電力工程勘測一體化數(shù)據(jù)管理平臺研究與實現(xiàn)

劉安濤，任立華，張煥杰，毛玉麗，李小雪

(中國電建集團(tuán)河北省電力勘測設(shè)計研究院有限公司，河北 石家莊 050031)

0 引 言

電力勘測設(shè)計系統(tǒng)中處理著大量工程勘測數(shù)據(jù)實體對象，包括圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，他們是電力設(shè)計的依據(jù)，是勘測數(shù)據(jù)的合理可靠關(guān)系著電力工程方案的可行性、基礎(chǔ)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性和工程施工的安全性，對工程設(shè)計起到舉足輕重的作用。目前我院在全國范圍內(nèi)積累了大量勘測資料，具有很高的重復(fù)利用價值，如何很好地利用好這一資料優(yōu)勢，挖掘數(shù)據(jù)的深層次應(yīng)用，發(fā)揮數(shù)據(jù)的整合利用價值，是我們關(guān)注與急需解決的問題。

數(shù)據(jù)是反映客觀世界的事實，是可以區(qū)別其特征的符號，所謂數(shù)據(jù)管理就是如何用計算機(jī)進(jìn)行存儲與管理，用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的組織與存儲[1]。目前開發(fā)的電力勘測設(shè)計應(yīng)用軟件普遍存在勘測設(shè)計數(shù)據(jù)中的屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)相分離的問題，二者之間未建立有效的一致性互動機(jī)制。針對現(xiàn)有的、非結(jié)構(gòu)化的資料查詢困難，介紹一種以ArcGIS為基礎(chǔ)的二次開發(fā)，構(gòu)建基于GIS框架下的勘測平臺，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和深度利用，達(dá)到提高既有數(shù)據(jù)的資源共享程度，為電力工程的勘測設(shè)計、施工與建設(shè)管理提供了科學(xué)依據(jù)與決策[2]。

1 數(shù)據(jù)特點(diǎn)與需求分析

針對勘測數(shù)據(jù)特點(diǎn)，可把勘測數(shù)據(jù)分為點(diǎn)狀要素、線狀要素與面狀要素，他們是具有相同空間參考系的要素集合，由幾何網(wǎng)絡(luò)與對象組成。按專業(yè)分可分為測量數(shù)據(jù)、巖土地質(zhì)數(shù)據(jù)、物探數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)等，其組織架構(gòu)如圖1所示。

圖1 勘測數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)圖

1.1 測量數(shù)據(jù)

測量數(shù)據(jù)主要包括線路工程入庫數(shù)據(jù)，變電工程入庫數(shù)據(jù)，發(fā)電工程入庫數(shù)據(jù)，控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)等。主要涉及點(diǎn)要素(控制點(diǎn)、風(fēng)機(jī)位、站址界址點(diǎn)、塔位坐標(biāo))、線要素(變電站范圍、風(fēng)場范圍、線路路徑等)、面要素(地形圖、影像圖等)，具體數(shù)據(jù)類型如表1所示。

表1 測量數(shù)據(jù)信息表

1.2 巖土數(shù)據(jù)

河北省地形以平原為主，地層普遍為粉土、黏性土。鉆孔作為主輸入項目，每一個鉆孔內(nèi)容包括了地層、現(xiàn)場測試、水位、土工試驗等內(nèi)容。通過建立鉆孔數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)與巖土專業(yè)現(xiàn)應(yīng)用軟件(理正軟件)的應(yīng)用接口。通過鉆孔位置坐標(biāo)的檢索，獲取其勘探點(diǎn)屬性(包括勘探點(diǎn)性質(zhì)、坐標(biāo)、深度等信息)，具體數(shù)據(jù)類型如表2所示。

表2 地質(zhì)數(shù)據(jù)信息表

1.3 物探數(shù)據(jù)

