伴隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用的逐步成熟，從發(fā)電到供電再到用電的各個環(huán)節(jié)已然進(jìn)入大數(shù)據(jù)智能化時代。特別是國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)“十三五”計劃，不約而同地將建設(shè)智能電網(wǎng)、清潔電網(wǎng)作為新時期工作的重中之重。那么研究發(fā)供用體系中的各環(huán)節(jié)運(yùn)維智能化就顯得更具意義。

但同時近年來自然氣象多變，災(zāi)害頻發(fā)，電網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行大受影響。從我國實(shí)際出發(fā)，目前架空線路仍是輸電的主要形式，因架空輸電線路長期直接暴露在自然環(huán)境中，極易受氣象和災(zāi)害影響，所以提高架空輸電線路防災(zāi)減災(zāi)工作顯得尤為重要。

云南是一個典型的自然災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)，且云南電網(wǎng)輸電線路覆蓋區(qū)域廣闊，沿途氣象、地理環(huán)境復(fù)雜，極易受到極端天氣和地質(zhì)災(zāi)害的影響。根據(jù)分析自然災(zāi)害引起輸電線路線路主要故障形式及其特點(diǎn)，在總結(jié)輸電線路運(yùn)維技術(shù)和需求的基礎(chǔ)上，開展防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)。

本文利用WebGIS技術(shù)，通過對獲得的多源數(shù)據(jù)信息進(jìn)行挖掘，可對氣象、覆冰、雷電、山火等災(zāi)害信息進(jìn)行有效的分析和可視化處理，形成災(zāi)害監(jiān)測預(yù)測一體化，為電力運(yùn)維部門提供決策依據(jù)，以提高電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，保證供電可靠性。

1 關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 WebGIS基礎(chǔ)理論

WebGIS即網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，是Internet在GIS上應(yīng)用的產(chǎn)物，通過使用它，用戶可以很方便的從網(wǎng)絡(luò)上的任意一個節(jié)點(diǎn)瀏覽或者獲取網(wǎng)絡(luò)上的各種分布式地理空間數(shù)據(jù)，并且可以進(jìn)行各種在線的空間分析與空間檢索操作。WebGIS的應(yīng)用使GIS能夠真正的走向社會，可以為更多的社會群體服務(wù)，讓基于以太網(wǎng)的電網(wǎng)監(jiān)控和防災(zāi)減災(zāi)成為可能。其具有以下幾種特征。

1）全球性的服務(wù)器應(yīng)用

全球范圍內(nèi)任意一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的Internet用戶都能訪問WebGIS服務(wù)器發(fā)布的各種GIS服務(wù)，并且可以進(jìn)行全球范圍內(nèi)的GIS數(shù)據(jù)更新。

2）真正大眾化的GIS

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的人能享受到WebGIS帶來的便利，比如我們可以隨時隨地查詢當(dāng)前所在位置，可以使用導(dǎo)航服務(wù)去想去的地方，基于位置的服務(wù)正使我們的生活變得方便和快捷。

3）良好的可擴(kuò)展性

WebGIS可以很容易的跟其他信息服務(wù)進(jìn)行無縫集成，由此建立靈活多變的GIS應(yīng)用。比如可以跟水環(huán)境信息服務(wù)平臺進(jìn)行集成，可實(shí)現(xiàn)兩種平臺不同信息展示方式的有效結(jié)合。

4）跨平臺特性

WebGIS的客戶端采用的是常用的瀏覽器，其繼承了瀏覽器的跨平臺特性，故我們能在多種平臺下使用WebGIS，比如熟知的Windows、MAC OS以及Android平臺等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

目前電力系統(tǒng)可以采集到多源信息，為了有效利用數(shù)據(jù)支持電網(wǎng)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警工作，數(shù)據(jù)分析主要包括設(shè)備空間信息數(shù)據(jù)、災(zāi)害專題數(shù)據(jù)以及基礎(chǔ)臺賬信息等，如圖1所示。通過對各類數(shù)據(jù)采用預(yù)警分析模型進(jìn)行計算分析和標(biāo)記危險源，之后提供給運(yùn)維管理人員使用。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源

