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电力GIS的基本技术和发展趋势
一、现状及问题分析

(一) 现状现状现状现状

随着计算机技术、计算机图形技术、新的数学理论、空间技术、数据存储等的发展,GIS在各行业领域得到了迅速发展,成为重要的辅助决策工具。据有统计,目前世界上常用的GIS软件己达400多种, 国外较著名的GIS软件产品有:AuotoDesk系列产品、Arc/Info、MapInfo及其构件产品、Intergraph、Microstation等,还有Web环境下矢量地图发布的标准和规范,如XML、GML、SVG等等。我国GIS软件比较成熟的有南方CASS、MapGIS、GeoStar、SuperMap等。 国内电力GIS多数是基于现有GIS软件的基础上,利用现有GIS软件的API函数库,二次开发基于电力系统的专用GIS软件。当然也有自主研发的电力GIS软件,但是技术相对封闭,扩展性差,自然应用范围有限。

(二) 当前GIS存在的主要问题

1. 数据结构方面存在的问题

目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统,即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储,当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面,其缺点是处理位置关系相当费时,且缺乏与DEM(Digital Elevation Model,数字高程模型)和RS(Remote Sensing,遥感)直接结合的能力。在栅格结构方面,存在着栅格数据分辨率低,精度差;难以建立地物间的拓扑关系;难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题。

2. GIS模型存在的问题

传统GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象,使得人们认知地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系,难以表达复杂的地理实体,更难满足客观世界的整体特征要求。在GIS软件开发中,如果语义分割不合理,将难以有效表达地理空间实体间的关系,这就导致较深层次的分析、处理操作难以实现。随着GIS应用需求领域的不断开拓及计算机技术的迅速发展,对空间数据模型和空间数据结构提出了更高的要求,使得传统的地理空间数据模型力不从心,逐渐暴露其弊端。 传统的GIS模型,只是地理空间的现势信息,而无法表达地理空间的过去变化历程。

3. 数据共享能力、互操作性较差

各类型的GIS系统软件,都有独自特点的数据模型规范。系统间交互,数据需要经过直接或者间接的转换。造成了数据互操作性较差,数据的共享能力较弱。数据的利用价值没有被充分发挥。信息孤岛是制约GIS应用的一个主要原因。

4. 数据冗余严重

在一个数据集合中重复的数据称为数据冗余的完整性,存在大量的结构、数据冗余用于存储及处理冗余的数据,造成计算机资源巨大的浪费。

5. GIS的分析能力有限

GIS的应用越来越普遍,深入到生产生活的各个角落法满足更高的需求。这其中有硬件的条件的限制当然随着云计算等技术的成熟,相信GIS的分析能力有很大的突破。

6. 成本较高

GIS的建设中,购买电子地图的投入占了很大的比重主要的还是数据共享能力弱。地图行业缺少提供电子地图维护式,我们只能既希望能够达成愿望。
 

二、未来发展趋势

(一) 时态GIS

已经不能满足很多实际的需求,传统GIS的发展已经遇到了瓶颈新一代的地理信息系统将会在不久的将来出现现出一系列重大的概念的技术的变革:

组织模型与存储模型将发生重大的革命,时空数据库模型将替代场景模型的完善将不可避免地冲击目前空间数据离散模型的表达与组织方式空间数据解析模型表示与组织将成为某些情况下的重要手段并继续发展,并引发空间数据计算模型的以地图处理为基础的模型将让位与直接面向空间实体及其关系的处理模式(Roger Tomlinson:GIS之父)。

空间数据的概念模型、组织模型与存储模型将发生重大的革命的静态空间数据模型,场景模型的完善空间数据解析模型表示与组织将成为某些情况下的重要手段并继续发展变化;以地图处理为基础的模型将让位与直接面向空间实体及其关系的处理模式统软件进入“后Tomlinson时代”(空间数据协同计算技术将成熟并进入实用衡、容错”为特点的空间数据协同计算将成为构建网格地理星系系统将成为GIS软件的主流其支持下变得十分普遍。

“以史明鉴”,,时态GIS的初衷,就是借鉴已故有的历史信息,推演预测指导未来的变化和发展。使之资源合理分配,将有限的资源得以充分使用。时空符合数据库查询语言技术将进入实用,成为空间数据库的基本配置,这类语言不仅可以支持时空数据模型、实现时间与空间两个方向及其符合计算,而且可以支持分布式环境下的并发计算,在空间数据计算组织、时空符合查询和分布式计算任务乃至空间数据一致性、完整性维护等方面具有强大的描述能力,较之目前的空间数据库查询语言应用覆盖面更加宽广。用户可以用它方便地组织空间数据(包括属性数据)的应用计算任务,摆脱面向过程的空间数据计算模式,真正实现面向问题的计算。

