本文是一篇電氣自動化論文范文，發(fā)表在《電氣自動化》上，主要欄目電氣傳動和自動控制、智能控制技術、控制理論及其應用、電力電子技術、微電腦應用、計算機網(wǎng)絡與通訊技術、監(jiān)控設備與控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線技術等。

　　摘要: 隨著我國電氣化鐵道的迅速發(fā)展，提高牽引供電系統(tǒng)信息管理的自動化水平，對于提高牽引供電系統(tǒng)的管理水平，保證電氣化鐵道安全運行有重要意義。地理信息系統(tǒng)(GIS)運用地理模型對地理空間數(shù)據(jù)進行集成管理。提出了一種適合牽引供電系統(tǒng)的基于Arc/Info的牽引供電GIS平臺解決方案，通過平臺的試驗應用，表明該方案具有強大的二次開發(fā)能力，滿足工作節(jié)點多且分散的要求，能夠滿足牽引供電管理信息系統(tǒng)的要求。

　　關鍵詞: 牽引供電,地理信息系統(tǒng),平臺,電氣自動化論文范文

　　地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System，簡稱GIS)是地理學、計算機科學和信息管理學等多種學科交叉的產物，它把相互聯(lián)系的各種地理方面的信息抽象為計算機可以表示和描述的數(shù)據(jù)存儲起來，利用計算機強大的數(shù)據(jù)處理功能對其進行再加工，提出地理系統(tǒng)所關心的各種空間屬性以及與之相聯(lián)系的信息，并在此基礎上提供實時控制、自動決策與智能分析等功能。

　　1 牽引供電信息管理系統(tǒng)需求分析

　　牽引供電系統(tǒng)包括牽引變電所(分區(qū)亭、開閉所)和牽引網(wǎng)，它們的狀態(tài)直接關系牽引供電系統(tǒng)安全運行。供電段擔負牽引供電系統(tǒng)的運行及其維護工作。主要包括：系統(tǒng)的運行管理;供電設備的維護檢修;事故搶修和記錄等。

　　這些工作涉及到大量施工圖紙、履歷檔案、檢修計劃、檢修數(shù)據(jù)、搶修工具車輛、搶修人員信息等技術資料。根據(jù)對供電段的現(xiàn)狀調查，絕大部分供電段仍然使用傳統(tǒng)的手工方式管理這些資料：各種資料分散，查找困難，特別是在發(fā)生事故時，很難快速準確地獲取事故現(xiàn)場的有關信息(包括與地理空間相關的信息)。目前已有基于MIS的牽引供電信息管理系統(tǒng)，但由于功能限制，無法完成對牽引供電系統(tǒng)的地理空間數(shù)據(jù)的管理，更無法完成與地理空間相關的分析。牽引供電信息管理本身涉及到大量地理空間信息，同時在日常工作中還需要進行與地理空間相關的一些分析，而GIS系統(tǒng)正好能滿足這一要求。

　　2 基于GIS的牽引供電信息管理系統(tǒng)的功能

　　分析牽引供電信息管理系統(tǒng)的主要使用者——供電段的需求，本系統(tǒng)設計的基于GIS系統(tǒng)的功能包括圖層管理、設備空間查詢、和事故搶修支持等。圖層管理功能，是基于GIS的地理數(shù)據(jù)采集和顯示;事故搶修支持功能中的最佳路徑分析是直接利用GIS的最佳路徑分析功能，飛行模擬的立體地形模型利用GIS的空間分析功能;設備空間查詢功能，基于GIS空間查詢功能進行設計，實現(xiàn)設備直觀空間查詢。這幾種功能必須在GIS平臺上操作實現(xiàn)。

　　依據(jù)供電段的需求，系統(tǒng)還應具備履歷簿管理功能、耗材管理、報表管理、運營管理和實時數(shù)據(jù)管理等功能。這些功能涉及的信息相對獨立于地理空間信息，可以采用以往的管理方式，直接鏈接到GIS系統(tǒng)實現(xiàn)。GIS系統(tǒng)進行設備的空間查詢時要顯示設備屬性信息，因此，本系統(tǒng)開發(fā)了設備管理功能，以方便空間信息和屬性信息的鏈接。傳統(tǒng)的報表管理、履歷簿管理功能也在設備管理功能中實現(xiàn)。基于GIS的牽引供電信息管理系統(tǒng)需要具備主要功能。

　　3 GIS平臺選擇的考慮因素

　　根據(jù)建立系統(tǒng)的需要，選擇GIS系統(tǒng)平臺時主要考慮以下幾個方面：

　　1)　　 軟件的穩(wěn)定性

　　穩(wěn)定性是在選擇軟件時首先要考慮的問題，軟件的穩(wěn)定性保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此要選擇具有大型工程應用經(jīng)驗的軟件作為系統(tǒng)的GIS平臺。牽引供電系統(tǒng)關系著電氣化鐵路的安全可靠運營，所以系統(tǒng)更應穩(wěn)定可靠。

