电网极端天气区划图智能绘制系统的建设

黄俊杰，阮羚，马剑辉，马黎莉

（1.湖北省电力公司电力科学研究院，湖北武汉 430070；2.武汉康普常青软件技术股份有限公司，湖北武汉 430074）

电力系统特殊区域专题图是对输电线路极端天气区域（污区、风区、雷区、冰区、舞动区等）信息的表征和模拟，能从宏观上综合把握线路自身运行及周边环境状况，以便采取相应措施防灾减灾，保障输电线路安全稳定运行[1]。电网极端天气区域专题图智能化绘制系统是以数据库技术和可视化技术为支撑，建设集雷区、风区、冰区、舞动区域为一体的全国极端天气区域专题图信息智能化绘制应用平台，解决以往人工绘制专题图费时、费力，缺乏动态调整和分析，不能实时更新，因主观人为因素造成的不准确等问题，满足输电系统开展综合、精细、动态评价的要求，对电网生产运维工作具有实际指导作用。

电网极端天气区划图智能化绘制系统基于XML和WebService建立数据交换接口引擎，为极端天气区域专题图的成图功能提供基础数据来源，同时将成图规则以模块化的方式存入数据库，以便基础数据在不同的规则下渲染成不同的图形。系统分为两种网络模式：B/S和C/S，B/S系统将数据以WMS服务方式发布特殊区域数据，用户可通过访问WMS服务来对发布的数据进行访问；C/S系统则直接访问数据库中的数据。

1 数据库建设

系统数据库包含两部分：一部分是全国1∶5000电子地图数据和google高清影像的Geodatabase地理基础数据；一部分是包括气象、雷电、覆冰、风、舞动专题的Postgres电网专题数据。

1.1 全国1∶5000电子地图和Geodatabase地理基础数据库

全国1∶5000电子地图主要包括行政区域、交通、水系、居民地、境地、地貌6类基础地理底图数据，具有空间定位和地理目标属性表达，是准确载入影像数据和专题数据的基础。

Google高清影像数据包括各省16级影像、各市20级影像、其余各地市18级影像。影像需经过一定的处理，方能与电子地图重合，且采用ArcGIS的栅格镶嵌集（Mosaic Dataset）技术管理影像[2]，实现无缝拼接。具体方法如下：

1）采用python脚本调用arctoolbox工具中的shift编写影像批处理脚本，将所有影像整体向x方向偏移-0.00541°，y方向偏移0.002391°；

2）建立栅格镶嵌集数据库，坐标系采用WGS-84，波段数为3；

3）将湖北所有影像数据导入栅格镶嵌集数据库，建立动态镶嵌规则。

图1 系统数据展示Fig.1 System data disp lay

1.2 Postgres电网专题数据库

电网专题数据主要包括杆塔、发电厂（火电厂、水电厂）、1000/500/220 kV变电站、开关站、换流站、500/800 kV直流线路、110 kV及以上交流线路、极端天气区域专题图数据。其中，极端天气区域专题图数据包括雷区、风区、冰区、舞动区4个类别的数据，是采用系统自动绘制生成的。电网专题数据均采用Postgis技术将空间图形数据和非空间属性数据很好地存储于Postgresql数据库中。

在线监测数据通过系统数据交换引擎接口，自动获取气象、雷电、覆冰等在线监测设备的数据，并存储于Postgresql中。系统界面展示如图1所示。

2 系统建设

系统整体架构如图2所示。

各系统间的数据融合机制如下：

1）各模块间使用集中数据库及数据交换技术来实现数据的流通共享，实现了整个系统内部信息数据的舒畅流动，解决了以往信息系统普遍存在的信息在系统内封闭存在却无法与外界连通的“信息孤岛”问题。

2）统一办公桌面功能，使用户可以在单一的一个应用程序入口访问所有的应用子系统，在一个登录页面上进行一次登录，身份被确认后，就可以使用到所有的应用功能，实现了单点登录和统一安全认证。

3）使用EAI（企业应用集成）的方式完成系统体系结构的设计，系统内的各个功能应用在统一的平台上搭建，今后如需再增加业务功能，只需添置相应的应用子系统或者子系统中的功能应用模块，就可以在系统中增加该项功能，实现了应用功能的热插拔。

4）数据交换服务使整个系统成为了一个数据交换中心和资源整合中心，因此对于企业以前建设的各种遗留系统，以及现在或未来将会建设的各种应用系统，都可以使用EAI技术实现这些应用与系统的数据集成、应用集成和门户集成等各个层次的系统集成，用户就可以在统一信息门户中无缝地使用这些应用系统的功能。

2.1 B/S系统

B/S系统以开源的GeoServer作为底层开发平台，将特殊区域数据在GeoServer上进行发布，基于微软DotNet平台使用C#语言编写的ASP.NET Web应用程序，用ado.net来实现数据库访问，用asp.net+jquery来编写界面，使用OpenLayers来访问GeoServer提供的WMS平面地图服务，以实现地图基本管理和操作、信息查询、多图层叠加展示、动态专题图展示、基于专题图的综合分析，包括线路灾害区域分析、线路综合缓冲分析、新建线路灾害防范建议、已建线路灾害防范配置分析。B/S系统功能模块如图3所示。

2.2 C/S系统

C/S系统采用ArcGis Engine+.net WinForm开发，数据访问接口采用Ado.net，主要实现地图基本管理和操作（浏览、缩放），信息查询，专题图规则库管理、专题图智能生成、专题图审批发布、专题图输出打印、气象、PMS、GIS、在线监测数据接口。C/S系统功能模块如图4所示。

2.3 特殊区域智能成图功能

根据极端天气区域专题图不同的绘制方法和流程，建立相应的规则库和模型，来实现极端天气区域专题图智能绘制。绘制算法模型图[3-5]如图5所示。

图3 B/S系统功能模块图Fig.3 Functional block diagram of the B/S system

2.4 极端天气区域信息编辑

自动绘制的电力系统极端天气区域专题图需要人工进行实际运行经验的订正，才能与实际情况相符。本研究提供4种图形编辑模式，用于工作人员对特殊区域信息进行修正。

1）任意多边形切割（见图6）。根据用户绘制的任意多边形将原多边形切割，并将新增多边形的特殊区域等级在原多边形基础上增加一个等级。

2）圆形切割（见图7）。根据用户绘制的圆形将原多边形切割，并将新增圆形的特殊区域等级在原多边形基础上增加一个等级。

3）节点移动（见图8）。可对图形节点进行拖动来细微改变图形的形状。

4）属性修改（见图9）。可对图形的属性进行编辑修改。对于特殊区域等级属性，如果修改后的特殊区域等级相较与相邻图形的特殊区域等级有跳级现象，可选择是否根据跳级级数自动添加2 km的缓冲带。

3 结论

本研究依据国网关于极端天气区域专题图绘制的相关标准文件，将电力系统极端天气区域专题图绘制过程中可变的属性作为规则参数，可供用户修改调整，将绘制过程中固定不变流程采用计算机建模，通过GIS、.NET、数据库等相关技术，研发了电力系统极端天气区域专题图绘制系统，实现极端天气区域专题图的智能成图、编辑、审批、发布、分析、评价等多项功能，为电力系统防灾减灾提供有力的参考依据。

图6 任意多边形切割Fig.6 Free form cutting

图7 圆形切割Fig.7 Round cutting

图8 节点移动Fig.8 Node motion

图9 属性修改Fig.9 Attribute modification

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