CN103886521A - 一种基于gis 的智能巡检测试终端及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于GIS的智能巡检测试终端及测试方法。本发明对GIS系统的底层核心进行重构，定义了分层式对象体系结构，该体系结构以“对象”作为基本单元，用多层次的数据结构表示对象各方面的属性，从而用于对供电电网的地理信息、拓扑结构和电网设施参数进行管理和应用，所述智能巡检测试终端包括基础数据模块、增强数据模块、数据应用接口模块、图形化应用模块、查询应用模块、定位模块以及通信模块，该终端可以基于分层式对象体系结构实现各种应用功能，能够为供电电网的巡检作业提供信息化的辅助手段。

Description

一种基于GIS 的智能巡检测试终端及测试方法

技术领域

本申请涉及电力电网技术，更具体地，涉及一种基于GIS的智能巡检测试终端及测试方法。 

背景技术

供电电网包括电网网线及相关设备，其承担着输送生产和生活用电的关键职能。供电电网一旦发生故障，特别是一旦发生局部中断甚至大面积中断，就会严重影响社会各部门运行，造成重大的损失。 

巡检，即依照供电电网的空间分布对供电电网线和设备逐步进行探查和测试。这一工作是供电电网运营维护的关键环节，是及时发现并排除异常的主要手段。传统巡检主要依靠人工作业，由于供电电网空间布局复杂、设备型号繁多，传统的人工巡检在成本、效率和效果等各方面已经不能满足要求。开发信息化的巡检测试终端，从而为供电电网巡检工作提供数字支撑，已经成为本行业技术发展的主流趋势。 

供电电网的突出特点是被布设于广泛的地域范围之内，巡检作业与供电网线及相关设备的地理位置具有密切的联系。因此，利用GIS（地理信息系统）为供电电网巡检作业提供信息资源的技术方案，在实践中被证明具有良好的效果。 

GIS是针对地理空间数据进行采集、管理、分析、查询和显示的数据 库应用系统。GIS以特定目标的地理位置信息为基础，融合与地理位置具有相关性的其它类型数据，并且综合运用卫星定位、电子地图、信息共享、空间计算等技术手段，为与地理空间相关的管理、规划、预测、决策提供数据辅助。GIS系统在交通运输、国土资源、环境保护、城市建设、军事国防等领域都发挥着日益重要的作用。 

在供电电网巡检这一领域，GIS技术的应用目前也处于高速发展阶段，主要包括以下方面的应用：（1）基于GIS提供的电网网线及相关设备分布的地理位置信息，在电子地图界面上进行显示和输出，从而为巡检的目标定位、路径规划和导航提供辅助。（2）以GIS的地理空间数据为基础，提供数据查询、分析和图形化输出，为电网巡检的各个环节提供有用信息。 

在现有专利中，存在将GIS技术应用于供电电网巡检的系统和终端，这些专利具体实现了以上两个方面的应用。例如，公开号为CN103701208A的发明专利申请“一种电力移动智能巡检终端”中，利用GIS展示模块将电力移动智能巡检终端中预存的的地图和电网设备信息进行加载并显示，用户可以通过该GIS展示模块对各种电网设备信息和主要的地理基础信息（包括道路和主要地物）进行查询和定位等操作；该GIS展示模块基于图形化的地图界面进行信息展示和人机交互。又例如，公开号为CN103580285的发明专利申请“一种变电站巡检系统”中，便携巡检电脑设有GIS应用模块，该模块配有GPS单元进行定位，并且基于GPS定位与网络地图的业务应用，可以通过GIS为巡检人员合理规划巡检路线，对关键点位实现位置上传。 

但是，目前基于GIS的供电电网巡检系统和终端，都只是在提供地理信息服务的GIS系统的基本架构之上，存入与电网巡检相关的目标数据， 并开发了相应的人机接口和界面，也就是说，其改进主要在于系统的上层。就其底层来说，基本数据模型、信息管理查询方式以及数据计算方式都是按照传统的GIS系统来构建的。 

然而，传统的GIS毕竟不是专门针对供电电网而设计的，因此单纯依靠传统的GIS实现供电电网巡检方面的应用，会存在比较大的局限性。具体来说：首先，传统GIS主要针对现实实体的地理位置和空间形状等要素，传统GIS所定义的数据结构主要用于对目标的点、线、面形状及位置坐标实现数学表达，对数据的计算分析则以对目标在几何上的相交、重叠等相互关系进行仿真为主。而供电电网是由电力网线和电力设备相互连接而形成的网络，因此如果将这些电力网线和电力设备作为目标，仅仅表示目标的几何形状和地理位置是不够的，更为重要的是定义和表示这些目标之间的拓扑结构，而对于目标数据的分析计算，也要以拓扑上的相互关系为主，而不仅仅是针对几何上的相互关系。例如，图1中左侧所示的两条交叉电力线A和B，二者的交叉仅是在几何上重叠，在电路拓扑上没有连接关系；而图1中右侧所示的两条交叉电力线C和D，二者的交叉不仅是几何上重叠，同时也在电路拓扑上也通过枢纽设施而相互连接。传统GIS系统能够对上述各条电力线的地理坐标和几何关系进行定义和计算分析，但是不容易实现对A-B和C-D各自拓扑结构的定义及分析。其次，在供电电网巡检当中，电力网线及电力设备的参数数据是必需的，但是传统的GIS由于主要针对地理信息设计，其数据结构不容易实现与电网设施参数的兼容，因此，现有的巡检设备及系统需要单独建立电网设施参数数据库，并独立提供管理和查询。显然，这种分离的结构不利于系统融合和功能实现。 

可见，现有技术中的供电电网巡检系统和终端是在引入传统GIS体系的基础上主要针对其上层的功能接口进行扩展和开发，并不能从根本上适 应供电电网自身的本质特性，无法满足信息化电网巡检工作的实际需要。 

