1绪论
1.1研究的背景、目的及意义
1.1.1本课题的研究背景
地理信息系统（GIS）是保存、分析和表达空间及非空间数据的一种信息技术，属于从真实的世界中采集获得、存储、转换、提取和表达相关的地理现象的全面性的系统。它可以帮助人们解决各种复杂的与地理有关的问题，以及具备内部关联性的工具组合。地理信息系统由相应的硬件、软件及数据在计算机的决策支持系统的基础上组合而成，用于获取、存储、分析和显示相关地理空间数据的一种全面的计算机系统⑴。传递丰富的空间信息，以数字的形式来描述空间内的实体，独有的表达方式对实体进行多角度的全面解析以及对空间数据探索性的分析是GIS最显著的特征。
随着电力系统的飞速发展以及电网结构的复杂化，用户釆用信息化方式管理电力配网运行的呼声越来越高，提高电力生产的各类服务标准的要求也越来越迫切。之前主要依赖的人工与计算机结合的工作模式已无法满足电力行业综合发展的现代化要求。电力系统生产管理的发展遇到了瓶颈，也面临着一系列的问题：如何有效地提高劳动生产率，提升电能质量，增强电网供电的可靠性等。为努力提高电力行业的管理水平，使得电力行业不得不通过信息化技术加强对电力配网方面的管理力度。以往的工作模式主要是：依据绘图和由在现场长期工作的配网专业人员所掌握的相关信息、用户资料，并记录下实时监控配电设备的相关参数、配电线路路径及杆塔信息、配电线路相关站房的信息以及对上述设备的检修历史。这些旧的模式在很大程度上都影响了工作效率，且存在数据更新不及时、日常检测不方便、纸质资料易丢失破坏、不能实时地为电力配网的有效改造提供决策支持等弊端。电力配网数据库运用高级的应用软件，通过人机界面的操作，实时的信息库更新满足了配网自动化的基本要求，是充分反映相关信息并进行监控，实现配网自动化的核心。鉴于地理信息系统（GIS）的种种特性：展现地理空间关系、分析、统计及综合各类空间属性信息，已发展成为电力配网系统综合应用的主流方向，可为电力配网的规划设计、管理方式及相关决策提供先进的、有效的、优良的技术手段。
1.2国内外研究概况
1.2.1国外的发展现状
早在20世纪80年代，国外已开始将GIS技术大范围应用于电力行业之中。当时表达地理信息的方式仅仅是一个图形管理属性文件，在记录了各类电力设备的关系之后，运用相关的制图软件实现图形引擎，并由此建立起电力设备结构模型。但是，当时的系统并没有实现数据的空间分析，更无法实现数据的实时更新与分类，仅能实现电网图形的分析和管理。近年来，为实现更高层次的管理、运行和决策功能，GIS作为设计、管理和服务的平台已得到广泛应用，也逐步成为整合管理电力行业各类资源、管理与用户关系的重要工具。电力领域应用程序在外国的发展经历了“数据库+CAD”、“传统的GIS应用”阶段，在90年代早期，进入“AM/FM/GIS应用程序”阶段。
如今在国外，GIS技术在电力行业中的应用早已迈进成熟时期。许多企业不约而同地建立起基于GIS技术的电力管理系统，将GIS技术应用于电力系统生产管理之中，从而保证企业的电网管理水平科学化、有效化，该系统早已成为欧美发达国家屯力企业提高电网运行科学管理水平的必不可少的新一代生产工具。
1.2.2国内的发展现状
与国外发达国家相比，国内电力对于应用方面的研究起步得比较晚。直到步入90年代中后期，GIS技术在电力领域的研究与应用才在国内逐步开展起来。一部分大型电力企业也逐渐开始尝试将相关GIS技术与软件应用于电力行业之中。目前，在我国，GIS技术与电力系统的融合在不断加深，不过仍存在许多问题制约着我国的智能屯力配网系统的发展：首先是基础数据不够齐全。要保证系统的正常运行，则必须保证系统的各类信息，例如电子地图、用户资料、设备位置、设备属性等供应齐全；其次，不论是设备的管理应用还是对图形进行编辑，或是运用“图——数数——图”来实现的图形定位与查询功能，相对來讲都比较单调；再次，系统深层次的应用都没有实现或者没有得到推广，例如网络分析、供屯范围分析和负荷分析等等高级应用功能因此，如何突破这些限制，进一步推动相关电力企业的管理水平向现代化、信息化迈进，将是人们下一步的研究方向。
