吕卫民 白晓龙

【摘要】 随着城市的不断扩张，城市地下电力管线也变得越来越复杂，各种管线交叉与并行现象日益严重，管线规模的迅速增长，加上管理模式的滞后，使电力企业对地下电力管网信息管理的需求变得越来越迫切，因此建立一套基于GIS的地下电力管网信息系统显得迫在眉睫。本文通过对地下电力管网现状和特点进行了解，从实际管理的业务需求出发，综合运用当前先进的技术，实现城市地下电力管网信息系统，对城市地下电力管网信息化管理提供全方位的支持。

【关键词】 GIS 电力地下管网 信息系统

Design and implementation of information system for Underground Cables based on GIS

With the expanding of the city， urban underground cables are also becoming more and more complex， all kinds of pipeline crossing with parallel phenomenon is increasingly serious， the rapid growth of line scale and the lagging of management mode， make the electric power enterprise demand for underground cables network information management is becoming more and more urgent， therefore to establish a set of underground electric power pipe network information system based on GIS is imminent. This article through to the underground cables present situation and characteristics of understanding， starting from the needs of the business of the actual management， the integrated use of current advanced technology， to realize urban underground cables network information system， the urban underground cables network information management provides a comprehensive range of support. Keywords： GIS；Underground Cables； information system

引言

城市地下电力管网是城市地下管网系统的重要组成部分，承担着为城市输送电力的重要职能，随着城市化的不断加剧，地下电力管网也变得越来越重要，可以说它是城市能否正常运转的关键因素，因此加强城市地下电力管网的运行管理工作就显得非常重要。本文提出了城市地下电力管网信息系统（以下简称系统）的设计思路，并对系统建设的总体架构，系统功能和实现技术进行了详细描述，真正实现了城市地下电力管网的信息化管理。

一、系统特点

1.1现状与问题

1.1.1信息管理混乱

传统的电力管线管理系统信息更新慢、反应迟钝。一旦线路更改、路径变化通知不及时等各种信息更新的情况都不能及时有效地录入到管理系统中，甚至会演变成历史遗留问题--更新信息丢失，因此随着地下电力管网的不断扩大，管理困难也会越来越大，时间久了，电力工井、隧道中有无电缆、电缆数量、管孔数量、使用率都无法得知，给电力管网规划建设及电缆施工方案确定带来许多不确定因素，影响电力信息化建设。

1.1.2信息使用效率低

当电力管线遭到损坏，利用传统的电力管网信息管理系统处理故障，存在故障造成查找不方便、查找工作量大、重复工作多等各种困难，影响事故处理。

1.1.3信息化水平低

目前电力地下管线管理虽然有相应电力管线管理系统，但管理工作主要以文件管理为主，而且主要以人工管理模式为主，不能准确快速地反映管线特征、属性、空间关系[1]，而且人工管理的是静态数据，无法达到实时更新、动态显示管线变动、资源利用分析等各种目的和要求。

1.2系统特点

系统从目前电力管线管理现状出发，对地下电力管线信息化进行探索，建立地下电网数据管理平台，实现地下电网数据的精细化管理模式，探索先进的地下电力管线管理技术，实现电力管线的数据集成、路径分析、资源利用分析、管线追踪、故障分析、辅助规划等功能。

针对电力管线运行的特点 ，该系统着重解决以下几个方面的问题：

（1）实现地下电力管线基本资料的更新维护，并对各类地下电力管线工程的设计资料和图纸同步录入系统，实现数据管理功能；

（2）实现用户管理、系统管理、数据管理等系统辅助功能，系统采用分级权限控制，确保系统和数据的安全；

（3）实现城市地下电力管线的分析模块，包括管网连通性分析，空间定位分析，管网拓扑关系分析等功能；

（4）实现对政府工程、业扩工程和新扩建、改造工程等各类工程流程的实时更新；

（5）实现基于B/S结构的城市地下电力管网智能巡检服务平台的开源体系结构，实现巡检业务流程控制，实现对巡检业务流程的统一管理。

二、系统构建和实现

2.1系统架构

地下电缆精细化管理系统总体技术架构分为数据存储层、数据访问层、服务层、应用层。数据存储层是各类数据的物理存储；数据访问层是各类数据提供统一的访问接口；服务层在数据访问层的基础之上建立的各类功能组件，实现图形管理的各类功能，并将各类功能封装为服务供各类应用调用；表现层是展现给用户的应用系统以及提供给其他业务系统的组件接口包，系统架构图如图 1所示。

数据层以关系型数据库为基础，对基础地理数据、地下空间数据、其他数据通过数据层进行统一存储管理。

数据访问层提供访问数据层数据的接口，服务层组件通过统一的数据访问接口维护存储在数据库和文件中的矢量图形数据、栅格影像数据、电网拓扑数据和属性数据。

服务层构建在ArcGIS平台之上，作为数据存储层和表现层之间连接的桥梁，在平台中起着至关重要的作用。它涵盖了地下管线数据管理、地下空间查询统计、地下管线空间分析、数据发布、地下空间辅助决策、地下空间图层管理、数据接入服务、系统管理等各类功能。

