（通信与信息系统专业论文）基于web服务的配电网设备信息发布系统研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文目录 摘要 电力企业的信息集成是电力系统信息技术发展的一个趋势。本文针对电 力企业配电网信息集成困难，数据不靓范等问题，在w e bs e r v i c e 架构上，提 出了基于w e b 服务的配电网设备信息发匆系统。它具有数据规范、跨平台、 互操作、高度可集成能力等优势。本文深入探讨了数据库设计的理论方法，介 绍了w e b 服务技术的概念与关键技术，最后结合电力企业的现状和需求，给出 了基于w e b 服务的配电网信息集成框架。最后借助工具完成了配电网数据库 的设计和部署，编制了数据管道程序实现异构数据库的转换，丌发了相关的 w e b 服务，并取得了预期的效果。 关键词：w e b 服务，j 2 e e ，数据集成，异构数据，配电网 a b s t r a c t d a t ai n t e g r a t i o ni sat e n d e n c yi nt h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n to f e l e c t r i ce n t e r p r i s e s a i m sa tt h ed i f f i c o l t yi nt h ed a t ai n t e g r a t i o na n dt h ed a t a i r r e g u l a r i t y o fe l e c t r i ce n t e r p r i s e s d i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h i sa r t i c l e p r o p o s e sad a t a i s s u a d c es y s t e mo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kb a s e do nw e bs e r v i c e ，w h i c h h a st h ea d v a n t a g eo fn o r m a t i r ed a t a ，p l a t f o r m c r o s s i n g ，i n t e r m a n i p u l a t i o na n dh i g h i n t e g r a t i o nc a p a b i l i t y t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ed e s i g nt h e o r yo fd a t a b a s ei nd e t a i l ， i n t r o d u c e st h ec o n c e p ta n dk e yt e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c e a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n t s a t i a t i o na n dd e m a n d so fe l e c t r i ce n t e r p r i s e ，w ef i n a l l yp r o p o s eaf r a m e w o r ko fd a t a i n t e g r a t i o ni nd i s t r i b u t i o nn e t w o r kb a s e do nw e bs e r v i c e b yu s i n ga p p r o p r i a t et o o l s ， w ea c c o m p li s ht h ed e s i g na n dd e p l o y m e n to fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kd a t a h a s e - p r o g r a m ad a t ap i p e l i n et oc o n v e r th e t e r o g e n e o u sd a t a ， a n da c c o m p l i s ht h er e l e v a n t d e v e l o p m e n to fw e bs e r v i c ew i t ha n t i c i p a t i o nm e e t s l ih a o f u ( s i g n a l & i n f o r m a t i o np r o c e s se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f y u a nj i n s h a k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e