基于GIS的牵引供电信息管理系统平台的分析

　　 摘要: 随着我国电气化铁道的迅速发展，提高牵引供电系统信息管理的自动化水平，对于提高牵引供电系统的管理水平，保证电气化铁道安全运行有重要意义。地理信息系统（GIS）运用地理模型对地理空间数据进行集成管理。提出了一种适合牵引供电系统的基于Arc/Info的牵引供电GIS平台解决方案，通过平台的试验应用，表明该方案具有强大的二次开发能力，满足工作节点多且分散的要求，能够满足牵引供电管理信息系统的要求。
关键词: 牵引供电； 地理信息系统； 平台； 选择

Abstract: The electrified railway is developing quickly. One of the important problems we faced is how to improve the work efficiency and reliability of the power supply system. Geography Information System (GIS) towards to various application fields has become a technology applied in almost all projects, study and management fields based on space information. In the paper, GIS has been used in the power supply system and a new management system has been designed. This example shows the powerful twice developing ability , which could also satisfy the needs of excessive and separate work nodes. All researches showed in this paper demonstrate the method could satisfy the need of power supply system GIS.
Key words: the power supply; geographic information system; platform; choose

地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）是地理学、计算机科学和信息管理学等多种学科交叉的产物，它把相互联系的各种地理方面的信息抽象为计算机可以表示和描述的数据存储起来，利用计算机强大的数据处理功能对其进行再加工，提出地理系统所关心的各种空间属性以及与之相联系的信息，并在此基础上提供实时控制、自动决策与智能分析等功能[1]。
1 牵引供电信息管理系统需求分析
牵引供电系统包括牵引变电所（分区亭、开闭所）和牵引网，它们的状态直接关系牵引供电系统安全运行。供电段担负牵引供电系统的运行及其维护工作。主要包括：系统的运行管理；供电设备的维护检修；事故抢修和记录等。
这些工作涉及到大量施工图纸、履历档案、检修计划、检修数据、抢修工具车辆、抢修人员信息等技术资料。根据对供电段的现状调查，绝大部分供电段仍然使用传统的手工方式管理这些资料：各种资料分散，查找困难，特别是在发生事故时，很难快速准确地获取事故现场的有关信息（包括与地理空间相关的信息）。目前已有基于MIS的牵引供电信息管理系统，但由于功能限制，无法完成对牵引供电系统的地理空间数据的管理，更无法完成与地理空间相关的分析。牵引供电信息管理本身涉及到大量地理空间信息，同时在日常工作中还需要进行与地理空间相关的一些分析，而GIS系统正好能满足这一要求。
2 基于GIS的牵引供电信息管理系统的功能
分析牵引供电信息管理系统的主要使用者——供电段的需求，本系统设计的基于GIS系统的功能包括图层管理、设备空间查询、和事故抢修支持等。图层管理功能，是基于GIS的地理数据采集和显示；事故抢修支持功能中的最佳路径分析是直接利用GIS的最佳路径分析功能，飞行模拟的立体地形模型利用GIS的空间分析功能；设备空间查询功能，基于GIS空间查询功能进行设计，实现设备直观空间查询。这几种功能必须在GIS平台上操作实现。
