陳宏愷

【摘要】 本文主要闡述了地理信息系統(tǒng)在輸電線路上應(yīng)用的主要內(nèi)容，在該基礎(chǔ)上結(jié)合具體案例對地理信息系統(tǒng)下輸電線路巡檢平臺的系統(tǒng)構(gòu)架進行研究，深入挖掘了地理信息系統(tǒng)在輸電線路災(zāi)害巡檢搶修中的應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】 地理信息系統(tǒng) 輸電線路 災(zāi)害搶修 構(gòu)建

前言

隨著國家社會經(jīng)濟和電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，我國年用電量和經(jīng)濟總量分別越居全球的第一和第二位。電力系統(tǒng)作為國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)也進一步向大機組、高電壓、大電網(wǎng)方向快速發(fā)展。為了適用日益提高的環(huán)境保護要求和節(jié)省有限的土地資源，越來越多的輸電線路架設(shè)在地理環(huán)境復(fù)雜、自然條件惡劣，人煙稀少交通不便的高山峻嶺上[1]。近年來我國因臺風(fēng)暴雨等自然災(zāi)害引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害頻繁，給輸電線路正常運行造成了非常嚴重損害的情況時有發(fā)生，直接危及電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行，影響了社會穩(wěn)定和城鄉(xiāng)人民的生活質(zhì)量和人身安全，已經(jīng)成為新時期社會關(guān)注的焦點。如，2016年7月9日，第一號臺風(fēng)“尼伯特”在福建登陸，對福建省福州、莆田、龍巖地區(qū)電網(wǎng)造成重大影響。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）旨以地理視角，對輸電線路災(zāi)害進行提前預(yù)警、災(zāi)后搶修等全面管控，通過大數(shù)據(jù)和智能檢測技術(shù)確定輸電線路災(zāi)害搶修的最優(yōu)路徑方案，有序開展搶修復(fù)電工作，最大限度地提升了災(zāi)害搶修時效，為災(zāi)后電網(wǎng)正常運行、及時恢復(fù)供電提供科學(xué)決策。

一、地理信息應(yīng)用電力系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容

電力系統(tǒng)是一個結(jié)構(gòu)繁雜、區(qū)域分布廣泛的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)大多依靠紙質(zhì)設(shè)計、竣工驗收檔案資料和運行維護中技術(shù)改造檢修記錄等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對輸電線路等有關(guān)設(shè)備的運行和維護管理。但鑒于紙質(zhì)材料的更新不及時、共享性差及查詢不便等弊端，嚴重影響了工作效率，無法及時為災(zāi)害搶修提供決策依據(jù)，已不能滿足日益增長的電力系統(tǒng)對運行管理提出更高的要求。地理信息系統(tǒng)作為建設(shè)防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)的一個前沿研究方向，近幾年來得到了廣泛應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)憑借其突出的數(shù)據(jù)分析和空間分析功能，在電力行業(yè)中得到應(yīng)用成果顯著。其能將設(shè)備設(shè)施地理分布、屬性類信息、電網(wǎng)運營資料以及電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)信息等快速集成，構(gòu)建電網(wǎng)地理結(jié)構(gòu)模型，形成可視化、直觀的基于地理信息的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為提高電力設(shè)備運行的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，為各個單位部門提供更加科學(xué)的決策參考依據(jù)[2]。

基于地理信息系統(tǒng)的輸電線路災(zāi)害搶修技術(shù)研究，通過將輸電線路勘察設(shè)計及施工測繪數(shù)據(jù)和所在地區(qū)的常年自然災(zāi)害信息進行融合處理，形成專用的輸電線路災(zāi)害信息數(shù)據(jù)庫應(yīng)用到輸電線路災(zāi)害巡檢搶修過程中[3]。能夠較為全面把握輸電線路附近的地理信息，確定其氣候狀況、天氣變化等對輸電線路運行狀態(tài)影響，并在此基礎(chǔ)上對可能發(fā)生災(zāi)害時對輸電線路的影響進行分析、發(fā)布、展示和預(yù)警，從而做好對輸電線路災(zāi)害有效防御準備，并超前謀劃、科學(xué)組織災(zāi)后的巡檢搶修工作，這對我國輸電線路精益化管理和災(zāi)害預(yù)警防御工作中具有非常重要的現(xiàn)實意義。

二、地理信息系統(tǒng)輸電線路搶修系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架的構(gòu)建

