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大学毕业论文-—基于gis技术在电力系统中的研究与应用.doc
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扬 州 大 学
硕士学位论文
题目基于 GIS 技术在电力系统中的研究与应用
学位论文原创性声明
本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得
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体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承
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论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名: 日期: 年 月 日
导师签名: 日期: 年 月 日
扬 州 大 学
基于 GIS 技术在电力系统中的研究与应用
摘 要
第一章 概论
1.1 GIS 概念与特点
1.1.1 GIS 的概念
地理信息系统(Geographical Information System 缩写为 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
之相联系的社会属性,并在此基础上提供实时控制、自动决策与智能分析等功能。所以 GIS 的本质就是
通过研究和分析计算机化的地理信息,在一定空间和时间范围内对地理系统的各种要素进行控制和操作。
GIS 自 60 年代初诞生以来,经过三十年的发展,在 90 年代初基本上完成了数据结构、算法和应用模
型的理论研究和技术开发。同时在国际上也出现了一批商业化的 GIS 产品和专业公司,其中具有代表性
的有 ARC/INF , MapInfo , Genamap 和 InterGraph MEG 等。90 年代中期, GIS 领域的研究热点逐渐转向对
系统体系结构的研究,重点是追踪计算机的技术发展潮流,发展适应 Internet/Intranet 上应用的具有
先进数据管理技术的 GIS。从专用系统到通用系统的实现,从局部单结点向网络分布的发展以及对先进相
关技术的采用标志着 GIS 理论不断趋于成熟,技术水平有了显著提高。
GIS 是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术,要给出 GIS 的准确定义是困
难的,因为 GIS 涉及的面太广,站在不同的角度,给出的定义就不同。通常可以从 4 种不同的途径来定
义 GIS: (1)面向功能的定义:GIS 是采集、存储、检查、操作、分析和显示地理数据的系统。(2)面向应
用的定义:这种方式根据 GIS 应用领域的不同,将 GIS 分为各类应用系统,例如土地信息系统、城市信息
系统、规划信息系统、空间决策支持系统等。(3)工具箱定义方式:GIS 是一组用来采集、存储、查询、变
换和显示空间数据的工具的集合.这种定义强调 GIS 提供的用于处理地理数据的工具。(4)基于数据库的
定义:GIS 是这样一类数据库系统,它的数据有空间次序,并且提供一个对数据进行操作的操作集合,用
来回答对数据库中空间实体的查询。
我们认为,虽然 GIS 是一门多学科综合的边缘学科,但其核心是计算机科学,基本技术是数据库、
地图可视化及空间分析。因此,可以这样定义:GIS 是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和
辅助决策的计算机系统。
1.1.2 GIS 的特点
(1)研究的对象是以地理空间为存在方式的各种相互联系的地理要素的总合,这里的地理
空间是指确定于大地坐标的某个地理位置和地理范围。
(2)利用计算机及其相关硬件作为数据输入、输出、存储和操作的工具,采用地理模型和
计算机软件工程的研究方法。
(3)研究的目的是提取和加工地理信息,辅助地理决策,并能有效地推动地理学、计算机
科学等各方面学科的发展。
1.2GIS 的发展与应用
地理信息系统产生于 20 世纪 60 年代初,加拿大的 Roger F. Tomlisom 和美国的 Duane
F. Marble 从不同角度提出了地理信息系统的概念。此后,地理信息系统就开始飞速的发展,
主要分为以下四个阶段:
60 年代开拓阶段
注重于空间数据的地学处理,出现了一些处理城市数据(如美国人口调查局建立的
DIME )、普量数据(加拿大统计局的 GRDSR)的系统等;
70 年代巩固阶段
注重于空间地理信息的管理。在这一阶段,随着计算机技术的迅速发展,专业人才不断
增加,政府需求增大,地理信息系统得到了全面的发展,据 IGU 调查,70 年代末就有 80 多
个地理信息系统软件;
80 年代突破阶段
地理信息系统技术大发展时期,注重于空间决策分析。地理信息系统的应用领域迅速扩
大,开始进入多种学科领域。许多国家制定了本国的地理信息系统发展规划,启动了若干科
研项目,建立了一些政府性、学术性机构。如我国在 1985 年建立了资源与环境信息系统国
家重点实验室;
90 年代社会化阶段
