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1、电力三维GIS综合信息管理平台建设方案第3电力三维GIS综合信息管理平台建设方案第3页1.项目概述1.1.项目背景经过近十几年的发展，我国各行各业的的信息化建设已到一定的程度，并也取得了一定的成果。信息化的建设也推动着地理信息科学的发展，特别是互联网网络技术、通信技术、数据库等技术的综合应用，正改变而且已经改变了人们的生活习惯，观念。地理信息系统（GeographyInformationSystem），是一种集采集、处理、存贮、管理、分析、与输出地理空间数据的计算机综合信息系统，其核心是用计算机来表达、处理、存贮与分析空间信息，是近年来发展迅速的一门信息技术。目前其技术已经广泛触及到了社会生活
2、的各个角落。电子地图、GPS卫星导航、手机地图、数字地球、数字城市、多人津津乐道的GoogleEarth，这些眼下最时尚的新事物，其核心技术正是GIS技术。GIS的应用已经成为新一轮信息化建设的亮点，从而也大大推动了社会的信息化建设，并日益深入到国土、交通、环保、电力、电信、民航、房产等领域，并融入IT，成为IT中的一个重要一员，逐步走向社会化与大众化，关键的是，它在政府与企业信息化应用中已经起着越来越重要的作用，产生了不可低估的社会效应。目前，基于Web的WebGIS还是GIS发展的主流，而三维GIS的真实直观感与移动GIS的移动便捷性，越来越得到更多人的喜爱，也成为业界的研究热点。随着GI
3、S技术的不断发展，三维GIS在整个电力行业中得到越来越广泛的应用，基于真实场景数据的三维模拟，已经在电网管理、故障抢修、安全监控等各个方面显示出非凡的作用。国家测绘局陕西基础地理信息中心凭借优越的影像、数据条件，利用先进的GIS、RS以及虚拟现实等技术将数字地面模型、输变电设备模型与各种电力部门专业属性信息有机结合起来，建立电力三维地理信息平台，可实现与基础地理信息数据相结合的电力专业数据的查询、更新，电网电路的检修与安全检控，实现大场景内电网的空间表现与分析、管理功能。平台通过先进的三维可视化手段，将整个输变电业务与管理全过程纳入计算机管理，规范输变电业务流程，加强电力部门的协作与管理职能，
4、提高地理部门输变电生产、管理能力与决策水平。2.总体技术架构2.1.系统总体架构页图2-1系统总体架构图系统总体设计坚持数据、管理、服务、应用相分离的架构思想，在保持灵活性与扩展性的前提下，实现基础空间地理数据的管理与共享，实现现有资源数据的整合、共享与交换，实现现有系统与服务的整合与综合展现应用，实现与CA认证系统的集成。系统框架包括空间基础网络层、数据层、服务层、应用层、安全认证层、展现层6个层次与空间信息资源安全保障体系、空间信息资源管理制度体系。1）空间基础信息网络层空间基础信息网络层包括现有的政务内网与外网、计算机主机及存储设备，是空间基础信息平台的通信基础，是空间基础信息数据中心的
5、“脉络”，把各机构的地理空间数据库连接成松耦合系统，即在物理上是分散的，而在逻辑上是一个整体。2）数据层数据层包括公共专题数据库、社会专题数据库、空间基础地理数据库、城市三维仿真模型库、元数据库、公众电子地图数据库与统计数据库。空间基础地理数据库，包括遥感影像数据库、数字高程模型数据库、地形图数据库与三维仿真模型库，以及元数据库，公众电子地图数据库。空间数据管理系统完成对空间基础数据的管理、维护、更新与同步等功能。它提供了空间数据备份/恢复、数据更新、数据编辑、数据导入/导出、数据转换、数据质量检查等功能。3）服务层服务层包括空间数据目录服务、空间基础数据服务、空间数据分析服务、空间数据交换服