輸電線路災(zāi)害搶修過程中數(shù)據(jù)量龐大，處理操作較為復(fù)雜，為了提升地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用效益，在設(shè)計其系統(tǒng)架構(gòu)時需要把握好存儲層、交換層、服務(wù)層及應(yīng)用層等的構(gòu)建，對各層服務(wù)內(nèi)容進行完善。當(dāng)發(fā)生臺風(fēng)等自然災(zāi)害時，快速查看防范災(zāi)害預(yù)案，縮短事故搶修時間，提高搶修協(xié)調(diào)性，提高效率等目的。其具體狀況見圖1。

數(shù)據(jù)存儲層。該層是整個地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的核心，需要對輸電線路氣候狀況及自然災(zāi)害數(shù)據(jù)進行全面把握，負責(zé)管理數(shù)據(jù)的定義、維護、訪問和更新，以及管理并相應(yīng)搶修服務(wù)的數(shù)據(jù)請求，并有效集成，按照主題進行組織。做好臺賬數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、災(zāi)害數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)及模型數(shù)據(jù)的采集，為系統(tǒng)決策提供完備的數(shù)據(jù)支撐；

數(shù)據(jù)交換層。該層支持信息系統(tǒng)的開放性、異構(gòu)性與互操作性，主要以數(shù)據(jù)標準化，系統(tǒng)調(diào)度、指揮控制、監(jiān)測分析等工作為主，解析災(zāi)害信息，定位物體的信息和狀況，依照上述業(yè)務(wù)需求生成了相應(yīng)的業(yè)務(wù)接口，以實現(xiàn)業(yè)務(wù)的交互和數(shù)據(jù)的傳輸，形成一個統(tǒng)一的、可互操作的共享數(shù)據(jù)層。

數(shù)據(jù)服務(wù)層。服務(wù)層的基本元素為服務(wù)，該層主要在存儲層數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實施數(shù)據(jù)處理，綜合實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)服務(wù)，其主要包括業(yè)務(wù)主站、防災(zāi)減災(zāi)、圖層分析及狀態(tài)監(jiān)控四大數(shù)據(jù)服務(wù)模塊，實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的服務(wù)、表現(xiàn)、查找和索引等服務(wù)。應(yīng)用過程中可以依照業(yè)務(wù)需求進行適當(dāng)添加或刪減，并需預(yù)留接口供功能拓展和定制服務(wù)。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層。該層為輸電線路災(zāi)害搶修提供了針對性服務(wù)組件，響應(yīng)搶修工作請求，執(zhí)行搶修任務(wù)。其主要包括綜合展示、故障分析、災(zāi)害預(yù)警、風(fēng)險分析、資源調(diào)配及故障警告等。與此同時，該層還能夠?qū)Ρ鞠到y(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和處理，通過數(shù)據(jù)通信與遠程設(shè)備通信，獲取終端運行狀態(tài)，依照數(shù)據(jù)狀況生成相應(yīng)的輔助分析決策，實現(xiàn)高效搶修、快速復(fù)電的目標。

用戶操作層。該層擔(dān)負用戶與應(yīng)用間的對話功能，負責(zé)提供用戶操作界面以及實時通信狀態(tài)的顯示等，搜集操作信息，將服務(wù)器端返回的信息組織成適合不同類型終端表現(xiàn)的數(shù)據(jù)形式。根據(jù)不同用戶需求和業(yè)務(wù)特點，呈現(xiàn)不同應(yīng)用服務(wù)界面給最終用戶。隨著科學(xué)技術(shù)的快速進步，人們對GIS平臺界面的直觀性和美觀性要求越來越高。在該基礎(chǔ)上可以適當(dāng)設(shè)置綜合展示層，借助圖形轉(zhuǎn)化技術(shù)、UI美化技術(shù)等生成操作簡單、智能交互的操作系統(tǒng)，大大提升了地理信息在輸電線路災(zāi)害巡檢搶修工作中的應(yīng)用效益。

2.2 系統(tǒng)的應(yīng)用

臺風(fēng)災(zāi)害被認為是形成東南沿海地區(qū)電力事故的主要原因之一。臺風(fēng)過境的狂風(fēng)暴雨常給電力設(shè)施，特別輸電線路造成重創(chuàng)，輸電線路產(chǎn)生倒塔斷線、異物拋掛短路、風(fēng)偏閃絡(luò)等造成大面積停電事故的主要原因。防范應(yīng)對臺風(fēng)災(zāi)害常涉及多部門、多地區(qū)聯(lián)動，協(xié)調(diào)工作量大。建立災(zāi)害應(yīng)急搶修平臺，對實時氣象資源、電力設(shè)備受災(zāi)實時信息、搶修預(yù)案及搶修力量數(shù)據(jù)資源進行整合，為搶修任務(wù)提供輔助分析和決策支持。

