地理信息系统在电力系统中的应用研究毕业论文.docx
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地理信息系统在电力系统中的应用研究毕业论文
地理信息系统在电力系统中的应用研究毕业论文
目录
1绪论1
1.1论文研究的背景1
1.2论文研究的意义和价值1
1.3本文主要工作2
2地理信息系统（GIS）与电力系统4
2.1地理信息系统概述4
2.1.1GIS的定义4
2.1.2GIS系统组成4
2.1.2GIS功能概述4
2.1.3GIS二次开发功能5
2.2GIS与电力系统5
2.2.1电力GIS的概念与特点5
2.2.2电力系统中引入GIS的必要性6
2.2.3电力GIS优势6
2.2.4电力GIS基本功能7
2.3GIS在国内外电力系统的发展概况7
2.3.1国外发展状况8
2.3.2国内发展状况8
2.4GIS在电力系统中的应用8
2.5电力GIS系统的应用过程中的不足浅析10
2.6数字电力与电力GIS应用系统11
3基于GIS的电力管理信息系统框架13
3.1基于GIS的电力管理信息系统概述13
3.1.1电力企业特点13
3.1.2电力GIS建设思路13
3.1.3电力GIS工程建设目标14
3.2系统框架14
3.3网络框架16
3.4数据库设计16
3.5电力GIS功能17
4基于GIS的超高压输电线路管理信息系统开发21
4.1系统体系结构21
4.1.1信息需求分析21
4.1.2输电管理的内容23
4.1.3系统属性数据24
4.2系统开发介绍26
4.2.1MapInfo功能介绍26
4.2.2VB+OLE+MapInfo的组合27
4.3系统数据库设计28
4.3.1地图图层数据库设计28
4.3.2属性数据库的设计30
4.3.3地图图层数据库与属性数据库的关联31
4.4系统界面及功能32
4.4.1设计流程32
4.4.2界面及功能33
4.5部分模块调用程序的设计43
4.6遇到的问题及解决45
4.6.1电网模型45
4.6.2杆塔成线45
4.6.3查询45
4.6.4VisualBasic与MapInfo交互49
4.6.5属性信息查看50
4.7本章小结52
5总结53
致谢54
参考文献55
附录57
翻译部分63
中文译文63
英文原文69
1绪论
1.1论文研究的背景
随着1998年“数字地球”，21世纪“数字中国”、“数字城市”、“数字电力”及相关概念的提出，地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）作为数字化电网、信息化企业的一个重要技术支撑手段，在国内外电力企业的研究与应用正在迅速增长。
电力系统从发电厂、输电线路（架空线、电缆）、变电站、配电所一直到千家万户电度表,大量各种各样、不同规范的电气设施分布在广阔的地域和空间。
面对纵横交织的电网分布、日益复杂的电力设施、时刻变化的电网信息、不断变迁的城市道路与建筑，尤其是电网中许多与空间位置有关的数据，如何充分合理利用目前有限的电力资源，如何在需要的时候迅速准确地提供完整的信息，也就是如何将各种图形、地图、数据属性信息统一管理并达到共享成为一大难题。
在电力系统中，输电系统的运行、雷电系统的定位、电力设施的管理、供配电系统的运行和维护、计划检修、故障管理、报装管理、停电管理、电网规划、用电变更、电力营销等,都与地理信息密切相关。
因此，必须采用信息化、图形化手段对电力系统进行管理，而地理信息系统作为支持空间定位信息，数字化获取，图形、属性数据一体化管理和应用的技术体系，为供电企业的现代化管理提供了新的途径和手段。
基于GIS技术管理和处理这些信息，对于提高电力系统的生产效率、管理质量和科学决策水平具有十分重要的现实意义。
采用基于地理信息系统管理电力系统信息将成为一种趋势。
