伴隨著計算機和網絡相關技術的快速發展和應用的逐步成熟，從發電到供電再到用電的各個環節已然進入大數據智能化時代。特別是國家電網和南方電網“十三五”計劃，不約而同地將建設智能電網、清潔電網作為新時期工作的重中之重。那么研究發供用體系中的各環節運維智能化就顯得更具意義。

但同時近年來自然氣象多變，災害頻發，電網安全平穩運行大受影響。從我國實際出發，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境中，極易受氣象和災害影響，所以提高架空輸電線路防災減災工作顯得尤為重要。

云南是一個典型的自然災害頻發地區，且云南電網輸電線路覆蓋區域廣闊，沿途氣象、地理環境復雜，極易受到極端天氣和地質災害的影響。根據分析自然災害引起輸電線路線路主要故障形式及其特點，在總結輸電線路運維技術和需求的基礎上，開展防災減災系統建設。

本文利用WebGIS技術，通過對獲得的多源數據信息進行挖掘，可對氣象、覆冰、雷電、山火等災害信息進行有效的分析和可視化處理，形成災害監測預測一體化，為電力運維部門提供決策依據，以提高電網的運行穩定性，保證供電可靠性。

1 關鍵技術研究

1.1 WebGIS基礎理論

WebGIS即網絡地理信息系統，是Internet在GIS上應用的產物，通過使用它，用戶可以很方便的從網絡上的任意一個節點瀏覽或者獲取網絡上的各種分布式地理空間數據，并且可以進行各種在線的空間分析與空間檢索操作。WebGIS的應用使GIS能夠真正的走向社會，可以為更多的社會群體服務，讓基于以太網的電網監控和防災減災成為可能。其具有以下幾種特征。

1）全球性的服務器應用

全球范圍內任意一個網絡節點的Internet用戶都能訪問WebGIS服務器發布的各種GIS服務，并且可以進行全球范圍內的GIS數據更新。

2）真正大眾化的GIS

伴隨著互聯網技術的高速發展，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前所在位置，可以使用導航服務去想去的地方，基于位置的服務正使我們的生活變得方便和快捷。

3）良好的可擴展性

WebGIS可以很容易的跟其他信息服務進行無縫集成，由此建立靈活多變的GIS應用。比如可以跟水環境信息服務平臺進行集成，可實現兩種平臺不同信息展示方式的有效結合。

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 數據來源

目前電力系統可以采集到多源信息，為了有效利用數據支持電網災害監測預警工作，數據分析主要包括設備空間信息數據、災害專題數據以及基礎臺賬信息等，如圖1所示。通過對各類數據采用預警分析模型進行計算分析和標記危險源，之后提供給運維管理人員使用。

圖1 系統數據來源

1）設備空間信息數據

該數據主要包括桿塔空間位置信息、塔-線拓撲結構數據、導線相位變化情況等信息。該類數據來源于電網公司相關機構，其在電網架設和維護過程中采集的數據，一般以數據庫的形式保存。

2）基礎臺賬信息

輸電線路可細化為導地線、桿塔、接地裝置、附屬設施、絕緣子串、金具、基礎部件。針對線路及其部件的設備檔案數據信息包括：線路長度、導線型號、地線型號、絕緣子型號、金具型號、桿塔型號、架設方式、絕緣子盤徑、電壓等級、出廠日期、投運日期等。這些數據通常是電網公司設計和運維過程中保存的基本數據。

3）災害專題數據

災害專題數據包括：氣象災害、覆冰災害、雷電災害、山火災害、污穢腐蝕災害、鳥類災害和樹竹障礙等災害相關監控數據。除此之外，還需要階段性統計數據、專題矢量圖、運維采集的特殊數據等。其中氣象、覆冰、雷電等相關信息，均來源于電網氣象服務器或者氣象局監控和預報等。