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种基于GIS的智能巡检测试终端及测试方法。本发明对GIS系统的底层核心进行重构，定义了分层式对象体系结构，该体系结构以“对象”作为基本单元，用多层次的数据结构表示对象各方面的属性，从而用于对供电电网的地理信息、拓扑结构和电网设施参数进行管理和应用，达到了以上多方面数据的融合；在重新定义的体系和数据结构的基础上，进而实现了不同于传统GIS的信息管理、查询和数据运算方法；最终，本发明提供了适应巡检测试需求的功能。 

本发明所述基于GIS的智能巡检测试终端，其特征在于，包括： 

基础数据模块，用于获取、保存并输出与供电电网本身及其所分布的地理空间相关的全部原始数据； 

增强数据模块，用于基于从所述基础数据模块获得的所述原始数据重新定义生成分层式对象体系结构，所述分层式对象体系结构包括地理数据层、拓扑数据层和设施参数数据层；所述地理数据层、拓扑数据层和设施参数数据层均以对象作为其中包含数据的基本单位，所述对象是所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体的相关信息组成的数据单元； 

数据应用接口模块，用于作为增强数据模块的上层接口，进行针对所述对象的指令和数据格式的转换； 

图形化应用模块，用于生成电力巡检地图的图形化界面，并且将所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体对应的所述对象在该图形化界面上以图符表示； 

查询应用模块，用于接收针对所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体的查询命令，并且通过查询所述实体对应的对象取得相关数据并进行反馈； 

定位模块，用于根据地理位置坐标实现对坐标范围内的实体对应的对象进行查询和定位； 

通信模块，用于从服务器下载和更新所述原始数据。 

优选的是，其中，所述地理数据层包括实体对象和空间关系对象，所述实体对象是所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体的地理信息组成的数据单元，所述空间关系对象是所述实体对象与地理空间中的其它实体对象之间的空间几何关系组成的数据单元；所述拓扑数据层包括拓扑关系对象，所述拓扑关系对象是所述供电电网包括的所述实体与供电电网中的其它实体之间的拓扑关系信息组成的数据单元；所述设施参数数据层包括设施参数对象，所述设施参数对象是所述供电电网包括的所述实体的设施参数信息组成的数据单元。 

优选的是，所述增强数据模块进一步包括： 

实体识别抽取模块，用于从原始数据分析识别供电电网自身及其分布的地理空间中包括的实体，并从原始数据中抽取实体的相关信息； 

地理数据层对象生成模块，用于根据所述实体识别抽取模块所识别的实体及所抽取的该实体的所述地理信息，为该实体新建所述实体对象；并且计算所述实体对象与其它实体对象之间的空间关系，生成所述空间关系对象； 

拓扑数据层对象生成模块，用于根据所述实体识别抽取模块所识别的供电电网包括的实体及所抽取的该实体的所述拓扑关系信息，为该实体新建所述拓扑关系对象； 

设施参数数据层对象生成模块，用于根据所述实体识别抽取模块所识别的供电电网包括的实体及所抽取的该实体的设施参数信息，为该实体新建所述设施参数对象； 

对象型数据库，用于保存所述地理数据层对象生成模块、拓扑数据层对象生成模块以及设施参数数据层对象生成模块所生成的对象，并且支持针对所述对象的查询和输出。 

优选的是，所述增强数据模块将地理数据层、拓扑数据层及设施参数数据层中的所述对象分别归集为对象集合，并且支持针对所述对象集合的显示或查询。 

优选的是，所述增强数据模块用于确定在地理数据层、拓扑数据层及设施参数数据层中为同一实体所生成的各个对象之间的对应关系，并且采用特定的数据结构表示该对应关系。 

本发明进而提供了一种基于GIS的智能巡检测试方法，其特征在于，包括： 

获取和保存与供电电网及其所在地理空间相关的全部原始数据； 

基于所述原始数据重新定义生成分层式对象体系结构，所述分层式对象体系结构包括地理数据层、拓扑数据层和设施参数数据层；所述地理数据层、拓扑数据层和设施参数数据层均以对象作为其中包含数据的基本单位，所述对象是所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体的相关信息组成的数据单元； 

接收供电电网巡检测试相关的指令，进行指令的格式转换，并且基于所述分层式对象体系结构进行查询以及结果转换和输出。 

优选的是，其中，所述地理数据层包括实体对象和空间关系对象，所述实体对象是所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体的地理信息组成的数据单元，所述空间关系对象是所述实体对象与地理空间中的其它实体对象之间的空间几何关系组成的数据单元；所述拓扑数据层包括拓扑关系对象，所述拓扑关系对象是所述供电电网包括的所述实体与供电电网中的其它实体之间的拓扑关系信息组成的数据单元；所述设施参数数据层包括设施参数对象，所述设施参数对象是所述供电电网包括的所述实体的设施参数信息组成的数据单元。 

优选的是，所述基于所述原始数据重新定义生成分层式对象体系结构的步骤具体包括： 

实体识别抽取步骤，用于从原始数据分析识别供电电网自身及其分布的地理空间中包括的实体，并从原始数据中抽取实体的相关信息； 

地理数据层对象生成步骤，用于根据所述实体识别抽取步骤所识别的实体及所抽取的该实体的所述地理信息，为该实体新建所述实体对象；并且计算所述实体对象与其它实体对象之间的空间关系，生成所述空间关系对象； 