(二) 多种技术集成

1. 与虚拟现实技术的结合

虚拟现实(VirtualReality)是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术,是当代信息技术高速发展和集成的产物。从本质上说,虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口,通过计算机建立一种仿真数字环境,将数据转换成图形、声音和接触感受,利用多种传感设备使用户“投入”到该环境中,用户可以如同在真实世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。再者,随着计算机技术的发展,计算机硬件的成本在不断的下降,三维显示和交互就会变得非常普遍。例如虚拟三维变电站,进行上岗人员培训等在电力方面已经做出了一些尝试。因此,开发虚拟GIS已成为GIS发展的一大趋势。电力GIS的虚拟现实,有着重要的潜在价值。

2. 与无线通信充分结合

随着移动通信及智能手机的发展,无线网络将成为全球数据传送的主要路径。移动GIS(MobileGIS)的应用,将大范围的展开,与卫星定位相结合的导航、搜索等将会在各个行业得到广泛运用。GIS将在人们成为人们周围不可或缺的信息工具,成为像手表、移动电话等一样不可获取的日常必需品。电力GIS已经在这个方向已经取得了一定运用效果,例如:数据采集、智能巡检、现场派工、故障抢修等等。跟多更深入的电力业务需求,急待GIS技术与无线通信技术的充分融合。将电力GIS系统的终端延伸至现场,更好的发挥所见即所得信息应用效果。

3. 开放式GIS

所谓开放式GIS,是指在国家和世界范围内的分布式环境下实现空间数据和地理信息处理资源的共享。它是随着计算机网络技术、客户服务器技术、ODBC(Open Database Connectivity)技术、GIS技术等的不断发展与成熟而产生的。为了研究和开发开放式GIS,1996年在美国成立的开放地理信息联合会主要研究和建立了开放式地理数据交互操作规程(Open Geodata Inter-operability Specification),寻求一种方式实现通过网络实时获取不同系统中的地理信息。 因特网的出现使“计算机联合起来”在技术上变成可能,网格地理信息系统也将在技术上支持“GIS联合起来”。遵守的共同的规约,实现地理信息的共享和传递。 此外,新一代的地理信息系统软件在一起其他的软件的集成能力,空间表达能力和三维处理能力等方面也会有更大的发展与突破。

4. 图形数据中心

GIS系统作为真实世界的反应,记录存储着最基础的地理位置信息。多数的系统都是基于这些基本的信息,针对不同的领域,来满足不同领域的需求。建立健全完善的基础数据,共享发布到其他系统,做行业内图形数据维护的中心。图形共享采用电力行业IEC61970标准的CIM模型。IEC 61970标准,定义了CIM的基本包集,提供了能量管理系统信息的物理方面的逻辑视图。CIM是一个抽象模型,它表示了电力企业运行的各个方面所需要的模型中典型包含的所有主要对象。模型包含这些对象的公共类和属性,以及它们之间的关系。充分遵守支持和运用行业标准,这必将更好的发挥图形数据的价值。最终达成电力GIS系统为电力系统内部的图形数据中心。

5. 结构组件化

搭建一个小型的 GIS 系统已经不是少数几个人所能完成的任务,而建立数字地球更是个人难以想象的庞大的工程,将会号召全球各地人们的参与。于是,人们想到了把一个庞大的GIS软件系统可按应用需要分解成“定制系统”的GIS“元件”,从而能通过组件的组装搭建系统。怎样才能将这些 GIS 的“元件”在标准的系统环境下(如 OLE 和 OpenDOC)与其它非 GIS 的“元件”连接,快速有效地实现系统的合成,自然就成了 GIS 研究的新课题。如果能够突破这一障碍,全世界的人都能够参与 GIS 的建设,建立丰富的元件库,完善系统数据库,用户可根据需要合理拼装调用。通过分布式的方式对这种组件式 GIS 的各元件或数据进行存贮,从而利用分布式对象管理系统来进行 GIS“元件”及数据的管理。 ComGIS (ComGIS 即组件式 GIS)的基本思想就是把 GIS 的功能模块划分为多个组件,每个组件完成不同的功能。各个 GIS 组件之间,以及 GIS 控件与其它非 GIS 组件之间,可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来,形成最终的 GIS 应用。组件如同一堆各式各样的积木,它们分别实现不同的功能(包括 GIS 和非 GIS 功能),根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来,就构成地理信息系统基础平台和应用系统。 电力行业内系统专业性较强,在图形中心的基础上,实现结构组件化,是电力GIS系统能够因地至于的服务更多方面的需求。

三、结语

本文所探讨的范围有限,仅能做简单的概述。电力行业对于电力GIS系统的需求将会越来越高,设备资产的地理信息存储记录查询,这是电力GIS系统的基础,基于电力GIS系统的高级运用将会更加专业化。应对各种更高的需求,寻找和尝试新型的地理信息理论及技术,探讨更新型的电力GIS系统解决方案,值得深入的研究和探索。


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