配电自动化：地理信息系统(GIS)

配电自动化：地理信息系统（GIS）
一、GIS的简介：
GIS是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术。

从功能的角度看，GIS是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统。

从应用的角度看，可以将GIS分为各类应用系统，例如土地信息系统、城市信息系统、电力信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统等等。

从工具的角度看，GIS是一组用来采集、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合。

从数据库的角度看，GIS是这样一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供个对数据进行操作的操作集合，用来回答对数据库中空间实体的查询。

GIS是一门多学科综合的边缘学科，其核心是计算机科学，基本技术是数据库，地图可视化以及空间分析（见图1.1）。

它是在计算机硬件、软件系统的支持下，以地理空间数据库为基础，采集、存储和管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据，为相关应用领域研究和决策服务的空间信息系统。

图1.1 GIS的组成
目前，地理信息系统在理论和应用上都处于一个飞速发展的时期。

“数字地球”概念的提出，更进一步推动了作为技术支撑的GIS的发展。

不管人们21世纪称为什么世纪，GIS 的广泛应用，普及必将成为新世纪的一个重要特征。

GIS逐步发展起来的一种采集、存储、管理、分析和描述整个地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统，是介于信息科学、空间科学和地球科学之间的交叉学科和技术，它将地球空间数据处理与计算机技术相结合通过系统的建立，操作与模型分析，产生对区域规划及管理决策等方面的有用信息。

作为信息技术（Information Technologies IT）的重要组成部分，地理信息系统经过三十多年的发展在几乎所有与空间信息相关的，诸如资源管理、城市规划、环境管理、设施管理等领域得到了广泛应用，形成了多层次和不同尺度的应用格局。

与此同时，GIS软件技术体系（GIS Software Technology System）也得到了很大发展。

GIS作为一门崭新的综合的信息技术，目前正处于一个不断发展的时期，新概念和新产品层出不穷。

从发展历程看，经历了从集成化GIS到模块化GIS的不同阶段。

当今，组件式的GIS （Components GIS）己经成为地理信息系统的重要发展方向。

以往的GIS都很难与管理信息系统（MIS）以及专业应用模型完成高效、无缝的集成，也不能适应可视化程序设计的潮流。

组件式GIS（如Map Info推出的Map X）,是标准的组件式平台，各个组件之间不仅可以进行自由、灵活的重组，而且具有可视化的界面和使用方便的标准接口。

其基本的特点有：
1）所有的相关信息按特定的坐标系进行严格的坐标定位，对空间数据和属性数据进行统一的存储和管理。

2）将多信息源的空间数据和统计数据进行分级分类、规格化和标准化，使其适应计算机输入输出的要求，便于进行社会经济和自然资源、环境要素之间的对比和相关分析。

3）具有图形与数据双向查询检索、统计计算和列表绘图等基本功能，并可按照指定的范围进行图形查询和提供综合的空间分布数据。

4）向用户提供空间数据多因素空间分析、复合分析、预测预报和模拟优化等技术手段。

5）GIS与一般数据库应用有关，但是又重大的区别。

在一个GIS里的所有信息都与空间位置相关，一般数据库也可能会包括位置信息（如街道地址），但是，一个GIS数据库使用地理参照来作为存储和访问信息的主要方法。

6）GIS是一种集成技术。

尽管其他技术可以用来分析航空照片和卫星图像，建立统计模型或绘制地图，但一个综合的GIS系统可以提供所有这些功能。

7）具有许多功能的GIS不应该仅仅看作是硬件和软件，而应该看作一个过程。

GIS是用于作决策的。

在一个GIS系统里，数据输入、存储和分析的方法必须反映信息被用于专门研究和作决策的。

把GIS看作一个纯硬件和软件系统就会遗漏它在综合决策过程中所起到的作用。

应用地理信息系统完成各项任务与传统的方法相比，显示了许多优越性，可以概括为以下几点：
1）允许存储多种性质的数据，包括字符的、图形的、影像的、调查统计等等，易于读取、安全可靠。

2）允许使用数学、逻辑方法，借助于计算机的指令编写各种程序，易于实现对图形对象及其属性信息各种分析处理，系统具有强大判断能力和辅助决策能力，适于开发出各种应用分析系统。

3）提供了多种造型能力，例如覆盖分析、网络分析，可以利用规划等模式研究，以及用来编制各种专题图、综合图等。

4）易于改变比例尺和地图投影，可以进行坐标变换，平移或旋转、地图接边、制表和绘图等工作。

在实施应用中，地理信息系统由以下三各部分构成：
1）计算机系统，硬件和软件，核心软件包括数据处理，管理，地图模拟和空间分析等，应用部分包括一些特殊的应用问题。

2）地理数据库系统，空间数据组织（矢量结构，栅格结构）。

地理数据库系统是GIS 应用项目的重要资源和基础，需要投入高强度的人力和物力，是GIS应用项目的瓶颈技术。

3）GIS系统的应用人员和组织结构。

作为一个GIS系统应能够解决诸如位置（地方名，邮政编码，地理坐标）、条件（满足条件的地理位置分布）、趋势（随时间变化的趋势，如人日，分区负荷）、模式（揭示空间对象的空间分布）、模型（解决问题的方案，如变电站选址、电源的变化）等问题。