拓扑数据层对象生成步骤，用于根据所述实体识别抽取步骤所识别的供电电网包括的实体及所抽取的该实体的所述拓扑关系信息，为该实体新建所述拓扑关系对象； 

设施参数数据层对象生成步骤，用于根据所述实体识别抽取步骤所识别的供电电网包括的实体及所抽取的该实体的设施参数信息，为该实体新建所述设施参数对象； 

在对象型数据库中保存所述地理数据层对象生成步骤、拓扑数据层对象生成步骤以及设施参数数据层对象生成步骤中所生成的对象。 

优选的是，所述基于所述原始数据重新定义生成分层式对象体系结构的步骤还具体包括：将地理数据层、拓扑数据层及设施参数数据层中的所述对象分别归集为对象集合。 

优选的是，所述基于所述原始数据重新定义生成分层式对象体系结构的步骤还具体包括：对象对应关系确定步骤，用于确定在地理数据层、拓扑数据层及设施参数数据层中为同一实体所生成的各个对象之间的对应关系，并且采用特定的数据结构表示该对应关系。 

可见，本发明对GIS系统的底层核心进行重构，定义了分层式对象体系结构，该体系结构以“对象”作为基本单元，用多层次的数据结构表示对象各方面的属性，从而用于对供电电网的地理信息、拓扑结构和电网设施参数进行管理和应用，达到了以上多方面数据的融合；在重新定义的体系和数据结构的基础上，进而实现了不同于传统GIS的信息管理、查询和数据运算方法；最终，本发明提供了适应巡检测试需求的功能。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明： 

图1是在供电电网当中电力线的几何关系及拓扑关系示意图； 

图2是示例性的供电电网地理空间分布、拓扑结构及电网设施参数的示意图； 

图3是本发明定义的分层式对象体系结构的示意图； 

图4是本发明所述的基于GIS的智能巡检测试终端的结构示意图； 

图5是所述智能巡检测试终端的增强数据模块的具体结构示意图； 

图6是本发明所述的基于GIS的智能巡检测试方法的流程示意图。 

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。 

为了方便对本发明的技术方案、原理和有益效果的理解，首先，结合图2-3对由本发明在传统GIS的基础上重新定义形成的分层式对象体系结构进行介绍。所述分层式对象体系结构以对象作为基本单位，对于与供电电网有关的地理信息、拓扑结构和电网设施参数等数据信息实现了组织、管理、运算和应用。对象作为基本单位，从而在传统GIS集中于对点、线、面等地理空间信息的表达和分析的基础上，进一步有机融合了供电电网的拓扑结构以及电网设施参数，从而为本发明的设备和方法实现其功能打下了基础。 

图2是示例性的供电电网地理空间分布、拓扑结构及电网设施参数的示意图。图3是本发明定义的分层式对象体系结构的示意图。参见图3，本发明将与供电电网有关的数据划分为三个层次：地理数据层1、拓扑数据层2和设施参数数据层3；以上三层当中，数据组织、管理、运算和应用的单位均为对象，所谓“对象”是将现实当中的各类实体的相关信息进行数据化之后所形成的数据单元。 

下面以对象为核心，对以上三个层次进行详细介绍。 

“地理数据层” 

供电电网必然分布于一定的地理空间当中，地理数据层1即是由该地理空间中存在的实体数据化后所形成的对象构成的。在图2描绘的示例性供电 电网当中，该供电电网分布的地理空间内存在如下实体： 

（1）首先，该供电电网所存在的整个地理空间区域即为一个实体，与该实体相关的基本地理信息是地理位置坐标，我们在图2中将该实体O规划为一个长方形区域，可以用该长方形区域顶点的地理位置坐标(O_x1,O_y1`),(O<sub>x2</sub>,O<sub>y2</sub>`)作为该实体O的所述基本地理信息；该实体O还可以具有相关的附加地理信息，例如整个区域的平均海拔E、平均气温T、平均降水量P等等，这些附加信息作为有效的地理信息类型，均可以纳入GIS系统的数据结构之中。为了将所述实体O相关地理信息纳入GIS数据库的存储、管理和应用，我们将实体O对应的基本地理信息和附加地理信息集合在一起形成一个数据单元，该数据单元即是实体O数据化后形成的“对象”，我们把实体O的对象命名为Object(O)，那么 

$\mathrm{Object}\left(O\right)=\left\{\begin{array}{c}(O_{x1},O_{y1}),\\ \left(O_{x2}{O}_{y2}\right),\\ E,\\ T,\\ P,\\ ......\end{array}\right\}$

本发明的地理数据层1可以在GIS数据库的支撑下实现，通过建立对象，使GIS数据库可以支持以对象为单位进行数据的存储、组织、管理、查询、计算和应用。GIS数据库所定义的数据结构适合对对象的点、线、面等几何形状和位置进行描述，例如所述对象Object(O)在GIS数据库中可以调用为面状目标设计的数据结构进行相应的存储、管理和应用。 

（2）在供电电网所存在的整个地理空间区域即实体O的范围之内，还存在着其它类型的实体。例如图2中用单段虚线示出了三条公路R1、R2、R3，每条公路均构成一个线状的实体，以公路R1为例，该实体的基本地理信息为两个端点的地理位置坐标(R1_x1,R1_y1`),(R1<sub>x2</sub>,R1<sub>y2</sub>`),也可以包括附加地理信息，例 如公路等级D、公路坡度G等。实体R1可形成对象Object(R1)，即： 

$\mathrm{Object}\left(R1\right)=\left\{\begin{array}{c}({R1}_{x1},{R1}_{y1}),\\ ({R1}_{x2},{R1}_{y2}),\\ D,\\ G,\\ ......\end{array}\right\}$

同样，可以调用GIS数据库中针对线状目标设计的数据结构对该对象Object(R1)进行相应的存储、管理和应用。 

图2中还用单段虚线示出了一座山峰M，其构成一个不规则封闭的面状实体，该实体的基本地理信息为若干个边缘点的地理位置坐标(M_x1,M_y1),(M_x2,M_y2)……(M_xn,M_yn),以描绘其在二维平面上投影的轮廓线，也可以包括附加地理信息，例如山峰顶点高度H等。实体M可形成对象Object(M)，即： 

