（机械电子工程专业论文）基于mapx的配电网低压设备管理系统的开发.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本文分析了配电网低压设备管理的现状，针对现有低压设备管理方式滞后， 无法对低压设备进行统一有效管理的问题，提出了借鉴地理信息系统开发方式， 基于m a p x 的图形化低压设备管理系统。介绍了地理信息系统的基本知识、组 件技术基本原理，这些是本系统的理论基础。重点阐述了整个系统的总体方案、 体系结构、有代表性的空间和属性数据库的设计以及开发过程中所涉及的技术 难点和重点。最后还介绍了基于低压设备管理系统进行低压理论线损计算的方 法。 关键词：m a p x ，地理信息，低压设备，理论线损 a b s t r a c t t h ep r e s e n ts i t u a t i o no f1 0 w v o l t a g ee q u i p m e n tm a n a g e m e n ti np o w e r d i s t r i b u t i o nn e t w o r kisa n a l y z e di nt h i sp a p e r b e c a u s et h em a n a g e m e n t m e t h o do f1 0 w y 0 1 r a g ee q u i p m e n tis r e l a t i v e l y1 a ga n dt h e r eis n og o o d w a y t o m a n a g e t h e 1 0 w v 0 1 t a g ee q u i p m e n t i n e f f e c t ，t h eg r a p h i c a l m a n a g e m e n ts y s t e mo f1 0 w v o l t a g ee q u i p m e n tb a s e do nm a p xisp u tf o r w a r d w h i c hm a k e st h eb e s tu s eo fg i s t h e ng i sa n dc o mt e c h n o l o g yisd i s c u s s e d w h i c hi st h et h e o r yf o u n d a t i o no ft h es y s t e m t h ee m p h a s i si st h ep r o j e c t d e s i g n ，l a y o u td e s i g n ，d a t as t r u c t u r ed e s i g na n dt h ed i f f i c u l t yw eh a v e e n c o u n t e r e di nt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s a tl a s tt h ea l g o r i t h mo fh o wt 0 c a l c u l a t et h e o r e t i c a lp o w e r1 i n e1 0 s si nt h e s y s t e mi si n t r o d u c e d c h e n y a n i n g ( m e c h a n i c a la n de l e c t r o n i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f f a nx i a o l i a n g k e y w o r d s ：m a p x ，g i s ，l o w v o t a g ed e v i c e ，t h e o r e t i c a lp o w e r1i n el o s s 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于m a p x 的配电网低压设备管理系 统的开发，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：罩舜螽址日 期：坦兰型塑 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期 触 0 一 m ，a ) ) 导师签名拖若良导师签名：j 丛，笪! 堑 日期：盘堡! 兰：2 z 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题的背景及现实意义 第一章引言 配电网是电力供应的最后一个环节，它童接与用户接触，其管理水平影响到整 个工农业的生产和千家万户的生活。近几年来，随着国民经济的飞速发展，电力用 户对电力的各种需求不断提高，原有的城乡电网已经不能满足要求，需要进行大规 模的扩张和改造。通过这种大规模的配电网的建设改造，整个城乡电网结构明显改 善，彻底解决了以前存在的线损大、电能质量不高等问题，为整个城乡用电提供了 可靠的保证，显示出良好的经济效益和社会效益。 城乡电网改造工程涉及大量的设备更新和线路改造，因而配电网管理工作成为 供电企业尤其是县级供电企业生产管理系统的重要组成部分。