1996年起，国家电网公司开始引进电力地理信息系统（简称电力GIS）应用，北京、西安、武汉、兰州、上海、重庆、广州、绍兴等地相继开展了电力地理信息系统项目建设。
随着国家电网公司集团化运作、集约化发展、精细化管理和标准化建设的“四化”战略的深入推进，截止2007年4月，各省公司及其下属单位共建设电力GIS项目144个，大部分电力GIS应用由地市公司单独建设，也有部分应用是由网省公司建设后推广到地市公司[1]。
目前，电力GIS主要应用于输电、变电、配电三大专业，这些专业应用开始建设时间较早，建设数量很多，其他如营销、调度、通信等GIS的应用最近几年也开始建设。
代表性网省公司主要有北京、上海、福建、湖南等。
1.2论文研究的意义和价值
电力系统特别是电网的大量信息和地理环境密切相关，从发、输、配电实际应用环境出发，采用最新的GIS技术，组织、分析和显示电网各项数据，实现电网信息的地图化、运行数据可视化，可促进电网生产、管理现代化，对“数字化电网”、“数字电力”的实现意义重大。
利用GIS技术可以实现电网的图纸和属性数据统一管理、保证更新的一致性，同时可以将属性数据、图纸存入数据库，进行共享、检索和统计分析，可以有效提高建设、维护工作效率，提高电力企业的经济效益。
电网空间属性和特征属性的结合，可以进行电网基本信息、状态信息的查询、检索、分析；对电网安全状况及趋势进行预测预报，提供并发布预警信息，从而为采取应急处理措施提供决策依据，把灾害带来的损失减少到最低限度。
1.3本文主要工作
作为一个电力系统自动化专业的本科生，作者此前对GIS的专业知识所知甚少，因此花了较多的精力和时间去学习GIS方面的知识，然而毕业设计时间有限，所以在比较深入了解地理信息系统（GIS）技术基础上，对地理信息系统的开发平台ARCGIS和MapInfo进行学习和选择比较，最终选择了功能强大且比较容易掌握的MapInfo平台，采用VB+OLE+MapInfo的开发组合模式；同时，对地理信息系统在电力系统中的应用状况进行了深入了解，在了解电力企业运行模式的基础上，针对电力系统的需求和特点，给出了基于GIS的电力系统管理信息系统的框架结构，并运用VB+OLE+MapInfo集成开发技术设计了一个小型的基于GIS的西北超高压输电线路管理信息系统。
概括起来，本文主要工作如下：
1.学习地理信息系统的概念、本质以及特点和基本功能
2.调研地理信息系统在国内外电力系统的发展概况。
3.在了解地理信息系统在电力系统发展概况的同时分析其具体应用和功能。
4.基于GIS的电力系统管理信息系统框架，包括建设思路、目标；总体框架结构、网络环境下框架结构；数据库设计、基本功能分析。
5.在以上学习的基础上，开发基于GIS的超高压输电线路管理信息系统，系统能够实现对西北超高压750KV电网的可视化查看、漫游、缩放和测距,电网编辑（添加杆塔、线路等）,电网属性数据存取（杆塔、线路、变电设备台帐等）,电网定位,电力环境信息，空间查询,统计输出等功能。
毕业设计思路如下：
图1.1毕业设计思路
2地理信息系统GIS与电力系统
2.1地理信息系统概述
2.1.1GIS的定义
地理信息系统（GeographicalInformationSystem，简称GIS）是地理学、计算机科学和信息管理学等多种科学交叉的产物，它把相互联系的各种地理方面的信息抽象为计算机可以表示和描述的数据存储起来，利用计算机强大的数据处理功能对其进行再加工，提取出地理信息系统所关心的各种空间属性以及与之相联系的社会属性，并在此基础上提供实时控制、自动决策与智能分析等功能。
所以GIS的本质就是通过研究和分析计算机化的地理信息，在一定空间和时间范围内对地理系统的各种要素进行控制和操作[1，2，4]。
可以从下例不同的角度来理解GIS:
1.面向功能:
GIS是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统。
