电力地理信息系统在配电网中的应用.pdf

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1、河北工业大学硕士学位论文电力地理信息系统在配电网中的应用姓名：杨堆元申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：张福民20070401河北工业大学硕士学位论文 i电力地理信息系统在配电网中的研究（配电 GIS）摘摘 要要 电力系统向高度信息化，自动方向发展，电网规模的日益扩大，电力企业需要管理庞大的电力设备数据。电力设备由于传输的特点表现出空间上复杂性。现在 GIS 已经广泛应用于电力系统的各个领域，例如，输变电管理，配电管理，用电管理等。随着网络技术的逐渐普及，在企业内部建立一体化的解决方案，到达资源共享，信息同步成为目前建设系统首先要考虑的 配电网的各种信息与空间地理环境有着密切的

2、关系，依靠传统的信息处理技术不能直接表现配电系统的运行和管理。采用地理信息系统能很好地满足配电系统运行维护管理和客户服务的需要。本文结合 MapX 和 MFC 开发工具，对配电网 GIS 系统进行了研究，详细介绍了配电网地理信息系统开发的全过程。本文主要完成了以下工作：（1）进行了配电网数据库设计，实现了单个实体各类信息的集成和整个配电网的信息集成。最后将各种结果转化成为 GIS 图形数据库、属性数据库中相应元件的属性。GIS 应用系统与一般的应用系统不同，大量的基础数据在建立系统时就需要录入，系统运行过程中将有新的数据在这些数据的基础上生成。包含大量的图形数据是 GIS 应用系统的另一特点。

3、由于图形数据本身的特点，系统的数据组织和纯属性数据的组织有很大不同。因此在数据库设计中进行了不同处理，将空间数据和非空间数据放置在不同类型的数据库中。（2）详细研究了 GIS 开发技术，结合 MFC 类库和 MapX 控件所提供的强大功能，独立开发了配电网 GIS 软件，为这项工作的开展进行了有益的探索。（3）针对我国目前配电自动化实施情况和实际配电网中存在负荷严重不对称的特点，编写三相配电网络实时潮流计算模块。并将 10 kV 配电线路实时实测数据作了实时计算，计算结果通过 GIS 模块显示出来。表明采用三相潮流计算比常规潮流计算更能反映网络的实际运行状态。再与其它功能模块有机结合起来，形成

4、一个完整的配电网 GIS 系统。关键词:GIS;配电自动化:配电地理信息系统;MapInfo，MapX 电力地理信息系统在配电网中的应用研究 ii ANALYSIS ON POWER GIS IN DISTRIBUTION NETWORK ABSTRACT With the high informationization and automation of the power system,the scale of the network becomes more and more large.The power company need manage large numbers of dat

5、a of the system equipments.And the power equipments demonstrate the complexity on the space for the transmitting characteristics.All information in Distribution network is closely related to geographic environment.Traditional information-processing technology cant directly performance operation and

6、management of the distribution system.GIS can meet what distribution system operation and customer service need.In this paper,by using MapX and MFC developing tools,a research to GIS systemfor the power distribution network is carry on.And,a presentation on the developmentprocess of the geographical

7、 information system is also brought out.The following are the main jobs of this paper.(1)The database of the power distribution network has been designed,and theinformation of each instance and the whole network has been integrated.Thecorresponding component property of the GIS graphic database and

8、property databasehas been transformed by using various kinds of results.The GIS application system isdifferent from the general systems.Another characteristic of the GIS application system is that there is alarge amount of graphic data in the system.The system data organization is differentfrom the

9、pure property data organization according to the characteristic of the graphicdata.As a result,different database design methods are adopted.The space data andnon-space data have been placed into different type database.(2)The development technology for GIS has been studied in detail.The softwareof

10、the system has been developed with the powerful MFC class library and MapXcontrols and it will be help for the future research.(3)As the load unbalanced feature is prominent in 10 kV distribution system in China,a three phase power flow algorithm is presented for real-time calculation of distri-buti

11、on systems。By assembled with these functions,a complete GIS system for the power distribution network has been achieved。Keyword:GIS;distribution automation;distribution GIS,Mapinfo,MapX;原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研

