基于資源圖模融合的離線電網(wǎng)GIS 關(guān)鍵技術(shù)研究

王德輝，吳小飛，王偉光，張雨，張栩華

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣東廣州 510620）

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)維環(huán)境變得越來(lái)越繁雜，原有的電網(wǎng)管控措施已不能滿足需求，而電網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的出現(xiàn)恰好符合智能電網(wǎng)發(fā)展的需要[1]。電網(wǎng)GIS 基于圖像處理、三維數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而構(gòu)建電網(wǎng)GIS 體系，以輔助電力系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行[2]。

現(xiàn)有電網(wǎng)GIS 平臺(tái)考慮系統(tǒng)的應(yīng)用性能和數(shù)據(jù)安全，僅發(fā)布了切片地圖。在導(dǎo)出CAD 時(shí)，只能導(dǎo)出電網(wǎng)數(shù)據(jù)，無(wú)法同步導(dǎo)出對(duì)應(yīng)區(qū)域的矢量地圖數(shù)據(jù)[3]。且電網(wǎng)GIS和生產(chǎn)系統(tǒng)只支持內(nèi)網(wǎng)環(huán)境下在線運(yùn)行，而部分設(shè)計(jì)、施工單位無(wú)法連入內(nèi)網(wǎng)，無(wú)法在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中開(kāi)展電網(wǎng)數(shù)據(jù)維護(hù)，只能通過(guò)CAD圖紙、Excel 表格等傳統(tǒng)文件格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[4-5]。因此，造成電子化移交工作存在功能不完善、整體協(xié)同效率較低等問(wèn)題。

為了優(yōu)化電網(wǎng)相關(guān)工作電子化移交全過(guò)程的管控，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)在業(yè)務(wù)過(guò)程中同步變更，保證數(shù)據(jù)更新的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，展開(kāi)了基于資源圖模融合的離線電網(wǎng)GIS 關(guān)鍵技術(shù)研究。通過(guò)圖模融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可視化，并將電網(wǎng)GIS 進(jìn)行離線操作，進(jìn)一步提高協(xié)同作業(yè)效率。

1 離線電網(wǎng)GIS系統(tǒng)

針對(duì)電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)離線后的數(shù)據(jù)處理和多種操作共同進(jìn)行的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了以離線電網(wǎng)GIS 為核心的電力系統(tǒng)圖模處理體系，其架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 離線電網(wǎng)GIS系統(tǒng)架構(gòu)

離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)融合了地理與電力系統(tǒng)信息，可以獲取電網(wǎng)的地理位置和模型，并能夠?qū)⑵涮峁┙o其他系統(tǒng)，且該系統(tǒng)中的功能允許跨平臺(tái)，或者設(shè)置為公開(kāi)，以確保GIS 平臺(tái)地理位置的穩(wěn)定可靠。

2 圖模融合技術(shù)

圖模融合技術(shù)為離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)提供了圖形、模型與數(shù)據(jù)庫(kù)[6]。其中圖形為系統(tǒng)提供可視化的界面，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況；模型采用IEC61970 電網(wǎng)信息模型；數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)各種圖形和模型數(shù)據(jù)信息[7]?；趫D模融合技術(shù)的離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)可視化、集約化操作，大幅度減少了操作人員的工作量，提高了運(yùn)行效率。

2.1 圖模間的相互轉(zhuǎn)換

圖模融合技術(shù)的關(guān)鍵是建立圖形、模型與數(shù)據(jù)庫(kù)三者間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，具體模式如圖2 所示。

圖2 圖模庫(kù)三者間的轉(zhuǎn)化

模型與數(shù)據(jù)庫(kù)間的轉(zhuǎn)化需要為IEC61970 標(biāo)準(zhǔn)中的公共信息模型CIM 與數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建映射關(guān)系[8]。同時(shí)圖形與數(shù)據(jù)庫(kù)間的轉(zhuǎn)換需要將兩者進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以完成圖像可視化和數(shù)據(jù)同步處理等操作[9]。在圖形與數(shù)據(jù)庫(kù)建立關(guān)聯(lián)的同時(shí)也關(guān)聯(lián)了模型，三者間轉(zhuǎn)換關(guān)系的確立能夠滿足圖形、模型、數(shù)據(jù)庫(kù)的同步操作需求，從而實(shí)現(xiàn)圖模融合。