2.面向应用:
根据GIS应用领域的不同，可将GIS分为各类应用系统，例如土地信息系统、城市信息系统、规划信息系统、空间决策支持系统、输电网地理信息系统等。
3.工具箱:
GIS是一系列用来采集、存储、查询、变换和显示空间数据的工具的集合。
这里要强调的是GIS提供的是用于处理地理数据的工具。
4.基于数据库:
GIS是一类数据库系统，它的数据有空间次序，并且提供一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[5]。
GIS是一门多学科综合的边缘学科，二十世纪六十年代初诞生，具有代表性的商业化的GIS产品和专业公司有ARCGIS、MapInfo、Genamap和国内的SuperMap、MapBar等。
2.1.2GIS系统组成
完整的地理信息系统（GIS）主要由四部分构成，即硬件系统、软件系统、地理空间数据、计算机网络和系统管理操作人员。
硬软件系统是GIS的核心部分，空间数据库可以用来表达和组织各种地理数据，计算机网络为实现数据共享、建立网络GIS搭起了桥梁。
管理人员和用户决定系统的工作方式和信息表示方式。
2.1.3GIS功能概述
地理信息系统的主要功能有以下几个方面：
1.地理数据的采集、存储和编辑；
2.空间数据管理；
3.空间数据的查询与分析；
4.制图及图形编辑功能等；
5.数据的获取、编辑、存储、输出。
2.1.4GIS二次开发功能
GIS二次开发功能主要包括创建、修改、显示和查询。
如图2.1:
2.2GIS与电力系统
2.2.1电力GIS概念及特点
1.电力GIS概念
电力地理信息系统（简称电力GIS）就是利用地理信息系统技术，结合电力系统的运行、维护、管理和电能营销、客户服务等科学技术，实现电网安全运行、维护、管理和经营活动正常运转的一门综合性的科学与技术。
电力GIS将电力企业（我国电力企业从2003年实施厂网分离，此处电力企业均指各网、省电力公司）的电力设备、变电站、输配电网络、电力用户与电力负荷和生产及管理等核心业务连接起来，形成电力信息化的生产管理的综合信息系统。
它提供的电力设备设施信息、电网运行状态信息、电力技术信息、生产管理信息、电力市场信息与山川、河流、地势、城镇、公路街道、楼群，以及气象、水文、地质、资源等自然环境信息集中于统一系统中。
通过GIS可查询有关数据、图片、图像、地图、技术资料、管理知识等[6]。
2.电力GIS特点
电力GIS除具备GIS的基本特点外还具备如下特点[7]：
（1）电力系统运行参数实时性及信息的动态变化性，需要对瞬间信息及时收集、处理和分析。
电力GIS对数据处理、存储容量和传输速度均有较高要求。
（2）电网的多属性数据要求GIS具备足够的稳定性和可靠性。
根据电力行业技术标准及电力企业业务需求，系统具有良好的可维护性。
电力GIS能够实现数据的一次输入和多次输出，以保证数据的一致性操作，实现数据的统一管理和多层保护等，构建高可靠性和高准确性的业务系统。
（3）电力系统是一个庞大复杂系统，电力网的广域性和电力设施的分散性及设备的多样性，实时信息量大，系统接口复杂，信息的覆盖面广，电网的各种电压等级及多用户连接等需要GIS具备拓扑分析和转换能力。
（4）电力GIS的单机工作站方式已经落后，且不适合电力企业信息系统实际需要。
电力行业目前应用的GIS平台安装在局域网环境下，在网络的应用和开发上整合信息，实现资源共享。
（5）电力GIS具备安全保护的特点，电网设备的高精确度测量的经纬度坐标数据是国家基础信息资源，是国家安全的信息。
（6）电力GIS建设具有长期性，数据库的建立是个很长的过程。
2.2.2电力系统中引入GIS的必要性
电力系统向高度信息化、自动化的方向发展，电网规模的日益扩大，需要管理庞大的电力设备设施数据、用户数据、规划数据等。
而科学的决策在某种程度上依赖于决策者所掌握的信息量的大小。
