基于基态修正模型的电力GIS时态模型研究.docx

基于基态修正模型的电力GIS时态模型研究 摘 要 通过对基态修正模型的研究，建立了一种时间和空间结合的基于基态修正模型的电力GIS模型，有效地组织、管理和完善电网时态地理数据、属性数据、空间数据和时间语义，并重建历史状态、跟踪变化、预测未来；支持电力GIS对时空变化过程的存储，分析和检索，同时支持传统的GIS的空间分析功能，设计和实现了电网GIS及其电网运行数据的快照恢复，变化查询，历史演化分析和数据更新等功能。 下载 关键词 基态修正模型，时态GIS，时空分析，电力GIS doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 07. 068 中图分类号 TP311 文献标识码 A 文章编号 1673 - 0194（2018）07- 0164- 03 1 引 言 随着电网规模的日益增长，对电网发展变迁过程正在加速，必须准确直观的展示电网规模、接线的发展变迁情况，预测未来电网规划建设规律。传统的GIS系统只能反映电网最近一段时间的状态，对于删除的数据信息及其记录都不会记录下来，因此无法回溯历史版本信息；在历史信息追溯和未来电网发展预测方面缺少有效的支撑。通过时间回放快速的展示电网网架拓扑的历史变迁，通过不同时间段的电网网架对比分析出电网两个历史节点的差异，他的出现将对电网运行管理和规划预测发挥重要作用，将提升电力GIS在电网设备功能位置、拓扑网络数据在电网信息化系统中作为“数据源头”的地位和价值。 空间对象有3个基本的属性：空间属性，专题属性和时间属性，传统的GIS在处理空间对象时，主要突出空间属性和专题属性，对时间属性则予以固定。这种取舍造成传统GIS只能处理世界的当前状态，或者某一历史状态的快照，而无法记录数据随时间的动态变化，无法进行时序分析和处理时态现象。地理对象的变化与时间紧密相关，为了跟踪和记录变化，需要在GIS中引入时间信息，这就是时态GIS需要解决的主要问题。 2 基态修正存储模型设计 2.1 电网资源时态存储模型 2.1.1 技术原理 时态GIS中的电网资源图模数据采用基态修正模型的时态化、多级版本技术，支持电网模型的全生命周期管理，满足记录电网模型的历史演变过程以及规划和设计应用需求。 面向历史数据快速访问的性能需求，以“月基线+工程差量”的方式。即在每月1号，将电网资源的当前状态进行全量快照存储、作为该月的基线；之后每个工程产生的变动数据增量存储。这样可以实现断面横向查询和设备历史的纵向查询，如图1所示。 （1）断面横向查询 查询浏览任何一个时刻的电网数据，访问当月的基态快照数据以及之后的多个工程的增量，通过基态快照叠加工程增量就可以获得。 （2）设备历史查询 按设备对工程增量进行查询，能够检索出该设备所参与的所有工程的增量变化情况。 2.1.2 以工程?榈坏脑隽磕? 在基态快照基础之上，时态电网模型将电网模型沿时间轴的变动划分为以工程为单位的增量链，在每个增量对应一个电网工程产生的新建、修改和删除的电网模型的图形拓扑和属性变化。 采用基态快照+增量实现电网模型的时态化的原理如图2所示。图（a）是电网模型的增量链示意图所示，电网模型的修改历史过程从某个基态快照1开始，每个电网工程对电网模型的修改都被记录在一个增量中，依次为增量2、3i-1、i、j、k至电网模型的最新版本。图（b）是电网模型的存储示意图所示，电网模型的修改是采用增量记录的形式保存在电网模型数据表中。例如工程n投产产生的修改集合n的各条记录是记录在状态断面k中。 2.1.3 数据表设计 采用Postgis开源数据库，基于基态修正模型实现电网资源的时态化存储。数据库模型在现有电网GIS平台的电网资源数据库表基础上增加时态相关的字段和基态修正版本链信息，从根本上保证了与南网GIS平台的数据模型兼容性和无缝衔接。使用Postgis的空间索引，支撑即时、无缓存的浏览和空间查询。 随着现有的电子化移交业务开展，每日定时从电网GIS平台的Oracle中向Postgis数据库同步以工程为单位的增量数据，在Postgis中构建基态快照和增量数据，更新空间索引和设备索引。 基于Postgis数据库的基态修正模型的电网模型数据表如图3所示。工程信息表记录每个基建、业扩、技改项目的信息，以及对应的增量信息表中的state_id增量ID值。基态快照信息表存储每个月的基态快照元数据。增量信息表为基态快照或者每个工程增量的元数据。每个月的基态和增量数据都保存在一个数据集中，按设备类型分表存储，分为电网资源图形表和电网资源属性表，建立了空间索引和设备ID索引。 3 总结与展望 本文设计的基于基态修正模型的电力时态GIS模型可以有效对电网数据进行存储和组织，大大节省了电网资源数据的存储空间，同时也完整地保存了数据的历史变化信息，打破了传统GIS只能存储和表达单一时刻地理对象信息的限制，并支持对电网数据历史变化信息的查询和时序分析，有利于分析和发现地理对象随时间的变化规律和变化趋势等。 以电力GIS增加时态概念为切入点，分别从模型、设计、应用三个层面制定研究内容。结合地图大数据的特点，研究存储大范围、长时期的地图数据、电网拓扑图形数据，弥补当前GIS系统时态服务和时态数据存储上面上的应用，为今后的电网提供完整的地图大数据存储服务；研究基于时态GIS的高级查询，实现对大范围、大规模、多时段的地图数据进行快速的查询浏览、对比分析、展示等功能的应用；选取应用示例场景，研究电力GIS应用到电网实际生产业务工作中的思路和方法。 作为支撑社会发展的能源部分，电力系统未来管理的发展趋势，也必须借助时空GIS，才能更全面的掌握、管理复杂多变的电网。依靠电力TGIS可以快速掌握电网运行的过去，并能够预知未来。科学、及时的干预电网运行，使电网的建设向着科学、合理、节能环保、可持