而且随着电力需求的 迅速增长，面对现在这种越来越密织的电网、复杂的电力设备、时刻变化的负荷信 息，以往那种主要依靠图纸和配电专职人员的工作经验对配电网进行管理和维护的 方法，存在着数据更新困难、资料易损毁丢失、日常蠢询不便捷、无法为配电网改 造提供准确的决策依据等弊端，已经很难满足配电网的建设和安全经济运行要求， 而且总体效率低下。为了实现电网改造与发展的合理规划，提高电能的质量和供电 可靠性，提高配电设备运行的安全性、经济性，高质量的完成城乡电网改造，充分 地利用先进的计算机技术来提高配电网管理水平是一种必然。i i 】 计算机技术的发展为配电网的设备管理带来了新的方式，尤其是近年来地理信息系 统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 的兴起，使得配电网设备管理进入 了新的阶段。但是目前的配电网地理信息系统主要针对高压( i o k v 及以上) 配电网络， 而不涉及低压( 0 4 k v ) 配电网络设备的管理。低压配电网络直接面对的是广大城乡用 户，其管理水平的高低直接影响到用电客户对电力服务的满意程度，而且加强低压配电 网络的管理可以降低低压线损、确保供电可靠性，是供电企业不容忽视的一个重要 环节。因此开发图形化的配电网低压设备管理系统具有很大的必要性和重要的现实 意义。 1 2 国内外的研究现状 目前，高压配电网地理信息系统已经比较普及，实现了对配电变压器，高压配 电线路和杆塔等设备的统一管理。地理信息系统的开发需要以矢量化地图背景为基 础，矢量化地图的采集和制作需要耗费大量的人力、财力和时间。由于低压线路分 布密集，分支众多以及所处地理环境等因素的影响，使得制作低压配电网地理信息 华北电力大学硕士学位论文 系统需要的矢量地图更加复杂和昂贵，因此大多数配电网地理信息系统中并未对低 压设备进行管理。因此目前对低压设备的管理大多数处于人工管理阶段，导致各种 设备处于相互独立的状态，无法进行统一有效的管理。虽然有的县级供电企业管理 信息系统中涉及了低压设备的管理，但也只是对其属性数据进行管理，并未将低压 设备作为一个整体来对待。因此开发类似于高压配电网地理信息系统的低压设备管 理信息系统十分必要。 在对低压配电线路图进行分析之后，发现只要在主线、支线、杆塔、表箱等低 压设备之间建立层次关系，借助地理信息系统的开发方式，即可开发出无地图背景 的图形化低压设备管理信息系统，并实现类似高压配电网地理信息系统的功能。 1 3 本论文所研究的主要内容 根据前面对配电网低压设备管理存在问题的分析，结合县级供电企业的实际情 况，拟开发一套图形化配电网低压设备管理系统，以提高电力企业的配电网管理水 平。该系统借鉴了高压配电网地理信息系统的开发方式，具备类似地理信息系统的 一些功能。本论文的主要研究内容如下： t ) 图形化配电网低压设备管理系统的提出 2 ) 开发图形化低压设备管理系统必备的地理信息系统理论知识 3 ) 系统开发方案的选择 4 ) 系统的分析设计 5 ) 系统具体功能的实现 华北电力大学硕士学位论文 第二章配电网低压设备管理系统概述 2 1 图形化配电网低压设备管理系统的提出 2 1 1 配电网低压设备包括的内容 配电网按电压等级可分为高压配电网和低压配电网两部分，低压配电网是指配 电变压器以下的部分。配电网低压设备就是指低压配电网内涉及的各种电力设备包 括主线路、支线路、下户线、低压杆塔、杆上设备、集装表箱、电表等。 2 1 2 配电网高低压设备管理的现状及比较 低压设备管理系统就是对配电网中的低压设备进行统一管理的软件系统。由于 低压线路具有走向复杂、分支众多、杆塔密集等特点，导致低压设备的管理比较困 难。现有的人工管理模式大多数只是以配电变压器台区为单位对台区内的低压设备 分类进行汇总统计，无法对具体的某一设备进行管理，很难做到对具体低压设备的 快速定位和查询，更不能反映相关设备之间的层次关系。 配电网高压设备的管理由于采用了地理信息技术，使管理者能够以可视化的方 式对相关设备进行统一有效的管理，而且可以快速定位、查询设备。配电网地理信 息系统大大提高了设备管理的效率和管理水平，为配电网的安全、可靠、稳定、高 效地运行奠定了良好基础。 不难看出低压设备的管理水平严重滞后于高压设备，因此急需提高低压设备管 理水平以提高整个配电网的设备管理水平。 2 1 3 图形化配电网低压设备管理系统的提出 为了提高低压设备的管理水平，最直接的想法就是将地理信息技术应用到低压 配电网，开发低压配电网地理信息系统。但是地理信息系统需要矢量化的地图作为 背景，将需要管理的线路、杆塔、变压器等设备用g p s 采集设备进行采集定位，这 是一项非常烦琐的工作，需要大量人财物的投入。鉴于低压配电网走向复杂而且涉 及的设备数量较多，制作这样的矢量地图成本很高，不适合县级供电企业。 在对低压线路图进行了系统全面的分析后发现，只要将线路、杆塔、下户线、 表箱、电表建立关联关系，记录杆塔的档距和顺序号便可将低压设备形成一个有机 体，根据其中的逻辑关系和位置关系即可构建低压线路图。因此我们可以用不同的 图形符号代表不同的低压设备，在绘制低压线路图的同时建立各种设备之间的逻辑 华北电力大学硕士学位论文 关系和位置关系，从而可以实现低压设备的可视化管理。不但可以详细地记录低压 设备的属性信息，而且可以根据杆塔的档距以及杆塔的位置序号对低压设备进行相 对定位。