6、务、元数据服务。服务层利用GIS平台引擎获取空间数据，按照OGC的WMS/WFS标准发布空间数据。用户通过WebService方式获取相关服务。本期主要实现目录服务、元数据服务、遥感影像服务、数字高程模型服务、地形图服务、矢量地图服务与城市三维景观服务，并提供数据下载服务。4）应用层应用层是整合服务层所提供的数据服务，建立面向不同主题的综合应用。要建设的三维韶钢地理信息服务平台，它是一个面向最终用户的应用系统框架模板，其他专题应用可利用此应用框架模板快速搭建系统。5）安全认证安全认证主要是确保系统数据的访问安全，与CA认证平台挂接。6）展现层展现层是通过集团内网、互连网，面向集团、企业、公众的
7、宣传门户。7）运维支撑系统提供系统的控制、管理、监控与维护等后台保障，保证系统稳定运转。主要功能包括用户管理、服务管理、日志管理、统计分析、系统监控等系统维护与管理功能。用户管理，包括用户信息管理、用户目录管理等，提供用户与各个数据、应用服务、数据交换等子系统的授权映射，这些人员包括系统维护管理人员、数据维护管理人员、系统使用人员，就是用户目录管理。服务管理，包括服务目录管理、服务状态管理、服务配置管理等功能。日志管理，提供对系统访问日志的管理。统计分析，提供用户对系统访问量、访问成功率的统计等。系统监控，监控与报告系统状态，系统故障检测与恢复。2.2.系统网络拓扑系统网络部署需要充分考虑灵活
8、性与将来的扩展性，同时要充分利用与共享现有的硬件与网络资源条件，所以一期数据服务与应用服务可以采用下图（系统网络拓扑图）所示的部署方案，随着以后数据量与应用服务访问量的增加，可以平滑无缝的扩展（扩展后的系统网络拓扑图）。扩展后，空间数据服务布署在数据服务器，运维支撑布署在管理平台服务器上，业务系统布署在服务层的应用服务器上。多台应用服务器组成集群，通过以太网LAN与附载均衡服务器与数据服务器相连，应用服务器的数量与硬件配置可以根据实际的数据与访问量来确定，但数量至少是两台。2.2.1.数据部署整个系统所用到的数据根据用途可以分为两类：空间基础地理信息数据、第三方专题业务数据。空间基础地理信息数
9、据用来对实际的地形、地物、地理对象进行图形图像化描述，可视化的表达。它包括地形数据（DEM）、影像数据（DOM）、矢量数据（Vector）等，此外还有地址数据。这类数据的特点是：制作与处理流程复杂；数据量大，占用存储空间大；几乎全部是二进制数据，可以以文件与数据库形式来存储；访问频度高，对网络带宽占用高，所以很容易造成网络瓶颈。第三方业务数据是各职能部门的专业数据或专题数据，对这些数据的访问量不大，一般只有特定的业务应用才需要，并且这类数据目前是委办局自行维护管理，所以不用考虑部署问题，将来可以根据系统建设的要求来部署与扩展。因此可以采用如下数据部署策略：1）本期数据部署方案在本期数据量与访问
10、量不大的情况下，对于所有的基础空间地理数据以文件或数据库形式统一存储，采用统一的数据服务器，这些服务器均部署在同一LAN（集团网络信息中心局域网）中。为了提高系统稳定性，数据服务器均采用双机备份系统，避免单点故障。2）扩展部署方案在将来数据量与访问量大的情况下对于基础空间地理数据以文件形式按内容进行分类部署，地形数据（DEM）专用服务器、影像数据（DOM）专用服务器、矢量数据专用服务器，属性数据以数据库的方式来部署，这些服务器均部署在同一LAN中；同时考虑到服务扩展性，可以根据实际数据访问量增加相应数据的服务器数量，这样各个数据均有专用的访问通道，实现数据分流与松耦合，提高了系统数据服务性能。