變電站、電廠、線路、光伏和風(fēng)電都會開展電阻率測量與大地導(dǎo)電率測量工作，根據(jù)以往經(jīng)驗，土壤電阻率都是測量地面以下30 m深度范圍內(nèi)的土壤電阻率值，大地導(dǎo)電率都是測量地面以下200 m左右的大地導(dǎo)電率值，根據(jù)以往工程數(shù)據(jù)歸納總結(jié)，形成物探導(dǎo)電率、電阻率數(shù)據(jù)庫，以點(diǎn)要素的存儲數(shù)據(jù)，可通過位置檢索，獲取測點(diǎn)(土壤電阻率值、參考地層數(shù)據(jù)等)的物探數(shù)據(jù)。

1.4 水文氣象數(shù)據(jù)

水文氣象數(shù)據(jù)主要包括水文站概況信息(站名、站號、站點(diǎn)類型、建站年代、坐標(biāo)、海拔高度、地理位置、積水面積，所屬河流水系、年值、月值、日值、時值等)、潮位站概況信息(站名、站號、建站年代、坐標(biāo)、海拔高度、地理位置、站點(diǎn)高程、高程采用基面、各類特征潮位等、水庫概況信息(水庫名稱、所在河系、流域面積、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、校核標(biāo)準(zhǔn)、最大庫容、各重現(xiàn)期下泄流量，水位庫容曲線等)，數(shù)據(jù)形式以點(diǎn)要素為主，形成水文氣象的基礎(chǔ)資料查詢利用，通過位置檢索，獲取不同類型的基礎(chǔ)站點(diǎn)(水文站、潮位站、水庫、氣象站等)等水文資料記錄和氣象資料記錄。

2 系統(tǒng)目標(biāo)

系統(tǒng)建設(shè)近期目標(biāo)主要定位在勘測數(shù)據(jù)及資料的綜合管理和三維展現(xiàn)兩個層面。

(1)能夠管理巖土、測量、水文、物探等項目成果數(shù)據(jù)及資料，實現(xiàn)測量控制點(diǎn)數(shù)據(jù)、地形圖數(shù)據(jù)、巖土地質(zhì)勘探點(diǎn)數(shù)據(jù)、大地土壤電阻率、大地導(dǎo)電率、設(shè)計氣象條件、設(shè)計水文條件等的數(shù)據(jù)管理工作。

(2)實現(xiàn)勘測數(shù)據(jù)共享利用，可按照空間、邏輯關(guān)系等進(jìn)行綜合組織、查詢；實現(xiàn)按位置、項目、索引等的數(shù)據(jù)檢索。

(3)實現(xiàn)鉆孔布置、區(qū)域地質(zhì)情況分析、區(qū)域控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，方便勘測及設(shè)計專業(yè)能夠按照空間位置進(jìn)行相關(guān)成果調(diào)閱、分析工作。

(4)結(jié)合正射影像(DOM)、地面數(shù)字高程模型(DEM)進(jìn)行三維可視化。

3 勘測數(shù)據(jù)一體化平臺研發(fā)實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

該平臺采用ArcSDE數(shù)據(jù)庫，是在關(guān)系數(shù)據(jù)庫上進(jìn)行空間擴(kuò)展，可以將地理特征數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一地集成在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)中，提供空間和非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行高效率操作的數(shù)據(jù)庫服務(wù)。ArcSDE采用C/S體系結(jié)構(gòu)，與客戶端間建立TCP/IP協(xié)議，接受客戶應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)請求，支持多用戶并發(fā)操作，可以通過版本來表現(xiàn)空間編輯的狀態(tài)，從關(guān)系數(shù)據(jù)庫環(huán)境中繼承的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一而有效的管理[3-4]。

ArcSDE數(shù)據(jù)庫由三部分組成：ArcSDE服務(wù)器管理進(jìn)程、專用服務(wù)器進(jìn)程與ArcSDE客戶端，其中ArcSDE服務(wù)器管理進(jìn)程負(fù)責(zé)維護(hù)ArcSDE和監(jiān)聽來自客戶端的連接請求，專用服務(wù)器進(jìn)程用于每個特定的客戶端應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的連接，ArcSDE客戶端通過ArcSDE服務(wù)器管理進(jìn)程和專用服務(wù)器進(jìn)程建立和RDBMS的連接，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