　　2)　　 軟件的數(shù)據(jù)兼容性

　　由于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)格式差別很大，而且在系統(tǒng)建成以后，系統(tǒng)還要與各種不同格式的數(shù)據(jù)進行交換，因此數(shù)據(jù)的兼容性是衡量GIS平臺好壞的一個重要條件。

　　3)　　 與數(shù)據(jù)庫的鏈接

　　采用大型數(shù)據(jù)庫管理空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)是一個發(fā)展趨勢，采用大型關系型數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)，能夠實現(xiàn)快速的查詢、統(tǒng)計及方便的數(shù)據(jù)更新，因此所選用的GIS平臺軟件應該能支持大型數(shù)據(jù)庫。

　　4)　　 與其它系統(tǒng)的融合

　　在軟件的選型上要保證在該平臺上開發(fā)的軟件能夠與其它系統(tǒng)集成、產品共享、產品格式互相轉換等，以實現(xiàn)所有管理信息系統(tǒng)的一體化。

　　5)　　 模型化能力

　　地理信息系統(tǒng)的模型化能力，是指地理信息系統(tǒng)軟件所具有的對現(xiàn)實世界和用戶需求建立數(shù)學模型的方式和方法(如對地理空間信息進行描述的三維模型等)，以及描述某些因素特征、解釋某些現(xiàn)象、預測發(fā)展趨勢、方案優(yōu)化和輔助決策的能力。

　　6)　　 二次開發(fā)能力

　　一個好的地理信息系統(tǒng)基礎軟件不僅應提供強大的數(shù)據(jù)存儲、組織、管理、操作和分析能力，還應提供良好的二次開發(fā)能力。軟件的二次開發(fā)能力，是指軟件為用戶提供的用來進行開發(fā)實用系統(tǒng)或實用模型的能力。用戶的需求是多種多樣和不斷變化的，任何一種地理信息系統(tǒng)基礎軟件都不可能包羅萬象，不可能完全滿足用戶的所有目的和要求。這里的二次開發(fā)包括對原有系統(tǒng)進行個性化改造(如刪除不需要的菜單、按照自己風格安排菜單和按鈕等)、與其他工具開發(fā)的功能模塊的鏈接整合、提供二次開發(fā)工具(如編程語言)進行功能擴展等。

　　7)　　 用戶界面的友好性

　　用戶界面的友好性是衡量一個軟件優(yōu)劣的重要標志之一。用戶界面是用戶和系統(tǒng)交流的通道，是系統(tǒng)的外觀表現(xiàn)和具體操作平臺。系統(tǒng)使用者可能并不熟悉地理信息系統(tǒng)的專業(yè)知識，而只需要明確使用系統(tǒng)以及系統(tǒng)的實用性和正確性。因此，良好的用戶界面是系統(tǒng)應用的關鍵之一。

　　8)　　 漢字處理能力

　　對我國的地理信息系統(tǒng)而言，無論是輸入(圖形、屬性)還是輸出(圖形、圖表、文字)，絕大多數(shù)為漢字格式。因此，采用的軟件系統(tǒng)必須具有良好的漢字處理能力。如界面菜單的漢化情況、漢字庫的支持、漢字與西文的切換能力、漢字的處理功能等。

　　此外，牽引供電系統(tǒng)的工作片區(qū)廣，地理環(huán)境復雜，設備繁多，數(shù)據(jù)分布范圍廣，要求系統(tǒng)具有處理這些數(shù)據(jù)的能力;牽引供電系統(tǒng)設備運行參數(shù)、設備檢修更新等數(shù)據(jù),處于實時動態(tài)更新狀態(tài)，信息管理系統(tǒng)內數(shù)據(jù)也應相映及時更新，使查詢準確。

　　4 基于GIS的牽引供電信息管理系統(tǒng)應用試驗

　　基于牽引供電信息管理的功能需求，進行了基于GIS的牽引供電信息管理系統(tǒng)開發(fā)試驗，這里選用ESRI公司的桌面GIS軟件中Arc Info和Arc View;為了保證選用GIS軟件的運行效率，在輔助軟件上選用上也做了充分考慮。

　　4.1 基礎軟件選擇

　　ESRI是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所的簡稱，是世界唯一一家能夠支持全系列操作系統(tǒng)的GIS廠商。本系統(tǒng)將Arc Info和Arc View 有機結合建立基于GIS技術的牽引供電信息管理系統(tǒng)。

　　Arc Info針對大系統(tǒng)而設計，Arc Info是其系列產品中最經(jīng)典、功能最強大的專業(yè)產品，提供強大的二次開發(fā)功能。

　　Arc Info核心模塊提供強大的分析功能，包括網(wǎng)絡分析、拓撲分析、疊加分析等。Arc Info軟件除支持各種數(shù)據(jù)的輸入、輸出、編輯，專題圖制作，地圖分層疊加顯示、多種方式查詢統(tǒng)計等GIS軟件均可以完成的基本功能外，還提供了大量專業(yè)GIS分析功能，例如：動態(tài)分段技術、緩沖區(qū)分析，疊加分析、網(wǎng)絡追溯分析等。同時，Arc Info還提供了適合于各種應用的擴展模塊如柵格分析模塊, 3D分析模塊等。Arc Info除采用傳統(tǒng)的GIS點線面數(shù)據(jù)模型外，還引入了一種全新的面向對象的空間數(shù)據(jù)模型(Geo Database)。可以利用這個模型來定義和操作不同用戶或應用的具體的模型(如：通信模型、流體模型、電力模型、和其他數(shù)據(jù)模型)。通過定義和實現(xiàn)這些地理數(shù)據(jù)模型，為創(chuàng)建和操作不同用戶的數(shù)據(jù)提供了一個功能完備的平臺。