11、同时，为提高系统稳定性，所有数据服务器均采用双机备份系统，避免单点故障。为便于数据存储与维护，提高数据提取速度，可根据需要采用共享独立磁盘冗余阵列（RAID）技术，所有数据存储在共享的磁盘阵列中。这些数据服务器采用双网卡，一个通过以太网与应用服务器相连，另一个与数据共享磁盘阵列相连，因此每台数据服务器均可以访问到。2.2.2.应用服务部署本平台主要服务于集团内部网用户，所以用户对应用服务访问量不大，但考虑到以后服务访问量的增大（对外开放），考虑到可扩展性与系统伸缩性，所以应用服务部署可以采用以下方案：1）本期部署方案采用一台应用服务器部署在集团信息中心局域网内部，数据服务与业务应用服务部署在该
12、应用服务上，用来提供外部对应用服务的访问。为了提高系统稳定性，可以采用双机备份系统避免单点故障。2）扩展部署方案今后系统数据访问量很大，根据需要可采用应用服务器集群与负载均衡器，但考虑到建设成本、系统的安全性与稳定性，可采用Linux+LVS服务器集群部署方案。在虚拟服务器的体系结构中，一组服务器通过高速的局域网或者地理分布的广域网相互连接，在它们的前端有一个负载调度器（LoadBalancer）。负载调度器能无缝地将网络请求调度到真实服务器上，从而使得服务器集群的结构对客户是透明的，客户访问集群系统提供的网络服务就像访问一台高性能、高可用的服务器一样。客户程序不受服务器集群的影响不需作任何修
13、改。系统的伸缩性通过在服务机群中透明地加入与删除一个节点来达到，通过检测节点或服务进程故障与正确地重置系统达到高可用性。集群有一台统一的负载均衡服务器，负责将请求转发给每一台应用服务器进行处理，负载均衡服务器上运行Linux操作系统与Linux虚拟服务器模块（LinuxVirtualServer，LVS），并采用双机备份系统，当它出现故障时切换到后备机来维持服务的正常运行。多台应用服务器组成集群，通过以太网LAN与附载均衡服务器与数据服务器相连，应用服务器的数量与硬件配置可以根据实际的数据与访问量来确定，但数量至少是两台。2.2.3.客户端部署集团各职能部门等用户的计算机作为客户端，通过集团内
14、部专网提供数据、应用服务与数据交换。3.系统功能规划3.1.电力三维系统功能综述一、基于GIS的电力三维系统基本功能包括：主要功能模块具体实现的功能基本操作实现地图缩放、漫游、快速定位功能；实现任意角度、速度、任意模式的飞行浏览、指北回正等功能；实现视图输出等基本操作功能；基本信息查询实现名称模糊查询、坐标查询等基本查询功能；实现专题业务信息的分类查询；周边信息查询实现目标点位周边任意半径范围内的信息查询。双向查询功能通过空间位置查询设施属性信息；通过设备属性查询其所在的空间位置。查询定位对所有查询目标的结果，均可进行快速定位。多媒体信息实现文本、图片、视频、数据库（Excel）等多媒体信息的
15、查看。量测功能实现距离、面积、高度量测功能。电力线模拟架设在三维地图上快速模拟电力线架设线路情况；GIS分析功能剖面观察、通视分析、视域分析二、基于GIS的电力三维系统的其它专业应用功能：功能模块具体实现的功能设备管理设备台帐信息，设备变动信息，设备报废信息，设备历史信息管理；设备图纸管理与设备技术档案管理；设备查询统计对设备资产管理与对设备（变电设备、输电设备、继电保护设备、通讯设备、远动设备、电测设备等）的查询、分类汇总与统计查询等。输变电运行管理变电与输电的运行管理进行监督与查询；线路评级状况，设备评级情况，两票执行情况查询；各种运行记录及设备的各种运行状态情况查询。输变电设备监控管理基