勘測數(shù)據(jù)一體化平臺系統(tǒng)可分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、中間層及應(yīng)用層3個組成部分?；A(chǔ)數(shù)據(jù)層為勘測數(shù)據(jù)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)庫信息，包括測量、巖土、物探、水文專業(yè)的點(diǎn)要素、線要素與面要素等的信息；中間層為ArcSDE數(shù)據(jù)庫，是存儲勘測數(shù)據(jù)的容器；應(yīng)用層為具體功能需求的實現(xiàn)，包含各類業(yè)務(wù)功能應(yīng)用，由勘測空間數(shù)據(jù)管理、勘測信息查詢統(tǒng)計、空間數(shù)據(jù)分析、三維地形展示、數(shù)據(jù)傳輸接口等構(gòu)成[5-6]，詳細(xì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組織如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)我院勘測各專業(yè)的需求，利用ArcEngine進(jìn)行GIS開發(fā)，開發(fā)勘測數(shù)據(jù)一體化平臺系統(tǒng)(圖3)。其主要功能包括：

圖3 勘測數(shù)據(jù)一體化平臺系統(tǒng)

(1)勘測測量、巖土、物探、水文數(shù)據(jù)的傳輸入庫功能，可實現(xiàn)SHP、DWG、TXT、TIFF、JPG等多種數(shù)據(jù)的加載(圖4)。

圖4 數(shù)據(jù)加載窗口

(2)地圖數(shù)據(jù)操作功能，實現(xiàn)地圖的放大、縮小、平移、存儲等基本功能。

(3)數(shù)據(jù)編輯功能；影像、點(diǎn)、線、面要素、屬性的編輯與保存等功能(圖5)。

圖5 地物編輯窗口

(4)空間信息檢索功能，實現(xiàn)按位置、范圍、特定條件的數(shù)據(jù)查詢檢索功能，及時找到需要的勘測數(shù)據(jù)。針對控制點(diǎn)管理，可搜索范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)計算，實現(xiàn)不同坐標(biāo)系間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

(5)空間數(shù)據(jù)分析功能，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)或新加載的數(shù)據(jù)，完成部分?jǐn)?shù)據(jù)分析功能(圖6)。

圖6 屬性分析窗口

(6)勘測數(shù)據(jù)管理功能，實現(xiàn)測量控制點(diǎn)、地形圖、地質(zhì)鉆孔、水文站、潮汐站點(diǎn)等的數(shù)據(jù)管理功能，實現(xiàn)多種勘測數(shù)據(jù)的集成利用(圖7)。

圖7 統(tǒng)計管理窗口

(7)勘測數(shù)據(jù)管理功能，三維數(shù)據(jù)的展示功能。

4 結(jié) 語

勘測資料具有很高的重復(fù)利用價值，把它整理管理起來，對我們今后的勘察設(shè)計項目具有很好的借鑒、再利用價值，可大大降低新建項目的投入成本?？睖y數(shù)據(jù)一體化平臺系統(tǒng)的建立，實現(xiàn)了非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化，率先對河北地區(qū)長期積累的多專業(yè)、不同格式的多源勘測數(shù)據(jù)(巖土、測量、水文及物探數(shù)據(jù))進(jìn)行整理，建立基于GIS框架下的數(shù)據(jù)庫管理和輔助決策分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了我院勘測數(shù)據(jù)的大集成，實現(xiàn)了勘測數(shù)據(jù)的有效管理及重復(fù)利用，方便應(yīng)用專業(yè)快速、動態(tài)獲取勘測數(shù)據(jù)，提高已有勘測資料的利用效率，避免已有勘測資源的巨大浪費(fèi)，有效降低公司生產(chǎn)成本，有利于公司戰(zhàn)略科學(xué)謀劃，提高工程勘測水平。