s ，j 2 e e ，d a t ai n t e g r a t i o n ，h e t e r o g e n e o u sd a t a ， d i s t r i b u t i o nn e t w o r k 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于w 曲服务的配电网信 息发布系统的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期阿，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：诬庭 日期： 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：& 地z ：、9 日期： 导师签名： 地。， 蓝晦 华北电力大学颈士学位论文 第一章绪论 本课题主要是研究了j 2 e ew e b 服务在电力企业配电网设备信息发稚系统中的 应用，针对当前电力系统配电网信息应用的诸多问题，提出了基于w e b 服务的配电 网信息发布系统模式。本文研究了数据库设计的方法，设计了配电网规范数据库， 实现了异构数据库的转换，介绍了j 2 e ew e b 服务的理论知识，给出了配电网设备 信息发布系统的框架，并最终丌发实现了基于w e b 服务的配电网设备信息发布系统。 1 1 研究背景 随着计算机和信息技术的飞速发展 业问及企业内部积累了越来越多的信息， 应用管理信息系统的企业越来越多，各企 而有关部门问数据集成与整合也闩益迫 切。但是各部门间存在着操作系统，数据库管理系统等平台的差异给数据集成带来 种种困难，使集成难度很大。在电力系统中存在同样的问题，电力企业信息化发展 初期，各地根据不同的需求建设了不同的管理信息系统( m i s ) ，导致了数据库，数 据结构等的不一致。但是由于业务的要求，需要将这些分散的信息集成起来供人们 分析利用，为了解决这一问题，本文对配电网设备信息集成的w e b 服务方法进行研 究。 w e b 服务是一个崭新的分布式计算模型，尽管其思想早就存在，但其得到迅速 发展却是最近的事情，而电子商务的发展更促进了w e bs e r v i c e 技术的发展。w e b s e r v i c e 是一系列标准的综合，这些标准包括x m l ，s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s s p r o t o c o l 简称对象访问协议) ，u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o n ，d i s c o v e r ya n d i n t e g r a t i o n 通用描述、发现和集成) ，w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e w e b 服务描述语言) ，w s f l ( w e b s e r v i c e sf l o wl a n g u a g ew e b 服务流语言) 等。w e b 服务解决了其它分布式组件i 通信技术( 如c o r b a ，d c o m 等) 中互操作性有限的问 题，利用丌放标准进行操作，能够真正实现跨技术跨平台的组件间通信。 采用w e b 服务技术，实现配电网信息发布集成，可以充分体现分布式组件开 发的优越性，最大限度的对现有系统进行重用。该课题对配电网的管理，配电网的 发展是有重要意义的，同时也为电力企业m i s 的其它方面的信息集成提供了框架和 方法。 1 2 基于w e b 服务的配电网信患发布系统概述 目前，我国各县局供电公司配备各自的配电网管理信息系统或g i s ，这些管理 信息系统各自为政，上级市电力公司缺乏对下属县电力公司的配电网信息的管理， 华北电力大学硕士学位论文 无法实现统一的电网分析、计算和规划。本文结合相关规范和实际应用，设计了配 电网规范数据库，并使用数据管道技术对县电力公司的异构数据库进行转换。开发 w e b 服务发柿县电力公司转换后的数据，市电力企业集成中心接收数据并进行相集 成处理。这一方案有效地解决了配电网信息发布集成的问题。 w e b 服务技术( w e bs e r v i c et e c h n o l o g y ) 是分布式计算的下一阶段，它利用 一组相关标准，使计算机应用程序可以通过i n t e r n e t 进行通信和交换数据。w e b 服 务解决了其它分布式组件间通信技术( 如c o r b a ，d c o m 等) 中互操作性有限的问题， 利用开放标准( 非专属标准) 进行操作，能够真正实现跨技术跨平台的组件问通信。 采用w e b 服务技术，实现配电网信息发布集成，可以充分体现分布式组件丌发的优 越性，最大限度的对现有系统进行重用。 1 3 本文所做的主要工作 本文所设计的基于w e b 服务的配电网信息发布系统主要包括以下三个部分工 作： ( 1 ) 配电网信息关系数据库的设计 在配电网信息发御集成时，如何转换各异构数据库中的数据是一关键问题。