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浙江大学( 企业) 博卜后研究工作报告 摘要 支撑平台是开发大型应用软件系统的关键技术之一。本文从电力系统的 s c a d a e m s d m s 应用的角度出发，对面向对象s c a d a e m s d m s 可视化平 台的理论和方法进行了深入的研究和实践。论文共分六章。第一章介绍了 s c a d a e m s d m s 支撑平台、面向对象技术和人机交互技术的研究现状和立题 背景。第二章介绍面向对象s e d 可视化平台的基本原理，提出了s e d 平台参 考模型和面向对象s e d 信息模型，详细阐述了面向对象s e d 信息模型的理论 和内容。第三章介绍面向对象s e d 可视化平台的数据库系统，分析了数据库系 统的需求，说明了面向对象s e d 数据库系统的设计和实现方法。第四章介绍面 向对象s e d 可视化平台的用户界面系统，分析了用户界面系统的功能要求，提 出了用户界面系统结构模型及统一的界面构件模型和画面构件模型，重点介绍 了界面定制技术和图模库一体化技术。第五章介绍面向对象s e d 可视化平台的 分布式应用环境，详细介绍了其功能和实现。最后在第六章对作者的工作和主 要贡献进行了总结，并提出了进一步的研究方向和建议。 关键词： 支撑平台，面向对象，人机交互，信息模型，数据库，用户界面，分布式 应用环境，构件，可视化，s c a d a e m s d m s 一一塑垩查兰! 垒些! 堕亘堑壅三堡堡堂 a b s t r a c t s u p p o r tp l a t f o r mi soneo ft h ek e yt e c h n o l o g i e si nd e v e l o p i n gl a r g e - s c a l e a p p l i c a t i o ns o f t w a r es y s t e m s i nt h i sd i s s e r t a t i o nt h et h e o r i e sa n dm e t h o d so fa n o b j c o t o r i e n t e ds c a d a 但m s d m sv i s u a lp l a t f o r ma r et h o r o u g h l yr e s e a r c h e da n d p r a c t i c e df r o mt h ea p p l i c a t i o np o i n to fv i e wo fs c a d a ，e m s d m so fe l e c t r i c p o w e rs y s t e m s t h ed i s s e r t a t i o ni sd i v i d e di n t os i xc h a p t e r s c h a p t e ronei n t r o d u c e s t h ec u r r e n tr e s e a r c hs t a t u so fs c a d a 甩m s d m ss u p p o r tp l a t f o m l o b j e c t o r i e n t e d t e c h n o l o g ya n dh u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o nt e c h n o l o g y ，a n dp r o v i d e st h e b a c k g r o u n di n f o r m a t i o no ft h ew o r ko ft h i sd i s s e r t a t i o n c h a p t e rt w op r e s e n t st h e r a t i o n a l eo fo b j e c t o r i e n t e ds e dv i s u a lp l a t f o r m t h es e dp l a t f o r mr e f e r e n c e m o d e la n do b j e c t o r i e n t e ds e di n f o r m a t i o nm o d e la r ep r o p o s e d t h et h e o r ya n d c o n t e n to ft h eo b j e e t o r i e n t e ds e di n f o r m a t i o nm o d e la r ee x p a t i a t e d c h a p t e rt h r e e p r e s e n t st h ed a t a b a s es y s t e mo fo b j e c t o r i e n t e ds e dv i s u a lp l a t f o r i l l t h e r e q u i r e m e n t so ft h ed a t a b a s