[论文]杨密基于WebGIS的城市电网规划辅助决策系统的设计与研究.doc

基于WebGIS的城市电网规划辅助决策系统的设计与研究重庆大学硕士学位论文学生姓名：杨密指导教师：段其昌 教授专业：控制理论与控制工程学科门类： 工 学重庆大学自动化学院二O一O年四月Research on Urban Power Grid Aided Planning System Based on WebGISA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theDegree of Master of EngineeringByYang MiSupervised by Prof. Duan Qichang Specialty：Control Theory and Control EngineeringCollege of Automation of Chongqing University, Chongqing, China.April 2010重庆大学硕士学位论文 中文摘要摘 要城市电网规划工作是一项复杂的系统工程，具有数据量大、不确定因素多、涉及领域广以及更新变化快等特点。这些复杂性使得单纯由规划人员依靠以往工作经验已无法满足实际工作的要求。地理信息系统（GIS）具有强大的信息处理能力、空间分析能力和可视显示能力，利用GIS管理规划所需的空间数据和属性数据，将需规划的电网直观地显示于规划人员面前，使规划过程更具交互性；利用GIS的空间分析、资源分配和最佳路径选择等功能，可以缩小进行配网规划时优化规划程序的搜索空间，从而辅助规划人员避开山地、河流等不适宜的位置方便地选择变电站站址和线路走廊，使规划结果更符合实际。因此将GIS与城市电网规划工作相结合，不仅减轻规划设计人员的工作强度，而且可以从整体上提高电网规划的科学决策水平，对于电网发展具有重要的学术和现实意义。本文在分析研究城市电网特点及其规划内容的基础上，结合计算机技术，信息技术，通信技术，以面向对象程序设计模式和GIS组件构建了适用于城市电网规划的WebGIS城市电网规划辅助决策系统，分析了系统实现的原理，对规划系统进行了总体设计，包括物理架构设计、逻辑架构设计、系统功能设计和空间数据库设计。其中对辅助规划功能模块进行了重点设计，分别构建了负荷预测，变电站选址，输电线路优化的数学模型，运用灰色系统理论和粒子群优化算法对其求解，给出了详细的设计和求解流程。同时通过规划事例验证了规划结果的正确性，科学性。输电线路的优化是本文研究的重点，结合电网规划的实际情况，以电网安全稳定为约束条件，以投资成本，运行费用，占地面积最小为目标函数对其构建数学模型，然后运用粒子群优化算法求解得到最优规划方案。本文把边界搜索策略的思想融入到粒子群算法中并应用于电网规划，以每条输电线路不过载为安全边界条件，使每个粒子都靠近边界进行搜索，实例验证改进后粒子收敛速度更快，求解结果及规划方案更加理想。本文设计的系统，以先进的规划理论、规划方法为指导，以GIS技术为基础，与供电局已有信息系统有机结合，对实现配电自动化和电力企业的管理水平和生产效率的提高做出了一点贡献，促进了电力行业的信息化建设。关键词：地理信息系统，城市电网规划，WebGIS，粒子群优化算法VI重庆大学硕士学位论文 英文摘要AbstractUrban power grid planning is a complicated system, with numerous volume of data and elements of uncertainty, wide areas, and rapid change of update. Such complexity makes past experience of the planners unable to meet the requirements of practical work. Geographic Information System (GIS) is of a powerful information processing capabilities, spatial analysis and visual display capabilities. We use GIS to manage spatial data and attribute data needed displaying directly in front of planners to enhance the planning process interaction. According to GIS spatial analysis, resource allocation and best path selection capability, we can decrease the search space to be optimized and the planning process, and support planners to exclude the