应用层提供各类电网空间信息展现和查询分析服务，主要包含信息浏览、输入输出、空间分析、智能巡检、权限管理等构件。

2.2数据方案

2.2.1数据收集

目前地下电力管网多使用通用的地下电缆采集技术，即通过数据标准、数据采集、数据标识、数据加工四个步骤[2]，得到电缆精细化数据，因为系统所涉及的数据种类繁多，数据需经过多方收集和处理，具体收集数据类型包括： CAD图纸电子数据，电力管网普查数据和市政部门地下管网数据。

2.2.2数据库建设

系统的设计、开发过程中，除了要遵循数据库范式理论、增加系统的一致性和完整性外，还要在总体上根据具体情况进行分布式设计，把握集中控制、统一审核的基本原则[3]，保证数据库设计结构紧凑、分布平衡、定位迅速 ，构建城市地下电力管网空间数据库和属性数据库一体化模型。管网空间与属性数据的一体化管理模型是GIS系统数据管理中核心的内容，具体建设的内容包括：建立系统概念数据模型、设计与实现物理数据库、建设空间数据库、城市地下电力管网空间数据库、构建属性数据库。

2.2.3数据应用

地图底图使用栅格数据集保存数据，但底图数据是不可修改的，根据底图生成的地图集文件（MXD）保存在服务器端。地图业务层使用要素数据集和 OracleSpatial格式保存数据，可以进行修改。

为了确保业务地图数据的安全，在Oracle 数据中建立矢量数据表备份和维护所有业务的矢量数据，提供一定程度的数据冗余，确保系统的可靠性和灵活性。同时，为了提高GIS地图的响应速度，地图底图使用切片方案，实现逐级缩放显示的方案。

2.3系统功能

本系统建立一套完整的城市地下电力管网信息系统，与城市电网规划和城市整体规划紧密结合，为供电企业和各级政府部门策划和投资提供有力支撑。

2.3.1数据集成

实现对现有CAD图纸电子数据以及普查数据与GIS数据库的集成，并支持数据导入导出功能。其中CAD图纸电子数据主要抽取提供GIS图形，普查数据主要抽取提供图形属性以及拓扑关系，辅助系统成图。系统实现基于CAD图纸电子数据、普查数据，以自动导入为主、以人工辅助修缮为辅的成图功能。接入市政部门提供的地下管网底图数据，与CAD图纸电子数据的叠加显示，并以此作为数据源，实现叠加数据的图件打印输出功能。

2.3.2数据库管理

实现构建城市地下电力管网空间数据库和属性数据库一体化模型，实现管线数据的搜索查询、批量导入导出、质量检查等功能。管理GIS数据导入导出功能，即除了提供标准的GIS空间数据库外，对数据导入过程进行控制，同时支持多人同步编辑数据入库功能。提供录入数据的流程审核功能，提供对数据库表各字段信息的完整检查机制，保证数据质量。检查项目主要包括：对管点表和管线表进行点线一致性检查；对各表进行非空字段检查；检查管线表中管线是否超过规定长度；对管点表进行点编码对应检查等的检查。

综合管网数据库的设计，根据电缆业务，对在八大类地下管网中，与电网关系较为密切的供热、燃气管网，特别是容易造成安全事故的燃气管网，在设计数据库结构以及数据入库时，保证这两类管网数据的内容详细、属性完整，为管网碰撞分析、垂直净距分析提供准确的数据支撑；综合管网数据库的设计，遵循分层设计原则，各类管网数据单独分层，同时根据各自管网的管点、管线等设施建立几何网络。

2.3.3功能权限管理

实现用户管理、系统管理、数据管理等系统辅助功能，系统采用分级权限控制，确保系统和数据的安全；系统设计按照角色、权限进行控制，即为合法用户设置允许操作的图层和允许使用的功能，针对不同用户所使用的功能不同，用户按需操作相关的功能；建立不同类型的用户遵循满足其工作需要的原则，用户权限的分配以保障数据使用的高效、准确、安全为原则。

2.3.4空间分析

实现城市地下电力管网的连通性分析模块，确定地下电力管网拓扑连通关系，面向电力系统各种应用，准确表达电力设施之间拓扑连接关系，完整存储电网拓扑信息，为电网拓扑连通性分析与计算提供支撑；实现空间分析功能，包括电缆工程最佳路径分析、管网预警分析、管网事故分析、空间定位分析、缓冲分析、拓扑关系中连通性分析、管网可靠性分析和建设需求辅助决策等功能，及时、快速、简便地提供分析和决策所需的关键信息，为电网的科学管理提供有力的技术支撑。

2.3.5流程对接

实现政府工程、业扩工程和新扩建/改造工程等各类工程的电缆通道建设、占用审核， 新建 、改造电力管线的竣工管理、资料归档和数据更新的同步完成；实现各个相关单位及时获取最新的设备信息，包括规划等数据；实现配电单位及时准确的获取最新的项目信息。