es y s t e ma r ea n a l y z e d t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o n m e t h o do fo b j e c t o r i e n t e ds e dd a t a b a s es y s t e ma r e e x p l a i n e d c h a p t e rf o u r p r e s e n t st h eu s e ri n t e r f a c es y s t e mo fo b j e c t o r i e n t e ds e dv i s u a lp l a t f o r m t h e f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so f t h eu s e ri n t e r f a c es y s t e ma r ea n a l y z e d t h eu s e ri n t e r f a c e s y s t e ma r c h i t e c t u r em o d e la n du n i f i e di n t e r f a c ec o m p o n e n tm o d e la n dd i s p l a y c o m p o n e n tm o d e la r ep r o p o s e d t h ei n t e r f a c ec u s t o m i z a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h e t e c h n o l o g yo fg r a p h m o d e l - d a t a b a s ei n t e g r a t i o na r ee x p l a i n e dw i t he m p h a s i s c h a p t e rf i v ep r e s e n t st h ed i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n to fo b j e c t o r i e n t e d s e dv i s u a ip l a t f o r m t h ef u n c t i o na n di m p l e m e n t a t i o no f t h ed i s t r i b u t e da p p l i c a t i o n e n v i r o n m e n ta r ee x p l a i n e di nd e t a i l f i n a l l yi nc h a p t e rs i xt h ew o r ka n dm a i n c o n t r i b u t i o no ft h ea u t h o ra r es u m m a r i z e d m o r er e s e a r c hd i r e c t i o n sa n ds o m e r e c o m m e n d a t i o n sa r ea l s os u g g e s t e d k e y w o r d s ： s u p p o r tp l a t f o r m ，o b j e c t - o r i e n t e d ，h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，i n f o r m a t i o n m o d e l ，d a t a b a s e ，u s e ri n t e r f a c e ，d i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t ，c o m p o n e n t ， v i s u a l i z a t i o n ，s c a d a e m s d m s 浙江大学( 企业) 博士后研究工作报告 第一章绪论 1 1s c a d a e m s d m s 支撑平台 现代电力系统一般是由发电、输电、配电和用电等几个环节所组成。能量 管理系统e m s ( e u e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m ) 是以计算机为基础的综合自动化系 统，主要是管理发电和输电环节。根据能量管理系统的技术发展的配电管理系 统d m s ( d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 主要是管理配电和用电环节。电网调 度自动化和配电自动化的基础是数据采集和监控系统s c a d a ( s u p e r v i s o r y c o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ) ，它是e m s ，d m s 应用软件实时数据的来源和控制 操作的执行机构。