面向广域网的重庆电力GIS基础库设计与实施

徐占华 ，向泽君，向煜

(1.武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079; 2.重庆市勘测院，重庆 400020;3.重庆数字城市科技有限公司，重庆 400020)

1 引 言

国家电网公司是以建设运营电网为核心业务，为满足“纵向贯通、横向集成”需求于2006年4月全面启动了“SG186”工程。具体包括“1 个集成信息平台，8大应用，6 个体系建设”。随着“SG186”工程建设不断深入，相关业务应用对电网空间信息的应用需求越来越迫切［1，2］，并且地理信息系统(Geographic Information System，GIS)具有与配网自动化系统、管理信息系统(Management Information System，MIS)、管理系统及检修文档规范化系统、客户服务中心系统集成的可能性［3］。各省市也相继建设完成不同应用的电力GIS 系统，如河北邯郸针对电力电缆管理建立的专题系统［4］。2011年重庆公司全面推广电网GIS 空间信息服务平台建设，为电网业务运行提供地理空间参照，满足各个部门对基础地理数据的应用需求，整个项目建设包括支撑电网GIS 数据中心运行所需的矢量数据、遥感影像数据。

本文结合国家测绘标准、电力行业标准相关设计和规范，构建重庆电力基础库，以准确的电子地图为基准，通过空间图层叠加整合的方式纵向贯通发电、变电站、输电线路、配电网、用电用户等供电生产经营涉及的所有环节。

2 数据库设计及部署

电网GIS 平台数据构成包括电网资源空间数据、电网资源属性数据、电网拓扑数据、基础地理数据、平台管理数据及文档数据。数据分类及构成如图1所示。其中基础地理数据是作为电网数据的背景地图和空间分析、规划设计、故障抢修的参考，具有一定的精确度和现势性。基础地理数据包括矢量地图数据、影像地图数据，需对重庆市域进行全覆盖。基础地理空间数据采用2000 中国大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000)。电网资源专题数据主要是围绕发电、输电、变电、配电、用电、通信资源和公共设施种类，专题数据使用单独的空间数据层存储，并与相应属性数据进行关联，便于查询分析，同时需保持与基础库数据的坐标基准一致。而平台管理数据主要是配置数据、元数据表等关系平台运行的辅助数据。

电力地理信息数据采用“集中式”部署模式，GIS数据库服务器和应用服务器部署在市电力公司。GIS数据库服务器存储矢量地图数据和属性数据，应用服务器存储切片地图等非结构化地图数据和相关文件数据，并发布空间信息服务。下属供电公司不部署服务器，地市客户端通过广域网访问部署在重庆市的服务器。其网络构架图如图2所示。

图2 网络架构图

3 基础库内容及存储

GIS 基础库是指以地理信息为载体的空间数据库，空间数据主要包括矢量数据和影像数据两类［5］。矢量数据包含区划、水系、建筑、绿地、地名、交通及辅助设施等要素，区划包括省、市、县、乡四级，水系包括单线河、双线河、湖泊、沟渠等，地名包括居民地、著名景点和各类POI 热点，交通包括高速公路、等级公路、城区主干道、次干道等，辅助实施主要是加油站、停车场、机场等。根据项目建设要求，满足重庆区域全覆盖，基础地图数据将采用多精度数据，最后通过镶嵌技术，即不同区域采用不同精度的地理数据，拼接在一起，形成“一张图”。具体表现为:农村区域采用较低精度的数据，城市区域采用较高精度的数据，同一类型的数据经过接边等处理后形成一套整体(一个图层)数据，其编码体系参考GB/T 13923 －2006《基础地理信息要素分类与代码》和结合电网业务需要进完成。影像数据主城建成区及区县城区高数据分辨率主要应用于配电、用电、通信(局部网)、公共设施等小范围GIS 应用，而农网重点区域数据和全市区较低分辨率数据主要应用于输电、变电、通信(骨干网)等大范围GIS 应用。基础库分类及精度划分见表1。主要存储方式上，矢量地图数据以Oracle 数据库及切片打包存在，影像数据以切片打包提交，Oracle 数据库作为数据库连接调用，切片数据用于数据浏览服务发布。

表1 基础库分类及精度划分

4 基础库数据制作

4.1 矢量数据制作

(1)数据准备与格式转换。根据精度要求，矢量数据主要采用1∶ 2 000和1∶ 10 000地形图作为原始资料。将原始数据进行格式转换，转换为数据处理软件所支持的格式，并将原始数据向成果数据要求的CGCS2000 坐标系统转换。

(2)数据更新及脱密。按照本项目所遵循的技术标准，对原始数据中采集方式不符合要求、拓扑关系处理不严格的图面要素(如境界线未连续采集、水系线面部吻合等)进行处理，同时参考已经纠正好的影像数据，对数据现时性较差的区域进行更新和对涉密数据进行脱密处理。如水库库容和大坝高度、河宽、水深等属性，保密单位地理位置、分布特征、编制及部署等，桥梁隧道长度、宽度、高度、载重量属性，涉及国防工程和军事设施的山洞、油、气井、油库等。地理数据脱密处理从内容和空间精度两方面着手，主要对涉密的空间地物数据和属性数据直接删除，并对数据的空间位置使用专业脱密技术进行位移和精度干扰，避免数据泄密［6］。

(3)属性处理和分层。对要素代码进行检查，并按照《电网GIS 空间信息服务平台空间数据规范》进行代码转换，对属性不全或属性有误的要素，收集资料进行补充修改(如道路分级等)，并按项目要求进行要素分层的调整。