1）設(shè)備空間信息數(shù)據(jù)

該數(shù)據(jù)主要包括桿塔空間位置信息、塔-線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、導(dǎo)線相位變化情況等信息。該類數(shù)據(jù)來源于電網(wǎng)公司相關(guān)機(jī)構(gòu)，其在電網(wǎng)架設(shè)和維護(hù)過程中采集的數(shù)據(jù)，一般以數(shù)據(jù)庫的形式保存。

2）基礎(chǔ)臺賬信息

輸電線路可細(xì)化為導(dǎo)地線、桿塔、接地裝置、附屬設(shè)施、絕緣子串、金具、基礎(chǔ)部件。針對線路及其部件的設(shè)備檔案數(shù)據(jù)信息包括：線路長度、導(dǎo)線型號、地線型號、絕緣子型號、金具型號、桿塔型號、架設(shè)方式、絕緣子盤徑、電壓等級、出廠日期、投運(yùn)日期等。這些數(shù)據(jù)通常是電網(wǎng)公司設(shè)計和運(yùn)維過程中保存的基本數(shù)據(jù)。

3）災(zāi)害專題數(shù)據(jù)

災(zāi)害專題數(shù)據(jù)包括：氣象災(zāi)害、覆冰災(zāi)害、雷電災(zāi)害、山火災(zāi)害、污穢腐蝕災(zāi)害、鳥類災(zāi)害和樹竹障礙等災(zāi)害相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)。除此之外，還需要階段性統(tǒng)計數(shù)據(jù)、專題矢量圖、運(yùn)維采集的特殊數(shù)據(jù)等。其中氣象、覆冰、雷電等相關(guān)信息，均來源于電網(wǎng)氣象服務(wù)器或者氣象局監(jiān)控和預(yù)報等。

山火、污穢災(zāi)害數(shù)據(jù)亦可來源于災(zāi)害監(jiān)控設(shè)備，其他數(shù)據(jù)通常來源于電網(wǎng)公司電科院等監(jiān)控單位的長期監(jiān)測統(tǒng)計、常年分析研究總結(jié)、專題研究積累及運(yùn)維管理采集等多樣性來源。

2 輸電線路防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)應(yīng)用平臺

1）Openlayers

WebGIS是輸電線路防災(zāi)減災(zāi)監(jiān)測預(yù)警的基礎(chǔ)，也是對電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析的重要支撐。其中Openlayers是一個用來開發(fā)WebGIS客戶端的較為流行的開源JavaScrip包。這種開源方式可以讓精通JavaScript的開發(fā)人員有針對性的添加自己的功能，同時其輕量級的特性也保證了在商業(yè)平臺上的應(yīng)用不受限制。

OpenLayers采用目前最為流行的客戶端腳本語言JavaScript開發(fā)而成，故采用OpenLayers作為客戶端不存在瀏覽器兼容性和依賴性的問題。OpenLayers支持OGC標(biāo)準(zhǔn)如WMTS、WMS、WFS等，也支持多種在線地圖如GoogleMap、Bing、天地圖、高德地圖等，并且也可以采用簡單的圖片作為地圖源。并且OpenLayers支持非常多的數(shù)據(jù)格式，如XML、GML、KML、GeoJSON、JSON等。這些特性讓OpenLayers成為首選WebGIS平臺。

