配电GIS数据采集

配电GIS户外数据采集系统的建设与思考

上海杰狮信息技术有限公司 袁晨 赵晓纯

摘要：数据是GIS系统最重要的基础，也是一个GIS系统能否长期运行的一个重要保障。

本文以石狮电力联营公司的配电GIS管理系统的数据采集实施过程为例，探讨了户外数据采集系统的建设，并对数据采集方法和数据采集流程进行了研究，并介绍了项目实施的相关经验。

关键字: GPS、手持GIS/GPS、配电GIS、数据采集

前 言

配电管理GIS系统已经日益成为供电局信息系统中的重要组成部分,在配电系统中扮演着重要的角色，它给传统的配电管理带来一次新的技术革新。配电GIS系统是集数字化地理信息、电网结构信息、电力设备图形与台帐、设备运行规程等于一体的管理信息系统。其突出特点就是使用丰富的地理信息系统方法来描述电网的运行状况，构筑一个“数字电网”，使用它可以实时形象地了解电网的各类信息并辅助工作人员进行业务管理与决策，从而对电网进行有效、科学的管理，提高管理质量和运行效率、降低运营成本、保障供电可靠性。

然而在历来的GIS系统中数据的问题一直存在，并且有时候会制约整个系统的建设，目前存在的突出问题就是电子地图的更新周期特别缓慢，特别是在县镇一级的行政级别：从宏观上来说，一方面城市的建设步伐日新月异，一方面地方测绘的力量相对比较薄弱，所以对数据需求的矛盾特别突出；从行业的角度来说，经济越是发展，电力设施的更新和变动也就越频繁，电力行业的这个特殊性也决定了对于基础电子地图的依赖性特别强，而这么频繁的变动对测绘部门来说是不能承受之重。问题因此产生，如何解决这个问题呢？本文作者结合石狮电力联营公司配电GIS管理系统的建设经验对该问题进行了初步探讨，希望起到抛砖引玉的效果，给其他GIS系统的建设者们以启发和借鉴。

一、 项目背景简介

石狮市占地面积为159平方公里，人口30万人；现有220kV变电站2座、110kV变电站5座，2004年4月份新建并投运110kV变电站1座，2005年新建

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并投运110kV变电站2座；现有220 kV线路3条，110 kV线路9条，10 kV线路85条；10 kV线路800公里，其中包括部分电缆，主干线多数为同杆三回架设，线路杆塔13000根，配变2400台。由于经济的发展，每年用电增长速度为15%-23%，电网建设步伐也加快，因此，必须尽快建设配电GIS管理系统，提高电网的管理水平，确保电网的安全。

由上述情况可以看出，由于石狮市是一个高速发展的城市，对用电的需求量很大，因此石狮供电联营公司担负着繁重的供电任务，对电网的建设呈现出一个长期的高速发展的势头，在这种态势下必然导致电网变动会比较频繁，对数据的实效性提出了更高的要求。如何在这种情况下解决的数据采集问题呢，是本GIS系统首先要面临的一个艰巨的问题。

二、 技术背景简介

1、

GPS全球定位系统

GPS(Globle Positioning System)全球定位系统，是随着现代科学技术的迅速

发展，而建立起来的新一代精密卫星定位系统。它是由美国政府历经20多年，耗资一百二十亿美金，实施的一项庞大的宇宙及航天工程。该系统可以在全球范围内实现全天候、实时地为用户连续提供精确的位置、速度和时间的信息。

GPS系统由24颗卫星组成，覆盖全球，每颗卫星连续发射数字伪随机码信号，在地面的GPS用户通过同时接收三颗以上卫星信号来计算出自己在地球上的位置、三维速度和当前时间。目前，GPS工作卫星共有24（21+3）颗，均匀分布在倾角为55度的6个轨道上，各轨道升交点（与赤道交点）之间的角距为60度角，每个轨道分布4颗卫星，相邻轨道之间的卫星还要彼此叉开40度角，以保证全球均匀覆盖的要求。这样，在全球任一地点其观测角在5度以上可见到4颗卫星，观测角在10度以上可见到4～10颗卫星，观测角在15度以上可见到4～12颗卫星。GPS卫星定位系统可以提供准确的三维位置、三维速度和精确的时间信息。系统提供P码和C/A码两种定位服务，P码提供精确定位服务（PPS），C/A码提供标准定位服务（SPS），分别供军用和民用。