2电力配网GIS介绍
2.1电力配网系统简历
2.1.1电力配网系统的基本概念
电力配网系统是一种将计算机编程语言、实时通信技术、电子信息技术以及其他相关技术相结合，运用智能化的操作手段，实现对电力配网的供电范围控制、停电范围控制与检测等功能的综合管理系统。对电力配网系统中的调度、分析与管理功能进行统一管理，保障电力配网以最小的电能消耗，最大程度地为用户提供充足、合格的电力，满足用户的用电需要。
2.1.2电力配网系统的特点
电力系统一般分为输电系统、变电系统和配电系统三大类，与前者不同，配网系统拙有以下几个特征：
1.在电力配网系统的日常管理中，相关设备与其所在的地理空间环境紧密相关，即与地理坐标密不可分。与输电网的设备不同的是，配网的设备一般均安装于多基杆塔上，分布比较分散、点多面广而且相互之间的关系也复杂的多。地理信息系统广泛应用于配网系统的正常运行、故障检修及排除、恢复区域供电以及分析设计等。综上所述，一个完整的电力配网系统都是在配电设备和地理信息的基础上实现的。
2.不同于输电网络，配电设备数量庞大且极易发生变动。系统一端与供电设备和网络相连，另一端直接与广大的用户设备相连，且用户设备数目繁多、性质各异又经常发生变动。通常的情况下，电力配网系统中所设置的设备数量是与之相连的输电系统的十倍还要多。此外，用户范围既包括市政用屯，又包括大型企业或难位在内的大用户用电和普通住户的用屯，因此，配网对于其相关设备的管理任务非常繁重、工作量也相对较大。
3.输电网的连接方式多为简弟的网状，而配网则呈现为福射状。因此，配电系统的拓扑关系要复杂的多。进行常管理时，不仅需熟悉系统设备的地理空间位置，也必须了解它复杂的网络结构与拓扑关系，以实现配网系统各项功能的正常运行与管理
4.由于配电系统自身的特点：设备数目庞大、种类复杂繁多，为了保证系统的准确性与正常运行，电力企业的相关部门，必须提供足够的、准确无误的配网线路单线图，以及所有配电设备相关属性信息的纸质或电子档案。这些资料的存，必然导致配网系统的数据库变得十分庞大。而且，配网系统对于其设备的设计、规划和管理也更为复杂，功能涉及到运行、规划、设计、管理等多个方面，个性问题较多，所以要求的数据库规模也比输电网大。
2.2电力配网GIS概述
2.2.1电力网GIS简介
电力配网系统，是一个在计算机网络技术、地理信息系统技术和关系型数据库技术的基础上，运用计算机编程语言建立起來的，集配电设备运行、监测、维修和管理于一体的高级信息管理系统。系统主要的管理对象是10KV及以上的配电杆塔及线路上的站房。电力配网GIS能够为电力企业管理部门提供充分详细且更为直观准确的信息依据和决策服务。它依靠地理信息系统在空间坐标表示和空间分析等方面的强大功能，为配电设备的空间坐标和其它相关属性信息的直观显示、存储、检索以及智能分析提供了技术支持，实现了数据库管理系统的自动化。电力配网GIS中，利用关系型数据库技术和计算机图形处理技术，能够实现在对应的地理图上，显示所有相关配屯设备的属性和其他相关信息。例如，用户需查询某一条线路图，系统不仅能够将该配电线路显示在电子地图上，还可以通过操作，显示出该线路上所选设备的各类属性数据。利用相关功能，系统还能够实现对电力配网线路的单线图、结构图和录入的电子文件和资料进行综合性管理，极有力的推进了电力企业配网的可视化、自动化。
2.2.2电力配网GIS的主要功能
电力配网GIS系统利用数据库技术，将电力设备的空间信息与厲性信息对应起来，帮助设备检修人员实时掌握设备运行情况，因此当设备发生故障，能够迅速到位，排除故障，大大提高了调度效率。它的主要功能是查询空间数据与实现综合分析。如果需要将线路的走向与连接关系，站房和设备的位置关系突出显示出来，可采取分层消隐的方法，把暂时不需要的图层（比如消除建筑物图层，只保留配电线路和设备的图层等）隐藏，或通过调整灰度来实现。由于电力配网GIS系统是一个空闻的配电信息综合管理系统，为了提高工作效率，必须提升电力企业内部的数字化管理水平。