mountains, rivers and other suitable location beneficially choosing the substation sites and line corridor conveniently, which enables the planning results more realistic . Therefore, integration of the GIS and urban power grid planning not only reduces the intensity of planning the work of designers, but also improves the overall level of scientific decision-making of power grid planning. These are important academic value and practical significance for the development of power grid.On the basis of analyzing characteristics and content of the urban grid planning, combined with computer technology, information technology, communications technology, this paper constructs a WebGIS decision support system for urban power grid applying to object-oriented programming pattern and GIS components, analyzes the implementation of the principle of the system, and designs the overall structure of the system including the physical architecture design, logical architecture design, system functional design and spatial database design. In the article we focus on the design of the auxiliary function module, and building the mathematical model of load forecasting, substation sitting, and transmission line optimization. We obtain the solutions via gray system theory and particle swarm optimization algorithm, and illustrate design process and solution process in detail. We also verify the correctness of the results and scientific of the results through the planning example. Transmission line optimization is the focal point of this paper. Combining with the actual situation of power grid, we build the mathematical models with the constraints that power grid security and stability and the objective function that minimum of investment costs, operating costs, and cover area. Then we employ particle swarm optimization algorithm to solve planning. This paper introduces the boundary search strategy into particle swarm algorithm and applies it to power grid planning under consideration of security boundary condition that whether each transmission line is overloading or not, so that each particle searches the results close to the border. Examples verify