12、究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。

13、（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1-1 目的和意义目的和意义 电能是当今世界最重要的能源，它与国民经济的发展和人民的生活水平密切相关，其质量的保证非常重要。配电网是电力系统配送电力能源到最终用电单位的网络结构，承担着电网供应链中最基层的重要任务。提高电网供电可靠性、提高电能质量、确保向用户不间断优质供电始终是我们服务的宗旨。以往主要依靠图纸和配电专职人员的工作经验进行管理的配电网信息、用户档案资料、杆型的结构、线路路径及杆号记录、实时记录有关参量和对相关设备进行监控，配电变压器的型号记录、历史

14、检修记录数据，存在着数据更新困难、资料易损毁丢失、日常查询不便、无法为配电改造提供决策依据等弊端，严重影响了工作效率。配电网数据库功能是全面反映这些信息，进行相关监控；是配网自动化的核心，高级应用软件、良好的人机界面，实时量的信息库是配网自动化的基本要求。而地理信息系统(Geographical Information System，简称 GIS)具有反映地理空间关系及分析、综合、统计各种空间和属性信息能力的特性，运用得当可为配电网的管理、规划及相关决策提供良好的、先进的技术手段，是配电网系统的主流方向 1-2 地理信息系统地理信息系统 GIS 简介简介 目前，地理信息系统在理论和应用上都处于

15、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

16、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）已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

17、 GIS（如 MapInfo 推出的 MapX），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。电力地理信息系统在配电网中的应用研究 22)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

18、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

19、 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

20、图等工作。按照研究内容来进行划分，地理信息系统大致可以分成专题地理信息系统（Thematic GIS）和区域信息系统（Regional GIS）两大类。专题地理信息系统例如，森林动态监测信息系统，水资源管理信息系统，矿业资源信息系统，输配电网管理地理信息系统等。区域地理信息系统是指按不同地域规模而建立的信息系统，如国家级，地区或省级的，市级和县级等不同行政区域的系统；也可按自然分区或以河流为单位 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，

21、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，如人口，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 1.1 所示：河北工业大学硕士学位论文 作为地理信息系统，能够描述物体的地理数据或者空间位置信

22、息是作为其首要特征。地理数据可以看成具有时态特征（指时刻或时段）的地理空间位置（属性数据）。地理数据有栅格、矢量混合等两种空间数据模型：（1）矢量模型 通过记录空间对象的坐标及空间关系来表达空间对象的位置。点，空间的一个坐标点；线，多个点组成的线段；面，多个弧段组成封闭多边形。这种模型有利于描述一些离散特征，但对连续特征就不太有用。（2）栅格模型 采用规则的数据单元阵列表达地理空间；每一个地理空间都对应着地理空间的一个区域；用行列数表达地理空间位置关系；单元内的数值大小定义了某种属性；单元格的大小表达了精度（分辨率问题）；非常适用于描述一些连续特征，点象扫描地图和照片。有下表是 2 种模型的比

23、较：1-3 国内外配电自动化的发展和现状国内外配电自动化的发展和现状 在欧美等发达国家，GIS 的应用遍及环保、交通运输、电力、电信、资源保护、灾害预测、投资评估、城市规划建设等众多部门。国外配电 GIS 系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远程抄表等系统于一体的配电网管理系统，其功能多达 140 余种。国外配电 GIS发展经历了从各种单项自动化林立，号称为“多岛自动化”的配电系统，向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程。目前已经具有相当的规模，并且从提高配电网运行的可靠性和效率，提高供电质量，降低劳动强度，充分利用现有设备的能力，缩短停

24、电时间和减少停电面积等方面，均带来了可观的 3 电力地理信息系统在配电网中的应用研究 4经济效益和社会效益。近年来，随着我国经济建设的迅速发展和通信技术的发展，GIS 的应用进程也相应加快了，在交通运输、测绘、城市规划管理、制图等领域发挥了重要作用，在电信、电力等行业的应用也有了好的开端，由过去只限于数据的管理逐步地进入到控制阶段。配电网 GIS 是针对 10kV 及以下配电网的运行、管理等而开发的，它是利用计算机技术、通信技术将配电网的分布、属性及实时信息按其实际地理位置描述在地理背景图上形成的集查询统计、运行维护、分析管理等功能于一体的应用系统软件。昆明城市配电地理信息系统是以 1:100