山火、污穢災害數據亦可來源于災害監控設備，其他數據通常來源于電網公司電科院等監控單位的長期監測統計、常年分析研究總結、專題研究積累及運維管理采集等多樣性來源。

2 輸電線路防災減災系統設計

2.1 系統應用平臺

1）Openlayers

WebGIS是輸電線路防災減災監測預警的基礎，也是對電網數據進行可視化分析的重要支撐。其中Openlayers是一個用來開發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平臺上的應用不受限制。

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標準如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支持非常多的數據格式，如XML、GML、KML、GeoJSON、JSON等。這些特性讓OpenLayers成為首選WebGIS平臺。

2）Oracle 11g

數據庫是系統中極其重要的一環，本項目中數據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據庫系統之一，其強大的海量數據處理能力和優秀的運行性能為企業級應用提供堅實的數據服務支撐，特別適合輸電線路海量的數據存儲和巨大的數據吞吐，為項目開發的數據庫建設提供優良的數據處理方案。其日志備份和恢復等功能，可以高效穩定地管理電網防災減災應用數據；并且它提供的安全性能可以有效防止在B/S結構的網絡中遭受攻擊。

2.2 系統架構設計

基于WebGIS的架空輸電線路防災減災系統采用B/S架構進行開發，并采用經典的MVC框架對項目進行架構。其中，M即Model層，指模型部分，包括業務處理層和數據訪問層；V即View層，指視圖部分；C即Controllor層，指控制部分。MVC框架的優勢是顯而易見的，它可以實現前后端的分離，耦合性低，模塊的重用性也較高，從而可以簡化開發，縮短項目生命周期。另外，具有部署快、可維護性高等特點。

根據具體應用需求，將該系統細分為6個層次，分別為數據存儲層、數據交換層、數據服務層、業務邏輯層、業務控制層和綜合展示層，如圖2所示。

圖2 系統總體架構

1）數據存儲層

該層主要進行數據庫結構設計工作，分析存儲系統所需的數據，包括空間數據、臺賬信息以及災害專題數據等。

2）數據交換層

數據交換層構建規范數據接口，與各業務系統交互，組成以Web服務為主體，數據庫直連、FTP傳輸、文件解析等方法輔助的數據交換體系。完成與運維指揮系統、在線監測系統、智能巡檢系統、氣象監測系統等系統的互聯互通、數據交互工作。

3）數據服務層

數據訪問層主要是對數據庫一些操作的封裝，主要職責是對數據存儲層和數據交換層的數據進行增刪查改操作，滿足各類業務應用的需求。主要有電網數據服務、防災減災數據服務等。

4）業務邏輯層

業務邏輯層劃分功能模塊，利用封裝的數據服務開發應用，實現電網數據分析、災害監測、災害預警等功能。

5）業務控制層

業務控制層是業務邏輯層與綜合展示層的中間件，其負責接收綜合展示層的交互事件，并調用業務邏輯層的相應組件，獲得結果并將結果通過Http協議的方式返回至綜合展示層，其中返回的結果主要有電網圖層數據、監測數據以及預警分析數據。

6）綜合展示層

綜合展示層將業務控制層返回的數據利用Openlayers進行可視化展示，主要有圖層的加載、氣象監測結果可視化、覆冰監測結果可視化、覆冰預警可視化等，并處理用戶的交互請求，與服務端通信。

3 輸電線路防災減災系統實現

架空輸電線路防災減災系統實現分為以下幾點：

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有效的災害監測數據；

②基于電網數據和災害數據等多源數據，建立災害分析參數平臺，作為災害預測的參數庫；

③將上述參數輸入各類災害預警計算模型、災害蔓延計算模型、常規統計算法或者經驗區域算法等災害專題預警計算模型，計算未來有效預警時段內大風、高溫、寒潮、覆冰、雷電、山火、污穢、鳥害和樹障災害的預測數據；

④平臺自動分析將來某時段的預測數據，發現超出地區災害預警閾值的災害將通過短信、聲音和郵件的形式通知相關責任人，進行災前處理，達到防災減災的目的；

⑤實現電網線路信息、各類災害信息、監測信息、預警信息等各類信息的可視化，方便相關人員直觀查詢管理，同時備份各類屬性數據、災害監控和預警數據，為后續系統擴展和電網安全大數據管理提供資源數據。其基本流程如圖3所示。

