电力GIS的发展动向

Gis未来发展方向及趋势？~

CCTV 13播出新闻：地理信息服务产业惠及千家万户。地理信息产业总产值预计2015年总产值将超过4000亿元。地理信息产业的快速发展，对人才的需求也逐年增加，今年全行业仅为大学毕业生提供的就业岗位就超过8000多个。
不知道你对GIS了解到什么程度，他广泛的应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。（加测绘、应急、石油石化等国民经济各个领域。）所以，无论是发展还是前景对于大学生和无业者都有着极致的诱惑

GIS在资源环境领域的应用方兴未艾，从技术、地理信息、经济社会的需求等方面分析，在该领域有以下趋势及建议：应用软件数据端口应有专门化，专业化方向发展，在同类型同方向的GIS数据交流共享方向提供适当的方便，以解决GIS数据来源和数据质量难以保证的问题。结合国家信息化推进工作，以电子政务相关工程为基础，推动GIS在资源环境管理中的推广应用。信息化建设已成为我国各级政府及企业的重要任务，GIS在以资源、能源、生产、资金等空间综合配置、优化组合为目的的信息化建设中，可以发挥应有的作用；结合相应的应用工程，推动GIS的发展；应用往专业化方向发展，功能由通用管理功能转向资源评估、监督、跟踪分析等专业功能方向发展。随着经济社会的发展，经济社会与资源环境之间的各方面的矛盾及问题逐渐暴露出来，这些问题在时间和空间上具有诸多的关联性，分析这些问题、提出合理的解决方案建议，需要功能更专业化的GIS软件系统支持；支持多源、多尺度、多类型集成应用的软件平台工具的开发应用。信息获取技术的快速发展和多源化趋势，要求资源环境方面的GIS应能够接收、处理及分析多种来源、多尺度的地理信息；促进3S技术集成应用，推动专业技术及软件的发展，全球定位系统、遥感技术与GIS的集成应用已成为GIS软件发展的趋势之一，而这种应用的发展是在应用推动的基础上建立的，针对特定的应用领域的集成化的GIS将成为资源环境领域GIS的发展方向，也是系统与业务结合的需要；开展专业应用系统开发建设，结合资源环境各领域的需求，开发多种专业化的GIS，如针对性生态保护区、生态功能区、地下水、生物资源等领域的专业性GIS软件与管理系统。 国内GIS现状和对策地理信息系统技术是一门综合性的技术，它的发展是与地理学、地图学、摄影测量学、遥感技术、数学和统计科学、信息技术等有关学科的发展分不开的。GIS的发展可分为四个阶段：第一个阶段是初始发展阶段，20世纪60年代世界上第一个GIS系统由加拿大测量学家R.F.Tomlison提出并建立，主要用于自然资源的管理和规划；第二个阶段是发展巩固阶段，20世纪70年代由于计算机硬件和软件技术的飞速发展，尤其是大容量存储设备的使用，促进了GIS朝实用的方向发展，不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统在世界各地纷纷付诸研制，如美国、英国、德国、瑞典和日本等国对GIS的研究都投入了大量的人力、物力和财力；第三个阶段是推广应用阶段，20世纪80年代，GIS逐步走向成熟，并在全世界范围内全面推广，应用领域不断扩大，并与卫星遥感技术结合，开始应用于全球性的问题，这个阶段涌现出一大批GIS软件，如ARC/INFO，GENAMAP，SPANS，MAPINFO，ERDAS，Microstation等；第四个阶段是蓬勃发展阶段，20世纪90年代，随着地理信息产品的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS成为确定性的产业，并逐渐渗透到各行各业，成为人们生活、学习和工作不可缺少的工具和助手。　　地理信息系统的研制与应用在我国起步较晚，虽然历史较短，但发展势头迅猛。我国GIS的发展可分为三个阶段。第一阶段从1970年到1980年，为准备阶段，主要经历了提出倡议、组建队伍、培训人才、组织个别实验研究等阶段。机械制图和遥感应用，为GIS的研制和应用做了技术和理论上的准备。第二阶段从1981年到1985年，为起步阶段，完成了技术引进、数据规范和标准的研究、空间数据库的建立、数据处理和分析算法及应用软件的开发等环节，对GIS进行了理论探索和区域性的实验研究。