针 对以上的原配电网信息数据库不足，本文设计一个规范的配电网数据库，原配电网 数据首先经过转换导入规范的配电网数据库，再用w e b 服务发御到网上。 ( 2 ) 异构数据的转换 使用数据管道进行异构数掘库转换是一种简单而有效的方法。本文在 p o w e r b u i l d e r 中编制了数据管道程序，将各县局的配电网数据转换到设计好的配电 网规范数据库。 f 3 ) w e b 服务的开发 搭建基于j 2 e e 、w e b l o g i c 的w e b 服务平台，利用j b u i l d e r 对j 2 e e 的良好支 持和与w e b l o g i c 的紧密集成，开发出w e b 服务系统。以实现数据查询服务、数据 集成服务和相关客户端开发。 1 4 论文的结构 本文通过配电网信息发布系统的开发过程，阐述了其原理和实现方法。本文第 二章“关系数据库的设计”主要介绍了关系数据库设计的原则、规范，数据库的设 计流程，并介绍了p o w e r d e s i g n e r 在数据库建模和实施方面的应用。第三章“配电 网数据库的设计实施和数据的转换”首先介绍了当前配电网数据库的应用情况和存 毕北电力大学硕士学位论文 在问题，设计了配电网规范数据库，并利用p o w e r d e s i g n e r 工具对数据库进行建模 和实施，最后编制了数据管道程序实现了异构数据库的转换。第四章“w e b 服务技 术”介绍了w e b 服务体系结构和相关技术，介绍了j 2 e e 的应用模型结构和j 2 e e 中的w e b 服务体系结构，深入分析了e j b 的技术特点和应用方法。第五章“w e b 服务的设计与实现”介绍了本系统的总体架构，并使用开发工具构建开发w e b 服务。 最后一章“总结与展望”介绍了本文的成果以及今后工作的展望。 华北电力太学敢士学位论又 第二章关系型数据库设计方法 数据库模式直接决定和影响了数据的完整性、准确性和一致性，它对数据库的 性能有致关重要的影响。数据库设计的一个最基本的问题是怎样建立一个好的数据 库模式，也就是给出一组数掘，如何构造一个台理的数据模式使数掘库系统无论 是在数据存储方面还是在数据操纵方面都具有较好的性能。本章将探讨关系数据 库设计的规范化、原则和流程，并介绍p o w e r d e s i g n e r 在数据库设计中的应用。 2 1 关系型数据库的设计目标 在关系数据库中，个数据库模式是由一组关系模式组成的，关系数据库设计 的目标就是要从各种可能的关系模式组合中选取一组关系模式来构成一个数据库 模式，使得既不必存储不必要的重复信息，叉可以方便地获取信息。 2 2 数据库的规范化 2 2 1 几种常用范式的定义 一般通过判断一个关系模式是否属于某一范式，来确定其在多大程度上解决了 上述异常问题。下面先给出几种常用范式的定义。 第一范式( 1 n f ) 如果一个关系模式r 的所有属性的域都是原子的，也就是其属性域中的元素是 不可分割的单元，则称r 是属于1 n f 的关系模式。 第二范式( 2 n f ) 因为没有理由设计一个属于2 n f 但不属于3 n f 或更高范式的数据库模式。所以这 里就不再详细讨论它了。 第三范式( 3 n f ) 如果关系模式r ( u ，f ) 中的所有非主属性都不传递依赖于r 的任何候选键，刚称r 是属于3 n f 的关系模式( 主属性是指在任一候选键中出现的属性) 。 b o y c e c o d d 范式( b c n f ) 如果关系模式r ( u ，f ) 的所有属性( 包括主属性和非主属性) 都不传递依赖于r 的任何 候选键，则称r 是属于b c n f 的关系模式。 上述几种范式中1 n f 是关系模型的最低要求，从i n f 至u b c n f 规范性逐步增强。此 外，还有更高级的第四范式、第五范式等。一般数据库设计只要求达到b c n f 或3 n f ，这 里就不再讨论更高级的范式了。 里就不再讨论更高级的范式了。 4 华北电力丈学顼士学位论文 2 2 2 关系模式的规范化 设计一个好的数据库就是要使数据库中的关系模式规范化。规范化的基本方法 就是通过对关系模式进行分解。用一组等价的关系模式来代替原有的关系模式，消 除数据依赖中不合理的部分，使得一个关系仅描述一个实体或者实体间豹一种联 系。这一过程必须在保证无损连接性、保持函数依赖性的前提下进行，即确保不破 坏原有数据，并可将分解后的关系通过自然联接恢复至原有关系。具体地蜕，规范化 的过程就是按不同的范式，将一个关系模式不断地分解成多个关系模式，最终达到 一个关系模式只描述个实体或者实体问的一种联系的目标。 2 2 ，3 关系数据库规范化的目标 关系数据库规范化的目标有如下三个：无损连接；b c n f ：保持依赖。 无损连接是指在分解过程中不能丢失信息，即分解后的关系经过自然连接可以 恢复成原来的关系；b c n f 是指分解后的关系模式要属于b c n f ；保持依赖是指分解 后的关系不能破坏原来的必要的函数依赖( 不能破坏原来的语义) ，也就是说当对数 据库进行更新时，系统应浚能够保证该更新操作不会产生非法关系( 即不能满足所 有给定函数依赖的关系) 。