2.2 圖模拆分及增量處理

為了提高圖模融合的處理效率，需要在保證數(shù)據(jù)信息完整的條件下，進(jìn)行圖模數(shù)據(jù)的拆分。若關(guān)鍵數(shù)據(jù)發(fā)生增加、刪減等變化，則將其界定成增量模型[10-11]；若關(guān)鍵數(shù)據(jù)是全量數(shù)據(jù)的一個(gè)部分，則將其界定成拆分模型[12-13]。拆分模型、增量模型與全量模型的關(guān)系如圖3、4 所示。

圖3 拆分模型和全量模型的關(guān)系

圖4 增量模型和全量模型的關(guān)系

基于以上兩個(gè)圖形可以看出，圖模融合的實(shí)質(zhì)便是構(gòu)建全量模型、增量模型與拆分模型間的關(guān)聯(lián)，以最小的資源損耗滿足最大的圖模數(shù)據(jù)需求[14]。

3 基于資源圖模融合的離線電網(wǎng)GIS系統(tǒng)

系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)流程制定電網(wǎng)工程方案及路線，以電網(wǎng)基建項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)為例，支持設(shè)計(jì)成果拆分成可多次施工的圖紙。多個(gè)設(shè)計(jì)成果的合單流程如圖5 所示。

圖5 基于離線電網(wǎng)GIS系統(tǒng)的基建項(xiàng)目合單流程

首先，電網(wǎng)設(shè)計(jì)單位下載最新電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)及電網(wǎng)繪圖。在階段竣工發(fā)布前，設(shè)計(jì)單位下載最新的電網(wǎng)數(shù)據(jù)更新離線設(shè)計(jì)。在階段竣工中，由設(shè)計(jì)單位根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)停電范圍選擇設(shè)計(jì)成果竣工范圍數(shù)據(jù)，并調(diào)整設(shè)計(jì)成果，重新導(dǎo)出階段竣工數(shù)據(jù)包以及階段竣工單線圖、沿布圖等CAD 圖。然后繪圖人員將階段竣工成果設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入電子化移交單，進(jìn)行在線合并及沖突解決。

在系統(tǒng)處理業(yè)務(wù)流時(shí)，關(guān)鍵在于處理離線竣工數(shù)據(jù)包以及在線合并時(shí)的沖突解決[15-16]，文中將針對(duì)上述兩個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的論述。

3.1 設(shè)備沖突判斷

當(dāng)拆分后的離線數(shù)據(jù)包進(jìn)行合并時(shí)，需要進(jìn)行沖突判斷，其判斷流程如圖6 所示。

圖6 沖突判斷流程

具體操作如下：

1）對(duì)Merge_state 數(shù)據(jù)、Target_state 數(shù)據(jù)、疑似沖突數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)沖突判斷。判斷過(guò)程對(duì)于設(shè)備的每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)字段均進(jìn)行比較，如果運(yùn)行版本設(shè)備的數(shù)據(jù)、臨時(shí)版本設(shè)備的數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)版本設(shè)備的數(shù)據(jù)各不相同，則認(rèn)為設(shè)備發(fā)生了沖突；

2）若存在沖突，將產(chǎn)生Resloved_State，為解決版本對(duì)應(yīng)的State，其State鏈將自動(dòng)轉(zhuǎn)為灰色箭頭標(biāo)識(shí)。

3.2 沖突解決及合并

在投遞過(guò)程中進(jìn)行沖突檢查，對(duì)差異數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)合并。若存在沖突，則提供沖突解決界面來(lái)完成沖突合并。沖突合并的過(guò)程可以人工干預(yù)和人工編輯，矯正自動(dòng)投產(chǎn)過(guò)程中可能產(chǎn)生的拓?fù)涞葦?shù)據(jù)錯(cuò)誤。沖突解決及合并過(guò)程如圖7 所示。