s c a d a e m s 巾m s 是一个复杂的计算机应用系统，其总体结 构可用图1 1 表示。 应用软件 s c a d a e m s d m s 支撑平台 数据库用户界面系统管理 系统软件 操作系统程序设计语言 硬件设备 计算机网络通信远动 图1 1s c a d a j e m s d m s 的总体结构 由图1 1 可见，s c a d a e m s d m s 由硬件设备、系统软件、支撑平台和应 用软件所组成，涉及计算机软硬件的各个方面，它最终是通过s c a d a 、e m s 、 d m s 等应用软件来实现对电力系统的监视、控制和管理。支撑平台是介于系统 浙江大学( 企业) 博士后研究丁作报告 软件和应用软件之间的桥梁，它扩充和丰富了系统软件的功能和服务，为应用 系统提供了更友好、更方便、更灵活、更强有力的数据存储、数据处理、数据 显示、数据交换的综合服务机制。随着计算机软硬件产品的不断更新换代和计 算机应用技术的发展，有关s c a d e m s d m s 应用软件的研究及其支撑平台 的开发也在不断发展中。 s c a d a e m s ，d m s 对计算机的需求主要有三个方面，即运算处理能力、人 机交互能力和通信能力。现代计算机技术经历了从集中式、分布式到开放式这 样一个发展过程，s c a d a e m s d m s 也大体沿着这样的道路发展。集中式体系 结构的特点是所有处理任务由主机承担，2 0 世纪8 0 年代后期东北、华北、华 中和华东几个大电网引进的s c a d a e m s 属于集中式体系结构。分布式体系结 构的特点主要表现在硬件和任务的分布上，它将不同的任务分配给不同的处理 机去执行，并采用通信系统将多个处理机连接在一起。2 0 世纪9 0 年代初国家 电力调度通信中心引进的西门子s c a d a e m s 属于分布式体系结构。开放式体 系结构是在分布式体系结构的基础上发展起来的，其差别在于逐步实现软件上 的独立，它是s c a d e m s d m s 技术当前发展的方向。 今天许多厂家在推出自己的产品时，纷纷宣称自己的产品是开放的，并对 用户承诺开放带来的种种好处，而用户一旦购罱了某一系统后，却常常体会不 到其优越性，特别是在系统软硬件扩充和修改时，更感到要受制于系统原来的 供应商。事实上，计算机技术目前还处在奔向“开放系统”目标的途中，要实 现开放的s c a d e m s d m s ，需要在硬件设备、系统软件、支撑平台和应用软 件这几个方面进一步努力。作为应用系统的基础，s c a d e m s d m s 支撑平台 在s c a d e m s d m s 从传统的集中式体系结构向分布式、开放式体系结构的 过渡中发挥着举足轻重的作用。有了一个好的支撑平台，应用系统的开发者可 以得心应手、随心所欲地实现其功能和性能要求。 s c a d a e m s d m s 支撑平台主要有三部分组成，即数据库、用户界面和系 统管理。一个开放的s c a d a e m s d m s 支撑平台应具备以下特点： 】遵循工业标准 严格采用国际上目前已有的或事实上的标准和技术，如关于操作系统的 p o s i x 标准，关于显示处理和用户界面的事实标准x w i n d o w s 、o s f m o t i f 、 m sw i n d o w s ，关于数据库的s q l ，关于计算机网络和通信的i s o o s i 、t c p i i p ， a n s i 的语言标准等。 2支持多种平台 通过支持有关标准，按照不依赖于具体硬件设备和系统软件的设计思想， 使应用软件能够非常方便地从一种计算机软硬件平台移植到另一种计算机软硬 浙江人学( 企业) 博上后研究工作报告 件平台，并且不对最终用户的使用、维护、开发和扩充产，仁限制和影响。 3 满足应用要求 作为s c a d a e m s d m s 的支撑平台，充分考虑对s c a d a y e m s d m s 特有 的功能、性能和数据结构的支持，为最终用户和开发人员提供更丰富的支持、 更友好的界面、更灵活的方法和更自由的选择。 面向对象技术和丌放式系统的发展给现有的s c a d e m s d m s 技术带米 了巨大的冲击，同时也为其发展提供了很好的机遇。 1 2 面向对象技术 面向对象技术最初是从面向对象程序设计语言开始的，它的出现以2 0 世纪 6 0 年代末s i m u l a 6 7 仿真语言 1 3 1 为标志。2 0 世纪7 0 年代中期a k e y 在施乐公 司的p a r c 实验室工作时设计并开发了s m a l l t a l k 语言【1 ”。该语言的每个元素 都被作为一个对象来实现，其程序设计环境和相关的各个方面都是面向对象的。 s m a l l t a l k 语言和环境的出现掀起了面向对象研究的高潮。后来，a d a 语言的推 广和应用有力地推动了面向对象技术的发展。到2 0 世纪8 0 年代中期，各种不 同风格的面向对象程序设计语言不断出现。