$\mathrm{Object}\left(M\right)=\left\{\begin{array}{c}(M_{x1},M_{y1}),\\ (M_{x2},M_{y2}),\\ ......\\ (M_{\mathrm{xn}},M_{\mathrm{yn}})\\ H\\ ......\end{array}\right\}$

同样，可以调用GIS数据库中针对不规则封闭面状目标设计的数据结构对该对象Object(M)进行相应的存储、管理和应用。 

（3）在本发明中，将供电电网自身也作为实体，形成对象后纳入所述地理数据层1当中。供电电网是由电力网线和电力设备构成的，电力设备之间通过电力网线连接。就供电电网在地理空间中的表示方式而言，可以将电力设备表示为地理空间中的点状实体，而将电力网线表示为地理空间中的线状实体。 

如图2所示的示例性供电电网中包括电力设备的点状实体P1至P10，在地理数据层1中将上述表示电力设备的点状实体P1至P10形成对象Object(P1)至Object(P10)。需要强调的是，地理数据层1当中的对象Object(P1)至Object(P10)用于表示电力设备的地理空间信息，其中，基本地理信息是电力设备的地理位置坐标，例如P1的地理位置坐标(P1_x,P1_y)；附加地理信息可以包括电力设备的位置高度H等。即： 

$\mathrm{Object}\left(P1\right)=\left\{\begin{array}{c}({P1}_x,{P1}_y),\\ H\\ ......\end{array}\right\}$

而地理空间信息之外，电力设备所具有的其它属性，包括在供电电网中与其它设备的拓扑关系属性以及电力设备自身的设施参数等，则不通过地理数据层1中的对象来表示。同样，调用GIS系统中针对点状对象设计的数据结构可对对象Object(P1)至Object(P10)进行相应的存储、管理和应用。 

如图2所示的示例性供电电网中还包括上述电力设备之间的电力网线实体L1至L6，电力网线实体在地理数据层1当中形成对象Object(L1)至Object(L6)。L1至L6属于线状实体，其基本地理信息是端点的地理位置坐标，例如L1两个端点的坐标分别是(L1_x1,L1_y1`),(L1<sub>x2</sub>,L1<sub>y2</sub>`)，端点坐标一般与该电力网线连接的电力设备的坐标相同；附加地理信息可以包括电力网线的平均位置高度H等。即： 

$\mathrm{Object}\left(L1\right)=\left\{\begin{array}{c}({L1}_{x1},{L1}_{y1}),\\ ({L1}_{x2},{L1}_{y2}),\\ H\\ ......\end{array}\right\}$

调用GIS数据库中针对线状目标设计的数据结构对对象Object(L1)至Object(L6)进行相应的存储、管理和应用。 

（4）GIS系统的功能不仅仅在于其数据库对地理信息数据的存储，更重要的是，可以基于地理信息数据，实现对几何上的相交、重叠等关系的计算分析。如图2所示，公路实体R1与R3、R2与R3分别存在相交的几何关系；而利用GIS系统提供的上述功能，可以基于对象Object(R1)、Object(R2)和Object(R3)的数据计算获得上述几何关系，并且调用预定的数据结构来存储和管理上述几何关系，从而实现对上述几何关系的查询和应用。本发明中，在地理数据层1建立了对象Object(R1)、Object(R2)和Object(R3)之后，同样可以计算获得对象Object(R1)、Object(R2)与Object(R3)之间的几何关系，并且同样为该几何关系建立对象类型的数据单元Relation(Object(R1),Object(R3))和Relation(Object(R2),Object(R3))。因此，所述地理数据层1也包括代表几何关系的对象Relation(Object(R1),Object(R3))和Relation(Object(R2),Object(R3))。相类似地，针对地理数据层1当中组成供电电网的对象，可以用对象Relation(Object(L1),Object(L6))表示电力网线实体L1和L6之间的几何关系，Relation(Object(L1),Object(P1))表示电力网线实体L1与电力设备实体P1之间的几何关系。当然，在地理数据层1中的上述对象Relation(Object(L1),Object(L6))与Relation(Object(L1),Object(P1))仅仅是表示实体L1和L6或者实体L1和P1在地理空间分布上的相互关系，例如Relation(Object(L1),Object(L6))表示的关系为相交，这仅仅表示实体L1和L6在空间分布上存在重合交点，但不表示二者表示的电力网线具有电连接的关系，是否存在电连接关系将在拓扑数据层2中进行表示，下面将详予介绍。当然，在GIS系统的支持下，也可以基于对象Object(R2)和对象Object(L2)计算表示几何关系的对象Relation(Object(R2),Object(L2))，反映了电力网线L2与公路R2在空间分布上存在相交，这一对象可以为巡检的路径规划等功能提供辅助。 

（5）在上面的介绍中，我们对于供电电网本身及其所分布的地理空间分别定义了不同尺度、类型和内容的实体对象数据结构，对于实体对象之间的空间几何关系定义了空间关系对象数据结构，以上数据结构聚合形成了本发明最基本的层次，即“地理数据层”。对于整个供电电网及其所在的地理空间来说，其中存在的“对象”可以说是海量的，本发明采用对象集合的形式对海量的对象进行分类和管理。 

对于地理空间来说，按照区域进行划分和管理是最为普遍的。参见图2，如其中的双点单划虚线所示，将供电电网所在的地理空间O划分为O1,O2,O3三个分区域。而在本发明的地理数据层1当中，由于以对象作为基本单位，上述地理空间的分区域在地理数据层的数据体系中即表现为对象集合，对象集合中包含每个分区域中存在的全部实体对象和空间关系对象。例如， 