是地理信息系统的用户时代。一方面,地理信息系统已成为许多机构必备
的工作系统;另一方面,社会对地理信息系统的认识普遍提高,需求大幅度增加。国家级的
地理信息系统成为公众关注的问题,例如地理信息系统已列入美国政府制定的“信息高速公
路计划”。
目前, 国外已经将 GIS 广泛应用到电力系统的各个领域, 如: 配电管理、输电管理、
电力设施管理、停电管理、用电营业管理等等。而我国 GIS 在电力系统领域的应用还仅仅处
于起步阶段。
1.3GIS 研究的内容
(1)输入:地理数据如何有效地输入到 GIS 中是一项琐碎、费时、代价昂贵的任务,大多
数的地理数据是从低质地图输入 GIS.常用的方法是数字化和扫描.数字化的主要问题是低效
率和高代价;扫描输入则面临另一个问题,扫描得到的栅格数据如何变换成 GIS 数据库通常
要求的点、线、面、拓扑关系属性等形式.就这一领域目前的研究进展而言,全自动的智能
地图识别短期内没有实现的可能;因而,交互式的地图识别是矢量化方法的一种较为现实的
途径,市场上已有多种交互式矢量化软件出售。
目前 GIS 的输入正在越来越多地借助非地图形式,遥感就是其中的一种形式.遥感数据
己经成为 GIS 的重要数据来源.与地图数据不同的是,遥感数据输入到 GIS 较为容易,但如
果通过对遥感图象的解释来采集和编译地理信息则是一件较为困难的事情;因此,GIS 中开始
大量融入图象处理技术,许多成熟的 GIS 产品,如 MAPGIS 中都具有功能齐全的图象处理子
系统。
地理数据采集的另一项主要进展是 GPS 技术。GPS 可以准确、快速地定位
在地球表面的任何地点,因而,除了作为原始地理信息的来源外,GPS 在飞行器跟踪、紧急
事件处理、环境和资源监测、管理等方面有着很大的潜力。
(2)存储:GIS 中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类,如何在计算机中有效存储和管
理这两类数据是 GIS 的基本问题。在计算机高速发展的今天,尽管微机的硬盘容量己达到 GB
级,但计算机的存储器对灵活、高效地处理地图这类对象仍是不够的。GIS 的数据存储却有
其独特之处.大多数的 GIS 系统中采用了分层技术,即根据地图的某些特征,把它分成若干
层,整张地图是所有层叠加的结果。在与用户的交换过程中只处理涉及到的层,而不是整幅
地图,因而能够对用户的要求作出快速反应。
地理数据存储是 GIS 中最低层和最基本的技术,它直接影响到其他高层功能的实现效率,
从而影响整个 GIS 的性能。基于微机平台的 MAPGIS 能够快速、高效地处理多达上万幅的
海量地图库,这不仅在国产 GIS 软件中处于领先地位,即使与国外同类产品相比仍是其中佼
佼者,这与 MAPGIS 较好地解决了地理数据的存储问题密切相关。
(3)地理数据的操作和分析:GIS 中对数据的操作提供了对地理数据有效管理的手段。对
图形数据(点、线、面)和属性数据的增加、删除、修改等基本操作大多可借鉴 CAD 和通用
数据库中的成熟技术;有所不同的是 GIS 中图形数据与属性数据紧密结合在一起,形成对地
物的描述,对其中一类数据的操作势必影响到与之相关的另一类数据,因而操作带来的数据
一致性和操作效率问题是 GIS 数据操作的主要问题。
地理数据的分析功能,即空间分析,是 GIS 得以广泛应用的重要原因之一通过 GIS 提供
的空间分析功能,用户可以从己知的地理数据中得出隐含的重要结论,这对于许多应用领域
是至关重要的。
GIS 的空间分析分为两大类:矢量数据空间分析和栅格数据空间分析。矢量数据空间分析
通常包括:空间数据查询和属性分析,多边形的重新分类、边界消除与合并,点线、点与多
边形、线与多边形、多边形与多边形的叠加,缓冲区析,网络分析,面运算,目标集统计分
析.栅格数据空间分析功能通常包括:记录分析、叠加分析、滤波分析、扩展领域操作、区域
操作、统计分析。
(4)输出:将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是 GIS 问题求解过程的
最后一道工序。输出形式通常有两种:在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出。对于一些对
输出精度要求较高的应用领域,高质量的输出功能对 GIS 是必不可少的。这方面的技术主要
包括:数据校正、编辑、图形整饰、误差消除、坐标变换、出版印刷等。
1.4 选题的意义与本文的研究工作
长期以来我国重电源建设,对电网的投入不足,造成城乡电网的薄弱,难
以保证各类用户的用电质量。国家电力公司决定,工作重点由重电源建设转移到
重电网建设和改造上来,决定投资 2700 亿元实施城乡电网建设与改造工程,从
而使城乡配电网装备水平明显提高,为 2010 年达到或接近世界先进水平打好重
要基础。同时强调,城网改造要依靠科技进步,采用先进成熟的技术,由中档适用走向产业
升级和更高的技术发展阶段。配电自动化是城网建设和改造中现代化管理的重要手段。
目前国际上还没有 GIS 技术工业标准,而 GIS 在上个世纪九十年代兴起,其技术发展也
刚刚开始进入实用化阶段,因此很难形成相应的国际标准。因此,在此背景下对 GIS 研究的
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