发电变电、输电系统均是包含大量信息的复杂系统。
而GIS可以最大限度地将有关信息集成起来，从而为电力系统决策人员提供一个多元化的决策依据。
现代电网生产管理工作特点：
部门设置“分散运作”而生产活动“集中统筹”。
在传统模式下，设备设施的空间地理分布类信息的载体是图纸、模拟板、报表、语言（如调度命令等），许多没有形成信息数据的电子化，信息共享和传递方式则是物理载体的交换。
在这种机制下，信息更新滞后于生产数据的变化，因而容易造成整个供电生产活动的各专业环节中生产信息“不全面、不一致、不及时”的现象。
从技术层面看，这是目前阻碍供电企业生产管理水平提高的一个重要问题[8]。
2.2.3电力GIS优势
众所周知，在电力行业中生产与消费同时进行，电能是不易储备的，因此，只有合理地运行发、供、送、用各个业务环节，才能使电力资源得到充分利用。
然而面对纵横密织的电网分布、日益复杂的电力设备、时刻变化的电网信息、不断变迁的城市道路与建筑，需要一种技术，能够将各种图形、地图、数据属性信息统一管理并达到共享，从而为电力系统决策人员提供一个多元化的决策依据。
在电力管理信息系统中应用适当的地理信息系统（GIS）技术，可以最大限度地将有关信息集成起来，以适应电力系统的复杂性的特点，使工作人员查询、编辑、分析的效率大大提高，并提供行之有效的辅助决策方法；使用GIS技术能够有效地处理大量的空间数据，并将空间数据和属性数据结合起来，实现二者的互查，使得大量工作可以在有关的图形界面上进行，这一特点带来的不仅仅是直观的好处，而且是效率上的极大的提高；使用GIS技术还可以使现有或即将使用的各种先进技术得以更充分的利用，如监控及数据采集（SCADA）系统、MIS系统等。
GIS和SCADA系统结合，可以互相交换运行数据和图形数据，为调度员提供准确的电网地理信息。
因此，在电力系统中应用GIS技术是非常必要和有作为的。
2.2.4电力GIS基本功能
电力系统中引入GIS能做什么，这是一个很值得关注的问题。
电力GIS支持的主要功能如下:
（1）地理背景地图显示
将系统所需要的地图转换成地理信息系统可用的矢量化分层电子地图，如地形图、道路图、房屋图等作为系统的背景图，用来直观的显示地形地物。
（2）线路与设备的查询、统计
在地图终端上显示各电压等级电网及其设备的分布情况和各种属性资料。
输入各种设备名称或设备编码，能在地图上准确定位到该设备，查看其属性信息;对某类设备，根据用户需要统计各种数据，如变压器总容量，线路总长度等，根据需要采用专题地图的方式将数据图形化，使数据以更直观的形式在地图上体现出来。
显示、无级缩放查询对象、漫游和查询对象的属性显示等。
用户能够尽可能地直接从地图中获取对象的信息，如以不同的颜色和形状来区分不同状态和电压等级的设备。
（3）用户查询
包括街区、道路，主要用户的查询，漫游并显示其相应的属性信息。
（4）自动制图
绘制高品质的电力专题图，地图的要素将随着数据库内容的变化而及时改动，更新周期短。
（5）高级应用
将GIS系统作为基础平台，与电力系统各环节各系统集成，例如：
与配电网络管理和配电自动化结合，实现基于GIS系统的配电网规划人工智能、空间负荷预测、潮流分析等电力系统的高级应用[1，6，13]。
地理信息系统是使电力系统数据信息管理达到可视化的重要手段。
利用GIS可以快速地制定电网故障处理方法，加快电网故障处理速度，缩短停电时间，减小停电范围;可以准确地打印出停电用户名单，通知用户，减少用户损失；可以快速、准确地制定供电方案，缩短报装接电时间；与电网管理结合的高级应用更可大大提高电力系统的自动化水平。
电力GIS在降低信息维护成本，提高电网信息共享的灵活性等方面为电力企业带来诸多利益和便利之处，随着应用的逐步深入，供电企业的生产管理对地理信息系统的需求也越来越高。
2.3GIS在国内外电力系统的发展概况