可以证明，并不是每个关系模式都存在保持依赖的属于 b c n f 的无损联结分解。而对于任意一个关系模式总可以找到一个保持依赖的属于 3 n f 的无损连接分解，这也是关系数据库设计一般要求达n 3 n f 的原因之一。对于一 个具体的关系模式，其b c n f 分解可能不是唯一的，其中一些能保持依赖，而另一些不 能保持。设计数据库时，应尽可能地挑选一个保持依赖的分解。 有一利必有一弊。规范化的优点是明显的，它避免了大量的数据冗余，节省了空 间，保持了数据的一致性，在进行插、删、改时减少了i o 次数，加快了插、删、改的 速度。如果一个数据库的记录经常的改变，这个优点就更加明显。 它最大的缺点是，由于关系模式分解很细，在实际应用中很多经常一起使用的 信息放在数据库的不同表中，在进行查询操作时要把多个表连接在一起才能获得所 需的信息，而表和表的连接花费是非常大的。这是因为表和表的连接操作是做两个 关系的笛卡儿积( 如果表一有i i 条记录，表二有m 条记录，作连接时不限制条件的话， 连接在一起就有n * m 条记录，其数量是不可承受的，更不用说多个表连接在一起了) ， 必然会产生大量无用甚至无效的记录，对数据库性能的影响非常大。这也是一般的 数据库设计只要求达扣j b c n f 或3 n f 的原因，一般情况下b c n f 或3 n f 就能满足实际应用 要求而数据库性能的损失又不大，通常认为3 n f 在性能、扩展性和数据完整性方面 达到了最好平衡。 5 华北电力大学硕士学位论文 2 3 数据库设计的几个原则 有一个好的数据库产品不等于就有一个好的应用系统，如果不能设计一个合理 的数据库模型，不仅会增加客户端和服务器端的编程和维护难度，而且会影响系统 实际运行的性能。这里依据软件工程的些理论和开发经验，总结出以下设计准则： ( 1 ) 命名规范化 不同的数据库产品对对象的命名有不同的要求，因此，数据库中的各种对象的 命名、后台程序的代码编写应采用大小写敏感的字母形式各种对象的命名长度不 要超过3 0 个字符，这样便于应用系统适应不同的数据库。 ( 2 ) 索引( i n d e x ) 的使用 索引一般用于快速访问表中的数据。大型数据库有两种索引，即簇索引和非簇 索引。一个没有簇索引的表是按堆结构存储数据的，所有的数据均添加在表的尾部； 而建立了簇索引的表，其数据在物理上会按照簇索引键的顺序存储。一个表只允许 有一个簇索引，因此，添加任何一种索引均能够提高按索引列查询的速度但会降 低插入、更新、删除操作的性能，尤其是当填充因子( f i l lf a c t o r ) 较大时。所以如 果要对索引较多的表进行频繁的插入、更新、删除操作，建表和索引时应该设置较 小的填充因子，以便在个数据页中留下较多的自由空间，减少页分割及重新组织的 工作，这样才能提高性能。 ( 3 ) 数据的一致性和完整性 为了保证数据库的一致性和完整性，设计人员往往会设计过多的表间关联 ( r e l a t i o n ) ，尽可能的降低数据的冗余。但是，表问关联似乎一种强制性措施， 建立后，对父表( p a r e n tt a b l e ) 和子表( c h i l dt a b l e ) 的插入、更新、删除操 作均要站用系统的开销。如果数据冗余低，数据的完整性容易得到保证，但增加了 表问连接查询的操作，因此，为了提高系统的响应时间，合理的数据冗余也是必要 的。 使用规则( r u l e ) 和约束( c h e c k ) 来防止系统操作人员因误输入而造成数据 错误是设计人员另一种常用的手段，但是，不必要的规则和约束也会占用系统不必 要的开销。需要注意的是，约束对数据的有效性验证要比规则快。 ( 4 ) 数据库性能调整 在计算机硬件配置和网络设计确定的情况下，影响应用系统性能的因素主要是 数据库的性能和客户端的程序设计。而大多数数据库设计员采用两步走进行数据库 设计：首先进行逻辑设计，而后进行物理设计。数据库逻辑设计去除了所有冗余数 据，提高了数据吞吐速度，保证了数据的完整性，清楚的表达数据元素之间的关系。 而对于多表之间的关联查询( 尤其是大数据表) ，其性能将会降低，同时也提高了 客户端程序的编写难度。因此，物理设计需要折中考虑，根据业务规则，确定关联 6 华北屯力人学颤：l 学位论文 表的数据量大小、数据项的访问频度，对此类数据表进行频繁的关联查询时，应适 当提高数据冗余设计。 ( 5 ) 数据类型的选择 数据类型的合理选择对于数据库的性能和操作具有很大的影响，例如对存放二 进制大型对象( b l o b ) 一类数据的操作相比其他数据类型较慢，因此要避免使用。 r 期型字段的优点是有众多的同期函数支持，因此，在同期的大小比较、加减操作 上非常简单。但是，在将同期作为条件的查询操作中也要用到函数，这相比其他数 据类型运算速度上就慢了许多。这是因为用到函数作为查询条件时，服务器无法用 先进的性能策略来优化查询而只能进行表扫描遍历每行。 2 4 数据库设计的基本流程 数据库设计的基本流程如图2 一l 所示，一般可分为需求分析、概念设计、逻辑 设计、物理设计、物理实现和试运行维护6 步。 ，= ，? ”? + 州”p o ”一l _ ，：一”，”。 睦强用寨o ：鬻馥鬻瑟誉系统分橱漂i 。 