that particles convergence is faster and the planning procedure better.This designed system, using advanced planning theory and planning methods as a guide, based on GIS technology, combining with present information systems of Power Supply, makes some contribution to the distribution automation and the improvement of the power management level and production efficiency, and supports the electric power industry information construction.Key words: Geographic Information Systems, Urban Power Grid Planning, WebGIS, Particle Swarm Optimization 重庆大学硕士学位论文 目 录目 录中文摘要I英文摘要II1 绪论11.1 研究背景11.2 课题研究的目的和意义11.3 国内外研究现状21.4 课题研究的主要内容31.4.1 论文主要研究工作31.4.2 本文结构41.5小结42 基于WebGIS的电网规划的技术支持52.1 WebGIS的发展及应用52.1.1 WebGIS的特点52.1.2 电力WebGIS的特点52.2 WebGIS的实现技术62.3 电力MIS系统开发相关技术82.4 电力GIS的选型及实现原理1112.4.1 Supermap IS .Net的体系结构1112.4.2 数据对象（DTO）132.4.2 GIS处理流程142.5 小结183 城市电网规划的研究193.1 电网规划的依据193.2 城市电网规划的目标193.3 城市电网规划的内容203.4 城市电网规划的方法213.5 负荷预测223.5.1 灰色系统理论的研究223.5.2 灰色生成233.5.3 电力负荷GM（1，1）模型的建立243.5.4 事例分析253.6 变电站规划263.6.1 变电站规划数学模型263.6.2粒子群优化算法（PSO）273.6.3 事例分析283.7 电网线路扩展优化293.7.1 数学模型293.7.2边界搜索粒子群算法（BPSO）303.7.3事例分析313.8 小结334 城市电网规划辅助决策系统的设计344.1 系统目标344.2 系统架构设计344.3 系统功能设计364.3.1 功能概述364.3.2 主要功能模块设计374.4 空间数据库设计404.4.1 空间数据库建模404.4.2 空间数据库设计434.4.3 空间数据库表结构444.5 小结455 城市电网规划辅助决策系统开发与实现465.1 开发平台的搭建465.1.1 操作系统465.1.2数据库465.1.3 开发语言475.1.4 GIS开发软件475.2 地图数据的生成475.3 主要功能界面的实现475.3.1 GIS基本功能的实现475.3.2 辅助决策功能的实现485.3.3 报表模块的实现515.3.4 查询功能的实现525.4 小结536 结论与展望546.1 本文的研究成果546.2 本文的不足与展望54致 谢56参考文献57附 录：A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录60重庆大学硕士学位论文 1绪 论1 绪论1.1 研究背景电力系统是一个庞大复杂的系统，信息的覆盖面、深度、广度是一般系统无法比拟的。在城网的规划改造过程中，配电网是直接面向客户的电力基础设施。它是由变电站，配电线路和配电变压器等设备组成的一个网络结构，其作用是将电力合理分配到各种客户。因此对其运行的安全性，可靠性，经济高效的要求很高，同时由于配电网具有接线复杂，数据量大，变动频繁等特点，这就需要结合现代计算机技术、电子技术、通信技术、网络技术、自动控制技术运用新的科学方法设计出先进的配电网规划辅助决策系统，改造现有的配电网，以适应电力发展的迫切需要。配电网是电力系统和用电设备连接的桥梁，其结构复杂，设备数量巨大，分布广阔。因此配电系统的运行，维护管理受许多地理环境的影响，依靠传统的信息处理技术不能友好和直接地表现配电系统运行维护管理。另外，面对纵横交错的电网分布，日益复杂的电力设施，时刻变化的电网信息，不断变迁的城市街道建筑，尤其是电网中与空间位置有关的数据。如何在需要的时候提供完整可靠的信息，也就是如何将各种图形，地图，属性信息等统一管理并达到信息共享。这些问题的解决都依赖于地理信息系统（GIS），它作为一种新的信息管理平台，以其强大信息处理功能、空间分析功能和可视显示功能，在电力行业得到广泛的运用。