基于GIS采集技术的辅助业扩报装支持系统
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国网新疆电力公司电力科学研究院的研究人员冉懿，在2016年第12期《电气技术》杂志上撰文，针对传统业扩报装系统耗费资源多、工作效率低的不足，开发设计了基于GIS采集技术的辅助业扩报装支持系统，文章从任务需求、系统架构、数据来源、GIS采集系统、决策机制几方面分析了系统的设计，并对系统的实现与应用效果进行了阐述。
业扩报装是供电企业营销工作中的重要组成部分，是增供扩销、优化服务的主要途径。然而以往业扩报装牵涉部门单位多，申请和审批手续繁琐，业务流转时间长，工作效率低，并因此影响企业的形象[1]。虽然供电企业管理信息系统（ManagementInformation Systems，简称MIS）已得到广泛应用，但基于办公自动化的MIS无法解决电力系统空间位置分布问题。在业扩报装流程中，现场勘查和调度是影响工作效率的关键环节，不仅时间长、成本高，而且方案制定依赖于业务人员的经验[2]。
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）将与地理位置相关的变电站、线路、负荷等信息存入计算机系统，业务人员在接到业扩申请就能够通过电子地图了解客户周边的电力设施分布情况，去现场确认前就能初步拟定供电方案，减少了现场勘查次数和成本，提高了方案制定的精细化程度和工作效率，所以GIS与MIS结合可以为业扩报装提供强大的辅助支持功能，实现增供扩销、优质服务的目标。
1 系统的设计
1.1 任务需求
根据《供电营业规则》规定，业扩报装的主要流程包括业务受理、供电方案制定与审批、工程设计与施工、竣工验收、装表接电等。基于上述流程需要考虑以下任务需求。对于用户来说，可以在网上实现报装申请、用电变更申请，查询业务流程、电量电费等信息，以及通过GIS功能实现地图基本操作与综合查询等。
在功能需求方面，供电部门获得用户申请后，要对用户资料进行审查，然后制定供电方案。GIS辅助业扩报装系统将为工作人员快速制定方案提供帮助，根据系统内现有的网架结构、线路走向、变电站及周边环境等情况，提供直接而有效的信息，再利用空间分析和辅助决策系统提供优化的方案。
当现有系统内缺少必要的信息，或者制定方案后要到现场进行确认，这时工作人员携带移动式GIS采集器，通过现场测量获取必要的数据，并上传系统。此外，系统还应具备用电档案管理、用户权限管理等功能。
1.2 系统架构
本系统采用多层架构，利用组件技术将界面控制、业务逻辑与数据映射相分离，实现系统内部松耦合，具有适应业务变化的灵活性和服务结构的强韧性。系统架构总体上分为展现层、服务层和数据层。
展现层通过Web和移动平台来表现，并采用服务器C/S模式和客户端B/S架构。服务层以GIS空间信息服务为核心，贯通营销服务层和配电服务层。数据层基于空间数据模型和电网拓扑模型，建立各种类型的数据库。如图1所示。
图1 业扩报装辅助支持系统架构图
1.3 数据来源
系统数据来源如图2所示。主要来源于营销系统和业扩报装辅助支持系统自身，而地理数据一部分源于现有平台，另一部分新数据源于GIS采集系统。公共数据主要存放于各专业应用系统中，部分与GIS关系密切的存放于GIS平台中。
地理数据和含拓扑的电网信息存放在GIS平台内，有利于集中统一管理，减轻数据同步所引起的系统复杂性增加问题。分布于各专业应用系统内的各种数据，可能在结构和内容上存在较大差异，但通过数据标识和信息编码的统一可以实现各系统之间的信息共享与集成。
1.4 GIS采集系统
业扩报装与位置相关的数据是电网资源数据，即在GIS平台中用来描述电网中设备、设施、网点等图形及其属性的数据[3]。与业扩报装关系密切的电网资源数据有配电、用电、通信和公共设施方面的数据，例如变电站、线路、杆塔、井、用户站等。这些数据涉及坐标、高程、特征照片等位置形状数据，以及地点、名称、电压等级、性质、状态等属性数据。