2）Oracle 11g

數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)中極其重要的一環(huán)，本項(xiàng)目中數(shù)據(jù)庫平臺采用甲骨文公司的Oracle 11g，Oracle 11g是目前最為流行的新一代數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之一，其強(qiáng)大的海量數(shù)據(jù)處理能力和優(yōu)秀的運(yùn)行性能為企業(yè)級應(yīng)用提供堅實(shí)的數(shù)據(jù)服務(wù)支撐，特別適合輸電線路海量的數(shù)據(jù)存儲和巨大的數(shù)據(jù)吞吐，為項(xiàng)目開發(fā)的數(shù)據(jù)庫建設(shè)提供優(yōu)良的數(shù)據(jù)處理方案。其日志備份和恢復(fù)等功能，可以高效穩(wěn)定地管理電網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)用數(shù)據(jù)；并且它提供的安全性能可以有效防止在B/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中遭受攻擊。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于WebGIS的架空輸電線路防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，并采用經(jīng)典的MVC框架對項(xiàng)目進(jìn)行架構(gòu)。其中，M即Model層，指模型部分，包括業(yè)務(wù)處理層和數(shù)據(jù)訪問層；V即View層，指視圖部分；C即Controllor層，指控制部分。MVC框架的優(yōu)勢是顯而易見的，它可以實(shí)現(xiàn)前后端的分離，耦合性低，模塊的重用性也較高，從而可以簡化開發(fā)，縮短項(xiàng)目生命周期。另外，具有部署快、可維護(hù)性高等特點(diǎn)。

根據(jù)具體應(yīng)用需求，將該系統(tǒng)細(xì)分為6個層次，分別為數(shù)據(jù)存儲層、數(shù)據(jù)交換層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、業(yè)務(wù)控制層和綜合展示層，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1）數(shù)據(jù)存儲層

該層主要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，分析存儲系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，包括空間數(shù)據(jù)、臺賬信息以及災(zāi)害專題數(shù)據(jù)等。

2）數(shù)據(jù)交換層

數(shù)據(jù)交換層構(gòu)建規(guī)范數(shù)據(jù)接口，與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)交互，組成以Web服務(wù)為主體，數(shù)據(jù)庫直連、FTP傳輸、文件解析等方法輔助的數(shù)據(jù)交換體系。完成與運(yùn)維指揮系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、智能巡檢系統(tǒng)、氣象監(jiān)測系統(tǒng)等系統(tǒng)的互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)交互工作。

3）數(shù)據(jù)服務(wù)層

數(shù)據(jù)訪問層主要是對數(shù)據(jù)庫一些操作的封裝，主要職責(zé)是對數(shù)據(jù)存儲層和數(shù)據(jù)交換層的數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪查改操作，滿足各類業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求。主要有電網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)、防災(zāi)減災(zāi)數(shù)據(jù)服務(wù)等。

4）業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層劃分功能模塊，利用封裝的數(shù)據(jù)服務(wù)開發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析、災(zāi)害監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)警等功能。

5）業(yè)務(wù)控制層

業(yè)務(wù)控制層是業(yè)務(wù)邏輯層與綜合展示層的中間件，其負(fù)責(zé)接收綜合展示層的交互事件，并調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的相應(yīng)組件，獲得結(jié)果并將結(jié)果通過Http協(xié)議的方式返回至綜合展示層，其中返回的結(jié)果主要有電網(wǎng)圖層數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)以及預(yù)警分析數(shù)據(jù)。

6）綜合展示層

綜合展示層將業(yè)務(wù)控制層返回的數(shù)據(jù)利用Openlayers進(jìn)行可視化展示，主要有圖層的加載、氣象監(jiān)測結(jié)果可視化、覆冰監(jiān)測結(jié)果可視化、覆冰預(yù)警可視化等，并處理用戶的交互請求，與服務(wù)端通信。

3 輸電線路防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

架空輸電線路防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分為以下幾點(diǎn)：

①獲得氣象、覆冰、山火、雷電、鳥害和樹障等對輸電線路影響較大的真實(shí)有效的災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)；

②基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)和災(zāi)害數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，建立災(zāi)害分析參數(shù)平臺，作為災(zāi)害預(yù)測的參數(shù)庫；

③將上述參數(shù)輸入各類災(zāi)害預(yù)警計算模型、災(zāi)害蔓延計算模型、常規(guī)統(tǒng)計算法或者經(jīng)驗(yàn)區(qū)域算法等災(zāi)害專題預(yù)警計算模型，計算未來有效預(yù)警時段內(nèi)大風(fēng)、高溫、寒潮、覆冰、雷電、山火、污穢、鳥害和樹障災(zāi)害的預(yù)測數(shù)據(jù)；