它不仅能使电力部门实时，直观地了解信息的变化，有效地管理电网设备设施，改进信息传递方式，而且依据开放性，可扩展性原则设计配电GIS系统还能随着业务的拓展和客户的需求变化适时地进行扩充，从而不断地满足客户需要，科学合理地管理配电网，为配电网的建设和发展提供强有力的技术支持和辅助决策依据1。通过电力GIS的应用可以实现供电设施查询、显示和动态管理功能，GIS的分析和辅助决策等功能，可以使电力系统各个部门之间高速连网和实现数据共享，在一定范围内了解配电网全貌和每一局部的设备具体情况2。本文探讨了如何通过计算机网络，电力自动化系统，输变电管理系统等系统已有资源，采用合适的优化算法和数学模型，实现了基于WebGIS的城市电网规划辅助决策系统，准确地预测了负荷的变化，优化了网络结构，使配电网具有可扩展性和可持续性发展的能力，从而使有限的投资发挥出了最大的经济效益。1.2 课题研究的目的和意义城市电网是城市范围内为城市供电的各级电压电网的总称，是电力系统的主要负荷中心，也是城市现代化建设的重要基础设施。城市电网规划一方面是城市电网更新改造的依据，另一方面也是城市总体规划的重要组成部分。因此，城市电网规划的优劣，不仅直接影响到电力部门的安全运行，同时还关系到国民经济其它各部门的发展，科学地完成城网规划工作具有巨大的社会和经济意义。城市电网规划的科学性和规范性要求规划人员不但要掌握本部门历史和现状的负荷及负荷分布情况，而且还要收集大量的有关城市过去、现在和将来发展的各个领域的用户数据（占地、负荷、人口、交通情况等等），对这些数据的有效分析和整理以及规划派生数据的管理，仅仅依靠传统的规划方法将会造成大量的时间和人力资源的浪费，并且电网结构规划是一个多变量、多约束、多时段动态规划问题，具有非线性、整数性、运行方式多样性、多阶段性的特点。传统的依靠专家经验和若干方案间技术经济比较的城网规划方法已经不能满足城市现代化建设的要求。因而电网规划可借助现代计算机技术，建立电网规划模型，寻求合理的电网规划方案；为实现科学的电网规划工作提供辅助决策手段。基于此，我们需要开发城市电网规划辅助决策系统，解决能源资源和负荷在地理分布上不均衡的矛盾，更合理地利用电力资源使电网的建设尽可能地满足用电量的发展的要求，使电网的发展，能适应、满足并适度超前于供电区域内的经济发展需要，为电力系统规划工作者对城市电网进行优化规划工作提供了一整套完整的计算机辅助决策工具，提高电网规划的效率。1.3 国内外研究现状城市配电设施是市政设施的一个重要组成部分，AM/FM/GIS已经应用于西方发达国家的配电管理之中，在我国的应用研究开始于20世纪80年代末90年代初期3。图形化，可视化的配电网管理工具一直是电力工程人员所追求的目标，早期我们曾经使用辅助设计软件（CAD）工具结合数据库管理系统（DBMS）实现对配电网的可视化管理，但由于CAD软件缺乏对空间数据管理，分析能力，因此这一类软件并没有得到广泛的应用，90年代以后，桌面地理信息系统进入我国市场，带动了我过配电网管理的发展4。采用桌面地理信息系统开发配电GIS在我国许多电力企业得到使用，提高了配电网管理水平，但是桌面地理信息系统对空间数据的管理和分析能力有限，特别是它不支持拓扑结构，使得它在配电网管理中的应用受到了一定的限制，由于桌面地理信息系统的局限，以及大型地理信息系统的操作系统平台的拓展，电力工程人员开始使用大型地理信息系统进行配电网管理。随着计算机技术的迅速发展，电网规划工作的方法和手段有了很大改进，目前，已有不少成熟的商业软件应用于电力系统的规划设计领域。许多研究学者也对城市电网规划辅助决策系统进行了有益的探索，并取得了较好的研究成果5，其中文献6运用VB和MapX组件解决了电力系统故障数据处理的问题。文献7,8深入研究了城市10kv配电网的规划工作，解决了变压器和线路分布的问题，但没有对更高电压等级的配电网规划问题进行研究，随着人工智能的发展，文献9,1014将人工智能技术引入到电网规划个工作中来，使电网规划得以进一步的发展。但是，随着城市电网规划的不断发展，目前的电网分析、规划软件仍然存在很多局限性，并逐渐显现出来：接口单一、不够开放。以往规划软件仅仅是一个独立的软件包，并没有嵌入到电力公司整个信息系统当中，不具备规划数据的自动采集功能，难以解决规划工作日常化中规划基础数据提取问题。缺乏成熟的规划GIS平台。传统规划软件多以CAD为图形平台，图形平台的局限性使得软件不支持海量数据，并且难以建立数学模型和实现对象化设计。还有一些软件是在GIS/AM/FM系统上扩展规划功能。相对于规划数据模型而言， 用于现状管理的GIS系统数据模型过于详细，数据模型的差异使得规划效率较低。规划功能不够强大，难以支持日常使用。传统规划软件功能是针对规划编制开发，使用过程较为繁琐，难以满足规划人员日常使用要求。规划功能不够完整。城市的不断发展使得电网通道资源日趋紧张，而以往规划软件并不具备较为完整的通道规划功能。因此，要将GIS技术与城市电网规划工作完美地结合起来，使城市电网规划上升到一个新的台阶，还需要进行进一步的深入研究和不断的实践。