以杆塔为例，数据处理流程为：外业数据采集→数据文件统一编码→坐标转换→杆塔中心坐标计算→匹配性检查→数据入库。外业数据采集主要有GPS测量法、全站仪测量方法、航摄法、激光扫描法等，其中全站仪法只适于小范围测量，GPS测量法应用更广泛。GPS测量分车载移动测量和手持GPS定位仪两种。本系统采用手持GPS定位仪采集数据。
图2 业扩报装辅助支持系统数据来源
1.5 业扩报装辅助支持系统的决策机制
在接到用户申请并通过审查后，就要依据用户需求和已有的知识初拟供电方案，这个过程涉及供电方案的决策，主要内容包括报装容量的确定和报装路径的优化。
报装容量是指用户所在供电区域所能支持的最大用电容量。当该容量低于附近现有配变容量，即配变仍有剩余容量接纳用户负荷需求时，将用户容量类型归为低压用户，可从变压器输出端或输出干线上接线。
当报装容量超出配变容量范围，但没有超过线路容量时，可将用户容量类型归为专变用户，可在主干线上引线安装专用配电变压器。当报装容量超出线路容量时，可将用户容量类型归为专线用户，从电源变电站新增出线间隔。在系统用户交互界面上输入报装容量，系统会根据预定的报装容量规则自动确定用户供电方案的电压等级。
报装路径优化是指根据预定规则，系统选择建设费用最小的路径。影响报装路径的因素包括走廊条件、跨越条件、变压器负荷条件和架空条件等[4]。走廊条件是指满足布线要求的路段，如道路、街巷等。跨越条件是指连接走廊的条件，如走廊之间存在影响跨越的高大建筑物，则不满足跨越条件。
变压器负荷条件是在满足“N-1”准则前提下，变压器允许的负荷率，例如2台变压器最大负荷率不超过65%，3台变压器最大负荷率不超过87%，4台变压器最大负荷率不超过100%。架空条件是能够采用架空线路的条件。令Ck为报装线路的建设费用，lk为段线路的长度，Dk为段线路的线径，则有
（1）
报装路径的优化[5]可归结为：
（2）
式中，Rk为k段线路的网损，I(lk)、Imax(lk)为k段线路的电流与最大允许电流，Us为供电负荷点s的电压，Umax、Umin为节点电压的上、下限。
求解众多约束条件的路径寻优问题可采用现代启发式算法，如禁忌搜索算法、模拟退火算法、蚁群优化算法、遗传算法等。图3为遗传算法的路径寻优搜索流程。
图3 路径优化遗传算法的搜索流程
2 系统的实现与应用
2.1 开发环境
开发PC操作系统为64位Windows 7，服务器操作系统为Windows 2012Server。GIS开发采用ArcEngine 9.3组件，空间数据库采用ArcSDE10.1引擎，关系型数据库采用SQL Server 2012。编程语言为C#。手持GIS终端采用Android SDK工具包进行开发。
2.2 功能实现
以GIS采集器功能实现为例。GIS采集器大都采用嵌入式系统，本系统采用Android 4.4，其好处是基于成熟的操作系统不必将主要精力集中在底层硬件资源的管理上，而更多的关注业务流程等实际应用功能。
针对业扩报装GIS数据采集的需要，主要满足图形及属性的采集与编辑、地图缩放浏览、图层管理、综合查询、用户管理、文件管理、数据库管理、数据同步、通信管理等功能。
2.3 系统应用
通过测试和实践应用，与传统工作方式相比，基于GIS采集技术的业扩报装辅助支持系统可以快速确定最优供电方案，提高业扩报装工作效率30%以上，同时打破了营销与运检业务之间的信息壁垒，促进了两者之间的协同，对电力企业管理能力的提升发挥了积极的作用。
3 结论
为解决以往业扩报装效率低、成本高的不足，基于GIS采集技术的辅助业扩报装支持系统充分利用电网GIS平台和营配一体化系统的优势，并结合业扩报装工作的特点开发设计，对于满足供电企业营销管理和业务发展工作的需要具有重要价值。随着系统的应用和不断完善，必将对供电企业增供扩销、提高效益发挥更大的作用。