3电力配网系统的模型构建.....14
3.1数据采集.....14
3.1.1数据采集的内容...........14
3.1.2数据采集的质量要求......14
4电力配网系统的数据库建设.........24
4.1数据库设计的一般过程.......24
5基于三维GIS的电力配网系统设计及实现........29
5.1系统总体设计.............29
5.1.1系统的总体设计思路........29
5基于三维GIS的电力配网系统设计及实现
5.1系统总体设计
5.1.1系统的总体设计思路
本系统设计用于淮南市电力配网的虚拟现实，在计算机配置方面主要是：操作系统是windows XP，开发环境是Visual Studio 2005，利用ArcGIS Engine 9.3做二次开发。从实地所测的CAD底图中提取原信息，在ArcGIS Catalog9.3中进行数据格式的转换，将*.dwg格式的数据转换成shapefile格式的数据，在ArcMap中对shapefile数据进行整理，分别对点、线、面数据进行处理。然后再在ArcCatalog 9.3中建立一个personal Geodatabase。将shapefile数据转换到personal Geodatabase中进行管理。数据整理好以后，下一步就是对系统进行二次开发，打开Visual Studio 2005新建一个项目并为此做好相关的配置。利用ArcGIS Engine9.3中现有的工具条，各种控件如：toolcontrol，toccontrol，scenecontrol，在窗体上放置好控件并建立好链接。将已有的工具拖到toccontrol控件上，设计好需要实现的系统功能，比如：放大，缩小，自动漫游，动画制作等。先创建好一系列的命令按钮botton，再逐个实现代码的编写。
5.2GIS开发方式
地理信息系统的幵发极具有灵活性，功能的实现方法也具有多样性。目前主要有以下三种方式：第一种是独立发，即常说的底层开发；第二种是宿主型二次开发，这种开发方式是使用平台自带的脚本语言进行刃：发；最后一种称为组件式二次开发，是通过运用可视化开发工具基于GIS组件上进行的二次开发。
6结论与展望
6.1主要结论
根据电力配网在GIS方面的具体需求，阐述了电力配网模型构建过程和数据库建设过程，设计开发了基于三维GIS的电力配网系统，通过实例应用和数据分析，取得较满意的效果。主要结论有以下几个方面：
1.三维电力配网系统的模型构建实现了对淮南配电网络的虚拟现实，数据库的建设实现了空间数据与属性数据的互访和实时更新功能。
2.选择Arc Engine组件库作为GIS二次开发的方式是科学的、合理的，能满足三维电力配网功能实现的基本要求。
3.设计的系统满足了电力配网的基本需求，实现了电网数据信息的共享，提高了工作效率，对电力配网信息化具有一定的实际意义。
4.系统在三维显示及功能操作的基础上，可添加二维数据与三维数据进行切换显示。基本功能包括三维地图全景显示、漫游等。
5.以淮南市配电网络的虚拟现实为例，实现了电网数据的空间叠置分析、停电范围分析、统计分析、缓冲区分析和新建线路的最优路径规划等功能。
6.2存在的问题
虽然本人做了大量的实践与研究工作，但山于研究时间和本人水平有限，一定存在不足之处，希望能够在今后的学习和工作中进一步完善以下内容：
1.本文仅仅就GIS在电力配网系统中的部分应用进行了研究，更细化的功能还有待于进一步完善。
2.本人应用Sketch Up建模工具的时间不长，对电力设备及周边建筑物的建模，难免会存在一些不足与缺陷，对场景整体视觉效果有一定影响，需要今后进行实践。
参考文献（略）