1.4 课题研究的主要内容1.4.1 论文主要研究工作本文针对城市电网规划领域中迫切需要解决的几个关键性技术问题进行了研究，主要工作如下：WebGIS开发平台的搭建以及相关技术的研究。重点研究Supermap组件式GIS的开发技术。结合城市配电网规划的一般方法，利用灰色系统理论对用电负荷进行预测，并提出了一种基于边界搜索策略的改进粒子群优化算法，并将它应用于电网结构的扩展优化及变电站选址中，通过仿真结果表明该算法可靠有效。建立适用于城市电网规划的地理信息系统及数据库系统。应用计算机技术，组件技术，网络技术和数据库技术，实现了对电力设施设备的信息化管理。设计城市配电网规划辅助决策系统的总体构架和功能模块：给出详细的系统物理构架图，功能结构图以及软件流程图，运用合理的规划算法对辅助决策模块进行着重设计，并给出相关的实例分析和操作界面。利用C#开发语言，结合Supermap相关软件（Spermap IS .net、Supermap Objects, Supermap Deskpro）和SQL数据库在.net环境下构建城市电网规划辅助决策系统，设计规划功能模块和友好的人机交互界面。1.4.2 本文结构第一章为绪论，简单介绍了本课题的研究背景和国内外目前的研究动态，并对本文的内容结构进行了安排和规划。第二章对电网规划的相关技术支持进行了研究，并分析了本系统采用的Supermap GIS的实现原理。第三章详细分析研究了城市电网规划的特点，内容，依据，目标等知识。第四章详细分析了系统的整体设计，并给出了关键模块的设计流程，算法思想以及仿真结果。第五章详细给出了系统主要功能模块及实现的人机界面。第六章为论文研究成果以及展望。1.5小结本章主要介绍了城市电网规划的研究背景，目的及意义，分析了电网规划领域的国内外研究现状和电网规划在未来的发展趋势，最后提出了本论文的主要研究工作及其章节内容安排。61重庆大学硕士学位论文 2基于WebGIS的电网规划的技术支持2 基于WebGIS的电网规划的技术支持 2.1 WebGIS的发展及应用2.1.1 WebGIS的特点地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是在20世纪60年代出现的，经过近40年的发展，已经发生了重要并且意义深远的变化。WebGIS是GIS地理信息系统开发与Internet技术相结合的产物，GIS通过计算机网络得以扩展，得以成为真正服务于大众的工具。基于网络的地理信息系统(WebGIS)技术在近年内得到了快速发展，其应用也扩展到GIS应用领域的各个方面，成为GIS软件技术的重要的组成部分。WebGIS是地理信息系统在万维网上的实现，是利用万维网技术对传统地理信息系统的改造和发展。与传统的基于桌面或局域网的GIS相比，WebGIS具有以下的特点：更广泛的访问范围。客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据，而这一Internet/Intranet所特有的优势大大方便了GIS的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。平台独立性。无论服务器/客户机是何种机型，无论WebGIS服务器端使用何种GIS软件，由于使用了通用的Web浏览器，用户就可以透明地访问WebGIS数据，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。可以大规模降低系统成本和减少重复劳动。普通GIS在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。WebGIS在客户端通常只需使用Web浏览器（有时还要加一些插件），其软件成本与全套专业GIS相比明显要节省得多，同时也可减少不同部门因数据的重复采集而带来的重复劳动。另外，由于客户端的简单性而节省的维护费用也不容忽视。更简单的操作。要广泛推广GIS，就要降低对系统操作的要求，使GIS系统为广大的普通用户所接受，而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户。2.1.2 电力WebGIS的特点电力行业各个部门拥有大量的网线和设备，相应的图纸、档案、信息非常庞杂。随着电力事业的发展，有关数据、信息资料也会越来越多，同时随着电网的日益复杂，馈线之间的相互关系也更趋复杂，因此给电力部门的管理规划和调度安排提出越来越高的要求。MIS系统可以处理数据库中的信息，以表、统计图等形式显示，但是MIS系统在数据的可视化方面有其局限性，传统的管理调度方法或简单的MIS系统难以满足需要。GIS系统在电力行业的应用就显得越加重要。其具有以下特点：电力系统运行参数实时性及信息的动态变化性，需要对瞬间信息及时收集、处理和分析。电力GIS对数据处理、存储容量和传输速度均有较高的要求。电网的多属性数据要求GIS具备足够的稳定性和可靠性。根据电力行业技术标准及电力企业业务需求，系统具有良好的可维护性。电力GIS能够实现数据的一次输入和多次输出，以保证数据的一致性操作，实现数据的统一管理和多层保护等，构建高可靠性和高准确性的业务系统。