GIS技术在输电网络巡检系统中的应用

彭智　韩永璞　方宏

[摘要]由于输电网络涉及地域范围广、地形复杂，引入最新的信息技术是输电网络巡检发展的趋势。地理信息系统（GIS）可以对与地理空间相关的信息或数据进行有效管理和综合分析，因此，本文将GIS技术应用在输电网络巡检系统，将提高巡检系统的安全系数，确保输电网络安全稳定的运行。

[关键词]GIS；输电网络；巡检系统

0引言

随着我国经济的发展，人们生活水平的提高，用电负荷迅速增长，使得电网规模不断扩大，电网设备的数量和种类急剧增加，分布更加广泛，使输电网络的管理面临着很多新的问题，尤其是给输电线路的日常巡检管理工作带来巨大的挑战。由于输电线路长期暴露在自然环境中，需要对线路及其相关设备进行有效的管理并及时检修，实时掌握线路及设备运行状况，及时发现危及线路安全的隐患，并给出具体检修意见，及时消除隐患，避免危险事故的发生，从而确保输电网络的安全与稳定运行。输电网络的分布具有跨越地区的地形、环境与气候等明显的地理特征，使得输电网络巡检依赖于地理信息，而传统的巡检工作却不能充分利用输电网络的地理信息，使得巡检工作繁重、漏检高，无法实现对其进行有效管理与维护，因此，需要采用新的技术实现对输电网络的高效管理。

随着计算机技术的迅猛发展，地理信息系统（Geographic InformationSvstem-GIS）技术应用到输电网络中成为可能。GIS是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，能够实现地理信息系统的信息获取、存储、检索、数据分析以及空间显示定位等功能功能。GIS技术具有诸多特点，使其已经在不同领域中应用广泛，例如交通、气象、国土、环境等领域，并取得了巨大的经济和社会效益。同样，GIS如果应用在输电网络中，它可以提供输电网络中的输电线路、电力设备设施、电网运行状态、贯穿的山川、地势、水文、地质、资源等各种地理信息，并通过GIS可查询有关数据、图像、地图等可视化内容。输电网络技术人员如果利用GIS技术，将充分挖掘输电网络中变电站、供电线路以及相应电力设施的地理信息，实现对输电线路的运行状态监测、巡检管理工作的定位监测、电力设施的运行管理和维护，尤其能够实现对偏远山区、环境恶劣、无电信网络覆盖地方的输电线路监控，这些都将大大地提高输电网络运行的巡检效果。由此可见，GIS技术对输电网络巡检管理中的作用非常突出。

1GIS在输电网络中的应用

1.1设计原则

基于GIS输电网络巡检系统的设计是对传统巡检工作方式的变革，能够有效解决巡检管理工作中存在的问题，并提高工作效率。该系统在建立基于GIS技术的输电网络信息平台基础上，通过移动终端技术，将信息转移到野外现场，在规范化的技术支持下实现现场信息的采集，并建立标准化的输电线路信息数据库。该系统在实际巡检工作中为技术人员提供一系列的查询、状况录入、导航以及监督等功能。该系统需要具有一定的先进性，必须具有先进的硬件构架和科技化的软件平台，能够最大限度的实现系统的先进性。此外，该系统也需要具有一定可靠性，系统中的硬件都采用技术成熟的产品，在多次严格测试下，筛选出使用性较强的产品，并且在实际设计中充分考虑信息的安全性，实现系统的产期稳定性。在设计的过程中还需要根据《输电网络GIS应用技术规范书》等一些相关规定的业务需求，结合实际开发环境进行设计。具体设计原则如下：

（1）系统设计充分参照国际上的规范、标准，支持国内外目前所流行的主流网络体系结构和运行系统，采用国际成熟的模式，借鉴国内其他地理信息系统建设的成功经验，从输电网络巡检实际需求出发进行设计。

（2）系统设计要确保技术的先进性和实用性，具有良好的可扩展性和灵活性，以适应输电网络信息化建设的迅猛发展趋势，满足当前及未来输电网络信息技术应用的需求。

（3）系统设计要遵守实用性原则，GIS系统涉及输电线路所贯穿的区域，涉及电力、国土、交通等相关领域，数据分类繁多，数据量庞大，所以必须综合考虑，让输电技术人员以最为方便的操作获得最为实用的信息。