研究人员开发面向对象程序设计语 言的方法有两种：一种是开发全新的面向对象程序设计语言，如s m a l l t a l k 、 t r a i t s 、e i f f e l 等；另一种是通过扩充传统程序设计语言来开发面向对象程序设 计语言，如c + + i ”j 、o b j e c t i v e c 、c l o s 等。其中c ”语言由于和c 语言 完全兼容，使得己大量采用c 语言进行开发的系统、环境等比较容易向c + + 语 言扩展，因此c + 十语言在短短几年时f 刚里就获得了广泛的使用。 面向对象是以对象为中心的分析和设计方法l z ”。在面向对象系统中，世界 被看成是对象的集合，对象之间通过消息相互通信，对一个对象的存取或修改 等操作只能通过对象方法的外部接口进行，其内部的数据结构和操作过程是隐 藏的。由于面向对象的方法是根据稳定的对象建立系统模型，将人认识问题的 认识空间和解决问题的方法空间匹配起来，比较符合人的认识过程，因而能很 好地适应复杂大系统不断发展与变化的要求，具有良好的可维护性、可扩充性 和可重用性。 近年来，研究人员陆续提出了各种面向对象的方法学。具有代表性的有： p c o a d 和e y o u r d o n 的面向对象的分析和设计方法o o a o o d 1 7 , 1 8 ，g b o o c h 的o o d 方法【1 9 1 ，j r u m b a u g h 等的o m t 方法 2 0 等。使用面向对象的分析和设 计方法可以使人们在人类概括客观事物的最自然的方法框架上定义和交流系统 需求，可以使人们用最自然的构造和分解方法定义系统对象，可以使人们在不 浙江大学( 企业) 博士后研究工作报告 同的抽象层次理解问题空间，可以更好地进行数据的封装和隐藏，加强系统的 内聚性，减少系统的耦合性。使用面向对象的分析和设计方法得到的模型在以 后的设计和实现中没有质的变化，只有补充和完善，因此是一个稳定的模型。 这种模型的稳定性，使得面向对象模型可以适应系列化的系统和实际运行系统 的调整，使得人员交流变得简单，也使得对象组件的复用程度大大提高。 随着研究的不断深入，面向对象技术的应用越来越广泛，面向对象的思想 被应用到许多不同的领域，如程序设计语言、软件开发方法学、操作系统、人 工智能、实时系统、人机界面、硬件设计、数据库、系统集成等，特别是在软 件开发方面，面向对象技术显示出巨大的优越性。随着硬件性能价格比大幅度 的提高和面向对象软件的不断改进，尤其是面向对象技术在c a d 、c a e 、c a m 等一些工程领域的应用取得令人瞩目的成功，面向对象技术已成为应用创新的 一个重要的发展方向，许多新的应用领域正在不断开拓中，s c a d a e m s d m s 就是面向对象技术的新的应用领域之一。 尽管面向对象技术具有诱人的发展前景，但当前它仍然存在一些发展中的 问题。面向对象技术的问题主要来自数据库方面。传统的关系数据库系统所支 持的关系数据模型以严格的数学原理为基础，比较简单有效。面向对象数据模 型的开发，则主要是通过扩展现有的程序设计语言来完成，缺乏数学理论基础 的支持，使用比较复杂。 由于面向对象技术是一个应用面广而又极为灵活的软件开发方法，因此在 同一软件系统中，既可全部采用也可部分采用面向对象技术。就 s c a d a e m s d m s 来说，它包含有数据库、用户界面、系统管理、高级应用软 件等子系统，其中，面向对象技术应用的研究和开发应该说早已开始了。应用 最早的是用户界面，特别是现代的图形用户界面( g u i ) 。由于此领域受到计算机 辅助设计( c a d ) 的影响较早，当前几乎已全部采用了面向对象技术。紧接着， 随着开放系统的兴起，为了解决实时数据库的开放性问题，通过支持面向对象 的开放的商用数据库来生成快速访问的实时数据库得到了广泛的应用。近年来， 国内外有的企业和科研院所已在高级应用软件领域内开展了面向对象方法的研 究和开发。但以整个电力系统为对象，支持s c a d a ，e m s d m s 应用软件的开 放式平台的统一的面向对象设计，由于投资大等原因，真正实现者甚少。 此外，面向对象方法的应用不仅仅只是注意软件编程时采用面向对象技术， 而是要贯穿软件开发的全过程。仅注意面向对象编程的产品或系统，虽然在软 件的局部生产效率上有所提高，但从整个软件系统来看，由于重点没有放在系 统的面向对象分析和面向对象设计上，当产品或系统维护、更新和发展时，改 进起来就很困难，甚至需要推倒重来，达不到面向对象技术应用的目的。 浙江大学( 企业) 博士后研究工作报告 全面采用面向对象的设计思想和编程技术，经历面向对象的分析、面向对 象的设计和面向对象的编程的全过程，是设计和开发新一代s c a d e m s d m s 支撑平台的关键技术之一。同传统的软件开发方法相比，面向对象的技术可以 更直观地进行对现实世界的抽象、更符合软件开发的规律，同时使软件开发和 调试更加规范化，大大提高了软件的可靠性、可维护性和可扩充性。 1 3 人机交互技术 人机交t i c ( m a n m a c h i n ei n t e r a c t i o n ) 是研究人、计算机以及它们相互影响的 技术。人机界面( m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ) 是计算机与人之间通信和对话的接口， 是计算机系统的重要组成部分。