电力系统是一个庞大复杂系统，电力网的广域性和电力设施的分散性及设备的多样性，实时信息量大，系统接口复杂，信息的覆盖面广，电网的各种电压等级及多用户连接等需要GIS具备拓扑分析和转换能力。电力GIS的单机工作站方式已经落后，且不适合电力企业信息系统实际需要。电力行业目前应用的GIS平台安装在局域网环境下，在网络的应用和开发上整合信息，实现资源共享。电力GIS具备安全保护的特点，电网设备的高精确度测量的经纬度坐标数据是国家基础信息资源，是国家安全的信息。目前电力行业内部广域网已经基本建成，其主干带宽最低为1000M，这基本解决了海量数据发布的网络瓶颈问题。电力部门的相关应用主要是电力设备、变电站、输配电网络、电力用户与电力负荷和生产及管理等核心业务连接形成电力信息化的生产管理的综合信息系统，并不注重多种空间分析等对系统资源要求较高的功能，这有利于WebGIS的实现，确保了系统的稳定性。同时，对于某些有保密要求的各类数据，在电力广域网内部运行，其安全也是可以通过适当的手段加以控制和保障的。随着电力行业应用逐步深入，电力行业用户对WebGIS在海量空间信息管理和发布、超大用户群并发访问、二次开发能力以及异构系统互操作等方面也提出了较高的要求。2.2 WebGIS的实现技术浏览器/服务器（Browser/Server, B/S）模型是开发网络应用程序的主要模型。它实质上是一种三层结构的C/S模型，它将网络应用系统划分为浏览器、Web应用服务器和数据服务器。WebGIS就是一个典型的B/S模型应用实例，它利用B/S模型的分布式体系结构的特点，有效地均衡了客户端与服务器端的处理负荷，把数据集中、处理复杂的工作交由服务器端执行，而客户端则仅完成一些相对简单的空间操作和处理。根据部署方式的不同，目前常见的WebGIS技术主要分为以下三种类型：基于服务器的WebGIS技术采用基于服务器的WebGIS技术构建的系统，GIS处理功能主要由服务器完成，而客户端只完成简单的结果显示。该模式的工作方式为：客户端通过浏览器向服务器发出GIS操作请求，服务器在接受到请求后调用GIS服务器上的服务程序，服务程序访问空间地理数据，进行相应的GIS处理，最后将处理结果返回给客户端。这种模式与传统GIS系统相近，主要工作都由服务器端完成，客户端的任务只是提交请求和显示服务器返回的结果。这种工作方式的优点在于：GIS数据都存储在服务器上，数据较为安全；GIS服务器只处理客户端请求的地图区域，传输的数据量恒定，因而不会产生因数据量增加而使整个系统性能线性下降的情况。同时这种方式也有明显的缺点：由于每个客户端的请求都必须发送到服务器端处理，这样导致GIS服务器负担过重，当用户数量过多时容易在服务器端形成瓶颈，从而影响整个系统的效率。基于客户端的WebGIS技术基于客户端的WebGIS技术将GIS数据处理和GIS分析等功能部署在客户端执行，而服务器只负责GIS数据的管理工作。客户端向服务器发送所需GIS数据的请求，服务器收到请求后检索出相应的GIS数据并传回至客户端，客户端接收到所需的GIS数据后进行GIS数据处理和分析，服务器不参与客户端的任何处理。采用基于客户端的WebGIS技术，由于GIS数据己被传送到客户端，所有GIS处理全部在客户端独立完成，因而大大减轻了服务器端的负担。但这种技术需要扩充浏览器的功能才能在客户端进行GIS数据处理，目前扩充浏览器功能的技术主要包括Plug.in、ActiveX和Javascript等。这种工作方式的优点在于：平台的独立性，不管什么硬件平台和操作系统，只要有Java虚拟机就能运行；动态从Web服务器端下载，无需预先安装；GIS数据的传输量小，网络负担轻；GIS操作都在客户端由GIS Javascript完成，因此服务器负担轻等。其缺点有：获取GIS资源的能力弱；处理大型的空间分析能力不足；GIS数据在客户端的保存受限等。服务器/客户机混合的WebGIS技术从上面的讨论可以看出单纯的基于服务器的WebGIS技术和基于客户端的WebGIS技术都存在着一定的优势和明显的不足，仔细分析两者正好互补，因此将两种模式的优点结合在一起组成一种混合模式是解决这些问题的一种理想的方法。在处理不同的地图数据时采用不同的方案，可以使安全性、性能与效果等得到较好的平衡。服务器/客户机混合的WebGIS系统的体系结构图2.1所示：图2.1 服务器/客户端 WebGIS体系结构图Fig 2.1 Server/client architecture of WebGIS如上图所示服务器/客户机混合WebGIS技术的工作方式是：通过客户端技术 （Plug.in, ActiveX, Javascript等）将部分简单的GIS处理功能部署到客户端，这样可以让一些的简单的GIS操作在客户端进行处理；而对于大数据量的GIS处理和分析，则在服务器上部署相应的服务器程序来完成。这种方式有效地均衡了服务器和客户端的数据量，充分发挥了服务器和客户端的处理能力，达到了有效利用了资源、减轻网络传输负担的目的，本文采用的就是服务器/客户端混合模式。