第三个阶段从1986年到2013年，为初步发展阶段，我国GIS的研究和应用进入有组织、有计划、有目标的阶段，逐步建立了不同层次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室。GIS研究逐步与国民经济建设和社会生活需求相结合，并取得了重要进展和实际应用效益。主要表现在四个方面：　　（1）制定了国家地理信息系统规范，解决信息共享和系统兼容问题，为全国地理信息系统的建立做准备。　　（2）应用型GIS发展迅速。　　（3）在引进的基础上扩充和研制了一批软件。　　（4）开始出版有关地理信息系统理论、技术和应用等方面的书籍，设立了地理信息系统专业，培养了大批人才，并积极开展国际合作，参与全球性地理信息系统的讨论和实验。在科技部等国家有关部门的大力组织和支持下，国产GIS基础软件开发工作取得了重要进展，出现了一批GIS高技术企业，开发出了较为成熟的国产GIS软件，如MapGIS、GeoStar、CityStar、SuperMap、MapEngine、GROW等，并形成了一定的产业规模。这些国产GIS软件以较高的性价比，打破了国外GIS软件对我国市场的垄断，有力促进了我国地理信息系统技术的发展。这些年，GIS技术在我国得到了广泛应用，其应用面从传统的城市规划、土地利用、测绘、环境保护、电力、电信、减灾防灾等领域渗透到矿产资源调查、海洋资源调查与管理等各方面，取得了丰硕的成果和巨大的经济效益。当前，国家有关部门正逐步将GIS嵌入到电子政务系统中。　　随着计算机和信息技术的快速发展，GIS技术得到了迅猛的发展。GIS系统正朝着专业或大型化、社会化方向不断发展着。“大型化”体现在系统和数据规模两个方面；“社会化”则要求GIS要面向整个社会，满足社会各界对有关地理信息的需求，简言之就是“开放数据”、“简化操作”，“面向服务”，通过网络实现从数据乃至系统之间的完全共享和互动。下面我们从地理信息系统技术角度来讨论和分析当前GIS的相关技术及其发展趋势。　　1.1 空间信息的获取、处理与交换　　地理空间数据是GIS的血液，构建和维护空间数据库是一项复杂、工作量巨大的工程，它包括：数据的获取、校验和规范化、结构化处理、数据维护等过程。GIS处理的数据对象是空间对象，有很强的时空特性，获取数据的手段及数据的形式也复杂多样。获取数据的基本方式有：野外全站仪平板测量、GPS测量、室内地图扫描数字化、数字摄影测量、从遥感影像进行目标测量和数据转换等。这些获取技术已基本成熟。同时，空间数据也具有很强的时效性，不同的空间数据必须进行周期不等的数据更新维护，空间数据库中数据的准确、及时、完整是实现GIS应用系统价值的前提基础。空间数据维护往往涉及跨部门、跨行业的多种数据格式和多种数据类型的大量数据，提供有效的空间数据编辑更新手段是当前亟待解决的一个重要课题。　　基于上述信息获取技术，在过去的二十年间，国家有关部委和行业部门已经积累了大量原始数字化数据和相应资料，建立了1100多个大、中型数据库以及大量的各类数字化地理基础图、专题图、城市地籍图等。国家测绘局已经完成了全国l：100万、 1：25万基础地理空间数据库以及全国七大江河数字地形模型的建设，并启动了全国l：5万，部分省份1：1万基础地理空间数据库的建设。这些基础数据有力促进了GIS技术的广泛应用，进而产生了大量的GIS数据。但由于地理信息系统软件大多采用不同的空间数据模型，以及它们在地理实体上的认识差异，使得所积累的数据难以转换和共享（即使能够数据转换，也会产生信息的丢失），从而形成一个个新的数据孤岛。制订数据交换的格式标准已成为大家的共识。一些国家和组织已经在进行这方面的工作，并定义了一些数据交换标准，如SDTS，OpenGIS联盟制订的GML，另外一些公认的数据格式如DXF，Shapefile和MIF文件格式等正逐渐成为数据交换的事实标准。我国也在“九五”期间制定了地球空间数据转换标准。但是由于人们对空间信息认识和研究成果的制约，还没有一个统一的地理数据模型，因此建立实用的数据交换格式和信息标准将是一个长期、复杂过程。　　