基于ArcGIS Engine的城市地下电力管网规划管理信息系统设计与实现

季笑庆 白晓龙 邓昊 宋峰 张晨玥

摘 要：ArcGIS Engine作为典型的嵌入式GIS二次开发技术，采用Microsoft Visual Studio.Net 2008（.NET）为平台、ArcGIS Engine 10.0为开发工具，设计和开发了城市地下电力管网规划管理信息系统。本文详细的介绍了ArcGIS Engine开发技术和城市地下电力管网应用现状，从实际管理的业务需求出发，提出系统的设计原则和目标，综合运用当前先进的技术，对基于ArcGIS Engine的城市地下电力管网规划管理信息系统模块进行设计，实现各模块功能，为辅助设计人员科学地规划管道建设，提高城市地下管网资产利用率，实现高效率、低成本的电网规划管理提供重要支撑。

关键词：ArcGIS Engine；地下电力管网；系统设计与实现

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0175-02

1 引言

城市地下电力管线作为城市管网中的重要组成部分，担负着信息传输、能源输送等工作，是城市赖以生存和发展的基础设施。由于现有方式对大量的地下电力管网信息无法进行有效的管理，造成目前城市地下电力管网设备无法高效利用。为了辅助设计人员更加科学地规划管道建设，提高地下管网资产利用率，实现高效率、低成本的电网规划管理，有必要开展基于ArcGIS Engine的城市地下电力管网规划管理信息系统建设工作。

2 ArcGIS Engine概述

ArcGIS Engine是开放的地理信息处理平台，具有强大的地理数据管理、编辑、显示、分析等功能，它是用于構建定制应用的一个完整的嵌入式GIS组件库。开发者可以利用ArcGIS Engine使用不同的程序语言和开发环境，建构基于用户业务需求的GIS系统，为用户提供针对电力管网的功能定制和业务应用，是开发城市地下电力管网规划管理系统的基础。

ArcGIS Engine组件由ArcGIS Engine Runtime和ArcGIS Engine Developer Kit两部分组成。ArcGIS Engine Runtime包含ArcObjects的核心应用组件，能够提供所有ArcGIS应用程序所需要的核心功能，让开发人员自己定义开发GIS应用软件和制图工具；ArcGIS Engine Developer Kit提供一套完备的嵌入式GIS组件库和工具库，开发者可用它来创建新的或更新已有的应用程序，这些应用程序可脱离ArcGIS环境单独运行，包含支持开发任务所需的开发资源。

3 城市地下电力管网应用现状

一方面，由于城市地下电力管线资料残缺不全，相关资料精度不高且多与现状不符，规划设计人员无法在工程施工前对电网规划进行精确设计，导致施工单位在工程施工过程中时常发生地下电力管线被挖断的情况，从而造成大面积停电等严重事故，并且由于缺乏相应的技术手段，无法分析管网事故来源，造成事故响应时间不及时，严重影响居民生活。

另一方面，由于现有的地下电力管线资料都以图纸、图表等纸质化形式记录保存，并采用人工方式进行管理，对于新建、改造管线数据编辑修改效率低下。而应用地理信息系统高新技术和图形化的管理方法可以实现城市地下管线的高效管理，满足相关部门管理者对于地下电力管网建模的决策和工程施工单位的需要。

4 系统设计

4.1 系统设计原则

系统设计应当以客户的应用需求为基本出发点，以适应未来发展为基本准则，集成现有的各类数据资料，提高数据的使用价值和应用点。该系统设计将遵循如下设计原则：

4.1.1 规范化原则

系统设计严格遵循规范化原则，系统建设的技术标准必须严格遵循国家标准和行业标准。系统设计和开发遵循行业相关规范，对于国家标准、行业标准未能涵盖的接口，参照行业规范，协调、统一制定接口规范，以利于系统的集成和有效运行。

4.1.2 实用性原则

在系统设计前期，必须充分考虑用户业务需求，为确保在大数据量空间运算时系统的响应速度，必须采用先进的技术和系统架构，提高系统整体性能，确保系统的先进性和实用性。

4.1.3 扩展性原则

扩展性体现在应用功能的可扩展、部署方式的可扩展和空间数据模型的可扩展、服务的可扩展，为满足用户在系统建设后期不断扩展的应用需求，系统设计要遵循扩展性原则，保证系统扩展过程的平滑升级，避免系统的重复建设、投资。

4.1.4 安全性原则

该系统建设涉及的数据（基础空间数据、电网资源数据等）属于国家保密数据，从信息安全性角度考虑，系统设计和数据架构设计要符合国家电网信息安全规范，充分考虑数据的安全性和系统的可靠性。

4.2 系统设计目标

本次城市地下电力管网规划管理信息系统的设计目标主要包括以下几点：

（1）基于ArcGIS Engine，在GIS平台上集成城市地下电力管网数据，直观展示管线之间错综复杂的位置关系及管线台账数据，完成对地下管线资料的图形化管理，实现城市地下电力管网数据的可视化综合展示。

（2）应用ArcObjects组件库，建立查询统计、图形编辑、数据审核、空间分析等模块，实现电力管线数据的自动导入和分析，方便管理人员及时、快速地获取决策所需的关键信息，提高电网规划管理效率。

