSDE空间数据引擎进行访问，对于属性数据则通过ADO.NET接口进行访问。

在数据入库方面，针对现有规划成果数据来源分散的特点，以及在数据格式、数据规范等方面存在较大差异的现状，为保证入库数据的基础性和信息的共享，首先制定了统一的数据标准和数据规范，并在数据的空间编码、数据格式、数据接口、质量检查等数据处理过程中严格执行。同时，系统开发了数据录入、Excel数据文件入库、规划文件入库、空间要素自动编码、图层合并、数据迁徙与合并、数据质量检查等一系列数据入库和质量检查工具，并提供多种方式录入和检查数据，从而提高了数据入库的质量和效率。

在数据存储方面，采用以下多种方法优化数据库的性能:①通过调整Oracle数据库服务器的内存、缓存、进程的优先级等措施来提高数据库服务器的性能;②通过空间索引、属性关键字索引来提高数据库访问效率;③对于空间矢量数据，采用多级比例尺进行索引来实现地图显示的平滑过渡和逐步载入;④对于空间栅格数据，采用多分辨率无缝影像数据库技术来实现高效存储、快速访问和无缝浏览。

在数据库的维护和管理方面，采用多种方式，从管理制度到技术手段，从硬件到软件上保证数据的绝对安全。系统采用了基于用户名/密码的身份认证方式、基于角色/权限的访问控制机制、双机热备份、数据传输过程中的加密解密以及系统日志等技术手段来保障系统中数据的安全性和保密性。

4.3 规划工作的图形化、可视化与自动化

针对现有电力规划工作图形化、可视化程度不高的现状，以AE为基础平台开发图形工作站，为实现电力规划工作的图形化和可视化奠定了基础。AE是目前GIS业界最为著名的组件式GIS二次开发产品，它提供了一系列功能强大丰富的GIS接口和可视化控件［7］，包括地图控件、图层控制控件、空间数据引擎、图形编辑接口、地图渲染接口等。基于AE提供的接口和控件，结合电力规划工作的业务逻辑，可迅速开发出专业的电力规划GIS图形工作站，以满足电力规划工作对数据的存储、访问、编辑、查询、分析及可视化输出等要求，可达到专业出图效果。

在电力规划工作过程中，规划工作成果可实时从规划数据库中快速调出，根据需要渲染成各种专题图。系统提供了各种功能齐备的图形绘制和编辑工具，用户可直接在图形工作站上绘制、编辑和渲染图形，并进行规划研究工作，所得的工作成果直接保存到规划数据库中。系统实现了不同层次、不同尺寸的出图接口，并支持统计图表、报告用图、演示用图、专题图等多种形式的数据输出形式，真正实现了电力规划工作中的“一份数据，一次工作、多种用途”及“数据库—图形操作—输出”的一体化工作方式。

5 系统实现

根据本文提出的技术路线和设计方案，依托某电力规划设计集团，首先整理了全国主要电力设计院的相关业务数据和成果数据，并设计了数据标准和入库规范，然后开发了数据入库和数据检查工具，共录入2000多个电源点信息、9000多条电力线路信息、5000多座变电站信息以及相关技术文档、评审资料、国民经济、交通运输、能源资源等信息，涉及到80多个属性表、50多个空间图层，共有记录十余万条，初步建立了国家电力规划数据库，同时实现了全国电力规划数据的有效整合。

以ArcGIS为基础平台，在Visual Studio 2008软件环境中使用C#语言，采用插件式开发方法，开发了电力规划数据支撑平台，并实现了预定功能。部分系统实现界面如图3所示，其中图3(a)为平台启动时的预处理界面，图3(b)为数据发布模块里的五大发电集团数据展示界面，图3(c)为规划研究模块里的图形工作站界面，图3(d)为规划管理模块里的规划成果查询界面。

图3 电力规划数据支撑平台的部分界面Fig.3 Part of the interfaces of power planning data supporting platform

电力规划数据支撑平台的实现，不仅大大提高了现有电力规划数据的管理手段，而且提升了电力规划工作中的图形化、可视化、自动化水平，并成为国家电力规划数据的权威发布源。

6 结论

建设国家电力规划数据支撑平台，对于充分利用已有数据资源、提高规划工作的效率和质量、实现电力规划工作的整体信息化、促进电力规划科技水平的提升、增强电力规划企业综合竞争力等都有着十分重要的意义。电力规划数据支撑平台建设完成后，不仅可为电力规划工作提供一个统一的工作平台，还可成为电力工业信息化体系中的一个重要支点，并可为政府级的相关应用提供电力规划方面的权威信息。

［1］陈 健，万国成，孙冠男，等.GIS平台电网规划辅助决策系统开发与应用［J］.电力系统及其自动化学报，2010，22(6):99－103.

［2］肖 峻，王 博，王成山，等.城市高、中压电网综合规划信息平台［J］.供用电，2008，25(4):21 －24.

［3］余贻鑫，王成山，肖 峻，等.城网规划计算机辅助决策系统［J］.电力系统自动化，2000，24(15):59 －62.

［4］刘永生，孙 珂，金 超，等.基于GIS的配电网可视化管理信息系统的开发［J］.电气应用，2011，30(1):30 －33.

［5］余 萍，杨 威，张 蕾，等.电力GIS图服务形共享平台的研究与实现［J］.电力系统通信，2010，31(10):43 －46.

［6］张 毅，李国卿，赵军喜，等.插件式GIS应用框架关键技术研究［J］.测绘科学技术学报，2010，27(4):398 －301.

［7］吴建华.基于ArcGIS Engine的GIS软件开发方法［J］.测绘通报，2010(11):54－57.

Power Planning Data Supporting Platform Based on GIS

WU Qing － shuang1，2，3，FU Zhong － liang1
(1.School of Remote Sensing and Information Engineering，Wuhan University，Wuhan 430079，China;2.College of Territorial Resources and Tourism，Anhui Normal University，Wuhu 241000，China;3.Anhui Key Laboratory of Natural Disaster Process and Prevention，Wuhu 241000，China)

Power planning is a data－intensive and technology－intensive work，which must draw support from the information system for the auxiliary support.As there is not a unified database platform for the domestic power planning industry，the level of data sharing，visualization and automation is low.In this paper，the authors proposed to build a power planning data supporting platform based on GIS technology，and designed the technical route，overall framework，database construction，functional modules，key technologies etc.According to the design proposed in this paper，the authors integrated the planning data from China’s leading power design institutes，realized the predetermined function.and established the national power planning data platform.The construction of the platform will enhance the power data standard and sharing，improve the quality and efficiency of power planning，and promote the whole informationization level of the entire industry.

Power planning;GIS;Planning database;Planning research;Planning management

P 208;TM 715

A

1001－070X(2011)04－0151－06

2011－04－15;

2011－05－23

教育部人文社会科学研究项目(编号:10YJA790083)、安徽省高等学校省级自然科学研究项目(编号:KJ2010B349)、安徽省自然地理和人文地理省级重点学科资助项目(编号:ASDG1103)及安徽师范大学创新基金(编号:2010CXJJ18)共同资助。

吴庆双(1980－)，男，博士研究生，讲师，主要研究方向为地理信息系统、数字摄影测量。

(责任编辑:李 瑜)