2.3.6智能巡检

实现基于B/S结构的开源体系结构，将数据库及应用程序都放置在服务器端，客户端不需要日常维护和更新。实现对巡检业务流程的统一管理。实现工单管理、智能巡检于一体的智能巡检系统。实现最短路径规划功能，在智能巡检中应用，为智能巡检规划提供支撑。实现巡检业务流程控制，即巡检现场视频与照片采集回传，集成GIS展示现场数据，巡检路径规划与导航，充分展示巡检流程及各流程的成果数据。

2.4实现技术

2.4.1系统结构

系统采用浏览器/服务器 （Browser/Server，简称B/S）模式。服务器端采用分布式数据库Oracle Database，提供GIS空间数据、设备属性数据和其他辅助数据的存储。其中对于GIS数据库通过空间数据引擎（SDE）进行管理，对于设备属性数据库和其他辅助数据库[4]，提供浏览器端直接访问。浏览器端则是在ArcGIS Flex Viewer（基于ArcGIS API for Flex设计的一个WebGIS 应用程序）平台上的二次开发，将地理底图和业务图层通过Flex Viewer展现，并通过Flex Viewer 提供的Widget组件机制实现各种功能的灵活添加，使得功能的开发简洁而方便。

2.4.2 开发工具

本系统选用的开发工具选用JAVA语言（Java面向对象程序设计语言）和Flex框架（Adobe Flex，基于其专有的Macromedia Flash平台，它是涵盖了支持RIA的开发和部署的一系列技术组合）。

其中JAVA良好的数据库操作能力和基于面向对象技术非常适合数据库编程 ，而 FLEX提供了丰富的前端展示效果，结合ArcGIS Flex Viewer的地图显示对象和数据访问对象。选用 Oracle11g 作为后台数据库存储空间数据和属性数据，它的 Spatial 模块可以实现空间几何数据的相关存储、地理信息数据与属性数据的集中式管理以及海量 GIS 数据的存储与检索[5]。解决了图层管理和专题图层的实现 、如何建立与 SDE的连接和对空间数据的操作等问题。

2.5效益分析

通过本系统集中管理电缆信息，形成信息共享，系统主要经济和社会效益如下：

2.5.1经济效益

通过本系统，电网管理人员可以及时、快速、简便地获取分析和决策所需的关键信息，缩短分析和决策所需的时间，减少人力资源消耗，实现高效率、低成本的电网管理。该系统的建成，可以为电网的科学管理提供有力的技术支撑，有利于培养现代化的电力企业运营管理人才，提高电网管理人员的综合素质，提高企业运营管理水平，提高电力企业资产利用率，并可以更加科学的规划管道建设；并可以有效减少已建管道的浪费，避免将已建管道遗忘而不能有效利用的情况；可以帮助规划人员制定合理的管道建设方案，建设满足应用需求的最短路径管道，减少管道建设的投资。

通过系统的应用提高电力系统的管理效率、提高排出故障的速度、降低甚至消除电力故障隐患，为电力系统间接创造经济效益。

2.5.2社会效益

本系统不但可以提高电力企业运行管理水平，为自身创造良好经济效益，而且还可以减少城市电网运行对环境及居民生活产生的不良影响，减少工业用户及居民用户的停电次数和停电时间，降低电力输送故障给社会造成的损失，从而创造良好的社会效益。

平台还具有明显的间接效益，包括：

（1）通过项目的实施带动电力系统信息化水平的提升，改变传统电力管线管理模式，进而电力管线管理和维护的效率；

（2）通过项目的实施，可以有效带动山东省乃至全国的城市电网管理水平，提升城市的应急响应效率，推进智能城市、智慧城市的发展；

（3）通过项目的实施，提升整个城市管网的管理水平，充分合理地利用有限的城市地下管网资源。

三、结语

针对城市地下电力管线运行管理现状和特点，结合现有新技术，提出基于GIS的城市地下电力管网信息系统，开发出基于“B/S”模式的城市地下电力管网信息系统，综合运用 WebGIS 技术与 Oracle 数据库[6]，以数据应用和辅助决策为目的建设电力专业平台，实现数据存储与数据管理和高级数据使用，具有很好的实际意义和良好的操作性。

系统建设采用开放式的网络体系结构、网络协议以及开发框架，以适应未来功能的升级要求，使系统具有开发性、兼容性、扩展性。

参 考 文 献

[1]问伟.城市地下电力管线信息管理系统[J].农村电气化，2011，（第3期）.

[2]魏永，范海波.地下电缆精细化管理系统的研究与实现[J].电子测试，2014，（第20期）.

[3] 温小珍，谢龙泉.大型数据库的设计原则与技巧[J].中国金融电脑，2003，（第4期）.

[4] 郭文格，汤志华，李庆耀.浅析GIS空间数据库[J].北京测绘，2011，（第2期）.

[5]陈海宏，张静，万书亭.基于GIS的电力通信线路管理系统开发与应用[J].电力系统及其自动化学报，2013，（第2期）.

[6] 程真何，吴强.电力地下管网综合监控与管理系统的设计与研究[J].科技与企业，2014，（第23期）.