16、于PDA掌上电脑能全面的管理输电线路与变电站的设备巡检工作，对监控点视频实时监控。预案模拟模拟突发状况的紧急预案，并对其进行浏览，制定处理方案3.2.视频监控子系统重要生产现场监控：系统在所有重要生产现场、原料场安装视频头，在指挥中心配置DLP投影单元组成的多媒体、全数字的组合投影显示墙，组合墙可采用95、22、24组合，共57面投影单元，这样在多媒体组合显示墙上既可以切换观察前端45路监控电视图像，包括生产现场图像、矿山图像等，又可以以各种灵活的方式在组合屏上以任意大小、任意位置、任意组合显示各路图像、计算机图形及GPS电子地图等。举一个例子来说明系统功能：领导走进指挥中心，指挥中心的环形多
17、媒体、全数字的组合投影显示墙正显示着各生产现场、原料场紧张而有序的工作场面，领导调出全韶钢的三维电子沙盘，通过VR技术的使用，完全有身临其境的感觉，领导可以在其中实时漫游，每到一个分厂，系统即显示当前状态，生产指标完成情况等最重要提示信息，领导可以随时调出该分长所有资料，生产计划、报表等信息，掌握该厂生产管理状况，领导可进入厂区、厂房、在虚拟现实的环境下、查看高炉、转炉等的生产、安全状况，领导如果对某处感到有问题，可以随时切换，调出当前的视频监控图像，检查当前情况,领导即使出差在外，甚至在国外，也可通过互联网连接指挥中心的视频服务器，进而监控、查看分厂、原料场的生产状况。多媒体监控中心三维系统
18、中集成监控视屏3.3.移动办公子系统实现用户在室外使用移动终端比如智能手机、PDA进行办公。3.3.移动办公子系统实现用户在室外使用移动终端比如智能手机、PDA进行办公。3.3.1.数据采集数据采集：用户在办公现场把采集到的采集数据，比如设施设备空间位置信息（GPS采集），属性信息，图像信息（拍摄的照片）及视频语音(录像录音)信息，通过移动网络传到平台控制中心，工作人员就可以在三维GIS平台上实现具体位置与模型的浏览、查询、分析，辅助管理决策。PDA属性采集界面3.3.2.监控报警监控报警：系统监控中出现了警报情况，可通过移动网络把报警的信息（属性，地图，图片等）可以语音、彩信、短信的方式发送
19、给相关负责人，可通过移动终端设备（手机，PDA）进行在地图上进行报警位置定位，属性查询，做路径导航、规划。手机地图定位3.4.电力三维地理信息系统界面1、输电网络三维可视化显示（从高空俯瞰大范围区域电力线路布局、走向）2、三维高压变电站区（简单模拟）3.4.电力三维地理信息系统界面1、输电网络三维可视化显示（从高空俯瞰大范围区域电力线路布局、走向）2、三维高压变电站区（简单模拟）3、输电网统计及二、三维联动分析4、故障抢修最短路径分析5、模拟停电范围分析6、报表生成7、车辆跟踪，移动抢修8、距离测量、剖面分析三维GIS平台选型近几年，国内外科研机构与企业纷纷研发了一批各具特色的优秀3DGIS产
20、品。国外的软件主要有：GoogleEarth、ArcGISExplorer、VirtualEarth、Skyline、WorldWind等；国内也先后推出了价格相对低廉的产品如NVP(北京海登华图)、CityMarker（北京伟景行）、EV-Globe（北京国遥新天地）GeoGlobe（武汉吉奥）等。这些3DGIS软件产品在产品定位、产品框架、性价比等方面都有有一定的差别。GoogleEarth目前公认的大众化的3DGIS产品，其主要以三维地球的形式把大量卫星图片、航拍照片与模拟三维图像组织在一起，使用户从不同角度浏览地球。GoogleEarth主要特点是具有大量的遥感影像数据，具有给人震撼的