2.3 电力MIS系统开发相关技术近几年来电力MIS系统在电力行业发挥着举足轻重的作用，促进了电力信息化的建设。随着我国计算机应用日益普及，电力行业计算机应用也初具规模，大多数电业局已经先后采用计算机技术实现了电网调度（SCADA）、财务管理、用电营销、办公自动化等MIS系统。城市电网规划辅助决策系统是电力MIS系统和GIS系统有机的结合，在电力MIS系统的基础上融入GIS技术实现对电网规划的可视化操作。在开发中主要运用到了ASP.net技术，XML技术和AJAX技术。ASP.NET技术ASP.NET是微软新一代的Web应用程序开发技术，采用了全新的观念与服务器技术来开发动态网页，.NET框架内置了许多优化特性，这在一定程度上提高了程序运行的效率，并且还可以通过运用ASP.NET的多级缓存技术与其它一些性能优化措施，降低WebGIS服务器的负载，使设计和实现的WebGIS性能更优，效率更高15。电力WebGIS的各级界面作为ASP.NET页面在局域网或是INTERNET上发布。整个系统作为WEB应用程序部署到WEB服务器上时，客户端的用户就可以向该WEB服务器请求某一服务。客户端用户向WEB服务器提交访问某一ASP.NET页面的请求，WEB服务器（IIS）在接收到该请求后，将识别出这是一个.aspx文件请求，并调用ASP.NET模块（aspnet_isapi.dll）来处理之。Aspnet_isapi.dll把请求的.aspx文件放在一个新类定义中，接着，在CLR上把新的ASP类实例化为一个对象。在新对象上调用一个现实方法，通过aspnet_isapi.dll给IIS返回合适的HTML，IIS再把HTML发送给客户端的请求者。ASP.NET是MicroSoft.NET的一部分，它的主要优点如下：1)易于写出结构清晰的代码，代码易于重用和共享。2)ASP.NET比Script语言、编译类语言运行速度快，更适合编写大型应用。3)Web Service为Web系统集成和基于Web的分布式计算提供了良好的框架。4)ASP.NET提供Cache API，程序员可以控制Cache的使用，可以编写出性能更好的应用。5)ASP.NET的模块化支持非常好。提供了常用库，提供了结构化的代码组织方式。6)ASP.NET的配置信息放在XML文件中，而不是注册表中，实施ASP.NET应用，只要把程序拷贝到一个目录，不需要注册任何对象。7)ASP.NET支持编译过的程序的运行，可以保护技术秘密。在数据库访问方面，ASP.NET利用ADO.NET实现对数据库的高效访问。8)ASP.NET内置了对多级缓存的支持；内置了对XML的支持。XML技术在Web1.0中HTML是Web上通用的标记语言，它的出现使Internet进入了图文并茂的时代。但是HTML还是有很多的缺点：HTML是静态的、有限的标记集，因而缺乏可扩展能力，无法满足日益增长的数据描述要求；HTML只能描述数据的显示样式（如文档的标题、字体、颜色等）；HTML中的数据和其显示样式是混合在一起的，因而其数据的重用性差；HTML缺乏表达数据语义的能力，而大多数Web应用更需要数据的语义信息。以上这些缺点严重影响了使用HTML开发基于Web的高级应用的能力16。为解决上述问题，1998年2月10日W3C正式批准公布了应用于Web上的语言“可扩展标识语言（eXtensible Markup Language，XML）”。XML并不是一个独立的、预定义的标识语言，它是一种元语言（用来描述其他语言的语言）。开放性、可扩展性、结构化、自描述性是XML主要的特点。通过使用XML语言，信息提供者不但可以根据需要自行定义标记及属性名，而且可以包含描述语法来描述XML文档的结构。XML的出现为Web上的数据管理提供了新的模型，它不仅是一种新的Web数据组织形式，而且它的面向数据交换的特性推动了Web应用模型的发展。XML的简单使其易于在任何应用程序中读写数据，这使XML很快成为数据交换的唯一公共语言，虽然不同的应用软件也支持其它的数据交换格式，但不久之后他们都将支持XML，那就意味着程序可以更容易的与Windows、Mac OS、Linux以及其他平台下产生的信息结合，然后可以很容易加载XML数据到程序中并分析他，并以XML格式输出结果。为了使得SGML显得用户友好，XML重新定义了SGML的一些内部值和参数，去掉了大量的很少用到的功能，这些繁杂的功能使得SGML在设计网站时显得复杂化。XML保留了SGML的结构化功能，这样就使得网站设计者可以定义自己的文档类型，XML同时也推出一种新型文档类型，使得开发者也可以不必定义文档类型。因为XML是W3C制定的，XML的标准化工作由W3C的XML工作组负责，该小组成员由来自各个地方和行业的专家组成，他们通过email交流对XML标准的意见，并提出自己的看法（/TR/WD-xml）。因为XML 是个公共格式，（它不专属于任何一家公司），所以不必担心XML技术会成为少数公司的盈利工具，XML不是一个依附于特定浏览器的语言AJAX技术在目前的Web2.0热潮中，Ajax已成为人们谈论最多的技术术语。