$O1=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Object}\left(P6\right),\mathrm{Object}\left(P8\right),\mathrm{Object}\left(M\right),\mathrm{Object}\left(L5\right),\mathrm{Object}\left(L6\right),\\ \mathrm{Relation}(\mathrm{Object}\left(P6\right),\mathrm{Object}\left(M\right)),\mathrm{Relation}(\mathrm{Object}\left(L6\right),\mathrm{Object}\left(M\right)),\\ \mathrm{Relation}(\mathrm{Object}\left(P6\right),\mathrm{Object}\left(L6\right)),\mathrm{Relation}(\mathrm{Object}\left(P8\right),\mathrm{Object}\left(L5\right))\end{array}\right\}$

其中，点状实体和面状实体一般只存在于一个分区域当中，因而所形成的对象也只被包含于相应的一个对象集合当中。但是，诸如电力网线、公路、河流等线状实体有可能跨越两个或者多个分区域，例如图2中实体L6就存在于分区域O1和O2中，在这种情况下，分区域对应的对象集合O1和O2中都会包括该对象Object(L6)，而在空间关系对象方面，对象集合O1中包括该对象Object(L6)与分区域O1中其它实体对象之间的形成的几何关系对象，如Relation(Object(P6),Object(L6))，对象集合O2中则包括该对象Object(L6)与分区域O2内的实体对象所形成的空间关系对象，例如L6与L5所形成的Relation(Object(L6),Object(L5))。 

除了以地理空间区域上的划分进行对象的归集之外，也可以基于对象的 类型等因素形成对象集合。例如，我们可以将组成供电电网的实体相应的对象归集为一个代表供电电网的对象集合，也可以将所有公路的实体相应的对象归集为一个代表公路的对象集合，即： 

$R=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Object}\left(R1\right),\mathrm{Object}\left(R2\right),\mathrm{Object}\left(R3\right),\\ \mathrm{Relation}(\mathrm{Object}\left(R1\right),\mathrm{Object}\left(R3\right)),\mathrm{Relation}(\mathrm{Object}\left(R2\right),\mathrm{Object}\left(R3\right))\end{array}\right\}$

通过在地理数据层中构建和保存对象集合这一数据结构，在实现巡检相关的应用功能过程中，可以为地图局部显示、分类数据查询等实际应用提供很大的便利。 

“拓扑数据层” 

在地理数据层1当中构建的对象当中包含供电电网的电力网线和电力设备所形成的实体对象，但是在地理数据层中只反映了电力网线和电力设备的实体对象的几何属性和空间上的相互关系。本发明已经反复阐明，对于利用供电电网的数据实现巡检等实际应用来说，更重要的表示电力网线和电力设备等实体的拓扑关系的数据，所述拓扑关系反映了电力设备和电力网线在电路连接上的连通和分支等状态。本发明所建立的拓扑数据层2即是用于对该拓扑关系的数据进行保存、管理、分析和应用的结构体系。 

拓扑数据层2同样是以由实体数据化后形成的对象作为最基本的单位而构建的。当然，这一层中的实体只包括构成供电电网的实体，如图2中表示各个电力设备的点状实体P1至P10以及表示各个电力网线的线状实体L1至L6。在本层当中，将某一个构成供电电网的实体与其它构成供电电网的实体存在的拓扑关系信息形成一个数据单元，即拓扑数据层2当中的“对象”，为了区分我们将这一层中的“对象”称为“拓扑关系对象”。例如图2当中表示某一电力设备的点状实体P2，它直接连接电力网线L1和L2，并且与这两条供电线路上的实体P1和P3通过电力网线L1和L2实现电路上的连接， 但是对于供电网线L1上连接实体P9来说，P2与之在电路上没有连接关系。针对该实体P2形成的拓扑关系对象Topology(P2)，即 

$\mathrm{Topo}\log y\left(P2\right)=\left\{\begin{array}{c}L1:(P1,\mathrm{connection}),(P9,\mathrm{disconnection});\\ L2:(P3,\mathrm{connection})\end{array}\right\},$

该拓扑关系对象实际上是一个二维数组，其中一维反映了P2与L1和L2的连接关系，另一维则反映了P2与L1上的P1、P9及L2上的P3之间的连接关系。 

而对于线状的实体L2，我们可以定义如下的拓扑关系对象Topology(L2), 

$\left(L2\right)=\left\{\begin{array}{c}P2,P3;\\ L1:\mathrm{connection}\\ L3:\mathrm{connection}\\ L4:\mathrm{connection}\\ L5:\mathrm{disconnection}\end{array}\right\}$

该数据结构表示L2相连接的点状实体P2，P3，并且表示了L2与相邻的各条电力网线L1，L3至L5的拓扑连接关系，即L2与L1、L3、L4相连接，但是与L5不相连接。 

拓扑关系对象非常有效地表示了供电电网中各实体存在的电路关系，将其与这些实体在空间上的几何关系分离开来，例如图2中的实体L1和L6，在空间关系上看二者是相交的，但是通过拓扑数据层2中与L1和L6相关的拓扑关系对象Topology(L1)和Topology(L6)的分析，可以容易地判断二者不存在电路上的关联性。在实际应用中，通过采用独立的数据结构来实现对拓扑关系的表示、管理和分析对于完善GIS系统是非常有利的，例如，在为电网巡检而呈现的电子地图当中，单纯表征出L1和L6空间上的分布会让人误认为二者是相连接的，但通过叠加对二者的拓扑关系对象的图形化符号表示，就能够呈现出二者在电路上相分离的实际状况。 

拓扑关系通常是两个以上的实体之间的相互关系，但我们为每个独立的实体而单独建立所述拓扑关系对象，也就将实体之间的关系映射到每个实体的对象当中，这样能够为对拓扑关系数据的查询和分析提供便利，例如，我们可以就每个实体单独地进行拓扑关系的分析和呈现，这也体现了本发明以“对象”作为每一层的基本单位的目的性。 

