地理信息系統(tǒng)在輸電線路災害搶修中的應用研究

陳宏愷

【摘要】 本文主要闡述了地理信息系統(tǒng)在輸電線路上應用的主要內(nèi)容，在該基礎上結(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)在輸電線路災害巡檢搶修中的應用效果。

【關鍵詞】 地理信息系統(tǒng) 輸電線路 災害搶修 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在地理環(huán)境復雜、自然條件惡劣，人煙稀少交通不便的高山峻嶺上[1]。近年來我國因臺風暴雨等自然災害引發(fā)地質(zhì)災害頻繁，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)成為新時期社會關注的焦點。如，2016年7月9日，第一號臺風“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，對輸電線路災害進行提前預警、災后搶修等全面管控，通過大數(shù)據(jù)和智能檢測技術(shù)確定輸電線路災害搶修的最優(yōu)路徑方案，有序開展搶修復電工作，最大限度地提升了災害搶修時效，為災后電網(wǎng)正常運行、及時恢復供電提供科學決策。

一、地理信息應用電力系統(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)絡結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)大多依靠紙質(zhì)設計、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)對輸電線路等有關設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)作為建設防災減災系統(tǒng)的一個前沿研究方向，近幾年來得到了廣泛應用。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)中得到應用成果顯著。其能將設備設施地理分布、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)絡系統(tǒng)，為提高電力設備運行的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，為各個單位部門提供更加科學的決策參考依據(jù)[2]。

基于地理信息系統(tǒng)的輸電線路災害搶修技術(shù)研究，通過將輸電線路勘察設計及施工測繪數(shù)據(jù)和所在地區(qū)的常年自然災害信息進行融合處理，形成專用的輸電線路災害信息數(shù)據(jù)庫應用到輸電線路災害巡檢搶修過程中[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，并在此基礎上對可能發(fā)生災害時對輸電線路的影響進行分析、發(fā)布、展示和預警，從而做好對輸電線路災害有效防御準備，并超前謀劃、科學組織災后的巡檢搶修工作，這對我國輸電線路精益化管理和災害預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)的應用

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架的構(gòu)建

輸電線路災害搶修過程中數(shù)據(jù)量龐大，處理操作較為復雜，為了提升地理信息系統(tǒng)的應用效益，在設計其系統(tǒng)架構(gòu)時需要把握好存儲層、交換層、服務層及應用層等的構(gòu)建，對各層服務內(nèi)容進行完善。當發(fā)生臺風等自然災害時，快速查看防范災害預案，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害數(shù)據(jù)進行全面把握，負責管理數(shù)據(jù)的定義、維護、訪問和更新，以及管理并相應搶修服務的數(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，解析災害信息，定位物體的信息和狀況，依照上述業(yè)務需求生成了相應的業(yè)務接口，以實現(xiàn)業(yè)務的交互和數(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)服務層。服務層的基本元素為服務，該層主要在存儲層數(shù)據(jù)基礎上實施數(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，其主要包括業(yè)務主站、防災減災、圖層分析及狀態(tài)監(jiān)控四大數(shù)據(jù)服務模塊，實現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的服務、表現(xiàn)、查找和索引等服務。應用過程中可以依照業(yè)務需求進行適當添加或刪減，并需預留接口供功能拓展和定制服務。

業(yè)務應用層。該層為輸電線路災害搶修提供了針對性服務組件，響應搶修工作請求，執(zhí)行搶修任務。其主要包括綜合展示、故障分析、災害預警、風險分析、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)通信與遠程設備通信，獲取終端運行狀態(tài)，依照數(shù)據(jù)狀況生成相應的輔助分析決策，實現(xiàn)高效搶修、快速復電的目標。

用戶操作層。該層擔負用戶與應用間的對話功能，負責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)務特點，呈現(xiàn)不同應用服務界面給最終用戶。隨著科學技術(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。在該基礎上可以適當設置綜合展示層，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害巡檢搶修工作中的應用效益。

2.2 系統(tǒng)的應用

臺風災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。臺風過境的狂風暴雨常給電力設施，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、風偏閃絡等造成大面積停電事故的主要原因。防范應對臺風災害常涉及多部門、多地區(qū)聯(lián)動，協(xié)調(diào)工作量大。建立災害應急搶修平臺，對實時氣象資源、電力設備受災實時信息、搶修預案及搶修力量數(shù)據(jù)資源進行整合，為搶修任務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害搶修中應用過程中，融合了地理基礎信息、實時災害預警和輸電線路數(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、服務需求等形成相應的系統(tǒng)構(gòu)架，為輸電線路災害搶修提供了較為準確和科學的數(shù)據(jù)保障。以2016年一號臺風“尼伯特”為例，根據(jù)氣象部門發(fā)布不同時間段的臺風路徑變化的預測預警，和電力減災專設氣象站點采集的實時數(shù)據(jù)及時分析掌握臺風路徑動向，當分析認為2“尼伯特”可能正面侵襲福建時，基于地理信息系統(tǒng)的輸電線路災害搶修體系與氣象探測系統(tǒng)交互，建立臺風位置信息表，搜集臺風等級、雨強、風速、氣壓、過程雨量等氣象數(shù)據(jù)，并結(jié)合電子地圖、衛(wèi)星導航、遙感影像，以直觀畫面展示臺風路徑（圖2）。結(jié)合實時信息和預報成果，進行臺風災害定性，、評估可能發(fā)生災情的影響級別，分析臺風路徑及后續(xù)影響。并疊加基礎地圖圖層和電網(wǎng)地圖圖層，針對“尼伯特”臺風可能對輸電線路造成的影響情況，生成預警報告。適時啟動臺風應急預案及預警等級指導福建電網(wǎng)進入全面抗擊臺風狀態(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)合臺風災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，科學調(diào)配搶修人員、物資，確保臺風災后輸電線路搶修工作科學有序展開。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)基本完成災害事故搶修，大部分受災嚴重區(qū)域都及時恢復了災后供電。

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災害搶修的特殊需求。結(jié)合不同情況下輸電線路災害搶修過程中和經(jīng)驗教訓和存在的問題，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、智能化輸電線路災害搶修體系，從而有效地提高輸電線路抵御災害能力，科學決策縮短搶修時間，降低災害損失，確保災后搶修工作順利進行，降低災害損失。

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)的設計[J]. 電工技術(shù)，2013，09：6-8.