图2 - 1 数据库设计的基本流程 ( 1 ) 需求分析 设计一个数据库，首先必须确认数据库的用户和用途。需求分析就是准确地了 解和分析用户需求，通过各种调查方法以及用户的积极配合来了解用户对数据库如 下要求。信息要求：用户需要从数据库中获得信息的内容与性质，由此可决定在 数据库中需存储哪些数据；处理要求：指用户要完成什么处理功能，对处理的响 7 华北电力大学颈士学位论文 应时自j 和处理方式：安全性与完整性要求：保证数据被合法用户合法使用，保证 数据的j 下确相容。需求分析是整个设计过程的基础，它的结果能否准确反映用户的 实际要求将直接影响到数据库设计的结果是否合理实用。 ( 2 ) 概念设计 概念设计是整个数据库设计的关键，通过对用户需求进行综合、归纳、抽象为 信息结构，即概念模型过程。概念模型是现实世界与计算机处理的数据世界的中| 日j 界面，它既能充分描述现实世界中事物之问的联系，易于建立模型结构，又便于向 计算机支持的数据模型转换。通常用e r 图作概念模型描述的工具，即把需求分析 获得数据进行分类，组织形成e r 图中的实体，实体属性，标识实体的码，确定实 体间联系类型，通过e r 图来反映现实世界中事物之自j 的联系。 ( 3 ) 逻辑设计 逻辑结构设计就是把概念结构设计阶段设计好的e r 图转换为与选用d b m s 产 品能支持的数据模型相符合的逻辑结构。因为关系数据模型得到了广泛的应用和支 持，所以在逻辑结构设计阶段，一般把e r 图转换为关系模型，然后根据规范化原 则再对关系模型进行优化，得到一个合适的关系模型。 ( 4 ) 物理设计 数据库的物理设计是指对给定的逻辑数据模型选取一个晟适合应用要求的物 理结构的过程。 数据库物理设计的任务是：根据逻辑( 概念) 模式、d b m s 及计算机系统所提供 的手段和施加的限制，设计数据库的内模式，即文件结构、各种存取路径、存储空 间的分配、记录的存储格式等。数据库的内模式虽不直接面向用户，但对数据库的 性能影响颇大。d b m s 提供相应的d d l 语句及命令，供数据库设计人员及d b a 定义内 模式之用。 ( 5 ) 物理实施 数据库实施指数据库的定义，数据库装载，应用程序的编制与调试。数据库定 义就是用d b m s 提供的数据定义语言对逻辑模型和物理模型的结构进行详尽描述。 数据库装载是指将符合要求的初始数据装入到数据库中去。应用程序设计指根据用 户对数据处理的要求，在数据设计的同时，具体确定应用程序的功能模块，在数据 入库的同时调试应用程序。 ( 6 ) 试运行维护 经过试运行后，确认系统无故障时，系统才能投入实际运行，在数据库的使用 过程中，由于数据的变动或系统需求变化，系统需要不断改进和维护。 设计数据库的过程比较复杂，人工设计只能用于简单、小型的数据库，其质量 在很大程度上取决于设计者的技术、经验和对应用单位的熟悉程度。完全依靠人工 华北咀力大学硕士学位论文 设计一个大型数据库，不但效率低、设计周期长，而且难以保证质量。这就要使用 计算机辅助设计工具，譬如p o w e r d e s i g n e r 。 2 5p o w e r d e slg n e r 在数据库设计中的应用 2 5 1p o w e r d e s i g n e r 介绍 p o w e r d e s i g n e r 是由s y b a s e 公司推出的，用于建立数据库逻辑模型的图形化开 发工具，能便于系统的设计人员和使用系统的业务人员的相互理解和交流。同时也 能够让系统开发人员记录丌发过程中的每个设计环节，生成所建数据模型的详细文 档。 p o w e r d e s i g n e r 结合了s y b a s e 的数据库设计产品的功能和强大的基于对象模型 的u m l ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ：统一建模语言) ，从而创造出了一个真正的企 业级的对象关系分析和设计环境。使用标准的p o w e r d e s i g n e r 可以产生多模型报 表以便清楚地显示所有项( 包括c d m ，p d m 和o o m 图表和信息) ，并可用r t f 或h t m l 格式创建报表文件。p o w e r d e s i g n e r 提供了b p m ，c d m ，p d m 和o o m 四种模型。p d m ( p h y s i c a ld a t am o d e l ) 是丌发工具定义数据物理模型和数据查询的一种载体。当 选择不同的d b m s 时，p d m 会形成与所选d b m s 一致的语法格式。b p m ( b u s i n e s sp r o c e s s m o d e l ) 是描述客观事物流程的一种载体。c d m ( c o n c e p t u a ld a t am o d e l ) 是描述实体 结构和联系的载体，c d m 不依赖于具体的d b m s ，可以理解为完整的e r 图。 o o m ( o b j e c to r i e n t e dm o d e l ) 是为面向对象丌发方法服务的一种逻辑结构描述载 体。