需要强调的是，由于地理数据层1和拓扑数据层2均是针对相同实体的不同因素而构建对象的，即都是针对P1至P10以及L1至L6构建的，至因此地理数据层和拓扑数据层中的对象具有对应关系。这种对应关系对于本发明功能的实现具有重要的作用，因此可以用多种数据结构上的方式来表示该关系。例如，在地理数据层1中的对象Object(P1)和拓扑数据层2中的拓扑关系对象Topology(P1)可以享有相同的索引ID；或者，可以建立地理数据层1、拓扑数据层2以及下面介绍的设施参数数据层3三者之间的对象链接表，在链接表中保存了在地理数据层1中的对象Object(P1)和拓扑数据层2中的拓扑关系对象Topology(P1)之间的关联关系。 

“设施参数数据层” 

在供电电网中的设施，无论是被表示为点状实体的电力设备，还是被表示为线状实体的供电网线，都涉及很多必需的设施参数，包括电气参数、机械参数、动态参数等等，这些参数是供电电网巡检中所不可缺少的有效信息，而且对于整个供电电网体系来说，所涉及的设施参数的类型和数量都是相当多的。然而，由于现有的GIS系统并不是专门针对供电电网方面的应用而开发的，因此对于这些参数只能作为点、线、面等空间特征以外的附加数据来保存和应用，在兼容性和功能性方面存在很大的限制。另一种现有的处理方式是单独建立设施参数的数据库，以设施编号为索引进行查找；这样也存在 很多问题，例如不能利用某一实体的地理位置坐标等手段实现参数的查找，将参数显示于电子地图上会遇到困难或者需要经过比较复杂的转换。 

而在本发明基于对象的数据体系之下，显然能够比较容易地为供电电网中的实体建立设施参数对象，并且将该对象与地理数据层1和拓扑数据层2中针对同一实体的对象相关链，这样就能够将设施参数数据有效地融合到本发明的体系之中。例如，针对图2所示的供电电网中的电力设备实体P1，我们可以在设施参数数据层3中为它建立一个设施参数对象Parameter(P1)，即： 

$\mathrm{Parameter}\left(P1\right)=\left\{\begin{array}{c}E1:X,\\ E2:Y,\\ ......\\ \mathrm{En}:Z\end{array}\right\}$

其中的E1至En表示了P1相关的电气参数、机械参数、动态参数等设施参数的类型，X至Z代表相应的数值。 

显然，我们可以通过上面介绍的手段，实现Parameter(P1)与地理数据层1中的对象Object(P1)和拓扑数据层2中的拓扑关系对象Topology(P1)之间的关联。 

当然，对于拓扑数据层2和设施参数层3中的对象，我们也可以按照地理数据层1中的方式，建立对象集合，采用对象集合的形式对海量的对象进行分类和管理。 

至此，我们对本发明所定义的分层式对象体系结构进行了介绍。本发明以分层式对象体系结构为核心，在全新的底层基础之上，实现了基于GIS的智能巡检测试终端和测试方法。 

图4示出了本发明所述的基于GIS的智能巡检测试终端的结构示意图。所述智能巡检测试终端包括基础数据模块401、增强数据模块402、数据应用接口模块403、图形化应用模块404、查询应用模块405、定位模块406及通信模块407。 

所述基础数据模块401用于获取、保存并输出与供电电网本身及其所分布的地理空间相关的全部原始数据；所述原始数据可以是内置的，也可以是通过通信模块407从支撑本终端运行的服务器下载并实时更新的。原始数据的来源是多元的，例如，可以按照传统GIS系统的方式从服务器获得供电电网所在地理空间内的结构化电子地图数据，可以从供电电网运营方的服务器取得电网结构化描述文档数据以及电网设施的静态和动态参数数据。基础数据模块401内置多个数据库结构，分别用于保存和输出上述原始数据，从而为本终端其它模块的运行提供了原始数据支持。 

增强数据模块402是本发明的核心单元之一。该模块基于从所述基础数据模块401获得的原始数据进行处理、分析和建模，将原始数据重新定义为包括所述实体对象、空间关系对象、拓扑关系对象和设施参数对象的数据结构，从而形成本发明上文中详细介绍的分层式对象体系结构。具体而言，如图5所示，所述增强数据模块402进一步可以分为：实体识别抽取模块402A、地理数据层对象生成模块402B、拓扑数据层对象生成模块402C、设施参数数据层对象生成模块402D、对象型数据库模块402E。 

其中，所述实体识别抽取模块402A用于从原始数据中分析抽取与供电电网自身及其所分布的地理空间相关的实体。对于结构化的电子地图数据，在目前的GIS系统当中其存在多种格式类型，如果电子地图本身即是基于实体目标构造的，那么所述实体识别抽取模块402A的处理是根据结 构化电子地图文档中的对实体目标的定义和描述信息，从中识别、提取、归类和命名实体。但是，多数结构化电子地图文档仍然是基于点、线、面等几何形状及其空间关系而描绘的矢量图形数据，而在其附加的描述信息中可能包含了对矢量图形中各个部分或图标所代表的实体的相关信息；针对这种情况，所述实体识别抽取模块402A执行的处理为：首先将所述电子地图文档的矢量图形经过缩、放处理而达到适当的空间尺度；进而根据矢量图形中的几何关系进行模式识别，从中提取点状、面状及线状的实体图形，分析实体图形的地理位置坐标等信息，并且根据结构化电子地图中的描述信息，对实体图形进行命名和归类。通过以上处理，实体识别抽取模块402A可以实现对供电电网本身的目标及其所在地理空间中的地理目标的实体识别和抽取，包括抽取实体对应的地理空间信息。对于电网结构数据以及电网设施的静态和动态参数数据，由于这些原始数据本身就是以实体为单位的结构化数据，所述实体识别抽取模块402A可以相应的结构化单元中抽取相关的数据。实体识别抽取模块402A还进行不同原始数据中识别和抽取的实体的对应关系的确定，例如，从结构化电子地图数据中识别了电力网线实体L1，并提取了L1的端点地理位置坐标等地理信息；从电网结构数据中识别并抽取了电力网线L1的拓扑关系信息，从电网设施配置表中提取了网线L1的电气参数信息，实体识别抽取模块402A需要确定上述地理信息、拓扑关系信息和电气参数信息均是针对L1的，即确定以上信息属于同一实体。 

