基于数据中台的GIS电网空间数据服务

周慧明 张立峰 彭成

[摘    要]随着电网公司各业务发展与应用创新的不断深入，日常电網运行和管理的数据已经成为了公司的重要资产。尽管按照“一平台、一系统、多场景、微应用”的整体技术路线初步实现平台资源和跨专业数据共享，但公司内部数据壁垒和信息系统孤岛现象仍然存在。以电网空间数据为例，针对基于数据中台的GIS电网空间数据服务进行研究，从电力应用专业地图服务、电网空间数据融合和提供快速数据服务作为数据跨专业共享提供一个解决办法并进行验证，并提出未来电网空间数据研究和应用方向的展望。

[关键词]数据中台;电网空间数据;地理信息系统（GIS）

[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）01–0–04

[Abstract]With the continuous deepening of the business development and application innovation of power grid companies， the daily power grid operation and management data has become an important asset of the company. Despite the initial realization of platform resources and cross-professional data sharing in accordance with the overall technical route of "one platform， one system， multiple scenarios， and micro-applications"， the company's internal data barriers and information system islands still exist. This paper takes grid spatial data as an example， and conducts research on GIS grid spatial data services based on data centers. From power application professional map services， grid spatial data fusion and rapid data services as data sharing across disciplines， a solution is provided and verified. ， And at the end of the article put forward the prospects of future grid spatial data research and application.

[Keywords]data center; power grid spatial data; geographic information system （GIS）

1 数据中台在电网空间数据应用的优势

当前电网公司的电网空间数据主要分布在电力系统的调度、设备和营销三大部门，其中调度部门维护和存储主网数据，设备部门维护和存储配网数据，营销部门维护和存储低压和用户数据。如何有效统一的建设、使用和应用电网一张图是电力信息化建设的一个重要工作。本文采用数据中台方式汇集三大主业部门的电网空间相关数据，基于电网SG-CIM模型实现数据融合，再实现数据对象化服务。

数据中台以应用需求为导向，沉淀共性数据服务，建设“数据可见、组件成熟、体系规范”的数据服务能力，同时形成企业数据服务的标准化、规范化，最终达到数据一个源（One Data），为公司各专业、各基层单位和外部合作伙伴提供敏捷开放的数据分析和共享服务，实现电网数据一次建设，各信息化系统直接调用方式，避免公司整体信息化建设的重复投入，降低应用开发门槛，拓展业务视角，推动跨部门业务联合创新，如图1所示。

数据中台在云基础平台之上搭建，主要分为数据接入、存储计算、数据管理、服务运营、服务内容和统一服务六个方面。

（1）数据接入是将各部门电网数据汇聚到数据中台贴源层。数据接入的数据种类主要包括结构化数据、非结构化数据、采集量测类数据以及E格式文件和特定规约的消息数据。数据接入方式包括了消息队列、数据复制、数据同步、数据交换等。

（2）存储计算是指各部门电网空间数据接入数据中台后的落地过程，包括分布式文件系统、分布式列式数据库及分布式关系型数据库。数据计算是指根据业务需求提供对于数据的加工处理能力，包括批量计算、流计算及内存计算。

（3）服务内容是数据中台核心，数据在贴源层实现汇聚，在共享层实现建模加工，在分析层实现以业务对象为中心进行数据聚合萃取，最终形成跨专业、业务融合的汇总数据。

（4）数据管理是数据中台数据加工、处理、生产的过程，包括主数据管理、数据质量管理、数据模型管理、标签建设管理、数据产品研发、数据资产目录管理等。

（5）服务运营是为保障数据中台服务能稳定和可持续提供数据服务，需提供各种管理支撑工具和响应运营能力，包括服务任务调度、链路监控、监控告警、计量管理、权限管理和服务目录。

（6）统一服务层是直接面向中台最终用户，需要实现安全、友好、可控的对内对外数据服务统一访问，提供Restful等各类形式的API服务接口的统一注册、管理和调度。

2 通用与专业地图服务区别

电网空间服务离不开地理信息系统的电力数据与GIS基础地理数据和空间分析能力的结合，拓展电力业务应用建设，为基层员工日常工作提供更为便捷和有效的操作工具。

当前互联网GIS服务应用特别广泛，常使用的有导航、外卖、打车等，也有很多互联网厂商提供成熟的GIS服务，比如高德、百度等。在电力系统中有不少省电力公司也尝试将这些地理图服务应用于电力业务信息化建设，但是效果一直不理想，主要是电力业务应用的需求与互联网地图服务的能力有较大差距。

