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基于SOA的电力GIS平台及关键技术研究

王晓辉  
【摘要】:电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业,利用先进技术提高管理水平是该行业发展的一个重要思路。地理信息系统(GIS)凭借其强大的数据组织和空间分析功能,能够辅助电力企业进行生产和经营管理。传统GIS起源于制图测绘领域,其主要特点是:对地理图形进行分层展示,研究点、线、面之间的空间位置关系,并以图形为中心,将空间信息与属性信息分离存储。而电力GIS的目标是提高电网设备的可视化水平,增强设备和线路的实时监管能力,实现电网信息的融合,其主要特点是:以变电站、线路为研究对象,建立设备之间的拓扑连接关系,实现电力系统分析以及动态计算,同时对生产、运行、检修数据与地理位置数据统一建模,同步更新。本文针对传统GIS在电力信息化建设中存在的不足,研究了电力GIS的关键技术问题,提出了电力GIS的解决方案。论文的主要工作及取得的成果体现在以下五个方面: ①针对电力GIS的应用特点,提出了电力GIS的需求模型。以设备模型为核心,建立设备之间的拓扑关系,支持电网动态运行分析以及潮流计算、稳态计算等;设计高效的图形引擎和数据传输机制,实现图形界面的快速响应、监测数据的实时刷新,以及电网运行的预警分析;建立球体平面的映射模型,实现基于图像的虚拟三维系统。 ②根据电力GIS的需求模型,提出了电力GIS的数据模型和功能模型。设计了基于知识库的“四维四分”的概念数据模型,引申出了基于立方体结构的逻辑模型,同时对元数据和拓扑数据设计了物理模型;设计了基于CIM的电网拓扑模型以及基于节点类型扩展的保留非线性潮流计算模型,满足电网的高级应用分析功能;设计了动态显示缓存(DDC)模型以及空间信息服务聚合(GSA)模型,提高WebGIS的图形渲染效率以及空间信息的共享与互操作。 ③根据电力GIS模型以及应用需求,研究了电力GIS的关键技术。提出了基于多尺度的聚类扩展R-树(MCER树)模型,讨论了MCER树的生成和插入算法;研究了基于智能Agent(?)勺动态显示缓存技术以及基于OGC的空间信息服务聚合技术;研究了基于图像的虚拟三维系统的理论,设计了全景图像生成算法、三维全景渲染算法、坐标转换算法以及图像裁剪算法。 ④基于电力GIS关键技术,提出了电力GIS解决方案。在电力GIS空间数据引擎的基础上,设计了基于SOA的电力GIS平台架构,并对电力GIS平台的功能进行了划分;设计了电力WebGIS共享平台架构以及功能结构,组织了电力WebGIS共享平台的服务流程;设计了基于图像的虚拟三维系统的架构,实现了基于图像的虚拟三维系统的工作流程。电力GIS解决方案具有开放性、实时性、稳定性、可配置等特点。 ⑤基于电力GIS解决方案,设计实现了应用实例,并对电力GIS的模型及技术进行了验证。基于电力GIS的输变电可视化智能管理平台,利用电力设施空间数据模型进行输变电设备的可视化展示,验证了图形引擎的效率;基于电力GIS的应急指挥调度平台,实现了电网故障分析引擎、计算机辅助派遣和基于移动计算的现场自动化,验证了电网拓扑模型以及潮流计算模型的正确性;基于电力GIS的虚拟三维变电站系统,实现了基于虚拟三维变电站的操作票管理系统,验证了基于图像的虚拟三维系统的体系结构和关键算法的有效性。


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