依据供电段的需求，系统还应具备履历簿管理功能、耗材管理、报表管理、运营管理和实时数据管理等功能。这些功能涉及的信息相对独立于地理空间信息，可以采用以往的管理方式，直接链接到GIS系统实现。GIS系统进行设备的空间查询时要显示设备属性信息，因此，本系统开发了设备管理功能，以方便空间信息和属性信息的链接。传统的报表管理、履历簿管理功能也在设备管理功能中实现。基于GIS的牵引供电信息管理系统需要具备主要功能如图1。
图1 基于GIS的牵引供电信息管理系统的功能
3 GIS平台选择的考虑因素
根据建立系统的需要，选择GIS系统平台时主要考虑以下几个方面：
1)　　 软件的稳定性
稳定性是在选择软件时首先要考虑的问题，软件的稳定性保证系统的稳定性，因此要选择具有大型工程应用经验的软件作为系统的GIS平台。牵引供电系统关系着电气化铁路的安全可靠运营，所以系统更应稳定可靠。
2)　　 软件的数据兼容性
由于现有的数据格式差别很大，而且在系统建成以后，系统还要与各种不同格式的数据进行交换，因此数据的兼容性是衡量GIS平台好坏的一个重要条件。
3)　　 与数据库的链接
采用大型数据库管理空间数据与属性数据是一个发展趋势，采用大型关系型数据库来管理数据，能够实现快速的查询、统计及方便的数据更新，因此所选用的GIS平台软件应该能支持大型数据库。
4)　　 与其它系统的融合
在软件的选型上要保证在该平台上开发的软件能够与其它系统集成、产品共享、产品格式互相转换等，以实现所有管理信息系统的一体化。
5)　　 模型化能力
地理信息系统的模型化能力，是指地理信息系统软件所具有的对现实世界和用户需求建立数学模型的方式和方法（如对地理空间信息进行描述的三维模型等），以及描述某些因素特征、解释某些现象、预测发展趋势、方案优化和辅助决策的能力。
6)　　 二次开发能力
一个好的地理信息系统基础软件不仅应提供强大的数据存储、组织、管理、操作和分析能力，还应提供良好的二次开发能力。软件的二次开发能力，是指软件为用户提供的用来进行开发实用系统或实用模型的能力。用户的需求是多种多样和不断变化的，任何一种地理信息系统基础软件都不可能包罗万象，不可能完全满足用户的所有目的和要求。这里的二次开发包括对原有系统进行个性化改造（如删除不需要的菜单、按照自己风格安排菜单和按钮等）、与其他工具开发的功能模块的链接整合、提供二次开发工具（如编程语言）进行功能扩展等。

7)　　 用户界面的友好性
用户界面的友好性是衡量一个软件优劣的重要标志之一。用户界面是用户和系统交流的通道，是系统的外观表现和具体操作平台。系统使用者可能并不熟悉地理信息系统的专业知识，而只需要明确使用系统以及系统的实用性和正确性。因此，良好的用户界面是系统应用的关键之一。
8)　　 汉字处理能力
对我国的地理信息系统而言，无论是输入(图形、属性)还是输出(图形、图表、文字)，绝大多数为汉字格式。因此，采用的软件系统必须具有良好的汉字处理能力。如界面菜单的汉化情况、汉字库的支持、汉字与西文的切换能力、汉字的处理功能等。
此外，牵引供电系统的工作片区广，地理环境复杂，设备繁多，数据分布范围广，要求系统具有处理这些数据的能力；牵引供电系统设备运行参数、设备检修更新等数据,处于实时动态更新状态，信息管理系统内数据也应相映及时更新，使查询准确。
4 基于GIS的牵引供电信息管理系统应用试验
基于牵引供电信息管理的功能需求，进行了基于GIS的牵引供电信息管理系统开发试验，这里选用ESRI公司的桌面GIS软件中Arc Info和Arc View；为了保证选用GIS软件的运行效率，在辅助软件上选用上也做了充分考虑。
4．1 基础软件选择
ESRI是美国环境系统研究所的简称，是世界唯一一家能够支持全系列操作系统的GIS厂商。本系统将Arc Info和Arc View 有机结合建立基于GIS技术的牵引供电信息管理系统。
Arc Info针对大系统而设计，Arc Info是其系列产品中最经典、功能最强大的专业产品，提供强大的二次开发功能。
Arc Info核心模块提供强大的分析功能，包括网络分析、拓扑分析、叠加分析等。Arc Info软件除支持各种数据的输入、输出、编辑，专题图制作，地图分层叠加显示、多种方式查询统计等GIS软件均可以完成的基本功能外，还提供了大量专业GIS分析功能，例如：动态分段技术、缓冲区分析，叠加分析、网络追溯分析等。同时，Arc Info还提供了适合于各种应用的扩展模块如栅格分析模块, 3D分析模块等。Arc Info除采用传统的GIS点线面数据模型外，还引入了一种全新的面向对象的空间数据模型（Geo Database）。可以利用这个模型来定义和操作不同用户或应用的具体的模型（如：通信模型、流体模型、电力模型、和其他数据模型）。通过定义和实现这些地理数据模型，为创建和操作不同用户的数据提供了一个功能完备的平台。