由于当前美国已经取消了SA干扰，因此民用级别的GPS接受机一般能达到10米左右的定位精度，基本可以满足户外数据采集的定位需求。采用GPS定

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位技术是实现数据的采集的重要技术保障，具有快速、简便、廉价的特点。

2、

移动GIS与手持GIS/GPS技术

移动GIS是指人们通过移动终端设备随时随地获取有关地理信息的服务。它不是掌上电脑等个人数字助理（PDA）与GIS、GPS的简单结合，而有着更广泛的外延和更深刻的内涵。移动终端设备、网络、地理信息系统、各类地理信息服务及其供应商是它的必备要素，它的最终目标是“实现随时(anytime)随地(anywhere)为所有的人(anybody)和事(anything)提供实时服务(4A服务)”，把复杂的地理信息变成能够充分利用和享受的信息。移动信息系统，是全局信息系统中部分孤岛的“链”，是全息化管理的一个阶梯。

在本系统中我们选用了HP Ipaq3950掌上电脑、NAVMAN的3100型GPS背夹以及CF型GPRS卡、车载辅助套件等设备作为移动端的硬件平台，以ESRI公司的ARCPAD6.0作为专业GIS软件平台，并在此基础上开发了一套适合于配电GIS户外数据采集的手持GIS/GPS应用系统。

PDA

GPS

应用系统

三、 户外数据采集系统的建设重点

1、

明确户外数据采集的目标和工作流程

古语说的好“有的放矢”，做任何事情都要有个目标，只有目标明确了，做事情才会不出偏差。我们之所以要到现场采集数据，一方面是因为对设备的地理位置不明确，另一方面是对某些信息不明确（如杆塔的现场编号、变压器的铭牌信息等）。不知道的我们才需要去了解，而有些信息是在其他系统（如MIS系统、

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用电系统等）中已经存在的，就不需要再到现场记录。

针对这种情况，我们确定了数据采集的流程，一方面利用手持GIS/GPS系统采集新的、未知的数据，另一方面利用手持GIS/GPS系统对已经录入的数据在现场进行数据的校核，直接在现场对数据进行完善和再加工。

2、 在组织机构和人员配备上建立有力保证

对GIS系统建设来说，在建设初期需要投入大量的人手进行现场的数据采集和采集之后的数据录入工作，在系统建设完成之后则只需要较少的人手进行日常的采集和数据维护工作。而当前石狮供电联营公司的人手特别紧张，针对当前这种特殊情况，我们临时招募了一批数据采集和录入人员，通过培训使他们掌握了数据采集和录入工作。

手持GIS/GPS系统良好的易用性保证了这项工作的实施，数据采集人员经过简单的使用培训，很快就能掌握了手持设备的操作，利用手写输入法可以在现场极大地方便工作人员的信息录入。这样石狮供电联营公司只需要投入有限的几个工作人员做为指导和配合，而由临时招募的一批数据采集和录入人员在现场执行数据采集工作。

3、

利用手持GIS/GPS系统解决坐标转换问题

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目前GPS仪均采用WGS84参考坐标系来获取经纬度数据，而配电GIS系统中采用的电子地图往往是地方坐标系或是国家80或54坐标系。以本系统为例， 它采用的电子地图是石狮地方坐标系，因此首先需要做的工作就是对两个坐标系之间进行坐标转换。考虑到石狮整个区域的面积不是很大，在充分估计了误差的情况下我们采用了平面转换的方法，首先在石狮的几十个特征地物点处提取了控制点，然后通过转换计算，获取了坐标转换的公式。最后将转换成WGS84坐标的电子地图（包括道路边线、道路中线、河流、建筑物等图层）传输到PDA中，经过和实地地理位置的比较，发现能较好地满足精度的要求。