25、 电子地图作为系统的全要素电子地图为背景，建立在基础地理空间数据上的企业支持系统。它作为昆明供电局的一个基础应用软件平台，构造一个关于昆明配电网的多时态、多空间的数字电网模型，并通过灵活多样的接口，为相关的业务系统提供强有力的空间及拓扑信息支持与功能集成。在此基础上，建立覆盖全市 110kV 及以下电压等级电网设备的配电地理信息系统。该系统按照业务流程分为设计和更改管理、运行维护管理、故障停电管理、服务和市场分析、网络分析和企业信息访问及更新 6 个部分。该系统具有建立多空间数字电网模型、实用化电网数据维护工具、提供丰富的电网分析工具、构筑企业协同工作环境、完善业务流程指导生产、辅助决策提高服

26、务质量等特点。福建三明电业局于 2002 年 7 月开始开发配电管理系统，首期主要开发配电管理 GIS 系统的基础应用，lOkV 城区配网 GIS 数据采集，建立模型以及基础数据的录入工作。实现了对该局 lOkV 城区架空线路、站房、电缆等电网数据的实地采集和配电网络管理，从而解决生产管理不规范的问题，提高了配电管理水平，为配电网自动化的实施打下良好的基础。1-4 规划建设配电网规划建设配电网 GIS 的必要性、可行性的必要性、可行性 目前应用配电网 GIS 的必要性主要体现在以下三个方面：一是，由于国内与国外及国内不同配电网中应用配电网 GIS 水平的差别，从而带来效率和管理成本的巨大差别。

27、特别是 10kV 及以下配电系统，过去那种粗放的管理模式已不能适应新形势的要求；二是，随着用电观念的转变，人们要求的相关服务的品味也在提高；三是，未来社会是信息时代，数字化、网络化管理建立数字化电网是发展的必然，而配电网 GIS 则是最直接的服务手段。因此，配电网 GIS 的实施势在必行。实施配电网 GIS 的条件是具备的。因为：一是计算机的应用已经相当普及，这是实施 GIS 的最基本条件；二是在 GIS 的应用上国外已有成熟的经验。二是对 GIS 的认识普遍有了提高，认识到配电网 GIS 是发展法方向 河北工业大学硕士学位论文 5 1-5 研究课题的提出研究课题的提出 根据对配电自动化系统中

28、存在的问题和不足的分析，结合配电地理信息系统的特点和当前的发展趋势，提出了应用组件技术，以利用地理信息系统为基础，结合电力部门的实际情况研究和开发配电地理信息系统，本文的主要工作如下:（1）进行了配电网数据库设计，实现了单个实体各类信息的集成和整个配电网的信息集成。最后将各种结果转化成为 GIS 图形数据库、属性数据库中相应元件的属性。GIS 应用系统与一般的应用系统不同，大量的基础数据在建立系统时就需要录入，系统运行过程中将有新的数据在这些数据的基础上生成。包含大量的图形数据是 GIS 应用系统的另一特点。由于图形数据本身的特点，系统的数据组织和纯属性数据的组织有很大不同。因此在数据库设计中

29、进行了不同处理，将空间数据和非空间数据放置在不同类型的数据库中。（2）详细研究了 GIS 开发技术，结合 MFC 类库和 MapX 控件所提供的强大功能，独立开发了配电网 GIS 软件，为这项工作的开展进行了有益的探索。（3）针对我国目前配电自动化实施情况和实际配电网中存在负荷严重不对称的特点，编写三相配电网络实时潮流计算模块。并将 10 kV 配电线路实时实测数据作了实时计算，计算结果通过 GIS 模块显示出来。表明采用三相潮流计算比常规潮流计算更能反映网络的实际运行状态。再与其它功能模块有机结合起来，形成一个完整的配电网 GIS 系统。电力地理信息系统在配电网中的应用研究 6第第 2 章章