1.2 空间数据的管理　　空间数据的管理涉及到二个方面的内容：空间数据模型和空间数据库。　　空间数据模型刻画了现实世界中空间实体及其相互间的联系，它为空间数据的组织和空间数据库的设计提供了基本的方法。因此，空间数据模型的研究对设计空间数据库和发展新一代GIS系统起着举足轻重的作用。在GIS中与空间信息有关的信息模型有三个，即基于对象(要素)(Feature)的模型、场(Field)模型以及网络(Network)模型。GIS基础软件平台的研制和应用系统的设计开发一直沿用这三种空间数据模型，但这些模型在空间实体间的相互关系及其时空变化的描述与表达、数据组织、空间分析等方面均有较大的局限性，难以满足新一代GIS基础软件平台和应用系统发展的要求。主要表现为：　　（1） 仅能表达空间点、线、面目标间极为有限的简单拓扑关系，且这些拓扑关系的生成与维护耗时费力；　　（2） 难以有效地表达现实三维空间实体及其相互关系；　　（3） 适于记录和表达某一时刻空间实体性状及相互间关系静态分布，难以有效地描述和表达空间实体及其相互间关系的时空变化；　　（4） 没有考虑异地、异构、异质空间数据的互操作和分布式“对象”处理等问题。　　针对上述不足，时空数据模型、三维数据模型、分布式空间数据管理、GIS设计的CASE工具等研究已成为当前国际上GIS空间数据模型研究的学术前沿。

GIS是由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成的组合电器的简称，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。与常规变电站(AIS)相比，GIS具有如下优点：
1.1　结构紧凑。220kVGIS占地面积仅为AIS的10%，500kVGIS占地面积仅为AIS的5%，这一点在地皮昂贵的城镇和密集的负荷中心和山区水电站尤为重要。
1.2　不受污染及雨、盐雾等大气环境因素的影响，因此，GIS持别适合于工业污染和气候恶劣以及高海拔地区。
1.3　安装方便。GIS一般是以整体或若干单元组成，可大大缩短现场安装工期。
GIS设备自60年代实用化以来，到目前为止，世界上已有2 000台GIS在运行。实践证明，GIS运行安全可靠、配置灵活、环境适应能力强、检修周期长、安装方便。GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域变电站也被使用，在我国，63～500kV电力系统中，GIS的应用已相当广泛。
GIS制造技术仍在不断进步和发展，30多年来，各GIS生产厂家围绕着提高经济性和可靠性这2个主要目标，在元件结构、组合形式、制造工艺以及使用和维护方面进行了大量研究、开发。随着大容量单压式SF6断路器的研制成功和氧化锌避雷器的应用，GIS的技术性能与参数已超过常规开关设备，并且使结构大大简化，可靠性大大提高，为GIS进一步小型化创造了十分有利的条件。
2。GIS整体性能的提高有赖于各组件性能的提高
GIS是各高压电器的集合，通常采用积木式结构，断路器、隔离开关、接地开关、互感器等元件均可随意组合。其整体性能的提高还有赖于各组件性能的提高。分述如下：
2.1　断路器 断路器是GIS中最重要的设备之一，由于SF6气体具有优良的绝缘性能和灭弧性能，因而SF6气体绝缘断路器具有尺寸小、重量轻、开断容量大、维护工作量小等优点。目前SF6断路器最高工作电压已达765kV，开断电流已达80kA，额定电流已达12kA。SF6断路器应用在高压、超高压领域的同时，也在向中压10～35kV级发展，除了采用压气式灭弧室外，还出现了采用旋弧式和自能吹弧式灭弧室的新型SF6断路器。SF6和真空灭弧技术的确立和发展，新型材料及多种触头形式(自动触头、多点触头等)的出现，使开关的开通和通流能力大大提高。灭弧结构中利用了电弧能量或开断电流产生的磁场，不仅降低了开关的机械应力，而且减小了灭弧结构的径向尺寸，成为当前的发展方向。灭弧方式的改进意味着操作能量的减少，机械性能的改善，外型尺寸更为紧凑，维护工作随之减少，工作更加安全可靠。断路器断口正在减少，300kV以下为单断口、500kV以下为双断口的现状有望在近几年内得到突破。在未来的几年里，特高压断路器有可能只有1个断口，从而只需很小的驱动能力。传统的瓷绝缘材料正被复合绝缘材料所取代，使得断路器重量更轻，结构更加简化。