在基本图件处理、地理分析方面使用Arc Info有很大的优越性，故本系统建立过程中，在地图数字化处理、属性编辑和地理分析方面使用了Arc Info。
Arc View在功能上远远超越了桌面制图系统，它的可扩展软件结构为GIS应用提供了一个具有伸缩性的软件平台。Arc View集空间图形、关系数据库、统计图形、空间分析、网络通讯、面向对象的程序设计于一体，图形用户界面直观，借助鼠标即可完成许多GIS任务，用途广泛。
Arc View以项目（project）作为基本应用单元，项目是指一个被地理信息系统管理的特定区域，由一幅或多幅数字地图来描述。Arc View采用可扩充结构设计，由基本模块和可扩充模块功能组成。基本模块包括：视图、表格、统计图、图版、程序；可扩充功能模块有：空间分析、网络分析、三维分析、绘图输出、影像分析、追踪分析等。Arc View开发编程语言，即Avenue，是面向对象的程序设计、调制、开发工具。
值得注意的是，Arc View的项目文件并不包含构成上述各种图的空间分布型或表格型基础数据，换言之，它仅是一种关于如何利用数据库中的基础地理数据产生视图、表格、统计图、图版，以及通过程序产生一个特定的GIS应用或一组连续的相关GIS应用的描述性文件。不过，它也记录了原始地理数据在磁盘中数据库内的具体位置等参考信息。
系统建设过程中利用利用Arc View来集成数据，建立系统，并将其他工具开发的模块链接到系统中，按照牵引供电系统管理的目标建立个性化的操作界面。
4.2 支撑软件选择
为了快捷地处理数据、方便数据管理，仅靠Arc Info和Arc View还不能完成系统开发，需要其他软件来辅助完成。
在数字地图制作中，由于Arc Info系统大，需要的硬件要求高，在地图数字化方面没有优势。而AutoCAD、CoreDraw等软件支持数字图层，而且其需要的硬件条件较Arc Info低，故在数字地图制作过程中，利用了AutoCAD软件。
本系统的属性数据库的建立是一个主要内容。Arc Info的Tables模块虽然是一个属性数据库管理功能模块，但只能算一个简单的数据库模块，其可操作性、输入、界面定制等功能较弱，故属性数据库建立时还需要其他相关数据库软件来支持。系统选择了常用的Visual FoxPro 6.0来完成主要属性数据库的建立、部分属性查询等功能。
4.2 应用系统试验
根据分析，试验建立了小区域的牵引供电地理信息系统，通过试验表明，基于此平台的管理信息系统，采用了以数据库为中心的GIS体系结构，并以数字地图作为其核心数据，数字地图的比例尺采用的是l：50000的比例尺，突破以往牵引供电信息管理系统不能涉及详细地理信息的缺陷，将非地理属性信息与地理信息有机结合，充分利用地理信息系统的空间分析、网络分析等功能，使牵引供电信息管理系统具有直观性、临场感，实现动态信息查询、决策分析等功能。
图2 系统整体结构开发图
图3 试验系统的路径查询查询功能
5 结论
为了提高牵引供电系统信息管理的自动化水平和管理水平、保证电气化铁道安全运行，采用基于Arc/Info的牵引供电GIS平台解决方案是可行的该方案具有强大的二次开发能力，满足工作节点多且分散的要求，能够满足牵引供电管理信息系统的要求。
参考文献
[1]　　曹其明等.ArcView地理信息系统实用教程.北京大学出版社,2001.3
[2]　　房佩君等.地理信息系统(Arc/Info)及其应用.同济大学出版社，2000.6
[3]　　程坤，雷亮. 铁路牵引供电调度信息管理系统.电气化铁道，2002年第3期
[4]　　沈榕等.铁路工务部门地理信息查询系统.铁路计算机应用，2001.8
[5]　　Paul L Fletcher and Kelvin Avenue. A Novel Electrical Equipment On-line Monitoring System Based on Geographic Information System. The Institution of Electrical Engineer,