示意图如下： 杆塔时艄桐：变匿墨的蟪路臣离：笠5 2 - 啪靶= l t 4 米 图2 1 低压线路示意图 以低压线路图为基础进行设备管理，可以使低压设备管理直观形象。更重要的 是无需低压设备的g p s 数据，便可对低压设备进行相对定位，即避免了高成本矢量 地图的制作，又能满足低压设备管理的实际需要，是一种类似地理信息的图形化低 压设备管理模式。 2 2 图形化配电网低压设备管理系统功能简介 在搜集了大量资料并进行充分调研后，将本系统划分为以下模块：低压线路图 维护模块，低压理论线损计算模块，设备管理模块，输出模块、数据备份与恢复模 块和权限管理模块。 1 1 低压线路图维护模块：以变压器台区为单位实现低压配电线路图的建立和编辑。 该模块是系统的核心和关键，相当于低压设备基础数据的录入模块，是其他模 块正常工作的基础。具体功能包括：新建( 或续画) 线路( 包括主线和支线) 、 添加杆塔、添加表箱、删除线路( 包括主线和支线) 、删除杆塔、删除表箱等。 2 ) 低压理论线损计算模块：在低压配电线路图的基础上，根据各主线和支线的长 度、线型、出线位置、供电时间、以及其形状系数等基础数据进行低压理论线 损计算。通过共享低压m i s 系统的售电数据，计算出实际线损，并以理论线损 计算结果为标准进行线损考核。 3 ) 设备管理模块：包括低压设备属性数据( 如线路编号、长度、线型等) 的查询 4 华北电力大学硕士学位论文 和修改，以及低压设备动态数据( 如表箱中表户的用电数据等) 的查询。动态 数据的查询需要共享m i s 数据库中的数据才能完成。该模块的特点是直接在低 压线路图上操作，方便直观。 4 1 输出模块：包括图形( 指本台区低压线路图) 的输出和报表的输出两部分。对 图形可以打印或输出为指定格式的图片；对设备管理模块中查到的数据可以按 用户的要求以报表的形式打印输出。 5 ) 数据的备份与恢复模块：本系统中的数据涉及到图形数据和属性数据。图形数 据是以地图文件的形式保存的，而属性数据则存储在数据库相应的表中。因此 对数据的备份和恢复均包括地图文件和数据库数据两部分。该模块对于保证系 统的正常稳定运行至关重要。 6 1 权限管理模块：由于该系统的最终使用者是县级供电企业及其分支机构一供电 所的相关工作人员，因此必须建立完善的权限管理模块以对使用者所能进行的 操作进行严格的控制，对不同岗位的使用者分配相应的权限。 2 3 小结 本章对配电网中高低设备的管理现状进行了分析对比，提出了图形化配电网低 压设备管理系统这种新型的低压设备管理模式，并简单介绍了图形化配电网低压设 备管理系统应该具有的功能及其功能模块的划分。 华北电力大学硕士学位论文 第三章地理信息系统基础知识 由于图形化低压设备管理系统采用了地理信息系统的开发模式，虽然不使用矢 量地图背景，但同地理信息系统仍旧有着内在的联系，而且本系统具有电好的可扩 展性，只要加入矢量地图背景即可成为真正的地理信息系统，因此有必要先介绍一 下地理信息系统的基础知识，以便于以后对本系统的分析和论述。 3 1 地理信息系统介绍 3 1 1 地理信息系统概念 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是以采集、存储、 描述、分析地球表面及空间和地理分布有关的数据的信息系统。它是以地理空间数 据库为基础，在计算机硬、软件环境的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、 操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的 地理信息，为地理研究、综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立起来的一类 计算机应用系统。【2 】简而言之，地理信息系统是以计算机为工具，具有地理图形和 空间定位功能的空间型数据管理系统，它是一种特殊而又十分重要的信息系统，综 合了计算机、系统工程、经济管理等多学科的知识，属跨学科的技术系统。其组成 示意图如下： 图3 一l 地理信息系统的组成 3 1 2 地理信息系统的研究内容 地理信息系统的主要研究内容可以分为如下四个部分： 3 1 ( 1 ) 输入 地理数据如何有效地输入到g i s 中是一项琐碎、费时、代价昂贵的任务，一般 6 华北电力大学硕士学位论文 是将地图“矢量化”，即把原来的地图用扫描仪或数字化仪处理后，利用g i s 软件 进行编辑，形成所谓的电子地图。目前g i s 的输入正在越来越多地借助非地图形式， 比如遥感和g p s 技术应用都非常广泛，具有很好的发展前景。 ( 2 ) 存储 g i s 中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类，如何在计算机中有效存储和管 理这两类数据是g i s 的基本问题。在计算机高速发展的今天，尽管微机的硬盘容量 已达到g b 级，但计算机的存储器对灵活、高效地处理地图这类对象仍是不够的。 g i s 的数据存储有其独特之处，大多数的g i s 系统中采用了分层技术，即根据地图 的某些特征，把它分成若干图层，整张地图是所有图层叠加的结果。在与用户的交 互过程中只处理涉及到的层，而不是整幅地图，因而能够对用户的要求作出快速的 反应。