2.2　隔离开关和接地开关 隔离开关主要用于电路无电流投入和切除，动触头一般由电力操作机构驱动的绝缘旋杆传动。为了适应不同的电气主接线和GIS结构布置的需要，隔离开关具有多种结构形式，从而保证了GIS整体设计时的灵活性。隔离开关未来的发展趋势是：随着断路器结构的进一步缩小，重量的进一步减轻，隔离开关和断路器有可能集成在一起。
2.3　电流互感器(CT) 长期以来，GIS一直采用电磁式电流互感器取得测量和保护信号，这种CT是按机电式继电器的要求设计的，需要较大的输入功率，功率损耗大，体大笨重；且受铁芯磁饱和影响，大大降低了互感器的测量精度，使用中不得不将测量信号和保护信号分开；高压电流互感器内部充油，如果密封不好，极易漏油，故障时容易发生爆炸等。
近年来出现的光电电流传感器(MOCT)无此缺点，且频率响应范围宽、精度高、不受电磁干扰等。MOCT是应用法拉第元件构成的电流传感器，它所检测的信号是被测电路的磁场而不是电流，来自光纤的自然光经过法拉第元件时会产生与交变磁场强度成正比的旋转光，经过光电二极管(O/E)变成电信号，经放大后输出。
2.4　电压互感器(PT)
GIS中的PT分为电容分压式和电磁式2种，因电磁式高电压PT在制造上有困难，300kV以上的PT一般采用电容式，300kV及以下的PT一般才采用电磁式。无论哪种形式，和CT一样，也都存在易饱和、易渗油、易爆炸、精度低、体大笨重等缺陷。
EOVT是近年来新出现的有望取代传统PT的光电传感器，EOVT是根据泡克尔斯(Pockels)效应的原理工作的，整个装置由3个部分构成：承受被测电压的光学晶体、光学元件(包括发光二极管)、光电二极管和光纤、电子组件(模拟与数字处理单元和数模转换器)。EOVT的晶体装在充有SF6气体的金属筒中。由于泡克尔斯元件(晶体)光的双折射率随电场强度而变化，因此可以根据光电二极管的输出电压来确定施加于晶体上的电场强度亦即电压的大小。美国纽约电力局早在1996年就将这种EOVT安装在一个345kV变电站中试运行。
此外，也有将电压、电流传感器做在一起，构成电流/电压传感器并已用于AIS产品中。
2.5　监测与自诊断
因GIS的全部元件都密封在一个金属壳中，为防止内部故障的发生，随时掌握设备的运行工况，发现设备的故障隐患，有效的检测手段是必不可少的，目前所采用的检测手段主要有：
2.5.1X射线照相：采用X射线可以从外部探测GIS状态，如触头烧损、螺丝松动等。
2.5.2　光学检测法：利用安装在GIS内部的光学传感器来检测GIS内部故障电弧。
2.5.3　红外定位技术：红外热敏成像装置可用于GIS内部电弧故障定位和故障点定位。该装置主要包括红外热敏镜头、磁带录象机和触发电子元件等。
2.5.4　电磁技术：GIS内处于悬浮电位元件、固体绝缘中的气泡、自由导电杂质和局部电场畸变等均会引起局部放电，在隔离开关操作和GIS相对地闪络时还会产生陡波头暂态过电压，根据这些电磁现象可以进行局部放电的检测和定位。
2.5.5　化学检测法：GIS内部闪络会导致SF6气体分解。在现场常用化学测试管来检测SF6生成物的成分，用以判断GIS内部是否存在放电。
近年来，随着传感器技术的飞速发展，新型传感器的不断推出，GIS使用了更多的传感器作为其内部状态监测，而用微计算机技术来处理获得的信息。日本东芝公司研制的智能GIS监测系统的构成，它主要包括了下列性能的检测：
(1)绝缘性能监视诊断：应用了电晕传感器、压力传感器、气体传感器、温度传感器、漏电流传感器。
(2)导电性能的检测：应用了温度传感器、光纤温度计。
(3)机械方面的检测：应用了开、闭传感器。
在线检测技术和自我诊断技术的引入将打破传统的高压电器大小修计划模式，可以根据诊断结果安排更合理、更科学的检修计划，可将事故消灭在萌芽状态，从而缩短GIS的检修时间，提高设备的利用率和可靠性。

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