地理信息系统作为数字化电网、信息化企业的一个重要技术支撑手段，因为其强大的数据分析功能、空间分析功能正在广泛应用于电力系统中与空间信息有密切关系的各个方面。
2.3.1国外发展状况
国外电力GIS应用的发展经历了“CAD+数据库”阶段、“传统GIS应用”阶段，90年代初期，进入“AM/FM/GIS应用”阶段。
建立“数字电网”及“协同工作环境”为特征的电力GIS系统，已成为发达国家电力企业，为增强自身竞争能力（降低生产成本、提高服务水平）而进行生产经营“业务流程重组”工作、提高电网运行科学管理水平的必不可少的工具[13]。
2.3.2国内发展状况
地理信息系统在我国电力行业的应用起步较晚，但发展很快。
自1996年起，国家电网公司开始引进电力地理信息系统应用。
北京、西安、武汉、兰州、上海、重庆、广州、绍兴等地的供电企业相继开展了电力地理信息系统项目建设，有的项目已经进入初步实用化阶段，有的在20世纪90年代中后期进行了试点工作后，又陆续向全方位应用发展。
所建系统已从过去的主要集中应用在配电系统管理方面，向输电系统、客户服务系统、客户管理系统、用电营业系统、配电管理系统以及地理信息系统与能量管理系统/数据采集与监视控制系统（EMS/SCADA）、配电自动化系统相互结合的综合应用发展。
一些发电企业也陆续开展了地理信息系统在发电企业中的开发。
随着国家电网公司集团化运作、集约化发展、精细化管理和标准化建设的“四化”战略的深入推进，截止2007年4月，各省公司及其下属单位共建设电力GIS项目144个，大部分电力GIS应用由地市公司单独建设，也有部分应用是由网省公司建设后推广到地市公司[1]。
目前，电力GIS的应用主要应用于输电、变电、配电三大专业，这些专业应用开始建设时间较早，建设数量很多，其他如营销、调度、通信等GIS的应用最近几年也开始建设。
代表性网省公司主要有北京、上海、福建、湖南等。
2.4GIS在电力系统中的应用
GIS在电力系统中的应用主要体现在发电、输变电、配电和电力营销等重要环节，其地域分布广泛、涉及的设备数量庞大、设备设施更改频繁。
从实际情况看，电网的各种信息与空间地理环境有着密切联系，利用GIS技术管理和处理这些信息，对于提高电力系统生产效率、管理质量和科学决策水平具有十分重要的现实意义。
1.在发电（电厂）中的应用
电厂的生产管理高度集中统一，整套管理体系是按电力生产特定的规律而建，并逐步发展、健全。
根据电厂管理的需要，基于GIS的电厂管理信息系统可以从以下两方面提供各种信息服务:
（l）实现类似MSI的管理功能。
（2）实现面向图形信息的管理功能。
图2.2发电厂地理信息系统运行环境
图2.3发电厂地理信息系统结构图
2.在输变电工程中的应用
输变电工程是电力系统中最重要的环节，输电网一般电压等级高，接线简单，跨越距离远，空间地理分布广、范围大。
从输变电线路的规划、设计到施工，一般需要5-10年的时间，而投入运行后的维护和管理是一个更长的过程。
在这一过程的不同时段里，将涉及成百上千公里线形延长区域内的空间图形及相关的属性数据（如地形地貌、地质、水文、建筑物、输电线路、杆塔等）。
它们往往是时空宽广的海量数据，如何进行数据的采集和处理是一项复杂度高的技术工作，需要专门的设备和技术辅以实现。
地理信息系统技术在输变电工程管理方面的应用主要是在地理背景图上对输变电区域内的各种地理信息以及杆塔参数、电力设备设施等进行显示、综合分析和管理的系统，以辅助电网的规划管理、工程设计、工程施工、运行管理和科学决策。
3.在配电系统中的应用
配电系统是电力系统实现优化供电，实现将电能合理分配并供给电力客户的重要环节。
配电网一般呈树形辐射状，地理分布广，设备数量巨大，设备变更频率高，增长快等特点。
随着配电网建设改造的实施，配电网越来越复杂，同时电力企业的体制改革也要求电力企业必须加强管理提高效益必须及时响应客户需求提高售电量因此依靠过去传统的人工管理或者传统的信息管理技术，己经不能适应电力企业管理需要，由此利用GIS技术实现配电系统管理就应运而生。