4、

开发出适合于户外数据采集应用的强大功能

以往的数据采集，往往是通过工作人员在户外直接在图纸上进行信息记录来进行，对电子地图的要求高，容易产生疏漏和误差。而且在遇到新建地区时，由于缺乏必要的参照物，造成无法进行信息采集。我们针对这些问题，在手持GIS/GPS系统终端上提供了多种数据采集和编辑的方法： （1）、 直接利用手持终端上的电子地图进

行线路设备的绘制和编辑，

（2）、 利用台帐编辑功能，采用手写输入

法，可以在户外直接在手持终端上进行信息资料的修改；

（3）、 可以直接记录GPS的坐标数据，并自

动进行唯一性编码的生成与存储；

（4）、 可以依据GPS定位信息对原有的线路设备数据进行坐标维护；

四、 数据采集工作的一些体会

1、

一定要明确各阶段的工作目标

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在任务正式开始之初，我们就确定了“先易后难，由点及面”的采集原则。虽然整个电网是由成千上万的电力设施组成，但本身还是有一定的组织结构的，简单地讲可以分为主干线路和支线线路，主干线路都比较长、一般沿着公路布设（基本上都是在一些车辆很容易通过的地方），而且也更重要一些。支线线路则很分散、曲折，有的布设在山凹田间或者是小巷子里，采集的难度相对比较大。针对这种情况，我们抓住主要矛盾，本着“先易后难、由点及面”的原则，先采集主干线路。

在实际的工作中，我们以不到20个工作日的时间出色的完成主干线路的采集工作，约采集杆塔3000根左右。在较短的时间内将系统的框架搭建起来。

2、

对人员分工需要明确

由于数据采集的工作量十分巨大，而且采集的线路复杂，数据量非常繁杂，所以对采集小组进行一定的分工是十分必要的。

为了加快采集的速度和提高效率，我们采用小组的方式，每个采集小组由三个人员组成：一个负责拍照、一个负责采集GPS位置、一个负责记录现场信息。负责拍照的组员需要对实地电网线路比较熟悉，他是整个采集小组的现场指挥者，由他来安排当天采集的线路，然后指挥采集小组按顺序从线路的其始点一直采集到线路的终点，同时还要把每个电杆、变压器和交叉跨越等实地情况拍摄下来。根据具体的情况，对于线路跨度比较长的地段，为了加快速度，对数据采集小组配备工作车辆。

到达工作现场后，负责采集GPS位置的组员将杆木、变压器以及交叉跨越等需要采集信息的位置利用GPS仪在PDA中记录下来，系统自动将每一个GPS采集点生成一个唯一的编号。负责记录现场信息的组员同时将杆型、杆高、杆塔编号、线路排列方式、变压器名称等信息记录用手写输入法录入到掌上电脑中，建立并记录对应点的GPS采集点编号和拍摄的相片编号。

通过合理的分工，我们在实际操作过程中，采集工作的效率有了很大的提高，同时由于进行分工，每个人将大部分精力都放在自己的职责范围之上，能够保证所采集数据的准确程度。

3、

要在软件和硬件两个方面为数据采集做好充分准备

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由于数据采集都是在户外进行，工作环境比较恶劣，所以在设备上需要作好准备。我们每次出去采集线路之前，一方面明确当天要采集的线路，对数码相机和手持GIS/GPS设备充足电源。另一方面需要准备相关的车载附属配件，例如车载充电器、应急充电器等，以备不时之需。

强大的户外综合应用系统也是顺利进行数据采集的强大保证，系统不仅要有适合于户外工作特点的专业应用，还要有很好的可操作性。不论是数据采集过程中，还是数据采集完成后，都需要注意对数据库进行及时的维护，这样才能够保证数据的准确与完整。因此，后期数据的处理应该摆到与户外数据采集同等重要的位置。在本系统中，我们专门开发了手持GIS/GPS系统向室内的配电GIS系统进行数据转换和数据传输的功能，户外采集的数据可以很方便地传递回GIS系统，减小重复录入的工作量，也有利于系统数据的及时性。

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