30、 配电网配电网 GIS 开发技术的研究开发技术的研究 2-1 系统设计思想系统设计思想 在二十世纪八十年代后期，在计算机软件领域发生了许多重要变化，这些变化极大地影响着几乎所有的程序设计者和系统分析师的工作。面向对象的程序设计方法(Object-Oriented Programming，简称 OOP)就是其中之一。面向对象技术是人对自然的认识，是人模仿自然的技术，在面向对象的编程里而没有魔术，概念应是即熟悉又敏感的。MFC 使用依赖许多 C+的高级特性，但是一旦你明白了 C+基本核心是如何工作的，就能够很好使用 MFC。OOP 不是一种程序编程语言，而是一种新概念一一关于数据、过程和它们之间关

31、系的一种新的思考方法，这些新的概念可在现在和将来的任何一种语言中实现。OOP 方法是软件工程学中结构化程序设计(Structure programming)，模块化、数据抽象、信息隐藏、知识表示；两示处理等概念的积累和发展，它所依赖的最基本的概念是封装、继承和多态。封装:意思是把你的代码的内部工作藏起来，仅给出一个告诉其他人所需要知道的一个定义好的接口。封装是模块化编程思想的具体体现，系统分析员将一个复杂庞大的软件分解成许多相对独立的模块，分交给多个程序员进行开发，每个程序员只针对自己所负责的模块将任务简化了，很容易完成。另一个程序员仅仅需要利用定义好的接口进行调用就行了。类是用来将对象的数据

32、结构和控制对象数据的方法组合起来的手段。这种定义对象方法来源于 OOP 的一般原理。将数据和方法联编到一起叫做封装。封装的概念是 C+的重要组成部分。封装主要完成下列三件事情:1)隐藏复杂性。2)防止程序员干扰已正常工作的代码。3)提高先前已开发代码的重用性。C+的类使用封装来隐藏复杂性有两种方式:通过隐藏内部数据结构和函数以及通过提供一个用户(即程序员)界面。封装也能有效地防止程序员对已经能够工作的数据结构和函数进行不必要的破坏。想走捷径的渴望对普通程序员(其中包括你和我)是阻挡不住的。因走捷径而带来的修改数据的危险是指有可能忘记修改过程中某些必要的部分，这会导致数据的破坏。将有权修改的数据

33、结构和函数通过封装放置在不可见处，可大大减少干预复杂结构的机会。尽管开始看起来封装似乎是一个令人讨厌的限制，但从以后的经验中会慢慢体会到封装具有许多益处。继承:是利用能做大多数你需要的工作的对象；加入额外的字节获取更有用的对象的过程。大致上讲，继承意味着创建一些代码来做一项任务的总体工作，然后增加代码来做工作。例如，你可以在一个普通手表的基础上添加显示日期的功能，利用基本模型加入仅需要很小努力就能够给出许多附加值的特性。用程序设计术语来说，重要的是你试写代码，这样一来如果你需要改变其工作方式，仅仅需要改动一个地方。VC 中应用继承的情况太多，举个简单例子，你可以从 CWnd 类上稍加改动就可以

34、做出你想要的视图对象出来，在 OnPaint 添加自己的绘制函数就可以了，这样管道、阀门，凡是你能够想到的，能够描述的都可以展现出来。河北工业大学硕士学位论文 多态:可以请求不同的对象完成同一任务，但可能需要以自身的方式达到目的。例如你可以在你的 CD播放器、录像机或者录音机上按下 Play 键，每台都放音乐，而且其中一个还给你提供图片。用程序设计语言说:其重要性在于不知道对象是什么，你可以要求它执行其任务。2-2 配电配电 GIS 基本功能基本功能 配电 GIS 的基本功能主要在系统操作运算功能的支持下或建立专门软件来实现的，主要包括空间分析和模型分析。配电 GIS 最基本的分析功能有查询、