　　在基本圖件處理、地理分析方面使用Arc Info有很大的優(yōu)越性，故本系統(tǒng)建立過程中，在地圖數(shù)字化處理、屬性編輯和地理分析方面使用了Arc Info。

　　Arc View在功能上遠遠超越了桌面制圖系統(tǒng)，它的可擴展軟件結構為GIS應用提供了一個具有伸縮性的軟件平臺。Arc View集空間圖形、關系數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計圖形、空間分析、網(wǎng)絡通訊、面向對象的程序設計于一體，圖形用戶界面直觀，借助鼠標即可完成許多GIS任務，用途廣泛。

　　Arc View以項目(project)作為基本應用單元，項目是指一個被地理信息系統(tǒng)管理的特定區(qū)域，由一幅或多幅數(shù)字地圖來描述。Arc View采用可擴充結構設計，由基本模塊和可擴充模塊功能組成。基本模塊包括：視圖、表格、統(tǒng)計圖、圖版、程序;可擴充功能模塊有：空間分析、網(wǎng)絡分析、三維分析、繪圖輸出、影像分析、追蹤分析等。Arc View開發(fā)編程語言，即Avenue，是面向對象的程序設計、調制、開發(fā)工具。

　　值得注意的是，Arc View的項目文件并不包含構成上述各種圖的空間分布型或表格型基礎數(shù)據(jù)，換言之，它僅是一種關于如何利用數(shù)據(jù)庫中的基礎地理數(shù)據(jù)產生視圖、表格、統(tǒng)計圖、圖版，以及通過程序產生一個特定的GIS應用或一組連續(xù)的相關GIS應用的描述性文件。不過，它也記錄了原始地理數(shù)據(jù)在磁盤中數(shù)據(jù)庫內的具體位置等參考信息。

　　系統(tǒng)建設過程中利用利用Arc View來集成數(shù)據(jù)，建立系統(tǒng)，并將其他工具開發(fā)的模塊鏈接到系統(tǒng)中，按照牽引供電系統(tǒng)管理的目標建立個性化的操作界面。

　　4.2 支撐軟件選擇

　　為了快捷地處理數(shù)據(jù)、方便數(shù)據(jù)管理，僅靠Arc Info和Arc View還不能完成系統(tǒng)開發(fā)，需要其他軟件來輔助完成。

　　在數(shù)字地圖制作中，由于Arc Info系統(tǒng)大，需要的硬件要求高，在地圖數(shù)字化方面沒有優(yōu)勢。而AutoCAD、CoreDraw等軟件支持數(shù)字圖層，而且其需要的硬件條件較Arc Info低，故在數(shù)字地圖制作過程中，利用了AutoCAD軟件。

　　本系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)庫的建立是一個主要內容。Arc Info的Tables模塊雖然是一個屬性數(shù)據(jù)庫管理功能模塊，但只能算一個簡單的數(shù)據(jù)庫模塊，其可操作性、輸入、界面定制等功能較弱，故屬性數(shù)據(jù)庫建立時還需要其他相關數(shù)據(jù)庫軟件來支持。系統(tǒng)選擇了常用的Visual FoxPro 6.0來完成主要屬性數(shù)據(jù)庫的建立、部分屬性查詢等功能。

　　4.2 應用系統(tǒng)試驗

　　根據(jù)分析，試驗建立了小區(qū)域的牽引供電地理信息系統(tǒng)，通過試驗表明，基于此平臺的管理信息系統(tǒng)，采用了以數(shù)據(jù)庫為中心的GIS體系結構，并以數(shù)字地圖作為其核心數(shù)據(jù)，數(shù)字地圖的比例尺采用的是l：50000的比例尺，突破以往牽引供電信息管理系統(tǒng)不能涉及詳細地理信息的缺陷，將非地理屬性信息與地理信息有機結合，充分利用地理信息系統(tǒng)的空間分析、網(wǎng)絡分析等功能，使牽引供電信息管理系統(tǒng)具有直觀性、臨場感，實現(xiàn)動態(tài)信息查詢、決策分析等功能。

　　5 結論

　　為了提高牽引供電系統(tǒng)信息管理的自動化水平和管理水平、保證電氣化鐵道安全運行，采用基于Arc/Info的牽引供電GIS平臺解決方案是可行的該方案具有強大的二次開發(fā)能力，滿足工作節(jié)點多且分散的要求，能夠滿足牽引供電管理信息系統(tǒng)的要求。