2.1 地图需求差异

互联网地图是面向民用客户，其覆盖范围广、道路POI丰富、数据更新快，但图层固定，建筑物、水系等数据较差，底层数据不公开，无法按照业务需求进行调整。采用不可逆坐标加密技术，对接入应用需要进行坐标加密后才能使用。地图渲染颜色明亮，突出地物和道路显示。

电网空间服务面向电力内网应用，数据范围和精度要求可控，需具备电网设备设施POI及建筑等图层数据，需根据业务应用需求进行丰富化的定制。坐标数据要能方便地开展快速大面积空间分析与展示，所需地图底色偏淡，突出叠加在地图上的电网空间、电力设备设施以及业务提示信息。

2.2 相关法律规定

根据自然资源部国家测绘局2009年颁布的《公开地图内容表示补充规定（试行）》和2010年颁布的《基础地理信息公开表示内容的规定（试行）》规定了很多公开地图的要求，其中与电力業务相关的部分条款举例如下：

（1）公开地图位置精度不得高于50 m，比例尺不得大于1∶10 000。

（2）大型水利设施、电力设施、通信设施、石油和燃气设施、重要战略物资储备库、气象台站、降雨雷达站和水文观测站（网）等涉及国家经济命脉，对人们生产、生活有重大影响的民用设施位置精度不得高于100 m。

（3）不得标示重要桥梁的限高、限宽、净空、载重量和坡度属性，重要隧道高度和宽度属性，公路的路面铺设材料属性。

（4）不得标示江河通航能力、水深、流速、底质和岸质属性，水库的库容属性，拦水坝的构筑材料和高度属性，水源的性质属性，沼泽的水深和泥深属性。

（5）不得标示高压电线、通讯线、管道的属性。

因此，针对电力业务需求互联网地图在法律层面就存在诸多限制，对很多电力业务服务的支持存在天然不足。

2.3 专业地图数据定制

电力信息化系统建设需要专业地图数据，本文建设项目采用委托有测绘资质的公司开展相关工作。地图数据坐标系采用我国于2008年7月1日起启用的2 000国家大地坐标系，数据包括矢量数据、影像数据、数字高程模型数据（DEM）、导航地图数据。

将这些数据按照电力专业地图要求进行定制，实现境界与政区、交通、水系、居民地、绿地和POI数据的预处理、合并、配图、编辑、切图以及最后的成果整理及归档。

3 电网空间数据服务

3.1 系统架构

基于数据中台的GIS电网空间数据服务基于云平台，使用微服务架构进行数据服务的开发、发布、管理工作。其应用架构包括了数据接入、在线数据访问、统一数据服务、运维工具、服务管理工具。

由于电力数据种类繁多，数据量大，数据中台需要能够支持和使用分布式对象存储、分布式关系库、分布式列式库、分布式内存库，合理组合使用，达到完全支持中台数据类型，并且能够有效支持高速服务请求。在数据层之上按业务域建设数据中台，通过统一数据服务对业务应用系统提供数据服务。为了保证系统稳定运行，平台提供高效合用的运维工具和管理工具。

3.2 数据处理

电力GIS空间数据呈现出数据量大、数据结构复杂、应用广泛等特点，对数据存储和数据管理有很高要求：需要具有海量的数据存储管理能力、高效的数据传输能力、有效的数据安全控制机制。

本文根据电力业务应用特点将电力GIS数据加工分解分为九大类：基础地图数据、电网资源空间数据、电网资源属性数据、电力专题图数据、电力用户空间数据、环境气象时空数据、电力业务空间数据、电力时空分析数据、电网拓扑数据等。