（4）系统设计需遵守可扩展性原则。数据积累、用户需求、功能完善，以及技术进步都要求系统必须具有扩展的余地。

（5）系统设计需遵守电力系统开放性原则，作为面向输电网络服务的GIS系统，客观上要求它必须具有良好的电网开放性，必须符合相关的电力行业标准，以充分保障系统与其他电力应用系统的无缝集成。

（6）系统设计需遵守安全性原则，安全性原则的目的是保障系统的可靠性，通过输电技术人员用户认证、权限认证、传输加密等安全保障机制，建立完善的安全管理机制，防止数据受到破坏。

1.2功能分析

系统总体划分为PC端和移动终端两大部分，运行在不同终端上的系统数据通过网络进行交换和共享，地图采用ArcGIS技术在服务器中搭建输电线路所在区域电子地图服务。系统的主要功能模块如下：

（1）用户权限管理模块。权限管理模块为系统全局提供权限的配置与验证服务。本软件系统的权限管理子系统采用标准的RBAC模型（基于角色的访问控制模型Role Based Access Control）进行设计，该模型能够准确的反映用户单位的组织机构结构以及人员、岗位等的配置。

（2）杆塔数据管理模块。杆塔坐标可以批量进行录入，录入到系统里的输电线路杆塔坐标，直观的反映在所选地图上，每个杆塔坐标点都能录入對应的属性信息，包含文字和图像信息，采用树形结构对输电线路杆塔坐标进行管理，坐标数据可按类别选择显示或隐藏。

（3）状态巡检管理模块。系统应具有线路状态巡检管理功能和由线路管理人员在系统上录入该条线路巡检周期，系统根据录入的时间，在地图上采用不同颜色标示出线路巡检状态，如：未巡检、已巡检和超期巡检等。

（4）电子签到模块。当巡检人员携带移动终端到达杆塔一定范围，系统应能自动记录该杆塔已巡检，并在地图上改变线路巡检状态。

（5）地图编辑功能。在地图上应能显示任意位置的地理坐标，应能对任意多点进行距离、方位角、周长、面积的测量。将一条线路的杆塔坐标点用线条连接后，可以绘制成一条线路，每条线路也可以录入对应的属性信息。

（6）定位模块。地图上能显示移动终端持有人所在的地理坐标、海拔高度等参数，同时应具有指南针功能。

（7）巡线轨迹记录。巡检人员可以记录本次巡线轨迹，方便其他巡线人员。巡检人员可以通过导航功能查询被巡检杆塔的公路路径，同时当对设备巡检路径不熟悉的管理人员或检修人员需要到达某一杆塔时，他们可以通过巡检人员以前的巡检轨迹或标注好的巡检小路路径进行导航抵达需要前往的杆塔。

（8）离线数据模块。考虑到有些线路所处地段为无线网络无法覆盖地区，移动终端系统应能支持所选地图区域下载到设备上，供离线使用。

（9）即时通讯模块。巡检人员可以根据工作情况自行建立小组群，在小组群里，可以多人进行文字和视频交流，好友之间可以设置坐标位置共享。

（10）数据交互模块。巡检人员可以通过网络将公共数据库的坐标同步到移动终端上也可以将移动终端上的坐标同步到个人数据库上。

（11）查询统计模块。针对工作需要进行各类数据查询和统计，并生成相应报表，

2服务实施策略与技术流程

2.1软件环境

服务器采用Microsoft Windows Server操作系统，安装Oracle数据库管理系统。应用服务器软件组成为Java以及Tomcat，电子地图服务器采用ArcGIS。

2.2硬件环境

服务器端硬件配置处理器：英特尔8核64位及以上（如：IntelXeonE5-2690），主频：2900MHz及以上，L3缓存：20MB及以上，内存容量：64GB及以上，硬盘容量：8TB及以上。

2.3网络部署环境

软件系统采用标准的B/S架构软件网络部署方法。数据库系统及应用服务器部署于服务器端，应用服务器程序负责数据外联，透过由防火墙等安全设施保护的广域网或电力专网内部局域网与用户计算机连接，