根据实体识别抽取模块402A所识别的各个实体和抽取的相关原始数据，地理数据层对象生成模块402B为所述实体新建地理数据层1中的实体对象Object，并将原始数据转换为实体对象Object的数据结构。在实体对象建立完毕之后，地理数据层对象生成模块402B基于GIS系统的空间计算功能，取得各个实体对象之间的空间关系，生成地理数据层1中的空间 关系对象Relation。并且，地理数据层对象生成模块402B还用于将这些实体对象和空间关系对象按照预定的规划进行归集，成为所述对象集合。 

相类似地，所述拓扑数据层对象生成模块402C和设施参数数据层对象生成模块402D分别为由实体识别抽取模块402A识别的供电电网自身的实体建立拓扑数据层2和设施参数数据层3当中的对象Topology以及Parameter，并且将实体识别抽取模块402A所抽取的与实体相关的原始数据转换为上述对象Topology以及Parameter的数据结构，并且根据情况进行归集。 

对象型数据库模块402E是以对象数据结构为基本记录单位的数据库单元，其可以保存对象形式的数据结构，并且支持以针对对象的查询和输出。对象型数据库模块402E从地理数据层对象生成模块402B、拓扑数据层对象生成模块402C、设施参数数据层对象生成模块402D接收并保存以上模块建立的各种对象。并且，对象型数据库模块402E还从实体识别抽取模块402A接收其所确定的实体对应关系，并且根据这一对应关系管理针对同一实体的各种对象，例如在对象型数据库模块402E中建立上文所描述的索引ID或对象链接表。 

回到图4，在通过增强数据模块402将原始数据整合转换为以对象为基本单位的符合分层式对象体系结构的增强数据之后，所述数据应用接口模块403作为增强数据模块402中的对象型数据库模块402E与上层应用功能模块之间的接口，主要进行针对对象的指令和数据格式的转换。例如，在图形化的应用当中，为了获得待巡检某一地理区域内的供电电网的空间关系和拓扑关系，用户输入一组地理位置坐标，由数据应用接口模块403将基于该地理位置坐标的查询指令转换为针对该坐标区域内的对象的查询指令，从而可以在对象型数据库模块402E实现针对对象的查询和输出。 

图形化应用模块404、查询应用模块405、定位模块406均属于本终端的上层功能模块。在本发明所建立的分层式对象体系结构的基础上，图形化应用模块404用于生成电力巡检地图的图形化界面，在该界面中，可以将巡检区域内相关的各类实体对应的对象以对应图符表示于地图图面之上，其中，基于某个实体的Object和Relation在地图图面上构建该实体的几何图符及图符间的几何关系，基于该实体的Topology在地图图面上以不同的颜色或符号示出其与其它实体相互之间的拓扑关系，并且基于该实体的Parameter以弹窗的形式显示相关设施参数。查询应用模块405支持用户输入针对各个实体或实体集合的查询命令，并且从所查询的实体对应的各类对象中取得相关的数据进行反馈。而定位模块406支持基于地理位置坐标实现对坐标范围内的实体对应的各类对象的查询和定位，从而为巡检中的路径规划或者导航提供辅助。 

基于上述分层式对象体系结构及巡检测试终端，本发明还提供了图6所示的巡检测试方法，包括如下步骤： 

步骤601，获取、保存并调用与供电电网及其所在地理空间相关的全部原始数据；步骤602，基于所述原始数据，进行处理、分析和建模，将原始数据重新定义生成本发明的分层式对象体系结构,分层式对象体系结构包括地理数据层、拓扑数据层和设施参数数据层，其中所述地理数据层包括所述实体对象以及空间关系对象；所述拓扑数据层包括拓扑关系对象；所述设施参数数据层包括设施参数对象；将上述数据结构保存至对象型数据库当中；该步骤更具体地包括实体识别抽取步骤、地理数据层对象生成步骤、拓扑数据层对象生成步骤、设施参数数据层对象生成步骤以及对象对应关系确定步骤。步骤603，接收供电电网巡检测试相关的指令，进行指令的格式转换，并且在对象型数据库中基于所述分层式对象体系结 构进行查询以及结果转换和输出。 

可见，本发明对GIS系统的底层核心进行重构，定义了分层式对象体系结构，该体系结构以“对象”作为基本单元，用多层次的数据结构表示对象各方面的属性，从而用于对供电电网的地理信息、拓扑结构和电网设施参数进行管理和应用，达到了以上多方面数据的融合；在重新定义的体系和数据结构的基础上，进而实现了不同于传统GIS的信息管理、查询和数据运算方法；最终，本发明提供了适应巡检测试需求的功能。 

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。 

Claims (10)

1.一种基于GIS的智能巡检测试终端，其特征在于，包括：

基础数据模块，用于获取、保存并输出与供电电网本身及其所分布的地理空间相关的全部原始数据；

增强数据模块，用于基于从所述基础数据模块获得的所述原始数据重新定义生成分层式对象体系结构，所述分层式对象体系结构包括地理数据层、拓扑数据层和设施参数数据层；所述地理数据层、拓扑数据层和设施参数数据层均以对象作为其中包含数据的基本单位，所述对象是所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体的相关信息组成的数据单元；