地理数据的存储是g i s 中最底层和最基本的技术，它直接影响到其它高层功 能的实现效率，进而影响整个g i s 的性能。 ( 3 ) 地理数据的操作和分析 g i s 中对数据的操作提供了对地理数据有效管理的手段，对图形数据( 点、线、 面) 和属性数据的增加、删除、修改等基本操作大多可借鉴c a d 和通用数据库中的 成熟技术。有所不同的是g i s 中图形数据与属性数据紧密结合在一起，形成对地物 的描述，对其中一类数据的操作势必影响到与之相关的另一类数据，因而操作带来 的数据一致性和操作效率问题是g i s 数据操作的主要问题。 地理数据的分析，即空间分析，是g i s 得以广泛应用的重要原因之一。通过g i s 提供的空间分析功能，用户可以从已知的地理数据中得出隐含的重要结论，这对于 许多应用领域是至关重要的。g i s 的空间分析可以分为两大类：矢量数据空间分析 和栅格数据空间分析。矢量数据空间分析通常包括：空间数据查询和属性分析，多 边形的重新分类、边界消除与合并，点线、点与多边形、线与多边形、多边形与多 边形的叠加、缓冲区分析、网络分析、面运算、目标集统计分析。栅格数据空间分 析功能通常包括：记录分析、叠加分析、滤波分析、扩展领域操作、区域操作、统 计分析。 ( 4 ) 输出 将用户查询的结果或是数据分析的结果以合适的形式输出是g i s 问题求解过程 的最后一道工序。输出形式通常有两种：在计算机屏幕上显示或通过绘图仪输出。 3 1 3 地理信息系统的分类 地理信息系统根据其内容可分为两大基本类型： ( 1 ) 应用型地理信息系统 以某专业、领域或工作为主要内容，包括专题地理信息系统和区域综合地理 华北电力大学硕士学位论文 信息系统。 ( 2 ) 工具型地理信息系统 也就是g i s 工具软件包，如a r c i n f o 等，具有空间数据输入、存储、处理、 分析和输出等g i s 基本功能。 3 2 地理信息系统的开发方式 3 2 1 应用型g i s 开发的三种实现方式“ ( 1 ) 独立开发 指不依赖于任何g i s 工具软件，从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及 结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设计语言，如v i s u a l c 十+ 、d e l p h i 等，在一定的操作系统平台上编程实现。这种方式的好处在于无须依 赖任何商业g i s 工具软件，减少了开发成本，但一方面对于大多数开发者来说，能 力、时间、财力方面的限制使其开发出来的产品很难在功能上与商业化g i s 工具软 件相比。 ( 2 ) 单纯二次开发 指完全借助于g i s 工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。g i s 工具软件 大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如e s r i 的a r c v i e w 提供了a v e n u e 语 言，m a p l n f o 公司研制的m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供了m a p b a s i c 语言等等。用户 可以利用这些宏语言，以原g i s 工具软件为开发平台，开发出自己的针对不同应用 对象的应用程序。这种方式省时省心，但进行二次开发的宏语言，作为编程语言只 能算是二流，功能极弱，用它们来开发应用程序仍然不尽如人意。 ( 3 ) 集成二次开发 集成二次开发是指利用专业的g i s 工具软件，如a r c v i e w 、m a p l n f o 等，实现 g i s 的基本功能，以通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如d e l p h i 、v i s u m c + + 、v i s u a lb a s i c 、p o w e rb u i l d e r 等为开发平台，进行二者的集成开发。集成二 次开发目前主要有两种方式： 1 ) o l e d d e 采用o l ea u t o m a t i o n 技术或利用d d e 技术，用软件开发工具开发前台可执行 应用程序，以o l e 自动化方式或d d e 方式启动g i s 工具软件在后台执行，利用回调 技术动态获取其返回信息，实现应用程序中的地理信息处理功能。 2 ) g i s 控件 利用g i s 工具软件生产厂家提供的建立在o c x 技术基础上的g i s 功能控件，如 e s r i 的m a p o b j e c t s 、m a p l n f o 公司的m a p x 等，在p o w e r b u i l d e r 、d e l p h i 等编程工 华北电力大学硕士学位论文 具编制的应用程序中，直接将g i s 功能嵌入其中，实现地理信息系统的各种功能。 3 2 2 三种实现方式的分析和比较 由于独立开发难度太大，单纯二次开发受g i s 工具提供的编程语言的限制也差 强人意，因此结合g i s 工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式就成为 g i s 应用开发的主流。 