其中构造有效的p d m ，c d m ，o o m 可以相互转换。 p o w e r d e s i g n e r 在数据库开发中具有如下特点： ( 1 ) p o w e r d e s i g n e r 系列产品提供了一个完整的建模解决方案，业务或系统分析 人员，设计人员，数据库管理员d b a 和丌发人员可以对其裁剪以满足特定的需要； 而其模块化的结构为购买和扩展提供了极大的灵活性，从而使丌发单位可以根据其 项目的规模和范围来使用他们所需要的工具。 ( 2 ) p o w e r d e s i g n e r 灵活的分析和设计特性允许使用一种结构化的方法有效地 创建数据库或数据仓库，而不要求严格遵循一个特定的方法学。 ( 3 ) p o w e r d e s i g n e r 提供了直观的符号表示使数据库的创建更加容易，并使项目 组内的交流和通讯标准化，同时能更加简单地向非技术人员展示数据库和应用的设 计。 ( 4 ) p o w e r d e s i g n e r 不仅加速了开发的过程，也向最终用户提供了管理和访问项 目的信息的一个有效的结构。它允许设计人员不仅创建和管理数据的结构，而且开 发和利用数据的结构针对领先的开发工具环境快速地生成应用对象和数据敏感的 g 华北t b 力大学硕士学位论文 组件。开发人员可以使用同样的物理数掘模型查看数据库的结构和整理文档，以及 生成应用对象和在- 丌发过程中使用的组件。应用对象生成有助于在整个开发生命周 期提供更多的控制和更高的生产率。 ( 5 ) p o w e r d e s i g n e r 是一个功能强大而使用简单工具集，提供了一个复杂的交互 环境支持开发生命周期的所有阶段，从处理流程建模到对象和组件的生成。 p o w e r d e s i g n e r 产生的模型和应用可以不断地增长，适应并随着你的组织的变化而 变化。 ( 6 ) p o w e r d e s i g n e r 是最其集成特性的设计工具集，用于创建高度优化和功能强 大的数据库，数据仓库和数据敏感的组件。p o w e r d e s i g n e r 包含六个紧密集成的模 块，允许个人和丌发组的成员以合算的方式最好地满足他们的需要。这六个模块是： p o w e r d e s i g n e rp r o c e s s a n a ly s t 用于数据分析或“数据发现”。 p o w e r d e s i g n e rp r o c e s s a n a l y s t ，用于数据发现。 p o w e r d e s i g n e rd a t a a r c h it e c t ，用于双层、交互式的数据库设计和构造。 p o w e r d e s i g n e ra p p m o d e l e r ，用于物理建模和应用对象及数据敏感组件的生 成。 p o w e r d e s i g n e rm e t a w o r k s ，用于高级的团队丌发，信息的共享和模型的管 理。 p o w e r d e s i g n e rw a r e h o u s e a r c h i t e c t ，用于数据仓库的设计和实现。 p o w e r d e s i g n e rv i e w e r ，用于以只读的、图形化方式访问整个企业的模型信 息。 2 5 2p o w e r d e sig n e r 的开发流程 p o w e r d e s i g n e r 的六个模块为应用系统的开发提供了一个完整的集成化的丌发 环境。支持系统开发过程中从需求分析、概念结构设计、物理结构设计到对象和组 件生成的所有阶段。它采用结构化的方法没计和建立数据库与数据仓库，其建模过 程分为三个阶段，如图2 2 所示。 首先是分析模型的设计阶段( p r o c e s sa n a l y s tm o d e l ，p a m ) ，此阶段是数据 库设计的需求分析阶段，也是系统开发过程中的一个关键工作阶段。其目标是对现 实世界要处理的对象、即面向现实世界建模。p a m 上要是利用数据流程图来描述信 息系统中所用到的基本数据以及对这些数据的处理，将组成的系统各个处理过程以 一个树状层次结构模型表示，以次作为下一阶段c d m 和p d m 设计的基础。 第二是概念数据模型设计阶段( c o n c e p t u a ld a t am o d e l ，c d m ) 。实体关系图 概念模型是一种最流行的表达方式。此阶段把现实世界中需要保存的信息抽象成信 息世界中的实体和关系产生实体关系图。这一阶段可以为组织所需的高质量的应用 华北电力大学碰士学位论文 提供坚实的基础。 第三是物理数据模设计阶段，即面向具体的数据库管理系统建模。此阶段对物 理数据库结构进行设计。加入概念模型中未考虑的因素：触发器的运用，存储过程 的定义与应用程序的良好连接以及主键，外建、视图、索引等。所以是面向机器的。 p o w e r d e s i g n e r 会自动地根据具体数据库的特征生成物理数据模型( p h y s i c a ld a t a m o d e l ，p d m ) 。在此基础上，设计人员可根据需要修改物理模型。 