数据应用接口模块，用于作为增强数据模块的上层接口，进行针对所述对象的指令和数据格式的转换；

图形化应用模块，用于生成电力巡检地图的图形化界面，并且将所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体对应的所述对象在该图形化界面上以图符表示；

查询应用模块，用于接收针对所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体的查询命令，并且通过查询所述实体对应的对象取得相关数据并进行反馈；

定位模块，用于根据地理位置坐标实现对坐标范围内的实体对应的对象进行查询和定位；

通信模块，用于从服务器下载和更新所述原始数据。

2.根据权利要求1所述的基于GIS的智能巡检测试终端，其特征在于，其中，所述地理数据层包括实体对象和空间关系对象，所述实体对象是所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体的地理信息组成的数据单元，所述空间关系对象是所述实体对象与地理空间中的其它实体对象之间的空间几何关系组成的数据单元；所述拓扑数据层包括拓扑关系对象，所述拓扑关系对象是所述供电电网包括的所述实体与供电电网中的其它实体之间的拓扑关系信息组成的数据单元；所述设施参数数据层包括设施参数对象，所述设施参数对象是所述供电电网包括的所述实体的设施参数信息组成的数据单元。

3.根据权利要求2所述的基于GIS的智能巡检测试终端，其特征在于，所述增强数据模块进一步包括：

实体识别抽取模块，用于从原始数据分析识别供电电网自身及其分布的地理空间中包括的实体，并从原始数据中抽取实体的相关信息；

地理数据层对象生成模块，用于根据所述实体识别抽取模块所识别的实体及所抽取的该实体的所述地理信息，为该实体新建所述实体对象；并且计算所述实体对象与其它实体对象之间的空间关系，生成所述空间关系对象；

拓扑数据层对象生成模块，用于根据所述实体识别抽取模块所识别的供电电网包括的实体及所抽取的该实体的所述拓扑关系信息，为该实体新建所述拓扑关系对象；

设施参数数据层对象生成模块，用于根据所述实体识别抽取模块所识别的供电电网包括的实体及所抽取的该实体的设施参数信息，为该实体新建所述设施参数对象；

对象型数据库，用于保存所述地理数据层对象生成模块、拓扑数据层对象生成模块以及设施参数数据层对象生成模块所生成的对象，并且支持针对所述对象的查询和输出。

4.根据权利要求3所述的基于GIS的智能巡检测试终端，其特征在于，所述增强数据模块将地理数据层、拓扑数据层及设施参数数据层中的所述对象分别归集为对象集合，并且支持针对所述对象集合的显示或查询。

5.根据权利要求4所述的基于GIS的智能巡检测试终端，其特征在于，所述增强数据模块用于确定在地理数据层、拓扑数据层及设施参数数据层中为同一实体所生成的各个对象之间的对应关系，并且采用特定的数据结构表示该对应关系。

6.一种基于GIS的智能巡检测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取和保存与供电电网及其所在地理空间相关的全部原始数据；

基于所述原始数据重新定义生成分层式对象体系结构，所述分层式对象体系结构包括地理数据层、拓扑数据层和设施参数数据层；所述地理数据层、拓扑数据层和设施参数数据层均以对象作为其中包含数据的基本单位，

所述对象是所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体的相关信息组成的数据单元；

接收供电电网巡检测试相关的指令，进行指令的格式转换，并且基于所述分层式对象体系结构进行查询以及结果转换和输出。

7.根据权利要求6所述的基于GIS的智能巡检测试方法，其特征在于，其中，所述地理数据层包括实体对象和空间关系对象，所述实体对象是所述供电电网及其分布的地理空间中包括的实体的地理信息组成的数据单元，所述空间关系对象是所述实体对象与地理空间中的其它实体对象之间的空间几何关系组成的数据单元；所述拓扑数据层包括拓扑关系对象，所述拓扑关系对象是所述供电电网包括的所述实体与供电电网中的其它实体之间的拓扑关系信息组成的数据单元；所述设施参数数据层包括设施参数对象，所述设施参数对象是所述供电电网包括的所述实体的设施参数信息组成的数据单元。

8.根据权利要求7所述的基于GIS的智能巡检测试方法，其特征在于，所述基于所述原始数据重新定义生成分层式对象体系结构的步骤具体包括：

实体识别抽取步骤，用于从原始数据分析识别供电电网自身及其分布的地理空间中包括的实体，并从原始数据中抽取实体的相关信息；

地理数据层对象生成步骤，用于根据所述实体识别抽取步骤所识别的实体及所抽取的该实体的所述地理信息，为该实体新建所述实体对象；并且计算所述实体对象与其它实体对象之间的空间关系，生成所述空间关系对象；

拓扑数据层对象生成步骤，用于根据所述实体识别抽取步骤所识别的供电电网包括的实体及所抽取的该实体的所述拓扑关系信息，为该实体新建所述拓扑关系对象；

设施参数数据层对象生成步骤，用于根据所述实体识别抽取步骤所识别的供电电网包括的实体及所抽取的该实体的设施参数信息，为该实体新建所述设施参数对象；

在对象型数据库中保存所述地理数据层对象生成步骤、拓扑数据层对象生成步骤以及设施参数数据层对象生成步骤中所生成的对象。

9.根据权利要求8所述的基于GIS的智能巡检测试方法，其特征在于，所述基于所述原始数据重新定义生成分层式对象体系结构的步骤还具体包括：将地理数据层、拓扑数据层及设施参数数据层中的所述对象分别归集为对象集合。

10.根据权利要求9所述的基于GIS的智能巡检测试方法，其特征在于，所述基于所述原始数据重新定义生成分层式对象体系结构的步骤还具体包括：对象对应关系确定步骤，用于确定在地理数据层、拓扑数据层及设施参数数据层中为同一实体所生成的各个对象之间的对应关系，并且采用特定的数据结构表示该对应关系。

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