35、检索、统计和计算功能。空间分析是 GIS 的核心功能，也是 GIS与其它自动化信息系统的根本区别，包括叠置分析、缓冲区分析、拓扑空间查询、空间集合分析等。模型分析是指应用相应的数学模型分析和解决问题的方法，如最佳网络分析和电网潮流分析等如下图所示。电力 GIS 应用分析 基本分析 模型分析 空间分析 查询 计算 缓冲区分析拓扑分析电网分析子系统 负荷管理子系统客户管理子系统无功电压分析 短路分析 停电模拟运行潮流计算理论和实际线损计算 7 电力地理信息系统在配电网中的应用研究 82-3 配电网配电网 GIS 的应用范围，特点的应用范围，特点 GIS 起源于 60 世纪 60 年代，到现在已经在

36、国民经济各个部分得到了发展应用。在我国电力部门中，也在不同的区域和部分得到了应用。但对于电力系统来说，GIS 系统的应用在定位、功能上，因为各个企业的实际情况和应用目的不同，因此也存在着非常大的差别。本文的研究是着眼于配电网管理系统上的地理信息系统。（1）作为一个配电网管理地理信息系统，应该能够结合可视化技术，采用生动直观的方法，结合各种空间信息组织、分析和显示配电网网络各项数据，实现配电网信息的地图化、运行数据的可视化，促进配电网管理的科学化。（2）电力 GIS 在配电网网中应用，应能够分层显示变电站，线路，短路器，隔离开关，杆塔，用户等地理位置，建立强大的数据库系统。建立的配电网 GIS

37、系统能够在电能的输送、分配、使用的过程之上，完整反映了配网的拓扑结构，满足了各种配电网分析应用软件的要求，完成短路计算、理论线损等的计算，可以用于描述任意复杂的辐射状配电网络，在配电网络中具有普遍适用性。所以这样的系统是一个能对配电网大量数据信息进行综合处理的综合系统。2-4 数据库开发策略和设计过程数据库开发策略和设计过程 数据库设计的好坏直接影响了整个系统的效率和质量，是信息系统的基础和核心部分。数据库的设计应遵照以下的开发策略：数据的完整性：电力大量的数据信息，可以按三种方式划分：根据能量的流动过程划分；按管理的职责划分；按地理位置划分。系统的各种信息分析和处理，都是按照上述三种划分方式

38、进行。所以，当数据库设计时，应当考虑从这三个方面对信息进行存储，才能确保数据的完整性。数据一致性：系统存在大量数据信息，除各子系统内部特有信息外，还有大量的各子系统或某几个子系统共有的信息，存在数据交叉现象。如各子系统均有各自独立的数据库系统，不仅会造成数据大量重复，还难以统一更新，产生数据混乱现象。所有数据库必须统一管理。数据共享性：数据共享不仅指数据的“共用”，还应满足数据库不依赖于各子系统，数据与程序严格分离，数据的增删、更改等不需要更改程序。要求数据库必须具有很好的通用性。数据安全性：数据库是应用程序的基础，必须保证数据库系统的高度安全可靠性。如数据库服务器双机热备用，磁盘镜像、数据库

39、备份和采用高性能服务器等。现代数据库系统主要采用以逻辑数据库设计和物理数据库设计为核心的规范设计方法。逻辑数据库设计是根据需求和特定数据库管理系统的具体特点，设计数据库全局、局部逻辑结构。物理数据库设计是完成逻辑结构确定后，设计数据库的存储结构和实现细节。一般可以分为图 2.1 的六个阶段。河北工业大学硕士学位论文 图 2.1 数据库的设计步骤 进行数据库的设计，首先须准确了解、分析用户的需求（包括信息需求和操作需求）。正确抽象出现实世界的需求后，进行综合、归纳和抽象。把用户需求统一到概念模式，形成独立于 DBMS 的关于应用体的概念模式，即概念结构设计。概念结构的设计是用概念数据模型对现实世