④平臺自動分析將來某時段的預(yù)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)超出地區(qū)災(zāi)害預(yù)警閾值的災(zāi)害將通過短信、聲音和郵件的形式通知相關(guān)責(zé)任人，進(jìn)行災(zāi)前處理，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的；

⑤實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)線路信息、各類災(zāi)害信息、監(jiān)測信息、預(yù)警信息等各類信息的可視化，方便相關(guān)人員直觀查詢管理，同時備份各類屬性數(shù)據(jù)、災(zāi)害監(jiān)控和預(yù)警數(shù)據(jù)，為后續(xù)系統(tǒng)擴(kuò)展和電網(wǎng)安全大數(shù)據(jù)管理提供資源數(shù)據(jù)。其基本流程如圖3所示。

3.1 輸電線路可視化

根據(jù)電網(wǎng)空間位置數(shù)據(jù)進(jìn)行輸電線路的可視化展示，其中按電壓等級進(jìn)行展示，包括交流110kV、交流220kV以及交流500kV；另外就是以供電局的方式對下屬每個供電局進(jìn)行單獨(dú)的可視化展示。圖4所示為云南省110kV（紅色），220kV（紫色）和500kV（黃色）輸電線路。

圖3 系統(tǒng)設(shè)計基本流程圖

圖4 交流輸電線路可視化

3.2 災(zāi)害監(jiān)測功能實(shí)現(xiàn)

災(zāi)害監(jiān)測即是將監(jiān)測得到的災(zāi)害信息以及氣象信息進(jìn)行直觀的可視化展示，并將監(jiān)測設(shè)備信息置于表格中進(jìn)行集中分析。其內(nèi)容包括氣象監(jiān)測、覆冰監(jiān)測、雷電監(jiān)測、山火監(jiān)測、污穢監(jiān)測、鳥害監(jiān)測以及樹竹監(jiān)測。

氣象監(jiān)測通過接入有合作接口的電網(wǎng)專題氣象局的服務(wù)，對當(dāng)前時刻的溫度、降雨量、濕度、風(fēng)速以及風(fēng)向等信息以彈框的形式進(jìn)行展示。各類災(zāi)害監(jiān)測通過數(shù)據(jù)服務(wù)接入相應(yīng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)對監(jiān)測裝置的詳細(xì)信息，進(jìn)行彈框展示并做基礎(chǔ)分析。圖5所示即為覆冰災(zāi)害監(jiān)測信息和3天趨勢分析。

圖5 覆冰監(jiān)測可視化圖

3.3 災(zāi)害預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)

災(zāi)害預(yù)警包括氣象預(yù)警、覆冰預(yù)警、雷電預(yù)警、山火預(yù)警、污穢預(yù)警、鳥害預(yù)警以及樹竹預(yù)警，其中氣象預(yù)警通過接入省氣象局的服務(wù)，展示未來3天的大風(fēng)、降雨、高溫以及寒潮氣象情況。

災(zāi)害預(yù)警以覆冰預(yù)警為例，結(jié)合氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、覆冰監(jiān)測數(shù)據(jù)以及輸電線路運(yùn)維數(shù)據(jù)；通過電力科學(xué)研究院結(jié)合當(dāng)?shù)馗脖攸c(diǎn)建立的覆冰預(yù)警模型輸入當(dāng)前氣象和電網(wǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，生成全省將來3天的覆冰等值圖；再根據(jù)覆冰災(zāi)害級別分析，標(biāo)出覆冰防護(hù)薄弱區(qū)域并作出覆冰預(yù)警信息提示。圖6所示即為覆冰預(yù)警和趨勢結(jié)果。