它的优点是既可以充分利用g i s 工具软件对空间数据库的管理、分析功能，又 可以利用其它可视化开发语言具有的高效、方便等编程优点，集二者之所长，不仅 能大大提高应用系统的开发效率，而且使用可视化软件开发工具开发出来的应用程 序具有更好的外观效果，更强大的数据库功能，可靠性好、易于移植、便于维护。 尤其是使用o c x 技术利用g i s 功能组件进行集成开发，更能表现出这些优势。 目前许多软件公司都开发了很多a c t i v e x 控件，合理选择和运用现成的控件， 减少了开发者的编程工作量，使开发者避开某些应用的具体编程，直接调用控件， 实现相应的具体应用，不仅可以缩短程序开发周期，使编程过程更简洁，用户界面 更友好，而且可以使程序更加灵活、简便。与利用o l ea u t o m a t i o n 技术作为服务 器的开发方式相比，利用控件开发速度快，占用资源少，而且易实现许多底层的编 程和开发功能。 3 3 小结 本章对地理信息系统的概念、主要研究内容和分类做了简要的介绍，同时分 析比较了应用型g i s 的三种开发方式，本章内容是开发图形化低压设备管理系统的 理论基础。 华北电力大学硕士学位论文 第四章组件技术基础知识 本系统采用g i s 控件( m a p x ) 进行开发，组件技术是本系统的开发基础。 4 1 组件技术 4 1 1 组件技术概述 2 0 世纪6 0 年代的软件危机【5 】导致了关于软件复用的研究，自从1 9 6 8 年 d m c l i r o y 首次提出可复用软件【6 】的思想和以不同精确度定制组件的自动化技术 后，能够如同硬件系统那样在软件工厂里将部分软件组合起来构建应用系统就一直 是软件业追求的目标。9 0 年代提出的基于组件的软件工程( c o m p o n e n t b a s e d s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，c b s e ) 【7 】【8 】和基于组件的软件开发( c o m p o n e n t b a s e d d e v e l o p m e n t ，c b d ) 就是向这一目标迈进的重要成果。现在，基于组件的软件开 发已成为软件业界普遍接受的方法和技术，是实现软件产业化的有效手段，它为软 件的生产引入了新模式，将软件生产的工业化提到了日程上。 4 1 2 组件的定义和属性 关于软件组件的定义比较多，目前还没有一个公认的标准定义，一般认为，组 件是具有一定功能、能够独立工作或同其它组件组合起来协调工作的程序体，一经 产生，就与它具体的实现语言无关。因此被认为是一段二进制代码或数据段，广义 上讲，它不但包括源程序，而且还包括在软件生产过程中各个阶段的成品，如项目 计划、需求定义、分析模型、设计模型、文档、测试案例和数据以及其它对开发活 动有用的信息等。 软件组件一般应具有如下属性：【9 l 1 ) 有用性( u s e f u l n e s s ) ：组件必须提供有用的功能 2 ) 可用性( u s a b i l i t y ) ：组件必须易于理解和使用 3 ) 质量( q u a l i t y ) ：组件及其变形必须能正确工作 4 ) 适应性( a d a p t a b i l i t y ) ：组件应该易于通过参数化等方式在不同语境中进 行配置 5 ) 可移植性( p o r t a b i l i t y ) ：组件应能在不同的硬件运行平台和软件环境中 工作 1 0 华北电力大学硕士学位论文 4 1 3 组件模型规范 目前国际上已经形成了许多软件组件模型，但真正将模型实现并形成规范标准 的并不多，国际上制定组件实现规范标准的机构有m i c r o s o f t 公司、对象管理组织 o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 和s u n 公司，具体如下： 规范制定者组件实现规范分布式对象规范 m i c r o s o f t 公司c o m a c t i v e xd c o m s u n 公司 j a v a b e a n e j br m i q m q 塑丛g q 垦星垒1 2 翌巴呈! 垡墨! 璺! !q 墨堡垒 表4 - 1 国际上制定组件实现标准的机构 本文仅对m i c r o s o f t 公司的组件规范进行分析。 4 2c o m 与d c o m 4 2 1 组件式对象模型( c o m ) c o m 是组件式对象模型( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 的英文缩写，是组件之间相 互接口的规范，是o l e ( o b j e c tl i n k i n g e m b e d d i n g ) 和a c t i v e x 共同的基础， 其作用是使各种软件构件和应用软件能够用一种统一的标准方式进行交互。u o c o m 不是一种面向对象的语言，而是一种与源代码无关的二进制标准。c o m 所 建立的是一个软件模块与另一个软件模块之间的链接，当这种链按建立之后，模块 之间就可以通过称之为“接口”的机制来进行通信。c o m 实质上是客户服务器模 式。