3.1 輸電線路可視化

根據電網空間位置數據進行輸電線路的可視化展示，其中按電壓等級進行展示，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行單獨的可視化展示。圖4所示為云南省110kV（紅色），220kV（紫色）和500kV（黃色）輸電線路。

圖3 系統設計基本流程圖

圖4 交流輸電線路可視化

3.2 災害監測功能實現

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

氣象監測通過接入有合作接口的電網專題氣象局的服務，對當前時刻的溫度、降雨量、濕度、風速以及風向等信息以彈框的形式進行展示。各類災害監測通過數據服務接入相應的監控數據對監測裝置的詳細信息，進行彈框展示并做基礎分析。圖5所示即為覆冰災害監測信息和3天趨勢分析。

圖5 覆冰監測可視化圖

3.3 災害預警功能實現

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

災害預警以覆冰預警為例，結合氣象監測數據、覆冰監測數據以及輸電線路運維數據；通過電力科學研究院結合當地覆冰特點建立的覆冰預警模型輸入當前氣象和電網監控數據進行分析，生成全省將來3天的覆冰等值圖；再根據覆冰災害級別分析，標出覆冰防護薄弱區域并作出覆冰預警信息提示。圖6所示即為覆冰預警和趨勢結果。

圖6 未來24h覆冰預警和趨勢圖

4 應用列舉

本系統自2017年6月部署應用以來，分別在2017年冬季覆冰頻繁期，2018年1—4月山火頻發期和6—8月云南雷電災害頻繁期3個階段進行災害預判和防災減災指導試用，并取得良好效果。

以覆冰災害為例，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害止的整個覆冰預警期間電壓等級為10kV及以上線路記錄，人工實際檢測確認覆冰災害為1081起，系統線路預警次數1318次，準確率達82%。

其中110kV電壓等級線路重點供電局人工確認災害318次，系統預警387次，正確率為82.17%。其詳細統計表見表1。

表1 2017年冬季110kV以以上電壓等級覆冰統計表

傳統覆冰災害監測方式是各供電局根據天氣預報信息，并根據經驗和統計規律等派出線路檢查組和檢查車輛，逐條線路檢查覆冰情況，發生冰災的線路多采用人工除冰法。傳統的防災減災方法在人力有限的情況下效率不高，車費、人工等費用消耗較大。

目前在系統指導下，融合各類氣象數據和覆冰監測裝置實時數據，先計算未來24h、48h和72h可能形成覆冰災害的區域范圍，然后計算處該范圍內的受害線路并做地理信息定位。根據該預警和線路定位成果，派出相關除冰作業人員準確到達災害發生區域，且根據系統預警等級高的區域提前部署除冰融冰裝置，做到有的放矢。系統預警顯示效果如圖7所示。

圖7 昭通市市東部未來24h覆冰區域和等級

根據云南電網公司統計資料顯示，2013—2016年每年冬季防冰期全省范圍內月均派出約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270余萬元。2017年冬季防冰推行預警系統指導巡線以來，每月少派出30余組巡線組，直接節約經費達百萬左右，大力提高了防災減災工作效率，節約了防災減災工作成本。

結論

本文設計開發了一款基于WebGIS和多源數據的架空輸電線路防災減災系統，在電網屬性可視可查的基礎上，實現氣象、覆冰、雷電、山火、污穢、鳥害和樹障等災害當前監控數據可視可查，并建設參數平臺，基于各類災害的實時監控參數結合災害預警模型，實現未來可預測范圍內的災害發展趨勢預測，重要警情提前預報，提前處理，實現防災減災的目的。

目前已部署于云南電網公司相關運維部門，為輸電線路運維提供災害信息參考和輔助決策，提高了電網的運維效率、災害預判和防災水平。