配电网规划ＧＩＳ数据模型研究

       摘要：介绍了配电网规划中GIS数据模型的建立及其在GIS数据库中的应用。通过对配电网络特征的分析，指出配电网具有地理分布特性、配电设备数量众多且比较分散等特点，提出了采用矢量模型的配电网规划GIS数据模型。将处理对象分层次、分步骤来划分信息图层空间，设计了配电网规划GIS的空间数据库和属性数据库，提出采用标识符来连接分别存储的空间数据和属性数据，并举例说明了具体实现方法。

　　关键词：GIS；数据模型；配电网 　

　
　　1　配电网规划GIS数据模型

　　在地理信息系统中，有关空间目标实体的描述数据可以分为空间特征数据和属性特征数据，二者统称为地理数据。空间特征数据和属性特征数据通过内部索引相连，是地理信息系统区别于其他绘图软件的关键之处。

　　1.1　配电网分布的地理要素分析

　　1.1.1　配电网的组成
　　配电网是利用适当的电压等级将电能输送给最终用户，担负着电力生产终端用户的管理调度和运行服务等职能，是电力系统的重要组成部分。配电网管理的对象包括变电站、开闭所、线路(包括电缆)、杆塔、变压器、配电箱、开关、刀闸等设备，以及连接在变压器上的各类用户单位。其示意图如图1所示。
　
　　1.1.2　配电网的地理分布特性
　　配电网信息具备地理信息的三大特征：

　　(1)配电网信息的区域性：在配电网中，变电站和用户是网中的结点，可以用点来表示，配电线路是供电路径，可以用线来表示，由不同的点和线构成了配电网的分布区域。配电网的分布呈拓延结构，表征了配电网信息的区域性。

　　(z)配电网信息的多层次性：配电网具有不同的电压等级，如35kV，10kV，6kV，380V／220V等，网中连接有不同的节点，如变电站、变压器等。装配不同的电力设备，蕴含不同的设备参数，覆盖不同的用户区域，从而反映出配电网信息的多层次性。

　　(3)配电网信息的动态变化性：按照配电网规划的要求，每隔两三年应检查修订规划一次，并且配电网运行需随时维护，适时改造，甚至并网联合，扩容更新，从而表现出配电网信息的动态变化性。

　　1.2　配电网规划GIS数据模型

　　配电网直接联系着用户，其信息可以分为两大类：一类是围绕配电网设备和用户的各种信息，另一类是与地理位置相关的空间信息。这两类信息互相联系并且是有层次的。对配电网信息的分析，可以看出配电网直接联系着用户，配电网的线路、设备都与所在的地理环境密切相关。这种配电设施的地理分布特性，使得必须结合GIS数据模型来建立配电网规划GIS数据模型，从而实现配电网规划决策支持系统。

　　配电网规划GIS数据类型，如图2所示。图中的各类空间数据，应该在相对高斯平面坐标系下(这取决于实际系统应用的范围，一般以所在城市的高斯平面为基准)进行空间叠加，各类属性数据利用GIS的拓扑连接关系与空间数据相联系。

　　配电网规划GIS数据模型，包括空间数据和属性数据两大部分，如图3所示。配电网的空间数据采用矢量数据模型。采用这种数据模型来表达空间数据比栅格模型占用的存储空间要少，而且，这种模型非常适宜于表达地图上的图形目标，点和一些小的多边形都能够清楚地表达。属性数据采用关系数据模型，可以利用现有成熟的关系数据库技术进行管理和维护。空间数据和属性数据通过标识符实现关联。

　    2　配电网规划GIS数据模型建立数据库

　　GIS数据库是一种专门设计的具有空间数据模型的数据库，其空间数据模型由点、弧和多边形以及数据文件构成。配电设施也可以由这些符号形式地表示。空间数据模型以这些符号来表达拓扑信息：变电站由哪些线路向哪些负荷点供电等。配电网规划GIS数据库存储着配电系统的地理数据，与电力系统一般数据库的不同之处在于它需要在数据库中记录地理信息，而且有两种类型的地理信息：电力设施的详细位置信息和设施之间的空间关系信息。

　　建立配电网规划GIS数据库主要包括有几个过程：数据获取，数据组织，图形数据录入数据库，利用GIS软件进行数字化作业程序，属性数据录入数据库，编辑修改、存入计算机。配电网规划GIS数据库建库流程如图4所示。

　　2.1　配电网规划GIS数据库的数据组织
　　GIS数据库的设计包括空间数据库的设计和属性数据库的设计两部分。实现图形数据库设计的关键问题是分解地理要素。一幅地图就是根据总体设计而选取若干地理要素层的叠置结果。配电网规划的图形数据通过以1:500和1:2000的城市土地利用地图作为底图，在其上叠加电网图而获得。

　　2.2　散属性数据库设计
　　以本文配电网图层中架空线路属性表为例来说明配电网规划GIS各表的数据格式、结构，线路属性表的基本内容如表1所示。
　
　　由表1可以看出，根据变电站编码可以连接变电站属性表，将线路与变电站属性表连接起来；根据线路两端的起点杆号和终点杆号，记录了线路与杆塔之间的拓扑关系，可以进行连通性分析。根据前述有关配电网图层信息空间的划分和数据编码的制定，配电网数据库涉及到的属性表主要包括：建筑物信息表，杆塔属性表，架空线线路属性表，电缆线路属性表，配电变压器属性表，线路开关器属性表，变电站属性表，进户点信息表，避雷器属性表，电熔器属性表，断路器属性表，电流互感器属性表，电压互感器属性表，线路接地装置属性表，用户属性表，配电设备统计属性表等。各表之间通过相关的标识符连接。

　　2.3　空间数据与属性数据的连接
　　本文建立的配电网规划GIS数据库采用图形数据与属性数据自成体系方式连接，通过标识符建立起图形与属性的连接关系，便于实现从图形到属性以及从属性到图形的双向参照。图形数据用地理信息系统商业软件提供的空间数据库管理，属性数据用商业用数据库管理信息系统管理，通过标识符建立起图形与属性的连接关系，实现两者的统一操作。

　　3　结语

　　通过对配电网络特征的分析，指出配电网具有地理分布特性、配电设备数量众多且比较分散等特点，提出了采用矢量模型的配电网规划GIS数据模型。

　　通过将处理对象分层次、分步骤来划分信息图层空间，设计了配电网规划GIS的空间数据库和属性数据库，提出采用标识符来连接分别存储的空间数据和属性数据。并举例说明了具体实现方法。