计算机的发展，推动这人机交互技术和人机界 面的发展。从计算机早期的面板开关、显示灯和穿孔纸带等交互装置，发展到 今天的视线跟踪、语音识别、手势输入、感觉反馈等具有多种感知能力的交互 装置。人机界面经历了手工操作、命令语言和图形用户界面的三个阶段。图形 用户界面是当前广泛流行的人机界面，它的发展和应用是计算机技术的重大成 就之一。人机界面影响到最终用户，影响到计算机的推广应用，甚至影响到人 们的日常工作和生活。 人机交互和人机界面也是s c a d a e m s ，d m s 的重要组成部分，主要提供 调度员与s c a d a e m s d m s 联系的手段，调度员通过人机交互监视、分析和 控制电力系统。 人机界面又称用户界面( u s e r i n t e r f a c e ) ，它作为计算机系统的一个重要组成 部分，是计算机科学、心理学、认知科学和人素学( h u m a nf a c t o r s ) 的交叉研究 领域，也是计算机行业竞争的焦点从硬件转移到软件之后，又一个新的、重要 的研究领域。 人机界面是指人类用户与计算机系统之间的通信媒体或手段，它是人机双 向信息交换的支持软件和硬件。人机对话( m a n - m a c h i n e d i a l o g u e ) 是指用户与计 算机系统之间的通信，它是人与计算机之间各种符号和动作的双向信息交换。 人机对话又称人机通信( m a n m a c h i n ec o m m u n i c a t i o n ) ，它是一种信息交换，而 且是一种双向的信息交换，可由人向计算机输入信息，也可由计算机向使用者 反馈信息。这种信息交换的形式是以各种符号和动作的方式出现的，如键盘上 的击键、鼠标的移动、显示屏幕上的符号和图形等。人机之间的对话是通过人 机界面来实现的。 人机之间的早期通信语言是机器语言，而后是汇编语言，直至高级语言。 人机之问通过语言中的输入输出功能完成交互。这个时期用户对系统的运行很 浙江大学( 企业) 博十后研究工作报告 少进行干预，系统设计中根本不考虑人机界面的问题。 命令行界面是最早出现的人机界面。在这种界面中，人被看成操作员，机 器只做出被动的反应，人只能通过键盘输入信息，界面输出只能是单一静态字 符。这种人机界面需要操作人员记住许多专用的命令语句和通信规则，因此交 互的自然性和效率都很差，只能是专业人员使用，很难推广刘一般用户。在命 令行界面中，界面和应用还没有分开。 2 0 世纪6 0 年代，荚国m i t 的i v a ns u t h e r l a n d 研究出了最早的图形用户界 面( g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ，g u i ) 技术。2 0 世纪7 0 年代施乐公司在a l t o 计算机 上首次开发了位映象图形显示技术。位映象图形显示技术使屏幕上显示的每个 像素点都受计算机内存中某位的控制，这就为g u i 的发展提供了许多新的可 能性，如可重叠窗口、弹出式菜单、菜单条等。这些工作奠定了目前图形用户 界面的基础，形成了所谓的w i m p 界面，即以窗口( w i n d o w ) 、图标( i c o n ) 、菜 单( m e n u ) 和指点装置( p o i n t i n gd e v i c e ) 为基础的人机界面技术。2 0 世纪8 0 年代 苹果公司将w i m p 技术引入到微机领域，它推出的m a c i n t o s h 以其直观的图形 用户界面和全鼠标及下拉式菜单操作引发了微机人机界面的历史性变革。2 0 世 纪9 0 年代微软公司推出的w i n d o w s 系统被应用于用户面更广的个人计算机平 台，推动了计算机的普及。 w i m p 界面是基于图形方式的人机界面。在w i m p 界面中，人被称为用户， 人机通过对话进行工作，界面输出为静态，动态二维三维图形图像及其它多媒 体信息。与命令行界面相比，图形用户界面的人机交互自然性和效率都有较大 的提高，使得用户无需具备计算机和操作系统的知识，即可用鼠标直接在屏幕 上通过图标、菜单或滚动条等和计算机打交道。当代基于窗口技术的g u i 己与 开放系统同步而具有标准可循，如用于人机界面通信的x w i n d o w s 标准和用于 g u i 外观及其定义的o s f m o t i f 标准等。因此，用户一旦学会使用窗口技术， 就可以使用所有基于窗口技术开发的应用软件。 由于超大规模集成电路的发展，基于位图映象显示的高分辨率图形显示设 备及鼠标定位设备的出现和应用、微机的普及、工作站的广泛使用，以及计算 机图形学、软件工程、人工智能等软件技术的进步，都给图形用户界面技术的 发展提供了强有力的支持，当前的人机界面已进入了图形用户界面占统治地位 的时期。 人机界面决定了s c a d e m s d m s 产品的外观，一直受到 s c a d e m s d m s 开发者的极大重视，也是s c a d a e m s d m s 技术竞争的热 点。2 0 世纪8 0 年代中期四大电网调度自动化技术引进中的人机界面还属于半 图形专用系统，到2 0 世纪8 0 年代末期就全图形化了，而且越来越标准化。