2 6 小结 现实世界 处理分析模型 数据流穰幽 数据字典 图2 - 2p o w e r d e s i g n e r 的数据库设计流程 配电网数据库的设计是本系统的关键，它的设计成功与否关系到系统的稳定性 和实用性。本章主要从理论的角度介绍了关系数据库设计原则、数掘库设计的规范 化和数据库设计的流程，这对数据库设计有重要的指导作用。最后，介绍了 p o w e r d e s i g n e r 工具及其在数据库设计中的应用。 华北电力大学硬士学位论文 第三章配电网数据库的设计实施和数据的转换 配电网自身具有如下特点：电压等级多、配电设备数量大、覆盖面广、更改频 繁，随着城市、农村的不断发展和用户的扩业增容，配电网在不断的扩大。传统的 书面记录等配电网管理方式由于数据更新困难、资料容易丢失、r 常查询不直观等 弊病，已经远远不能满足现代配电网管理的需求。近年来，计算机技术、网络通信 技术，尤其是现在管理信息系统和地理信息系统( g i s ) 技术的迅速发展，采用科学、 直观、信息量大的配电网管理方法，彻底取代传统的配电手段成为可能。而其中， 设计良好的配电网数据库成为重要的一步。本文讨论的配电网数据库主要是配电网 设备信息数据库。 3 1 配网数据库的设计 为了加强对配电网设施与运行的管理，提高配电网的供电质量与可靠性，获取 更大的经济效益，很多电力企业配各了配电网管理信息系统。配电管理信息系统实 际上是一个对大量图形和数据信息进行综合处理的系统，因而存储这些数据的数据 库的丌发成功与否直接关系到整个配电管理信息系统的成败。但是，目前该类软件 数据库的设计还存在着诸多问题。突出表现在缺乏统一的规划，存在大量的数据冗 余和交叉，可维护性和通用性差等缺点，给电力企业或部门带来很大的管理不便和 经济损失。 因此，在配电网信息发布集成时，如何转换各异构数据库中的数据成了一大关 键问题。针对以上的原配电网信息数据库不足，在本系统中设计一个规范的关系数 据库，从原m i s 数据库中导入数据，再调用w e b 服务集成各供电企业规范数据库中 的数据。在配电网信息数据结构和数据库设计中遵循以下两大原则： ( i ) 规范性原则。配电网信息数据结构和数据库设计要遵循配电网管理的相关 规范，保证数据的价值和可重用性。 ( 2 ) 通用性原则。配电网信息数据结构和数据库设计要具有通用性，尽量挖掘 各异构源数据库的数据的可用性。 配电网数据库包括配电网结构数据：网络节点数、网络支路数、网络线路长度、 网络线型和配电点用户属性( 其中用户属性分为一般用户、重要用户、畸变负荷、 冲击负荷、波动负荷、不对称负荷和高层建筑用户等) ：设备管理数据：设备编号( 区 号、相应配电点及线路号等) 、设备名称、动作次数、开关、断路器、停电时间和 故障率：配电网系统线路数据：线路编号( 区号、相应配电点及线路号等) 、线路号、 相位编号和关联配电点号( 前、后点号) 、线路型号、线路长度和线路属性等。 12 华北电力大学颀士学位论文 配电网数据库结构主要如图3 一l 所示。 图3 - i 配电网数据库结构 3 2 数据库的相关编码 现行配网设备的编码方法大多是按照哈夫曼树编码原则，选用一定长度的编码 字段，从变电所、主干线、支线、分支线、杆塔，一直到配网设备。这是电力部门 的信息编码试行规范，现行配网信息管理系统几乎都采用这一数字编码原理。 图3 - 2 配电网数据库的相关编码 图3 2 就是典型的树状逻辑编码图，一般程序开发人员、操作管理人员都非常 熟悉。但用之实施以后，就会产生编码初始化工作永远无法完成的怪圈。配网结构 是动态变化的，所属变电所、所属馈线等随时可能改变，严谨有序的数字编码很难 适应这一最基本的运行方式。加上现实的配电网数据库中，有些编码并非严谨有序 的数字编码，甚至有字符编码出现。考虑到上面所述的通用性原则，本文采用一种丌 13 华北电力大学硕士学拉论文 放性的松散树形结构。在这结构中，编码是开放性的，分段编码长度不固定，里面可 以包含字符形编码；编码之间通过指针联结成动态的树形结构。 电器设备、变电站和丌闭站是构成电网图形的基本元素，并且不同设备其属性 不同。如线路需要记录导线类型、挡距，而杆塔则需记录诸如杼塔类型等的一些属 性。所以本系统采取一类设备一个表的形式存储设备信息。在设备表中每一个设备 都有一个设备编码，如同每一个c a d 图形元素都有惟一的h a n d l e 一样，带有惟性。 这样根据图形原色的h a n d l e 和设备表中的设备码，就可以实现图库元素的一一对 应。设备编码按照设备的线路等级类似于哈夫曼树的编码原则进行，先编图形的编 号，再编变电站的编号，然后是主干线，继而分支线、下一绂分支线、卡t 塔，最后是附 属设备。例如图3 2 中主线路的编号为0 6 0 5 0 1 ，而最后一缎的丌关的编码为 0 6 0 5 0 1 0 0 1 0 0 1 一p 0 1 0k o i ，其中的p 表示杆塔，k 表示开关。这样编码既保证了设备 编码的唯一性，又使编码逻辑清晰，且编码顺序与设备的先后录入顺序一致。 3 3 利用p o w e r d e sig n e r 设计和实施数据库 根据需求分析的结果，利用p o w e r d e s i g n e r 中的c d m 描述出完整的概念设计内 容，同时检查c d m 的有效性，如果有效，则直接转化为p d m 。