圖6 未來24h覆冰預(yù)警和趨勢圖

4 應(yīng)用列舉

本系統(tǒng)自2017年6月部署應(yīng)用以來，分別在2017年冬季覆冰頻繁期，2018年1—4月山火頻發(fā)期和6—8月云南雷電災(zāi)害頻繁期3個階段進(jìn)行災(zāi)害預(yù)判和防災(zāi)減災(zāi)指導(dǎo)試用，并取得良好效果。

以覆冰災(zāi)害為例，在2017年云南省輸電線路冬季防冰期，從2017年11月24日曲靖供電局仁銅乙線雨霧混合淞災(zāi)害起始，到2018年2月9日昭通供電局徐馬二回線霧凇覆冰災(zāi)害止的整個覆冰預(yù)警期間電壓等級為10kV及以上線路記錄，人工實(shí)際檢測確認(rèn)覆冰災(zāi)害為1081起，系統(tǒng)線路預(yù)警次數(shù)1318次，準(zhǔn)確率達(dá)82%。

其中110kV電壓等級線路重點(diǎn)供電局人工確認(rèn)災(zāi)害318次，系統(tǒng)預(yù)警387次，正確率為82.17%。其詳細(xì)統(tǒng)計表見表1。

表1 2017年冬季110kV以以上電壓等級覆冰統(tǒng)計表

傳統(tǒng)覆冰災(zāi)害監(jiān)測方式是各供電局根據(jù)天氣預(yù)報信息，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計規(guī)律等派出線路檢查組和檢查車輛，逐條線路檢查覆冰情況，發(fā)生冰災(zāi)的線路多采用人工除冰法。傳統(tǒng)的防災(zāi)減災(zāi)方法在人力有限的情況下效率不高，車費(fèi)、人工等費(fèi)用消耗較大。

目前在系統(tǒng)指導(dǎo)下，融合各類氣象數(shù)據(jù)和覆冰監(jiān)測裝置實(shí)時數(shù)據(jù)，先計算未來24h、48h和72h可能形成覆冰災(zāi)害的區(qū)域范圍，然后計算處該范圍內(nèi)的受害線路并做地理信息定位。根據(jù)該預(yù)警和線路定位成果，派出相關(guān)除冰作業(yè)人員準(zhǔn)確到達(dá)災(zāi)害發(fā)生區(qū)域，且根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警等級高的區(qū)域提前部署除冰融冰裝置，做到有的放矢。系統(tǒng)預(yù)警顯示效果如圖7所示。

圖7 昭通市市東部未來24h覆冰區(qū)域和等級

根據(jù)云南電網(wǎng)公司統(tǒng)計資料顯示，2013—2016年每年冬季防冰期全省范圍內(nèi)月均派出約90組巡線組，工作周期約為10天左右，全省月均人車等月均消費(fèi)270余萬元。2017年冬季防冰推行預(yù)警系統(tǒng)指導(dǎo)巡線以來，每月少派出30余組巡線組，直接節(jié)約經(jīng)費(fèi)達(dá)百萬左右，大力提高了防災(zāi)減災(zāi)工作效率，節(jié)約了防災(zāi)減災(zāi)工作成本。

結(jié)論

本文設(shè)計開發(fā)了一款基于WebGIS和多源數(shù)據(jù)的架空輸電線路防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)，在電網(wǎng)屬性可視可查的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)氣象、覆冰、雷電、山火、污穢、鳥害和樹障等災(zāi)害當(dāng)前監(jiān)控數(shù)據(jù)可視可查，并建設(shè)參數(shù)平臺，基于各類災(zāi)害的實(shí)時監(jiān)控參數(shù)結(jié)合災(zāi)害預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)未來可預(yù)測范圍內(nèi)的災(zāi)害發(fā)展趨勢預(yù)測，重要警情提前預(yù)報，提前處理，實(shí)現(xiàn)防災(zāi)減災(zāi)的目的。

目前已部署于云南電網(wǎng)公司相關(guān)運(yùn)維部門，為輸電線路運(yùn)維提供災(zāi)害信息參考和輔助決策，提高了電網(wǎng)的運(yùn)維效率、災(zāi)害預(yù)判和防災(zāi)水平。