必须具备
数据的获取；数据编辑及变换处理；数据的组织与管理；检索与分析；数据的输出等基本功能，功能结构如图1.2所示：
图1.2 GIS功能结构
二、GIS在配电自动化中的应用现状
配电网地理信息系统是根据供电公司输配电网络的具体情况，在统一编码和数据共享的基础上，采用地理信息软件利用计算机将输配电线路信息、设备信息、运行信息与地理图形等有机地结合在一起，并与其它相关系统连网，实现信息共享，从整体上提高了供电企业的现代化管理水平。

随着计算机技术的飞速发展，地理信息系统在整个电力行业中得到了越来越广泛的应用。

将GIS引入配电管理系统（DMS ），并与用电MIS，负荷管理及SCADA 等子系统相结合，为各级管理人员提供一套简单、迅速、方便的配电网运行管理系统已成为现代电力企业提高管理水平和工作效率的有效手段。

配电网地理信息系统是在地理信息系统平台上建立的关于配电网管理的可视化应用体系。

配电管理系统DMS和配电自动化系统（Distribution Automation System，简称DAS）是由配电网数据采集和监控（（SCADA）、故障管理、负荷管理、自动绘图/设备管理/地理信息系统（AM/FM/GIS ）和配电网高级应用软件这5个应用方面构成。

配电网地理信息系统的主要功能大体如下：
1、代码管理：对线路、变电站、分支线路进行编码，同时对标准杆型、标准配变、杆塔高度、导线型号、电压等级等进行编码，为输配电设备的标准化管理作好准备。

2、图形控制：地理背景图及有关输配电设备可根据需要按任意比例放大、缩小或漫游；可灵活地打开或关闭任意地理或设备图层；对显示的任意对象可查询有关的属性信息。

3、图形编辑：可对任意设备进行添加、删除、移动等操作；对于变化频繁的配电网络发生异动时，可以采用自动布杆实现快速修改；可按任意比例打印图形。

4、自动布线：对10kV线路和杆塔可以采用手工布线，也可以进行自动布线，指定线路长度、线性、转折次数、每段杆塔数量、杆塔类型等信息，可以实现复杂线路的线路和杆塔一次自动布线完成，同时实现0.1m的布线精度。

5、短路电流计算：在录入杆塔杆号后将自动进行短路电流计算。

6、理论线损计算：可以按照不同的算法（包括均方根电流法、容量法、电量法等）对指定线路或变电站进行理论线损计算，并查询和打印计算结果。

7、设备统计：可以对线路、配变、杆塔等设备进行统计，并可统计杆距、供电半径等。

输电线路是位于地理空间中的人工构建物，其线路距离长，通过地区的地理条
件比较复杂，与众多电力线路和通讯线路交叉跨越，并且通常会通过居民区、公园
和其它特殊区域。

输电线路及其杆塔位置与地理空间位置密切相关，特别是在垂直
方向上的层次信息尤为重要，这使得二维地理信息系统无法达到其管理的需求。

近
年来，计算机图形学的发展和计算机硬件性能的成倍提高使得三维表现技术日益完
善，通过这些技术，能够构造更接近于现实的三维地表模型和各类设备模型，使得
GIS系统从二维向三维发展。

在配电自动化中，地理信息系统已经在以下几个方面得到了应用：
（1）GIS在配网综合信息管理中的应用
在配网综合信息管理中应用GIS系统，采用生动直观的方式，结合各种地理信
息组织、分析和显示配电网络各项数据，可以实现配网信息的地理化、运行数据的
可视化，促进了配电网络的科学化。

它可以帮助配网运行管理人员掌握线路设备档
案情况，为配网维护提供完整直观的信息支持；掌握线路设备与用户分布。

（2）GIS在SCADA中的应用
一般地讲，SCADA有它自己的专用数据库，同GIS数据库之间建立映射关系
，就可以相互交换数据。

将GIS与SCADA集成，SCADA可以用最新的地理图形为
背景，并与接受的实时信息相结合，直观地反映了电力系统当前的运行状态，调度
员利用这些信息可以方便地进行网络分析，准确及时地发布调度命令，减少突发故障造成的损失，提高调度质量。

（3）GIS在变压器负荷管理（TLM）中的应用
变压器负荷管理TLM（Transformer Load Management）用于避免变压器因过载而
损坏或防止因轻载而低效运行。

当TLM建立在GIS的基础之上时，其所需数据主
要从GIS系统和用户信息系统CIS（Customer Information System）的数据库中取得。

这种包括图形和非图形数据库的集成环境显著提高了TLM系统的能力。

三、配电网地理信息系统的发展趋势
随着GIS技术和配电系统自动化水平的不断提高，当前配电网地理信息系统的开发出现了如下的发展趋势：
（1）功能模块化。

将整个系统划分为子系统、功能模块和不同层次的组件分别开发，既提高应用程序重用度，又可以在一定程度上节省资金和时间的投入。

（2）数据充分共享。

利用分布式数据库技术实现数据共享，不仅节省数据存储资源，降低网络通讯开销，克服数据更新困难，还为网络化管理提供了数据支持。

（3）管理网络化。

Internet/Intranet技术的应用实现了远程采集、监视、控制和综合管理，使配电管理更方便、快捷、透明。

（6）系统结构开放化。

开放式的分布结构和软件平台，透明的插件式的开放应用接口，便于不同应用功能的用户即时接入和使用。

（5）友好的人机界面.傻瓜式的菜单、按钮和汉字操作提示，使操作人员只需经简单培训，就能使用计算机处理复杂的业务工作。

由于配电地理信息系统这些特点使得配电自动化各个各个系统之间实现数据共享，以及系统之间互相交换数据，为系统之间更好的集成打下了基础。