圖7 沖突解決及合并過(guò)程

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

系統(tǒng)使用Web Studio 作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，C++作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。系統(tǒng)運(yùn)行在操作系統(tǒng)為Windows的設(shè)備上，Web 版本要求在5.0 及其以上，內(nèi)存不小于8 GB，存儲(chǔ)容量不小于32 GB。

4.1 設(shè)備沖突解決實(shí)現(xiàn)

在設(shè)備沖突解決實(shí)現(xiàn)中，將所有的沖突設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)，在樹(shù)形控件中展示。根節(jié)點(diǎn)分別為“線路設(shè)備”、“站內(nèi)設(shè)備”。在“線路設(shè)備”下所有線路設(shè)備按設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，每個(gè)設(shè)備類(lèi)型節(jié)點(diǎn)下顯示該類(lèi)型沖突的設(shè)備。在“站內(nèi)設(shè)備”下，首先列出各個(gè)沖突文檔對(duì)應(yīng)的站名，在沖突文檔節(jié)點(diǎn)下將沖突的設(shè)備按設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，每個(gè)設(shè)備類(lèi)型節(jié)點(diǎn)下將顯示該類(lèi)型沖突的設(shè)備。其中沖突解決頁(yè)面如圖8所示。

圖8 沖突解決頁(yè)面

運(yùn)行視圖中為運(yùn)行版本數(shù)據(jù)，即從Target_state→中間多個(gè)state→Base_state 之前的所有數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)版本為臨時(shí)版本數(shù)據(jù)，即從Merge_state→Base_state之前的所有數(shù)據(jù)。沖突解決視圖為沖突解決版本數(shù)據(jù)，即從Resolved_state→Merge_state→Target_state→Base_state 之前的所有數(shù)據(jù)。打開(kāi)該界面時(shí)，程序?qū)Ξ?dāng)前選中的沖突設(shè)備自動(dòng)在3 個(gè)視圖中進(jìn)行定位。

4.2 站內(nèi)外連接合并

站內(nèi)外鏈接合并界面共有3 個(gè)TAB 頁(yè)面，如圖9所示，每個(gè)TAB 頁(yè)面包含了一個(gè)站內(nèi)外連接列表。

圖9 站內(nèi)外鏈接合并界面

合并后設(shè)備站內(nèi)外連接：顯示選中沖突設(shè)備在沖突解決視圖中的站內(nèi)外連接，可進(jìn)行編輯。當(dāng)保存后，可立即修改該設(shè)備在沖突解決視圖中的站內(nèi)外連接。

運(yùn)行設(shè)備站內(nèi)外連接：顯示選中沖突設(shè)備在沖突運(yùn)行視圖中的站內(nèi)外連接，其屬性為只讀。

設(shè)計(jì)設(shè)備站內(nèi)外連接：顯示選中沖突設(shè)備在沖突臨時(shí)視圖中的站內(nèi)外連接，不可編輯修改。此設(shè)備卡片與上一個(gè)設(shè)備卡片均只用于參考。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)基于資源圖模融合的離線電網(wǎng)GIS 關(guān)鍵技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)圖形與IEC61970 模型的相互轉(zhuǎn)換，并對(duì)離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題，例如工作單合并及沖突解決等提供了具體的處理措施。此外，基于離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)的理論描述，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的系統(tǒng)，能夠判斷與解決設(shè)備之間的沖突、完成任務(wù)單的合并及派發(fā)，從而有效提高了工作效率。因?yàn)楝F(xiàn)有的離線電網(wǎng)GIS 系統(tǒng)主要是單個(gè)站點(diǎn)的信息，在接下來(lái)的研究中將側(cè)重于完善電力電纜等設(shè)備的連續(xù)軌跡信息，以更優(yōu)地提升離線電網(wǎng)GIS 關(guān)鍵技術(shù)的普適性。