21、视觉感受，她具有很强的商业性，主要是面向大众的，但不具备空间分析、大型数据库管理的等功能。ArcGISExplorerArcGISExplorer是ESRI（美国环境系统研究所）开发的一款免费的，针对ArcGISServer的高性能可视化客户端。ArcGISExplore是一个理想的可视化工具，可与现在流行的网络地图服务如Google地球与微软虚拟地球相媲美。不过，ArcGISExplore不仅仅能够进行可视化，还可以完全集成到ArcGIS环境中，能够支持完整的地理信息系统功能，使地图服务与地理处理任务能够与本地数据与其他Web内容易于集成与融合。SkylineSkylineGlobeEnte
22、rpriseSolution（SkylineGlobe企业解决方案）是美国Skyline公司为网络运营三维地理信息提供的企业级解决方案。本方案包括了Skyline整套软件工具，给客户提供一站式服务,并开放了所有的API，不论是在网络环境中还是单机应用，让用户能够根据自己的需求定制功能，建立个性化的三维地理信息系统。自Skyline进入中国市场以来，一直积极参与三维数字城市建设与三维互联网产业服务，并得到了一定的的认可。WorldWind电力三维GIS综合信息管理平台建设方案第22页WorldWind是由美国国家航空暨太空总署（NASA）阿莫斯研究中心的科研人员开发的开放源代码(OpenSour
23、ce)。她可以利用Landsat7、SRTM、MODIS、GLOBE,LandmarkSet等多颗卫星的数据，将Landsat卫星的图像与航天飞机雷达遥感数据结合在一起，让用户体验三维地球遨游的感觉。在浏览地球的同时，还提供了月球数据，可以对月球进行虚拟的巡航。她能够浏览由Internet上的WMS(WebMappingService)提供的图像；还为公众提供美国地质助测局的航拍照片与地形地图，以及航天飞机雷达地形勘测任务与Landsat卫星的数据。NVPNVP（NeomapVPlatform）三维空间信息服务平台是北京海澄华图科技研发的一款3DGIS平台，主要面向三维GIS应用的政府部门与企
24、事业单位,NVP是在虚拟现实的环境下实现GIS应用的平台，将您的GIS应用，从二维平面提升到三维立体的水平，它可以帮助您搭建并管理维护一个模拟真实的三维场景，还可以在网络中以服务的形式，实现三维数据网络发布，客户端用户不仅可以进行海量三维数据的快速浏览，还可以灵活的应用接口开发并部署专业的三维GIS应用系统。NVP产品体系结构CityMarkerCityMakerManagerSuite政府应用平台是北京伟景行科技为用户提供基于网络的完整三维数字城市解决方案，覆盖了信息系统建设及应用的整个流程，从资源整合、场景构建、数据管理到辅助决策、信息共享等；基于DICITI的互联网运营平台，为政府及企业
25、单位提供市民公示、信息发布等服务。城市规划、建设与管理的各个行业可以通过统一的平台进行顺畅的数据交流，以减少信息孤岛，提高城市空间信息共享与利用水平。EV-GlobeEV-Globe是北京国遥新天地信息技术开发的三维海量空间信息平台。自推出以来，就广泛应用于安全监督与管理、指挥调度、资源开发整合、资源综合利用、环境保护检查等领域。GeoGlobe2006年4月武汉武大吉奥公司推出了网络环境下全球海量无缝空间数据组织、管理与可视化软件，该软件是由武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室研发的。GeoGlobe包括三部分：GeoGlobeServer、GeoGlobeBuilder与GeoGlobeViewer。GeoGlobeServer通过分布式空间数据引擎，管理所有注册的空间数据，并提供实时多源空间数据的服务功能。综合上面分析，综合考虑性价比、根据实际情况，推荐使用国产3DGIS平台，比如NVP，EV-Globe，CitiMarker等。第 13 页