40、界应用进行建模。概念数据模型是现实世界的一个真实模型，易于理解、修改、易于向各种数据模型转换，以便生成逻辑模式。逻辑结构设计将概念结构转换为 DBMS 支持的数据模型，并进行优化。最后，完成数据库的物理设计和数据库实施，把数据库存储到物理设备中，投入运行和维护。2-5 数据的分析和处理数据的分析和处理 图 2.2 图形数据与属性数据的关系 数据库结构设计的任务就是针对需要用到的数据库对象进行设计。数据库模型的建立有赖于数据状况的分析。GIS 系统中涉及的数据包括图形矢量数据、空间属性数据和工程管理数据，数据类型繁多、数据量庞大，数据之间逻辑关系错综复杂，在实施的过程中，为了增强整个系统数据处理

41、的灵活性，采用分开存储的方法。图形矢量数据以 MapInfo 等标准文件格式存储在特定目录下，图形中每个地物均有其对应的唯一的标识（ID 号），系统以此为索引建立该地物的图形数据文件。空间属性数据与工程管理数据均采用 MS SQL Server 等商业数据库来存储，各地物属性记录的关键字为图形文件中该地物的 ID 号，由此便实现了图形文件与属性文件的一一对应关系如图 2.1 所示。因此首先应该针对这两种数据的不同特点分布进行处理。9 电力地理信息系统在配电网中的应用研究 102-5-1 空间数据的组织方法空间数据的组织方法 GIS 应用系统与一般的应用系统不同，大量的基础数据在建立系统时就需要

42、录入，系统运行过程中将有新的数据在这些数据的基础上生成。包含大量的图形数据是 GIS 应用系统的另一特点。由于图形数据本身的特点，系统的数据组织和纯属性数据的组织有很大不同。尽管各种 GIS 平台的顶层数据结构千差万别，但应用开发中图形数据的组织却有类同之处。图形数据的分层 1图形数据分层的思想和作用 按图形对象的属性、类型将它们划分不同的集合（层），显示时叠置在同一界面上，仍给人以一张图的印象，这时图形分层的基本思想。将图形分层有以下优点：1）使数据的含义明确可辨。显然，若将普通地图的所有信息存储在一个文件（层）中，数据会变得混杂而难以区分；2）若被分析处理的数据只牵涉到所有数据中的几种，图

43、形分层可以减少内存数据交换量，提供系统效率。3）在某些情况下，数据分层后容易获得理想的显示效果。例如在 GIS 平台不提供透视功能的时候，将填充的面状对象与其他对象重叠时就必须考虑面覆盖的问题。2图形数据分层的方法 图形数据如何分层要根据图形的具体特征确定，下面介绍的 4 种方法中，前两种是以图形逻辑特征划分，后两种以存储（物理）特征划分。1)以属性分界。例如普通地形图，在录入系统时一般将各类要素分层，其属性数据可以用基本关系数据库模型的数据结构存储，便于检索与管理。2）以图形对象类型分层。这种方法主要考虑图形的特点，如将点状对象（电杆，水塔）、线状对象（电线）与面状对象（变电所、用电站）分层

44、存放，从而使图形的显示容易控制。3）独立存储。各层数据各自放在独立的文件中，文件内只包含具有相同数学大数据，易于管理。4）混合存储。一个文件存放多层数据，系统在内部提供分层管理机制；有时即使系统平台未提供这种内部分层机制，为了操作方便也必须编制程序根据属性特征将图形分层。混合存储可以减少图形文件的数量。点是数字化地图的最基本元素，它包括所有不依比例尺的独立符号，如配电网地图中的开关、变压器和杆塔等，可用人们习惯的符号分布表示之。线是一组有序点的组合。包括直线、折线和弧线，表示所有线状物体，如架空线即电缆等。多边形是封闭的弧线，表示面状物体，如供电区域等。因此，所要开发的电力设备地理信息系统可以

45、看作是有限点、线、多边形的组合，也就是说，一整张地图可以用一系列点组成。而点在空间上的位置可用 X 轴坐标和 Y 轴坐标简单表示。2-5-2 配电网设备数据的分析和处理配电网设备数据的分析和处理 配电网 GIS 应用系统，实现图数结合，直观、灵活的信息图形表示和查询配网信息。它要求对各种信息进行分层存储，以便完成各种对图形的分析、处理，实现地图的缩放、移动、定位以及信息的查询、统计功能、但这些只能是信息系统的一些基本信息表现形式和信息查询功能，没有提供、也不能作为信息组河北工业大学硕士学位论文 11 织、设计的依据。通过分析整个电网结构，各个实体间的联系多种多样，普遍存在一对一，一对多，多对多