目 浙江大学( 企业) 博士后研究丁作报告 前国内外开发的s c a d a e m s d m s 基本上都是全图形化产品。 随着计算机技术的不断发展，软件在计算机中所占的比重越来越大。在软 件研制中，人机界面的设计和开发在整个系统研制中所占的比重较大，约占 4 0 6 0 。人机界面作为人机通信的途径，其效果好坏直接影响到一个软件的 功能、使用及推广。但是，由于人机界面开发周期较长，并且缺乏对人机界面 进行分析、设计、评估和维护的科学方法和高级工具，人机界面一直是计算机 应用的瓶颈。因此，人机界面技术已成为世界各国软件工作者所着重研究的关 键技术之一，也是设计和开发新一代s c a d e m s d m s 支撑平台的关键技术 亨一。 1 4 立题背景和本文主要研究内容 随着电力系统的发展和电网商业化运营的深入开展，对电力系统的运行进 行调度和控制变得越来越复杂。为提高电网安全、稳定、优质和经济运行水平， s c a d a 、e m s 、d m s 等计算机自动化系统已经在实际的电力系统中得到了广 泛的推广应用。由于历史原因，国内以往的s c a d a 、e m s 、d m s 等是不同的 科研项目，分别独立进行研制开发。用户使用时，需要掌握和维护多套系统， 人机界面风格不一致，分析计算结果不尽相同，使用维护十分不便，严重影响 了系统的实用性。国外公司如a b b 、s i e m e n s 、e s c a 、c a e 、v a l m e t 等 的产品尽管技术领先，特别是支撑平台技术先进，但是价格昂贵、产品本地化 差、不完全适合中国国情。因此，需要从实际出发，进一步研究和开发符合市 场要求的、技术先进的s c a d a e m s d m s 产品，特别是s c a d a e m s d m s 应 用系统的支撑平台。 s c a d a e m s d m s 可视化平台是为提高s c a d a 、e m s 、d m s 等讨算机自 动化系统的水平，加快s c a d a e m s d m s 应用系统的开发速度，使s c a d a 、 e m s 、d m s 等应用系统的使用维护更加方便而设计的一套可视化的应用支撑系 统，包括数据库、用户界面和系统管理三部分。本文研究了s c a d a e m s d m s 支撑平台的理论、方法和技术，结合作者在公司丌发的面向对象s e d 可视化平 台产品，详细介绍了面向对象的s c a d e m s d m s 可视化平台的原理、方法 和实现。具体章节安排如下： 第一章：绪论。综述s c a d a e m s d m s 支撑平台、面向对象技术和人机 交互技术的研究现状，说明立题背景及本文主要研究内容。 第二章：面向对象s e d 可视化平台的基本原理。首先提出了s e d 平台参 考模型，讨论了电网信息建模的特点和需求，在此基础上，提出了包含概括关 浙江大学( 企业) 博士后研究工作报告 系、关联关系和聚集关系的面向对象s e d 信息模型，研究了模型的基本理论， 最后介绍了面向对象s e d 信息模型的组织方法并给出了示例。 第三章：面向对象s e d 可视化平台的数据库系统。本章首先讨论了 s c a d a e m s d m s 的数据库系统的需求，然后提出了一种实用的面向对象s e d 数据库系统设计方案，并详细介绍了面向对象s e d 数据库系统的对象库、实时 库、同步机制和对象访问接口的设计和实现。 第四章：面向对象s e d 可视化平台的用户界面系统。首先提出了一个面向 对象的用户界面系统结构模型，列举了面向对象s e d 可视化平台的用户界面系 统的功能要求，然后详细说明了用户界面系统的构件设计、界面定制技术和图 模库一体化技术，包括对图形构件进行了归纳和定义，最后介绍了面向对象 s e d 可视化平台的用户界面系统开发的实用功能，并给出了一个典型应用画面 的实例。 第五章：面向对象s e d 可视化平台的分布式应用环境。本章首先介绍了 s c a d a ，e m s d m s 可视化平台的分布式应用环境所肩负的任务，然后详细介绍 了面向对象s e d 可视化平台的分布式应用环境的功能和实现，包括操作系统的 基本扩展、通信服务和网络管理、应用程序构建、进程管理、报警和事项服务 以及出错处理等。 第六章：结论。总结本文工作和主要研究成果，分析尚需解决的问题并提 出进一步的研究方向。 浙江人学( 企业) 博士后研究工作报告 第二章面向对象s e d 可视化平台的基本原理 2 1s e d 平台参考模型 s c a d a e m s d m s 是以计算机为基础的复杂的电力系统自动化应用系统， 而s c a d a e m s d m s 支撑平台又是s c a d a e m s d m s 的基础核心。为促进 s c a d a e m s d m s 可视化平台这一问题域的求解，首先需要确定一个有关 s c a d e m s d m s 可视化平台的参考模型。 参考模型是帮助和促进问题求解的一种技术框架，它定义相关的术语、描 绘问题的场景、规定描述和讨论问题的语言，并且为了问题的相互理解提供其 它类似的帮助。 