其实，AJAX（Asynchronous JavaScript and XML）是多种技术的综合，它使用XHTML和CSS标准化呈现，使用DOM实现动态显示和交互，使用XML和XSTL进行数据交换与处理，使用XMLHttpRequest对象进行异步数据读取，使用Javascript绑定和处理所有数据。更重要的是它打破了使用页面重载的惯例技术组合，可以说AJAX已成为Web开发的重要武器17。AJAX利用一个构建到所有现代浏览器内部的对象XMLHttpRequest来实现发送和接收HTTP请求与响应信息。一个经由XMLHttpRequest对象发送的HTTP请求并不要求页面中拥有或回寄一个元素。AJAX中的“A”代表了“异步”，这意味着XMLHttpRequest对象的send()方法可以立即返回，从而让Web页面上的其它HTML/JavaScript继续其浏览器端处理而由服务器处理HTTP请求并发送响应。尽管缺省情况下请求是异步进行的，但是，你可以选择发送同步请求，这将会暂停其它Web页面的处理，直到该页面接收到服务器的响应为止。微软在其Internet Explorer（IE）5中作为一个ActiveX对象形式引入了XMLHttpRequest对象。其他的认识到这一对象重要性的浏览器制造商也都纷纷在他们的浏览器内实现了XMLHttpRequest对象，但是作为一个本地JavaScript对象而不是作为一个ActiveX对象实现。而如今，在认识到实现这一类型的价值及安全性特征之后，微软已经在其IE 7中把XMLHttpRequest实现为一个窗口对象属性。幸运的是，尽管其实现（因而也影响到调用方式）细节不同，但是，所有的浏览器实现都具有类似的功能，并且实质上是相同方法。目前，W3C组织正在努力进行XMLHttpRequest对象的标准化，并且已经发行了有关该W3C规范的一个草案。2.4 电力GIS的选型及其实现原理电力GIS是将电力企业的电力设备、变电站、输配电网络、电力用户与电力负荷和生产及管理等核心业务连接形成电力信息化的生产管理的综合信息系统。它提供的电力设备设施信息、电网运行状态信息、电力技术信息、生产管理信息、电力市场信息与山川、河流、地势、城镇、公路街道、楼群，以及气象、水文、地质、资源等自然环境信息集中于统一系统中。通过GIS可查询有关数据、图片、图像、地图、技术资料、管理知识等。目前主流的GIS开发软件有ESRI公司的ArcIMS、MapInfo公司的MapXtreme、超图公司的SuperMap IS、AutoDesk 公司的MapGuide、Intergraph公司的GeoMedia WebMap等。本文选用的是SuperMap IS，它是北京超图公司的网络地图服务软件产品，是一个典型的基于服务器端的应用系统，可以使用纯HTML、Java或C#进行开发。2.4.1 Supermap IS .Net的体系结构SuperMap IS .NET完全基于.NET技术，透明的实现了系统规模的扩展，Web服务器扩展。GIS应用服务器和数据库服务既可以部署在一个物理服务器计算机上，也可以部署在多个服务器计算机机群上，Web服务器扩展，GIS应用服务器和数据库服务都可以拥有多个拷贝协同执行相同的任务，并行运算提供GIS服务，也可以执行不同的任务，提供不同内容服务。图2.2示意性的给出了各层之间的逻辑分布，水平方向表示同一个层次的逻辑单元，垂直方向表示处理流程中各层次组件之间的交互关系。图2.2 SuperMap IS .NET 逻辑结构示意图Fig 2.2 SuperMap IS .NET logic schematic diagram客户端 支持最广泛的客户端程序，如IE，Netscape，Mozilla等，还支持桌面应用程序、移动终端设备、以及各种网络应用程序的访问。用户可以通过多种形式轻松地连接到基于SuperMap IS .NET构建的站点。在本文中，我们提及的客户端如果没有特殊指明，客户端（或者客户端程序）都是SuperMap IS .NET提供的可以在浏览器运行和渲染表现的HTML/JavaScprit脚本程序，因为这种程序是目前Internet上使用最广泛的客户端软件技术。Web服务器扩展 采用HTTP标准的端口（80或者8080）发布GIS服务，不需要开放额外的端口，使得网站的安全性不会因为增加GIS服务引入新的风险，利用Web服务器中成熟的技术（比如Cache，Session）扩展GIS服务，这也是Web和GIS结合的初衷，既利用Web服务器提供特性，又充分利用后台服务提供强劲的GIS功能服务。同时SuperMap IS .NET引入Web Service技术，采用可扩展的数据交换协议XML文件，使得异构系统之间的交互操作、数据交换和集成易如反掌，这样的技术会降低大型系统集成用户因为更换统一平台而增加的成本。GIS应用服务器 SuperMap IS .NET的GIS应用服务器，实现多机多应用、实现GIS服务器集群功能，这种体系结构充分利用设备，提高设备的利用率，从而大幅度降低系统开发商和运营商硬件和软件的投入，同时也提高了用户的并发访