（3）该系统的设计与实现，提供了城市地下管网设备的完整建模、最佳路径分析等功能，辅助规划人员制定合理的管道建设方案，提高地下管网资产利用率，有效减少已建管道的浪费。

4.3 系统运行平台及开发语言

GIS运行组件：ArcGIS Desktop，ArcGIS Engine 10.0 Runtime for Windows，ArcGIS Engine SDK10.0。

.NET运行平台：Visual Studio 2008。

数据库：Oracle 数据库。

开发语言：C#。

5 功能实现

从目前电力管线管理现状出发，对城市地下电力管线信息化管理进行探索，充分利用ArcGIS软件平台提供的全面、可伸缩、易集成的开发体系结构，实现基于ArcGIS Engine的城市地下电力管网规划管理信息系统应有的基本操作、查询统计、图形编辑等基本功能，同时提供城市地下管网电缆走廊分析、电缆路径分析等空间分析功能，并实现电缆辅助规划设计和分析城市地下电力管线的空间分布情况，为相关部门管理者提供辅助决策支持。

5.1 基本操作

基于电网GIS地图，实现系统基本操作功能，包括放大、缩小、平移、前一视图、后一视图、全图、功能释放、长度测量、角度测量、面积测量等。

5.2 查询统计

提供点查询、圆查询、矩形查询、多边形查询的方式对设备进行查询，而且对于查询到的结果可以在图形中进行地理位置定位。

5.3 图形编辑

根据电网GIS平台电网模型的元数据，实现对点、线、面等各类电网资源的图形以及属性编辑功能。构建城市地下电力管网模型，应用图形编辑工具，实现各种类型的地下管网设备图形的绘制功能、同步编辑入库及电缆与埋设关联。

5.4 数据审核

图形绘制结束后，支持发起任务，增加审核流程，进行审核，确保数据质量。通过与GIS、PMS的充分集成，实现管道图形与台账资料的共享，形成对地下管网相关业务流程的全过程闭环管理，有效规范地下管网的相关业务流程。

5.5 空间分析

作为GIS的核心功能，空间分析为用户利用GIS进行科学规划与管理提供了决策依据。基于电网GIS地图，利用分析模型完善空间分析功能，实现横断面分析，用户选择需要分析位置后，以选择的位置为基准面，分析出此断面下包含的各类电网管线设备和市政管网设备的横断面情况，包括设备水平距离，垂直距离，并能生成设备之间净距离，位置关系的台账，方便掌握管线之间的空间位置关系。

5.6 规划设计

根据电网规划相关内容（如：变电站布点位置、供电区域、规划功能块划分）和电网储备项目等，根据基础数据、规划理论和国网典设标准等，开展城市地下电力管网需求预测，提出电力管线数量和建设标准、规划建设时序（年限），电缆走廊、电缆路径规划等电网规划分析结论。

电缆走廊分析：根据起点和终点电缆井，在一堆电缆隧道中（已经存在电缆）选择电缆路径，并且生成报表，通过对已经敷设的电缆进行走廊分析，首先分析出电缆经过的每段敷设，然后分析出每段敷设的台账，包括敷设的现状，敷设的长度，管孔占用情况等，实现电缆走廊分析。

电缆路径分析：在两个相隔很远的电缆井之间规划敷设电缆（不需要有实际存在的电缆），并且可以得到优化的敷设路径。通过对已用管线、未用管线的分类管理，首先分析出相近电缆井两两之间电缆敷设现状，是否有可使用管线敷设，再根据最短路径分析出两个相隔很远的电缆井之间的最佳路径，实现电缆路径分析。

5.7 管网专题图

实现污区、风区、冰区、舞动区等管网专题图的展示与分析，分析管网资源所属的专题图等级以及某等级的专题区域包含的电网资源。并进一步实现对管网设备信息地域分布的展示、定位、查询，与设备所在区域（如：污区、风区、冰区、舞动区等专题区域）对设备的影响分析等高级功能。

结合管网专题图信息展示，在地图中叠加显示污区、冰区、风区、舞动区等特殊区域及特殊地理信息，综合分析各区域对电力设备的影响，统计各个专题所影响的管网设备，为电网规划部门提供辅助规划。

5.8 设备全寿命周期管理

基于管网资源、管线占用分析等功能模块的领导决策系统，以及利用管网资源建立起的数据分析模块及设备状态评价模块。通过对甲方提供的设备巡检记录、维修记录的统计分析，找到设备薄弱点，采取有效的防范措施，实现设备全寿命周期管理。

6 结语

针对目前城市地下电力管网应用现状，利用先进的地理信息系统技术和ArcGIS平台，完成基于ArcGIS Engine的城市地下电力管网规划管理信息系统设计与实现。通过应用地理信息技术，对大量的地下电力管网信息进行有效的管理，实现城市地下电力管网设备的高效利用；并提供城市地下管网电缆走廊分析、电缆路径分析等功能，实现电缆辅助规划设计和分析城市地下电力管线的空间分布情况，为辅助设计人员科学地规划管道建设，提高地下管网资产利用率，实现高效率、低成本的电网规划管理提供重要支撑。

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