2.4GIS关键技术及其解决方案

根据目前GIS技术现状以及应用系统的需求分析、系统架构和相关规范的要求，系统的技术路线整体上要考虑先进性与成熟性相结合的原则，确保系统运行的实用与易用、安全与可靠，同时还要兼顾输电行业的发展预留相关接口，方便应用系统的扩展。

GIS技术在系统建设中是一个综合的可视化展示平台和空间分析工具，是系统的应用主体。因此，其选型对系统建设成功与否极为关键。经过比较并考虑与现有技术相结合，系统采用ESRI公司的ArcGIS Server产品。ArcGIS软件在全球GIS市场占有最大的份额，特别是推出的以ArcGIS 10.2系列产品代表了GIS技术未来发展方向，该系列产品还能够与其它电网GIS平台进行集成。ArcGIS Server是用于构建集中管理、支持多用户的企业级GIS应用平台，集中的GIS应用能够减少在每台机器上安装和管理桌面应用的费用，且功能强大，为开发人员提供多种接口进行二次开发，方便了基于浏览器和移动设备的GIS应用开发。ArcGIS Server体系结构可以用图1来描述。因此，在本系统的GIS平台选用上，采用ArcGIS Server搭建电子地图服务器，在此基础上进行二次开发，设计符合本项目业务需求的功能。

3GIS服务安全控制措施

3.1安全设计方案

GIS应用系统首先必须要保证输电网络的安全，所以系统在设计过程中要根据系统网络结构和应用模式，针对可能存在的安全漏洞和安全需求，在不同层次上提出安全级别要求，并提出相应的解决方案，制定相应的安全策略、编制安全规划，采用合理、先进的技术实施安全工程，加强安全管理，保证软件系统及其牵涉的信息资源的安全性。

3.2系统安全策略

GIS应用系统一定要正确处理输电网络保密、安全与互联网开放之间的关系：安全技术必须与安全管理结合：一定要分析系统安全的风险，构造系统安全模型，从保护、检测、响应、恢复四个方面建立一套全方位的立体信息保障体系：遵循系统安全性与可用性相容原则，并具有适用性和扩展性。

3.3系统安全措施

GIS应用系统的安全主要是网络安全和数据安全，系统中包含详细的基础地理数据和杆塔坐标，部分地理信息属于机密数据，在进行平台建设时，需要充分考虑数据的安全性，杜绝各种数据安全隐患。结合当前信息安全技术的发展水平，设St--套科学合理的深层防御安全保障体系，形成有效的安全防护能力、隐患发现能力、应急反应能力和系统恢复能力，从物理、网络、系统、应用和管理等方面保证系统安全、高效、可靠运行，保证信息的机密性、完整性、可用性和操作的不可否认性，避免各种潜在的威胁。

（1）网络环境安全设置。GIS巡检系统及其移动终端用户可以采用VPN/VPDN组建信息专网，用户只有在安全认证通过之后才能得到访问系统网络的权限，从而实现了安全、快速、私密的网络接入和应用，用户数据可以通过安全的隧道在内网和外部用户之间进行传输，保证数据传输的安全可靠。

（2）防火墙设置。防火墙是一种非常有效的网络安全防护工具，用来隔离风险区域与安全区域的连接，仅让安全、核准了的信息进入，最大限度地阻止不希望的、未授权的通信进出被保护的网络。

（3）应用系统安全设置。GIS巡检系统提供的各类应用功能和服务都需要进行用户授权或CA认证。用户只有通过了权限认证，才能访问期望的资源，不允许匿名访问和调用相关功能和服务，这样能够防止功能和服务方式的数据泄密。

（4）管理安全設置。只有技术上的安全措施和建设是不够的，同时要对日常的运行管理进行安全规划，制定安全管理制度，对用户进行操作安全培训。

4结束语

GIS技术应用于输电网络巡检系统中，是输电网络信息化建设的重要技术手段之一，在输电网络管理中能够发挥重要作用。本文分析GIS技术和输电网络巡检工作的特点，设计基于GIS技术的输电网络巡检系统，对提高巡检效率、提升巡检管理水平、保障输电线路设备安全运行，具有十分重要的意义。

[责任编辑：张涛]