46、等各种关系。总的说来，按不同的电压等级，是一个分层的结构；按电能的输送、分配、使用来分析，则是一个树状、辐射状的结构。GIS 是建立在电网的拓扑结构的基础上，所有电网数据库模型的建立必须反映电网的拓扑结构。配电网数据模型的基本构造是实体、联系和属性。实体是一个数据对象，指应用体中的客观存在事物，如：电网中的配电变压器，输电线路等。同一类的实体构成实体类（或实体集），如电网中所有的配电变压器，构成了一个配电变压器实体类。实体不是孤立的，实体之间是有关联关系的，联系就是表示一个或多个实体间的关联关系，如配电变压器与用电负荷之间的电能供给关系。属性用于描述实体的特征，如配电变压器的名称、编号、容量等

47、属性信息。配电网络是一个综合系统，涉及到电力企业的配电、用电等多个环节，存储、处理的数据即包含了静态的图形和属性参数数据，又包括各种动态的实时信息和各种统计、历史资料，以及将来的规划预测信息。下面，对配电网的实体、属性、联系做一分析。实体 配电网络的实体就是客观存在的、处于配电网络某一环节的一个电力实施。实体类代表配电网络某一种设施的集合。属性 系统中，实体本身的属性信息内容非常广泛，针对每一类实体的具体情况，可能会有所区别。但总的来看，可分为：实体的参数信息、图形信息、管理信息、实时信息、历史信息、地理位置信息和分析、预测信息等。应用到地理信息系统中，信息是通过图形的方式表达，使用的数据是和

48、其他系统相比，有明显的不同。地理空间数据是系统操作的对象和管理的内容。在电力 GIS 系统中，由于气应用目的的特殊性，又区别与普通的地理信息系统，数据库可分成空间数据和属性数据等。空间数据是指在二维或三维坐标下，以一种拓扑结构来描述物理位置的确定、相关位置及逻辑连接，例如变电站、用户及杆塔等电力设备的位置，线路起始空间位置、地理走向等都是空间数据。属性数据则是将记录各点、线、面等地理元素的特性和文档存放在某种商业数据库中（如 Oracle,SQL Server 等）。按照属性的类别，可分为：参数信息、实时信息及用于分析研究的实验历史等。例如线路的导线型号、允许电流、电阻和电抗等数据，它们和地理

49、坐标无法直接连续，是非空间定位数据，称为属性数据。配电网它的属性具有十分广泛的内容，即包含了设施的各方面信息，能够反映设备过去的（历史数据）、现在的（各种参数、实时信息）和预计的（模拟计算、模拟操作、分析预测）各种信息。其中，标识实体的、基本的信息就是实体的基本信息，它表明了实体的类型、名称编号等最基本的信息，它与实体是一一对应的联系，除非特殊情况，基本信息不会发生变化。其它各种信息根据实体的类不同而有所取舍，并且都与基本信息紧密联系在一起，互相连接、相互约束。它们之间的关系，可用图 2.3 表示 电力地理信息系统在配电网中的应用研究 图 2.3 实体的属性之间的关系 联系 配电网实体间的联系

50、十分普遍，一对一、一对多、多对多的连接关系大量存在、在分析应用中，最根本的就是电能供给和需求关系，抓住这一点，就抓住了电力系统实体间各种联系的本质。2-6 数据库的设计数据库的设计 要将上述的数据充分的利用起来，就需要建立一个数据库来把它们有规则的存放起来，下面就介绍建立数据库的过程。数据库系统是指采用了数据库技术的计算机系统，即实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软、硬件资源所组成的系统。数据结构组织和数据库设计，就是要根据数据的不同用途、使用要求、统计渠道、安全保密性等，来决定数据的整体组织形式、表、或文件的形式、以及决定数据的结构、类别、载体、组织方式、保密等级等