（1）基础地理空间数据：主要是为电网业务运行提供地理空间参照，作为背景底图进行使用。

（2）电网资源空间数据：主要是指电力设备相关的具有地理空间位置数据，是电网GIS空间信息服务平台管理的核心数据。

（3）电网资源属性数据：主要是指电网设备相关的非空间属性数据，作为业务分析使用。

（4）电力专题图数据：主要是指电力设备相关的站内一次接线图和系统图、单线图等电气专题图数据。

（5）电力用户空间数据：主要是指电力用户的具体地理空间位置数据。

（6）气象时空数据：主要是指气象的地理空间位置及时间特征的专题数据，作为气象专题分析使用。

（7）电力业务空间数据：主要是指电力业务应用所产生的地理空间位置专题数据，作为业务空间分析使用。

（8）电力时空分析数据：主要是指为满足电力业务分析，利用大数据技术加工生成的时空数据，作为带有时空特征的业务分析使用。

（9）电网拓扑数据：反映电网设备与设备之间关系的模型关系数据，作为电网拓扑分析使用。

3.3 系统应用

数据中台支撑应用的模式包括三大类：①直接调用数据中台数据服务;②基于数据中台数据和组件构建并发布数据服务;③使用数据中台组件的能力构建应用。

典型应用开发场景包括报表、数据服务、分析挖掘应用、实时计算、数据探索五类场景。

（1）报表分析场景：结合相关数据报表需求，基于数据中台完成所需数据接入、整合处理，在此基础上，利用提供的报表工具，完成报表设计开发、绑定数据源、配置报表生成，实现报表动态输出。

（2）数据服务场景：结合数据应用需求，基于数据中台完成所需数据接入、整合、计算分析等加工处理，完成应用方所需数据集准备，开发对外服务接口，并基于数据服务目录发布相关数据服务，供应用方系统调用。

（3）数据挖掘场景：基于数据中台完成分析挖掘所需数据接入、整合等加工处理，在此基础上，利用自助分析工具，完成挖掘模型训练与发布，以及相关分析展现场景配置开发与发布，满足分析挖掘类应用需求。

（4）实时计算场景：结合应用方数据应用需求，通过数据中台发布消息队列服务，数据产生源开发数据推送服务，基于数据中台流计算引擎开发计算任务处理队列数据，并将相关计算结果提供应用需求方。

（5）数据探索场景：在数据中台中构建探索区，利用数据脱敏工具，将中台已接入的业务系统数据通过脱敏处理后进入探索区，实验人员可利用数据中台提供的相关分析工具，基于探索区进行数据分析试验训练。

当前基于数据中台的GIS电网空间数据服务建设的应用包括調控气象服务平台、用电采集高效运维智能派工、配网供电服务指挥平台、重要活动保供电应急指挥系统等。经实践表明，基于数据中台的GIS电网空间数据服务实现了预期功能，得到了良好的综合效应。

4 展望

4.1 4D-GIS

将来电力信息化建设不仅需要大力开展三维GIS技术的应用，从当前单个场站三维建模应用场景发展成为输电线路三维应用、城市建筑三维电力应用、城市地下官网三维应用，还将更进一步把电网空间数据在时间维度变化相结合，反映电网随时间演变的过程。4D-GIS（空间+时间）应用于电网规划、电网运维工作中，实现从电网规划设计工程的全生命周期管理到建设完成移交后的运维全生命周期管理。可以模拟电网负荷的时空动态变化过程，电网调度状态感知，电网故障发展过程，有助于精细化电网规划、调度、运维工作。

4.2 电网业务大范围覆盖

将来电网数据类型将从空间数据逐步接入和发展，不断接入电网运行数据、电网调度数据、电网维修工单数据、电网营销数据。实现从电网资源一张图向电网运行一张图发展，实现电网业务场景一张图向企业运营一张图发展。依托电网资源数据、运行数据、业务数据，结合不同应用需求的指标算法，为不同分析决策提供数据支撑，协同提升企业管理优化和精准决策能力。

5 结束语

基于数据中台的GIS电网空间数据服务的建设，验证了全电网空间数据汇集、模型化和服务化的可行性。全电网空间数据的建设是未来电网信息化建设的重要基础工作，为电网规划与建设、电网实时调度、电网运行维修、电网客户服务等业务应用建设提供坚实的数据基础，为跨专业业务创新提供了有效支持。针对电网空间数据服务的建设提供了一个有效的建设方法，对GIS电网空间数据服务进行了展望，以期能对将来相关工作给予一定参考。

参考文献

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