当前的s c a d e m s d m s 都是采用由局域网和广域f c i 9 组成的分布式、开 放式体系结构。一个s c a d a e m s d m s 要支持许多不同的用户组和组功能， 包括值班操作人员、主管人员、操作培训人员、运行计划编制人员以及软件维 护和开发人员等。这些用户组和组功能形成了s c a d a e m s d m s 应用的环境， 每一组功能环境包含有许多不同的s c a d a e m s d m s 应用，而每一个应用可 以在许多不同的组功能环境中使用。如果一系列的应用集中在一起完成一种组 功能，那么我们定义这一系列的应用为应用环境，又叫应用上下文或应用态， 简称态。例如，实时态包括一系列用于电力系统在线控制的应用，操作员培训 态包括一系列作为操作员培训环境的应用，运行分析态包括一系列被工程师和 主管人员用来检查现场运行情况的应用，程序开发态包括用于软件维护的测试 环境，等等。 一个典型的s c a d a ，e m s d m s 应用可能包括下列组件： 源码( c 、c + + 、f o r t r a n 等) 二进制码 画面定义 数据模式或s q l 码 报表或查询定义 电子数据表模型 用于配置应用的参数文件 命令文件 浙江大学( 企业) 博上后研究工作报告 文档资料 安装码 所有这些组件合起来定义了s c a d a e m s d m s 应用的功能，一个应用不 仅仅只是对应任何单一的执行模块，而是许多组件的综合体。图2 1 是 s c a d e m s ，d m s 支撑平台的参考模型，简称s e d 平台参考模型。 图2 1s e d 平台参考模型 图中每一个圆角矩形代表一个不同的应用，应用组件由可执行模块、专用 数据和公用数据等组成。在不同的应用之间有两种基本接口，即： 消息总线接口 数据访问接口 消息总线接口是一种通用消息传递模式，它用于程序和程序之间信息的互 相交换。数据访问接口用于程序和数据集之间的相互交换，它提供对永久性公 用数据实体的共享访问。应用之间的接1 2 1 模式可描述如下： 1 定义独立于各参与接口应用的所有交换数据实体，这些数据实体包含 了电力系统的模型，因此要从语义上定义数据库的信息模型。 2 需要获得数据或消息的应用注册为接收者。 3 产生数据或消息的应用注册为发送者。 浙江大学( 企业) 博士后研究t 作报告 4 数据或消息从发送者到接收者的实际传递由一个代理完成，例如用 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 的公共对象请求 代理来完成。 从图2 1 可见，s e d 平台由三种应用或服务组成，即： 数据管理 用户界面 基本服务 这些应用或服务提供了典型的s c a d a e m s d m s 应用在s e d 平台中所需 要的服务。s c a d a e m s d m s 应用需要相当程度的基本信息共享，这些基本信 息或基本s e d 公用数据主要是由电力系统的信息模型来描述，并且由数据管理 服务来提供支持。 在s e d 参考模型中，由于用户界面功能所具有的重要作用，用户界面服务 被单独提取出来。用户界面在关键的运行操作任务中直接和最终用户进行交互， 对反应性能要求很高，并且十分复杂。显示功能通常被定义为可解释模块( 即 图中的画面定义局部数据) ，用户界面服务可由用户界面管理系统代理完成。 如果s c a d a e m s d m s 应用是基于x w i n d o w s 平台服务的，用户界面代理将 是一个x 客户应用，它通过x 协议连接到由x 服务器模块管理的i o 设备( 如 显示器、键盘、光标等) 。 在图2 1 中，基本服务组件包含一系列面向服务的功能，例如：报警处理、 同志、备份、系统监控、故障恢复等等，这些基本服务都由系统管理应用来实 现。 2 2 电网信息建模 随着s c a d a ，e m s ，d m s 等应用领域中集成系统开发和维护的复杂性f i 益 提高，集成系统数据库的信息建模技术越来越受到人们的重视。从上一节提出 的s e d 平台参考模型可以看出，数据管理服务是s c a d a e m s d m s 的重要基 础，s c a d a e m s d m s 中的数据实体是相当复杂的，它包含了电力系统的建模， 因此需要研究电网信息建模技术。 信息模型是一个数据库物理实现或一类数据库物理实现的概念上的表示。 它可以分为专用信息模型和通用信息模型。专用信息模型提供了针对某一特定 应用范围的数据库物理实现的概念模型。通用信息模型则是各种专用概念模型 的概括和一般化。通用信息模型的典型代表有实体一联系模型、层次模型、网 状模型等，而最近几年在s c a d a 、e m s 、d m s 等应用丌发方面成为主要支撑 浙江大学( 企业) 博士后研究工作报告 环境的面向对象数据库，由于缺乏统一的理论基础，大多拥有各自专用的信息 模型。 所有数据或信息建模的目的，就是描述现实世界中某个领域，即问题域， 又称论域。在大多数产品信息模型中，论域的描述是通过建立基本的单元及其 连接结构，从而对现实世界的相关领域进行准确地表达。电网信息建模的任务 就是提供一个在现实世界相关领域和它的表示之间进行映射的方法。