客户( 通常是应用程序) 请求创建c o m 对象并通过c o m 对象的接口操纵c o m 对 象，服务器根据客户的请求创建并管理c o m 对象。c o m 标准增加了保障系统和组件 完整的安全机制，并扩展到分布式环境。 4 2 2 分布式构件对象模型( d c o m ) 基于分布式环境下的c o m 被称作d c o m ( d i s t r i b u t ec o m ，分布式构件对象模型) 。 d c o m 是a c t i v e x 的基础，它实现了c o m 对象与远程计算机上的另一个对象之间直接 进行交互。d c o m 规范定义了分散对象创建和对象间通信的机制，规范本身并不依赖 于任何特定的编程语言和操作系统，但目前该标准只在m i c r o s o f tw i n d o w s 平台实 1 1 华北电力大学硕士学位论文 现，这就意味着其它的操作系统平台( 如u n i x ) 目前还不支持a c t i v e x 。j d c o m 接口是逻辑上和语义上相关联的函数集。服务器对象通过d c o m 接口为客 户对象提供服务，客户对象不需了解服务器对象的内部数据表示。接口可以看成两 个软件构件之间的一种协议，协议表明服务器对象为客户对象提供一种且仅此一种 服务。由于接口的定义和功能保持不变，d c o m 构件开发者可以改变接口功能、为对 象增加新功能、用更好的对象来代替原有对象，而建立在构件基础上的应用程序几 乎不用修改，大大提高了代码的重用性。 4 3a c t iv e x 与a c t iv e x 控件 a c t i v e x 是微软公司的构件技术标准，实际上是对象链接与嵌入( o l e ) 的新版 本，使o l e 接口加强了对数据和特性的管理，效率更高，而且更加便于进行i n t e r n e t 互操作。 a e t i v e x 控件是充分利用o l e 和a c t i v e x 技术的自定义控件，是基于与应用程 序无关的思想而设计的，其目标是提供一种面向对象、与操作系统无关、与机器平 台无关、可以在应用程序之间互相访问对象的机制。 a c t i v e x 控件是建立在c o m 标准上的独立的软件元件，提供给用户应用接口， 发送相应的事件，开发者则可以截取这些事件，执行相应的功能。a c t i v e x 控件开 发端和使用端是完全独立的，可以用d e l p h i 、v b 等各种语言来开发，又可以用于 不同语言、不同开发平台、不同的系统环境中。从本质上讲，a c t i v e x 控件是一个 a c t i v e x 服务器，它能提供所有的o l e 功能和服务，包括可视化编辑、拖放和o l e a u t o m a t i o h 。a c t i v e x 控件最适合w i n d o w s ，目前大部分的组件都是a c t i v e x ，应用 非常广泛。 4 4 组件开发的特点 1 ) 组件与开发的工具语言无关 开发人员可以根据特定的情况选择特定的语言工具实现组件的开发。其开发迅 速、调试方便，编译之后的组件以二进制的形式发布，跨w i n d o w s 平台使用，源程 序代码不会外泄，有效地保证了组件开发者的版权。 2 ) 通过接口有效地保证了组件的复用性。 一个组件具有若干个接口，每个接口代表组件的某个属性和方法。其它组件或 应用程序可以设置和调用这些属性和方法来进行特定的逻辑处理。组件和应用程序 的连接是通过其接口实现的。负责集成的开发人员无须了解组件功能如何实现，而 只须简单的创建组件对象，和其接口建立连接。在保证接口一致性的前体之下，可 华北电力大学硕士学位论文 以调换组件、更新版本，也可以把组件安插在不同的应用系统中。 3 ) 运行效率高，便于使用和管理。 由于组件是二进制代码，因此运行效率高。组件在网络中的位置透明，便于管 理和使用。同一个组件可以同时运行在同一个应用程序之中。 4 5 组件式g i s 组件式g i s 把g i s 功能适当抽象，以组件的形式提供给开发者使用，它的出现 为传统g i s 面临的多种问题提供了全新的解决思路，相对于传统的g i s 有着无法比 拟的优点。 1 ) 小巧灵活、价格便宜 在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能，用户可以 根据实际需要选择所需控件，最大限度地降低了用户的经济负担。组件化的g i s 平 台集中提供空间数据管理能力，并且能以灵活的方式与数据库系统连接。在保证功 能的前提下，系统表现得小巧灵活，而其价格比传统g i s 开发工具低得多，使用户 能以较好的性能价格比开发g i s 应用系统。 2 ) 无须专门g i s 开发语言，直接嵌入m i s 开发工具 组件式g i s 建立在严格的标准之上，不需要额外的g i s 二次开发语言。g i s 应 用开发者，不必掌握额外的g i s 开发语言，只需熟悉基于w i n d o w s 平台的通用集成 开发环境，以及g i s 各个控件的属性、方法和事件，就可以完成应用系统的开发和 集成，这不仅减轻g i s 软件开发者的负担，而且增强了g i s 软件的可扩展性。