它是一个利用地理信息系统技术，结合配电网管理实际，对配电网的配电设备进行综合管理的系统，可以将AM/FM所提供的准确的、最新的设备信息和空间信息与配电网实时运行状态信息有机地结合起来，有效地改进电力分配和紧急情况下的调度以及用于日常维护与抢修服务等，提高调度员与设备维护人员了解系统情况与处理故障的能力。
GIS的引入使的网络拓扑和配电网信息更直观、更便于运行管理。
GIS在配电网中应用主要体现在设备管理、配电网规划及辅助设计、电网拓扑、电网分析、故障报修（TCM）几个方面。
4.在电力客户服务系统中的应用
用电是电力系统建设的最后环节，也是最终目标。
随着我国电力系统逐步市场化和电力能源紧张局面的进一步缓解，传统的用电管理模式已满足不了当前客户对电力需求的急剧增长。
用电管理是非常复杂的电力负荷及客户业务管理工作，业务流程繁杂，传递环节过多，信息处理量大。
提高用电管理工作效率、管理质量、客户服务质量及自动化水平的唯一途径是借助于现代信息处理技术和先进的管理模式，使客户服务管理系统化、制度化、规范化和自动化，真正实现用电管理“一口对外”、“业务一条龙”、“无纸化作业”[10]。
利用GIS技术实现客户服务现代、信息化具有独到的优势。
除了能完成常规的业务处理能力，最重要的在于它可以在电子地图上实现更直观、有效的表现形式和空间查询分析等功能。
主要表现在客户管理、客户定位、电能计量辅助管理、区域查询、电费收费管理、区域统计、用电监察几个方面。
综上所述，GIS在电力企业的应用是全方位和多角度的,是未来电力系统信息化发展的重要方向之一。
2.5电力GIS系统应用过程中的不足浅析
电力GIS系统应用过程中也存在着不足和有待解决的问题
1.总体规划或设计方案不全面
电力行业的地理信息系统开发实施应紧密结合电力企业生产管理、经营管理、客户服务的需要，对这些应用需求最了解的应该是电力企业中从事这些工作的领导和技术人员，但由于这些人员平时工作紧张，很难抽时间学习或接受地理信息系统知识培训。
因此，总体规划或设计方案往往采用外包形式，而外包的公司对电力企业知识的匾乏，使的总体规划或设计方案深度不到位，为今后系统的实施带来了许多困难，要解决好这一问题必须强调“一把手原则”和“发展与技术滚动原则”，重视项目机构建设及人力资源、资金等配置。
2.系统与企业其它信息系统的融合不够
各省电力公司在电力信息化建设方面的程度和技术实力参差不齐，各省电力企业都建有不同体系架构的MIS、客户服务等应用系统，如何利用已有MIS系统的数据，如何使新建的GIS系统为已有信息系统服务，如何以GIS系统为核心，为企业各类信息化应用提供空间数据和图形化管理手段，这些都是我们在系统规划过程中应重点考虑的问题。
3.地理信息系统运行所需要的基础数据不全
目前一些系统虽然在功能设计和开发中表现良好，但许多系统实际是一个演示功能系统，离实用化还有不少差距。
分析其原因主要是系统运行所需要的基础数据未建立起来，系统需要的基础数据需要长期的建立才能完善，同时数据的及时更新是系统正常运行的基础。
没有完整、正确的基础数据，就没有系统正确的执行结果。
4.企业需求不明确造成GIS平台的多样化
电网管理企业作为电力GIS市场的主体，其价值取向的不成熟，在技术上对电力GIS缺乏透彻的理解，对如何选择电力GIS应用软件，电力GIS系统与其它电力信息系统是什么关系等问题不能回答，造成了我国电力行业所用的GIS软件平台品牌庞杂，这固然表现了电力行业信息化建设的开放性特点，但各GIS平台间存在着较大差异，缺乏互通性，也给今后电力GIS应用和技术交流以及系统的功能延伸开发带来困难。
5.市场发展超前，技术标准滞后
急速增长的应用需求推动着市场迅速发展，
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