在现实世 界中给定电网论域，那么电网数据库模式就对应于该论域中的一个子域，而一 个具体的电网数据库实例则对应于该子域中的一点。 通用的信息模型主要有实体一联系模型e r 和扩展的实体联系模型e e r 等。这些信息模型都建立在实体、属性和联系这些通用结构的基础之上，通过 定义约束来说明实体间的联系。 在s e d 平台参考模型中，并没有确定数据管理应用采用的是任何的特定的 数据库或数据模型，它可以采用商用关系数据库、实时数据库、对象一关系数据 库、面向对象数据库或其他数据实体。电网信息模型的当前研究方向之一是面 向对象信息模型和面向对象数据库，下面首先给出有关的基本的面向对象的概 念。 1 1 对象、属性、方法和消息 在面向对象系统中，所有概念上的实体都模拟成对象，对象由保持其状态 的多个私有存储器组成，私有存储器由一组属性的值组成，属性的值本身也是 对象，因而有保存自己状态的私有存储器。原始对象没有属性，只有一个值， 即对象本身。较为复杂的对象包含有属性，通过这些属性又可以引用其它的对 象，这些对象又可以包括属性。 对象的行为封闭在方法中，方法由操纵或返回对象状态的代码组成，方法 是对象定义的一部分。但是，与属性一样，从对象的外部来看，方法是不可见 的。一个对象可以通过消息与另一个对象进行通信，消息构成了对象的外部接 口，对于对象可以理解的每一个消息，都有一个方法能执行这个消息。对象通 过执行相应的方法对消息做出响应，并返回该对象的状态。 2 ) 类、类层次和继承 类的概念是面向对象系统和数据库之间最重要的链条。如果每一个对象都 带有自己的属性名字和方法，那么，需要说明和存储的信息量就大得难以管理。 为概念实现上的简单起见，“相似”的对象组织在一起，归属同一个类。属于 同一类的所有对象由一组相同的属性和方法说明，它们都响应相同的消息。某 类的对象称作该类的实例，类说明了其实例的格式，即漏性，以及能施加于其 实例的操作，即方法。这样，往实例发送一个消息时，在类的定义中可以找到 浙江大学( 企业) 博士后研究工作报告 实现该消息的方法。 把对象组织成类有助于避免说明和存储大量冗余信息，类层次的概念进一 步扩展了这种信息隐藏能力。类层次就是由类构成的层次结构，其中节点对之 问的边一般表示i s a 关系，也就是说，较低层的节点是高层节点的具体化，反 之，较高层的节点是低层节点的一般化。对于同一类层次路径上的类对而言， 高层的类称作超类，低层的类称作子类，类的属性和方法被其所有子类继承， 也可以为子类说明另外的属性或方法。一个类只从其直接超类继承特性，而后 者又从自己的直接超类继承特性，从而一个类可从其超类链中的每一个类中继 承特性。 面向对象的电网信息建模需要从语义和语法两个方面完整地描述电力系统 模型，为此提出了面向对象s e d 信息模型。 2 3s e d 对象类 面向对象s e d 信息模型把s c a d a e m s d m s 应用领域看作是由一组对象 以及这组对象之间的关系组成，对象和对象类的概念构成了整个模型体系的基 础。 在面向对象s e d 信息模型中，对象是对论域( 此处即s c a d a e m s d m s 应用领域) 中存在的、并且可以识别的任何事物的信息抽象。对象既可以表示 一个人、一件物品等具体的事物，也可以表示人与人之间的关系、物品与物品 之问的组合等抽象的事物，因此，对象是一个抽象的概念。对应到 s c a d a ，e m s d m s 应用领域中，对象既可以描述任何具体的事物，如大到整个 电网、发电厂，小到变压器、开关等：也可以描述任何抽象的概念，如电网中 的负荷、潮流等；还可以表达如开关变位、状态切换等各种事件。 下面给出对象的一个形式化定义： 先引入几个有关的符号： r jt ：r 导出r o 卜m ：将消息m 传送给对象。 个e ：返回表达式e 的结果 o 口：= v ：对象。的属性a 的值被v 更新 a b ：n 等于b - 厂o ，：函数厂将类型从r 转换到丁 定义2 1 ：一个对象可以形式化地定义为 浙江大学( 企业) 博上后研究工作报告 0 = ( 0 ， “：t ， 聊) ) 其中 1 1 符号0 是对象0 自身的标识符。 2 ) 公式口：t 用于表示对象0 的属性，其中符号n 、t 分别代表属性名和属 性类型。对象0 的属性a 的值表示为d a 。在每一个属性a ：t 上都定义有下面这 两个基本方法： r e a d ( o ，) = 个d w r i 双口，a ) jo 盛：= v 3 ) m 用于表示对象0 的方法，符号m 代表方法名。在对象0 上调用方法 m 可以表示为： o - m 从上面的定义可以看出，在面向对象s e d 信息模型中数据和操作被封装在 对象中，对象由系统定义的对象标识符来标识，一个对象的对象标识符是全系 统唯一的，它在一个对象的整个生命周期内保持不变，对象被删除后，它的对 象标识符永远不会再被使用。一个对象的状态由它的属性值表示，通过方法可 以对对象的状态进行操作。具有相同的属性表示和操作方法的对象集合组成对 象类。下面是对象类的一个形式化定义： 定义2 2 ：一个对象类可以形式化地定义为 c = ( 0 i ，k i j ， m 。) )