目前， 可供选择的开发环境很多，如：p o w e rb u i l d e r 、v i s u mc + + 、v i s u a lb a s i c 、b o r l a n d c + + 、d e l p h i 以及c + + b u i l d e r 等都可直接成为g i s 的优秀开发工具，它们各自的 优点都能够得到充分发挥。 3 ) 强大的g i s 功能 新的g i s 组件都是基于3 2 位系统平台的，采用i n p r o c 赢接调用形式，所以无 论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统g i s 软件逊色。小小的g i s 组 件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析 能力。 4 ) 开发简捷 由于g i s 组件可以直接嵌入m i s 开发工具中，对于广大开发人员来讲，就可以 自由选用他们熟悉的开发工具。而且，g i s 组件提供的h p i 形式非常接近m i s 工具 的模式，开发人员可以像管理数据库表一样熟练地管理地图等空间数据，无须对开 发人员进行特殊的培训，这使m i s 开发人员能够较快过渡到g i s 开发工作中，从而 加速g i s 的发展。 华北电力大学硕士学位论文 5 ) 更加大众化 组件式技术已经成为业界标准，用户可以象使用其他a c t i v e x 控件一样使用 g i s 控件，使非专业的普通用户也能够开发和集成g i s 应用系统，推动了g i s 大众 化进程。组件式g i s 的出现使g i s 不仅是专家们的专业分析工具，同时也成为普通 用户对地理相关数据进行管理的可视化工具。 虽然采用g i s 构件在开发上有许多优势，但是不可避免的也存在一些功能上的 欠缺和技术上的不成熟，主要包括以下几个方面： 1 ) 与专业的g i s 客户端软件相比，采用构件技术不可避免的带来效率上的相对低 下，这在访问超大空间数据( 如大数据量的遥感图象) 的时候表现得尤为明显； 2 ) 支持的空间数据量有限； 3 ) 支持的功能有限，由于是组件，只覆盖了g i s 系统的部分功能，于是对于特殊 领域，它就显得无能为力； 4 ) 系统的可靠性、容错性有待提高。 4 6 小结 本章首先介绍了组件的定义、属性和模型规范，并对m i c r o s o f t 公司的c o m 、 d c o m 和a c t i v e x 几种标准和组件开发的特点作了简要的介绍，最后对组件式6 i s ( 本 系统就属于该范畴) 开发的优缺点进行了详细的分析。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 第五章系统方案的确定 5 1 计算机体系结构的选择 5 1 1 计算机体系结构的发展 计算机体系结构的发展经历了三个时期，即终端主机结构、客户机服务器 结构、浏览器服务器结构。【1 2 】【1 3 】 5 1 1 1 终端主机结构 这种体系结构使得用户尽可能地使用共享资源，这里不仅包括了数据的共享， 也包括了应用的共享。终端所要做的事只是输入命令( 通常是以命令行的形式) ， 显示结果，而有关的一切数据处理都交给了主机去完成。 在这样的结构中，由于终端不需要做什么处理工作，所以它可以很简单，也不 必随着信息业的发展频繁更新，因此也称“哑”终端；但是主机就不一样了，它几 乎包揽了有关数据的一切处理工作，这就要求它具有十分高的性能，并且能够随着 信息量( 包括数据库的加大和终端的增加) 的增加不断更新。它的优点是资源得到 充分的共享，而它的缺点是用户界面不友好、主机负载过大。 5 1 1 2 客户机服务器结构 客户机服务器模式就是指c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式。是一种两层或三层结 构的系统。1 1 4 j ( 1 ) 传统的两层c 1 i e n t s e r v e r 模式 传统的客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构是一种分布式计算模式，它一般 分为两层：客户端和服务器端。 服务器是用来处理数据库的计算机，它主要是用来接收客户机的请求和传送结 果的。服务器实现的功能主要包括：接收来自客户端的数据库请求、并处理数据库 请求、格式化结果并传送给客户端、执行完整性检查、提供访问控制、执行恢复以 及优化查询和更新处理。服务器上执行的这些计算称为后端处理，后端处理主要提 供管理数据资源和存储数据，维护数据以及对数据进行操作等数据库引擎功能。服 务器的软件既包括o s i 或其它网络结构的网络软件，也包括提供给客户端的应用程 序和服务软件。 客户端是用来处理应用程序、请求服务的计算机。它主要是运行使用户产生服 务请求的程序，将数据库请求发送到服务器。客户端主要实现的功能包括：管理用 华北电力大学硕士学位论文 户接口、从用户处接收数据、处理逻辑、产生数据库请求、向服务器发送数据库请 求、从服务器接收结果并格式化接收到的结果。客户端执行的这些计算称为前端处 理，前端处理提供了对数据进行操作和与显示数据有关的所有功能。 其结构示意图如下： 图5 - 1 两层c s 模式 主要优点如下： 夺交互性强 在c s 中，客户端有一套完整的应用程序，在出错提示、在线帮助等方面都有 强大的功能，并且可以在子程序间自由切换。 