(4)数据接边。首先检查数据接边(不同精度区域之间)情况，包括图形和属性的接边，对不符合要求的进行修改;之后再将不同精度的数据的同一类要素拼接在一起，最终形成“一张图”，接边处理包括图形数据的裁切和合并等操作。

(5)数据检查入库。从全局范围把握质量问题，检查内容主要包括空间参考系、位置精度、属性精度、完整性检查、逻辑检查等。

矢量数据加工流程图如图3所示。

图3 矢量数据加工流程图

4.2 影像数据处理

(1)资料准备:根据影像精度要求，使用的卫星影像来源主要采用0.5 m高精度GeoEYE、WorldView －2影像，不足之处采用2.5 m Spot5 和10 m Alos 补齐。

(2)影像纠正:首先对用于纠正的DEM 数据进行预处理，对分幅DEM 数据进行拼接，生成大于待纠正影像范围的DEM 数据。再通过往年数字正射影像图中找到对应地物特征点，获取卫星影像纠正需要的控制点及检查点。结合地面控制点，对影像采用严格轨道模型进行定向参数解算，或者根据卫星影像提供的精确RPC 参数解算外参数。影像纠正通过双线性内插法的方式进行重采样。

(3)影像融合:通过主成分变换法，将表现为真彩色的多光谱数据与全色数据融合，以得到较高分辨率真彩色遥感影像。由于Spot5 影像没有蓝色波段的通道，所以蓝色采用XS1 波段代替，绿色用(XS1 ×3 +XS3)/4 波段算法来实现，红色用XS2 来表示。

(4)色彩调整及脱密:色彩调整的目的是保证整个区域内影像色调一致、色彩均匀。本工程由于涉及影像数量基数大，拍摄时间不同导致色彩差异大，采用基于直方图匹配匀色技术进行色彩自动调整，减少建设周期，提高成果质量。色彩调整完成后再对每幅影像进行脱密处理。主要是军事禁区及国家安全要害部门所在地的影像，通过图形特征钝化或者涉密影像区域替换完成，选取周围色彩相近影像覆盖到涉密区域，既保证影像视觉效果又进行了保密处理。

(5)影像镶嵌:在相邻影像之间，选绘、编辑镶嵌线，在选绘镶嵌线时，需保证镶嵌影像间有一定的重叠，通过基于影像模糊正像匀光镶嵌完成镶嵌工作。

(6)影像检查:影像检查内容主要包括空间参考系、位置精度和质量检查三项，质量检查主要是地面分辨率、色彩质量、影像噪声、影像信息丢失等。

影像数据处理流程如图4所示。

图4 影像数据加工流程图

4.3 切片处理

矢量地图数据和影像地图数据最终以栅格切片的形式进行发布。传统的切片文件以单独的图片文件格式存放在磁盘上，不对数据进行压缩，能够直接读取，直观地表现为多个文件夹下的原始图片。但占用磁盘空间大，不太易于管理，拷贝和迁移不太方便，且对密级较高数据，不能设置密码。

本工程采用游程编码压缩方法(run －length encoding，RLE)对切片进行压缩，压缩之后再进行连续存储。RLE 压缩技术是在给定的图像数据中寻找连续重复的数值，然后用两个字符值取代这些连续值这种方法在处理包含大量重复信息的数据时可以获得很好的压缩效率。每个切片文件与地理信息位置保持数据计算关系。根据设计要求本工程切片数据分为14 个层级，比例尺从1∶ 500 ～1∶ 4 096 000以1/2 进行递推。

5 结 语

本工程建设分为两个建设周期，自2011年8月开始至2012年11月完成，共形成矢量数据3 GB，矢量切片数据540 GB，影像切片数据870 GB。在数据基础上建设了数据服务发布系统，实现了对电网的可视化、空间化、自动化管理的数据支撑，突破性将电力运营相关的重点业务与GIS 地图有机的结合在一起，实现了在电网GIS 平台上为生产、营销、规划、建设、调度、通信、应急、车辆等相关业务应用提供图形化展示、电网分析服务及应用支撑，将电力工作管理信息化提升到一个新的高度。自试运行以来完成了10 家供电局、12 家供电公司和电网检修公司35 kV以上主网、10 kV配网、输变电网络的数据采集及上线工作。随着“SG186”工程的推进，诸多地方如浙江、云南也都建立了数据库并开发了相应业务［7，8］，将会引发其他城市公用事业、行业的更深层次地图应用需求，项目成果应用前景十分广阔。

［1］武星，李竹，姚雷．谋变之道——细解“SG186 工程”［DB/OL］．2006．

［2］董翘男．基于SG186 信息工程的供电公司数据模型设计［J］．安徽电气工程职业技术学院学报，2011，16(3):105 ～108．

［3］刘建坡，黄继永．地理信息系统在电力生产中的应用［J］．科技信息，2012 (7):104．

［4］田毅，韩晓雯．城市电力电缆GIS 管理系统的设计与应用［J］．河北电力技术，2012，31(3):24 ～32．

［5］胡鹏，胡毓钜，杨传勇等．我国地球空间数据框架的设计思想、技术路线及若干理论问题讨论［J］．武汉大学学报·信息科学版，2002，27(3):283 ～288．

［6］国家测绘局．公开地图内容表示补充规定(试行)［R］．2009．1．23．

［7］史剑锋，吴劲晖，王强等．基于GIS 的企业级一体化平台在浙江电网中的应用［J］．电力信息化，2012，10(4):12～15．

［8］姜钰桃，曾朝平，海靖等．云南电力项目数据库建立实施过程［J］．科技信息，2012(26):279 ～281．