地理信息系統(tǒng)在福建省輸電線路災(zāi)害搶修中應(yīng)用過程中，融合了地理基礎(chǔ)信息、實時災(zāi)害預(yù)警和輸電線路數(shù)據(jù)，通過對系統(tǒng)平臺進行全面把握，依照數(shù)據(jù)需求、服務(wù)需求等形成相應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)架，為輸電線路災(zāi)害搶修提供了較為準確和科學(xué)的數(shù)據(jù)保障。以2016年一號臺風(fēng)“尼伯特”為例，根據(jù)氣象部門發(fā)布不同時間段的臺風(fēng)路徑變化的預(yù)測預(yù)警，和電力減災(zāi)專設(shè)氣象站點采集的實時數(shù)據(jù)及時分析掌握臺風(fēng)路徑動向，當(dāng)分析認為2“尼伯特”可能正面侵襲福建時，基于地理信息系統(tǒng)的輸電線路災(zāi)害搶修體系與氣象探測系統(tǒng)交互，建立臺風(fēng)位置信息表，搜集臺風(fēng)等級、雨強、風(fēng)速、氣壓、過程雨量等氣象數(shù)據(jù)，并結(jié)合電子地圖、衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感影像，以直觀畫面展示臺風(fēng)路徑（圖2）。結(jié)合實時信息和預(yù)報成果，進行臺風(fēng)災(zāi)害定性，、評估可能發(fā)生災(zāi)情的影響級別，分析臺風(fēng)路徑及后續(xù)影響。并疊加基礎(chǔ)地圖圖層和電網(wǎng)地圖圖層，針對“尼伯特”臺風(fēng)可能對輸電線路造成的影響情況，生成預(yù)警報告。適時啟動臺風(fēng)應(yīng)急預(yù)案及預(yù)警等級指導(dǎo)福建電網(wǎng)進入全面抗擊臺風(fēng)狀態(tài)。形成了較為完善的輸電線路保障內(nèi)容。

“尼伯特”臺風(fēng)登陸前后及侵襲過境后，根據(jù)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)顯示的各區(qū)域內(nèi)輸電線路運行狀況，及時將發(fā)生故障的輸電線路信號及故障位置信息發(fā)送到地理信息系統(tǒng)主站，由系統(tǒng)軟件對服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進行分析和處理，準確確定了故障點的位置。并第一時間確定各電壓等級和各條輸電線路故障所覆蓋的停電區(qū)域，結(jié)合臺風(fēng)災(zāi)害造成輸電線路損壞程度和停電范圍等情況，根據(jù)先主網(wǎng)后配網(wǎng)，先重要用戶后一般用戶的原則，確定事故搶修區(qū)域，科學(xué)調(diào)配搶修人員、物資，確保臺風(fēng)災(zāi)后輸電線路搶修工作科學(xué)有序展開。使福建區(qū)域受損的輸電線路，在除個別山區(qū)外，都在最短時間內(nèi)基本完成災(zāi)害事故搶修，大部分受災(zāi)嚴重區(qū)域都及時恢復(fù)了災(zāi)后供電。

三、 結(jié)論

組織基于地理信息系統(tǒng)構(gòu)建輸電線路平臺還不能滿足對臺風(fēng)災(zāi)害搶修的特殊需求。結(jié)合不同情況下輸電線路災(zāi)害搶修過程中和經(jīng)驗教訓(xùn)和存在的問題，需要對輸電線路地理信息系統(tǒng)中的各項技術(shù)參數(shù)進行充實完善，生成標準化、規(guī)范化、智能化輸電線路災(zāi)害搶修體系，從而有效地提高輸電線路抵御災(zāi)害能力，科學(xué)決策縮短搶修時間，降低災(zāi)害損失，確保災(zāi)后搶修工作順利進行，降低災(zāi)害損失。

參 考 文 獻

[1] 吳飛龍，林韓，湯明文等. 多種中繼方式在大型無人機輸電線路巡檢中的應(yīng)用 [J].中國電力，2015，2：104-110.

[2] 盧娟，李沛川 電力GIS的發(fā)展及主要功能[J] 測繪與空間地理信息，2004，01：31-34

[3] 王國勝，張聲圳. 基于GIS的輸電線路三維數(shù)字化管理系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 電工技術(shù)，2013，09：6-8.