耷系统通讯开销小 c s 结构将任务合理分配到客户端和服务器端，降低了系统的通讯开销，减轻 了网络负荷，而且可以充分利用两端的硬件优势。 夺较强的数据操纵能力和事务处理能力 由于客户机和服务器的分离和相应任务的分配和协作，使系统可以充分利用各 种计算机资源，增强了系统对数据的操纵能力，减少了各种事务处理对服务器 性能的要求，减轻了服务器的负担，无形中提高了事务处理的能力。 夺保证了数据的安全性和完整性 由于c s 是配对的点对点的结构模式，采用适于局域网的安全性较好的网络协 议，而且后台数据库采用基于事务的r d b m s ( 关系型数据库管理系统) ，保留有 事务日志和数据库备份恢复机制，所以保证了数据的安全性和完整性约束。 ( 2 ) 三层c 1 i e n t s e r v e r 模式 三层应用程序结构是依据数据库应用程序中3 种相对独立的逻辑功能，将其分 成抽象程度不同的3 个部分：客户应用程序、应用服务器和数据库服务器。 客户机是应用的用户接口部分，负责用户与应用程序的交互。它接收用户的输 入和请求，将结果以适当的形式( 如图形报表) 返回给用户，常以g u i 界面表现出来。 应用服务器是应用逻辑处理的核心，它是具体业务的实现。应用服务器和客户 机间的数据库交互应比较简洁，客户将请求信息发送给应用服务器，应用服务器返 1 6 华北电力大学硕士学位论文 回数据和结果。应用服务器一般和数据库服务器数据交互比较密集，应用服务器向 数据库服务器发送s q l 请求，数据库服务器将数据访问结果返回给应用服务器。 数据库服务器以传统的基于s q l 的d b m s 实现，完成数据的存储、数据的访问、数 据的完整性约束等。在具体的硬件实现上，应用服务器和数据库服务器可以在一台 主机上，也可以在不同的主机上，所谓的三层是指纯粹逻辑上的划分。其结构如下： 图5 - 2 三层c s 模式 相对于两层c s 模式，三层c s 模式具有安全性强、效率高、易于维护等特点， 但是这种模式首期开发成本比较高，比较适合于开发大型分布式应用系统。 5 1 1 3 浏览器服务器结构 浏览器服务器结构就是所谓的b s ( b r o w s e r s e r v e r ) ，是一种三层结构的 系统，包括客户端、应用服务器和数据库服务器。【l 习 第一层客户机是用户与整个系统的接口，客户的应用程序精简到一个通用的浏 览器软件( 如i n t e r n e te x p l o r e ，n e t s c a p en a v i g a t o r 等) ，浏览器将h t m l 代码转 化成图文并茂的网页，网页还具备一定的交互功能，允许用户在网页提供的申请表 上输入信息提交给后台，并提出处理请求。第二层w e b 服务器将启动相应的进程来 响应这一请求，并动态生成一串h t m l 代码，其中嵌入处理的结果，返回给客户机 的浏览器。第三层数据库服务器的任务类似于c s 模式，负责协调不同的w e b 服 务器发出的s q l 请求，管理数据库。其结构如图5 - 3 所示： 华北电力大学硕士学位论文 图5 - 3b s 模式 b s 模式的体系结构具有界面统一、使用简单、易于维护、扩展性好等优点， 但是就现在我国的网络发展水平来看，b s 模式适用于与用户交互量不大的应用， 在负责数据处理方面，c s 模式还是不可替代。 5 1 2 系统体系结构的选择 由于图形化配电网低压设备管理系统涉及到大量的数据处理，特别是对空间数 据文件的操作，所以我们选用交互能力强，具有较强的数据操纵能力和事务处理能 力的c s 模式。而且针对县级供电企业的实际情况，我们拟选用两层的c s 结构， 因为这种两层结构一般建立在专用的小范围内的网络环境，很适合一般的m i s 系统， 只要应用系统的客户端数目在2 0 0 个用户之内并且在同一个区域中，那么这种结构 已经足够了，而且在县级供电企业的局域网环境里，系统维护升级也比较方便，这 种两层c s 模式完全适合县级供电企业的m i s 建设。 5 2 开发工具的选择 5 2 1 前端开发工具p o w e r b u ii d e r 6 5 p o w e r b u i l d e r6 5 是美国数据库应用开发工具生产厂家s y b a s e 公司推出的功 能强大、性能优异的开发工具。具有以下功能特点：【1 6 】【1 7 】 夺专业的客户机服务器开发工具 客户端的应用程序负责提出任务需求，服务器端的应用程序则为客户端提供服 务，完成d b m s 的核心功能，开发出的应用程序能够与数据库服务器完美的协 同工作，构成客户机服务器计算模式。 华北电力大学硕士学位论文 夺面向对象的编程 p b 是面向对象的程序设计语言，开发人员无需精通专业语言的情况下迅速转向 面向对象的开发，它支持对象的封装、继承和多态性。 夺支持多种关系数据库管理系统 p b 同时支持多种关系数据库管理系统，而且本身还带有内置的关系数据库。这 样，p b 可以脱离网络数据库服务器单机独立运行，从而可以在开发阶段脱离网 络服务器上的数据库。 夺丰富的数据表现风格 p b 的数据窗口为展现数据的本质提供了丰富的手段。数据窗口能够从多种数据 源提取数据，然后以多种风格展现在用户面前，这既包括文本显示方式，也包 括统计图分析方法。利用数据窗口，用户可以直观地查询、修改、插