p d m 依赖具体的d b m s ， 根据系统的数据库平台，在p o w e r d e s i g n e r 中选择相应的d b m s 。最终利用 g e n e r a t i o nd a t a b a s e 可以生成完整的数据库模型。当然在面向对象的程序设计则 可以采用o o m 。 3 3 1u m l 建模的意义 利用快速开发工具进行数据模型建立是一项事半功倍的开发手段。尽管在利用 开发工具建立诸如b p m 和c d m 等模型时相对繁琐，但是各种模型的建立不仅有利于 数据库物理结构的搭建，同时还能够形成较好的文档管理体系。所有这些都为将来 的系统维护奠定了坚实的基础。使用开发工具有利于数掘模型的规范化和模型结构 的正确性，主要体现在以下方面： ( 1 ) 开发资料规范化 在开发工具中使用了一套标准数据模型定义格式，能够生成符合s q l 语法标准 的开发文档。能够统一每个设计人员的开发风格。同时整个开发过程可以通过文字 的形式保存下来，便于系统的调试和撰写各类开发文档。 ( 2 ) 便于了解数据库的特点 使用丌发工具能够自动生成目标数据库语法逻辑分析人员或用户单位使用人 员如果对目标数据库平台的语法规则不是很熟悉，可以借用开发工具了解数据库基 本的语法定义，便于尽快熟悉系统环境。 】4 华北屯力大学硬士学位论文 ( 3 ) 减少模型的错误 开发工具具有一定的检查功能，能够迅速地发现模型建立过程中的语法错误 保证实红、关系和属性问的正确性和合理性。 3 3 2p o w e r d e s i g n e r 的优点 p o w e r d e s i g n e r 的优点是不仅丌发速度快，而且效率和稳定性也比较好，在生 成代码时对s y b a s e 的产品p o w e r b u ijd e r 的支持很好( 其他u m l 建模工具则没有或 者需要一定的插件) ，对其他面向对象语言如c + + ，j a v a ，v b ，c # 等支持也不错。 p o w e r d e s i g n e r 侧重点在于数据库的建模，它支持了所能见到的将近9 0 左右的数 据库，很好的支持u m l 建模过程中所使用到的各种图的 3 3 3 建立数据库的c d m 模型 在建立c d m 时，需要根据需求分析的结果，形成相应的实体和实体问的联系， 同时必须确定每个实体中的属性内容及实体的主码。其中涉及到实体( e n t i t y s ) 、 属性( d a t ai t e m s ) 、商业规则( b u s i n e s s r u l e s ) 、属性的取值范围( d o m a i n s ) 、关系 ( r e l a t i o n s h i p s ) 、继承( i n h e r i t a n c e s ) 等内容。关系是指实体间的联系是一对一、 一对多或多对多的关系。在c d m 建立完成后，可以使用c h e c km o d e l 来判断c d m 是 否有效有效的c d m 可以直接转化为p d m 或o o m 。图3 3 配电网数据库c d m 结构图 中，描述的是配电两数据库的部分概念模型，其中包含供电所、变电站、线路、杆 塔变压器、开关和避雷器七个实体和相应的参照关系。 图3 - 3 配电网数据库的c d m 模型 华北也力太学硕士学位论文 3 3 4 建立数据库的p d u 模型 建立p d m 时必须保证c d m 是有效的。c d m 的有效性验证可以通过工具中的c h e c k m o d e l 进行。验证时将检查c d m 中所包括的域( d o m a i n ) ，数据项( d a t a i t e m ) ，实 体( e n t i t y ) 、属性( a t t r i b u t e s ) ，联系( r e l a t i o n s h i p ) 等内容。在生成p d m 时必 须指定具体的d b m s ，其中涉及何种d b m s ，可以通过选择找到所需的d b m s ，如s o l s e r v e r ，o r a c l e ，s y b a s e 等比较常用的数据库。选中具体的d b m s 后还需指明生成数 据库后标识符的命名、表结构间联系的完整性控制等，一旦所有选项定义完毕，则 生成目标数据库。图3 - 4p d m 结构图即是由图3 3c d m 结构图中的内容转换而来。 拱所橱奇i 佛- 所编号j 震庄罩镰号靠，。h ，i d 0 ) _ d i 陲癸i i 兰i 薹蓬i ：卷l l l 蓑! 蒌差l 芝，”i 悟黔貅= 兰燃il 懿蓼：一2 ) i “”1 。1 。 童- 姑箱号i 童- 码辑孽ij f 蓉躺号，：兰三( ) ( d 。 幢一镰耳 c h rc 棚) _ 廿 蔗罗j 纠辫霎 镜件粤韩 c k 【4 0 ) 供庸蝙号c 【t o ) 童站擒弓c kc x o ) 扯静 上锰出缝号 一、虹【蛐) 一、 谢钳稿号c l 时( 曲 蕾暑尊鲁冉c i 【哪) 所蛙一w c 【) i腓娜颦瞥。么l