（计算机应用技术专业论文）基于gis的组件式电网规划和理论线损的研究.pdf

竺! ! 皇垄奎堂堡主堂垡堡苎塑鍪 摘要 随着组件式软件开发技术和g i s 的日益发展，组件技术广泛应用于g i s 平台， 继而本文通过分析电网规划的研究现状，提出将组件式g i s 技术应用于电网规划的 思路。本文采用组件技术，遵循组件设计的规则，实现了变电站和输电线路组件的 开发，并利用m a p x 控件，在v b 开发的图形用户界面和o r a c l e9 0 数据库环境下， 验证了该组件的独立性和应用环境的适用性。为电网规划人员提供了一种新的规划 方法，极大方便了电网设计工作，提高了管理效率，保障电网的安全有效运行。 本文通过对国内外电网研究现状和发展趋势分析，考察理论线损计算中众多不确 定因素的影响，总结了当前适用于我国电网的几种理论线损计算模型，在电力系统g i s 中实现编码设计。用户可以清晰地了解电网信息，根据电网特点合理的选择理论线损 计算模型，为电网的理论线损管理提供了方便。 关键词：组件、组件式g i s 、电网规划、线损、理论线损 a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fc o m p o n e n ts o f t w a r e t e c h n i q u ea n dg i s ，c o m p o n e n t t e c h n i q u eh a sb e e nw i d e l yu s e di ng i sp l a t f o r m ，t h ep a p e rp o s e san e wm e t h o d ，n a m e l y , p o w e rn e t w o r kp l a n n i n gb a s e do nc o m p o n e n tg i s ，t h r o u 曲a n a l y s i so ft h ep r e s e n ts t a t e o fp o w e rn e t w o r kp l a n n i n g o b s e r v i n gc o m p o n e n td e s i g np r i n c i p l e ，u n d e rt h eg u i d a n c e o fc o m p o n e n tt e c h n i q u e ，t h ep a p e rr e a l i z e st h ee x p l o i t i n gp r o c e s so fc o n v e r t i n gs t a t i o n a n de l e c t r i ct r a n s m i s s i o nl i n e u s i n gm a p xc o n t r o l s ，t h ei n d e p e n d e n c eo ft h ec o m p o n e n t a n dt h ee n v i r o n m e n t a la p p l i c a b i l i t ya r ep r o v e du n d e rt h eg r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c ee x p l o i t e d a c c o r d i n gt ov ba n do r a c l e9 0d a t a b a s ee n v i r o n m e n t ，w h i c hp r o v i d e san e wp l a n n i n g m e t h o da n dac o n v e n i e n tc o n d i t i o nf o rp o w e rn e t w o r kp l a n n i n g ，i m p r o v e st h em a n a g e m e n t e f f i c i e n c y , a s s n r e st h es a f eo p e r a t i o no f p o w e rn e t w o r k t h r o u g ht h ea n a l y s i sa b o u tt h ei n f l u e n c eo fs o m eu n c e r t a i ne l e m e n t si nc o m p u t i n g t h e o r e t i c a ll i n el o s sa sw e l la sp r e s e n ts t a t ea n dp e r s p e c t i v e so f t h ep o w e rn e t w o r kp l a n n i n g ， t h ep a p e rg e n e r a l i z e ss o m et h e o r e t i c a ll i n el o s sc o m p u t a t i o nm o d e l sw h i c ha r ea p p r o p r i a t ef o r c h i n a ，a n dr e a l i z e sc o d i n gd e s i g ni np o w e rn e t w o r kg i s t h e r e f o r e ，u s e r sc a nc h o o s ep r o p e r t h e o r e t i c a ll i n el o s sc o m p u t i n gm o d e la c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fp o w e rn e t w o r k ， w h i c h p r o v i d e sc o n v e n i e n c ef o r m a n a g e m e n to f t h e o r e t i c a ll i n el o s so f p o w e r n e t w o r k a nx i a o g a n g ( c o m p u t e ra p p l i e dt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f z h uy o u c h a n k e y w o r d ：c o m p o n e n t ，c o m p o n e n to i s ，p o w e rn e t w o r kp l a n n i n g ，l i n el o s s ， t h e o r e t i c a ll i n e l 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g i s 技术的组件式电网规 划和理论线损研究，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：垒! ! ! 堑! 日期：垒堕垒! 旦! ! 国 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：塾! i ! 塑1 日期：7 必! 旦! ! 曰 导师签毛：物主 日 期：鲨2 ：! ：12 华北电力大学硕士学位论文 1 1 论文选题背景 第一章引言 电力设施是国家的基础设施，是国家经济发展不可缺少的基础条件，合理地进 行电网规划和精确的理论线损计算可以获得巨大的社会效益和经济效益。进入八十 年代以来，随着计算机技术的飞速发展和计算机图形学理论的日渐完善，地理信息 系统”1 ( 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 ) 作为一门新兴的边缘学科 也同趋成熬。由于电网的地域分布特征，不论是对电网建设还是电网运行，电力 系统g i s 应用都是十分必要的。 近些年来随着我国城市建设的发展，由于以前对电网建设缺乏统一的、科学的 规划，导致配电网络薄弱，结构不尽合理。部分地区甚至出现了城网阻塞，这些情 况已经成为制约我国经济发展和城市化进程的瓶颈。将组件式g i s 应用到电网规划 中，可以方便地通过电力系统可视化g i s 软件集成起来，形成合理的规划方案。 在一个供电地区内，电网规划、电网接线方案比较和变电站的设计，都需要进 行线损理论计算。在电力系统g i s 上能清晰的反映出电网结构，而且也提供了完整、 准确的电网设备、线路参数，将理论线损计算引入到电力g i s 中将极大的方便了电 网管理人员。 基于这个环境下，本文着重研究探讨组件式电网规划和理论线损计算在电力系 统g i s 中的实现和应用，这将对于电力企业来说有相当重要的意义。 1 2 课题研究的发展趋势和国内外研究现状 1 _ 2 1 电网规划在国内外的研究现状 早期的电网规划以方案比较为基础，采用手工方式，主要依据经验并辅以科学 计算的方法1 4 l 。六十年代以后开始采用优化规划，应用运筹学、系统论、决策论等 新成果，提出各种优化模型，用计算机求解。基本的思路是在负荷预测的基础上对 变电站的容量、位置、路径、截面等进行优化，以电源和电网的建设满足用电需求， 侧重于供电侧。在d s m ( 电力需求侧管理d e m a n ds i d em a n a g e m e n t ) 和电力可靠性 价值的概念出现以后，与上述方法相结合1 5 ，产生了如最小成本规划嘲( l c p ) 、综 合成本规划【7 】( i r p ) 、综合价值规划等一系列新的概念和方法。随着信息技术的 发展，人工智能( a i ) 【8 】【9 l 方法和地理信息系统逐步弓i 入，以计算机为工具，采用新 技术和新方法成为新的发展方向。 国外电网规划的研究较为成熟，其数学模型有多种，从数学角度，对整体系统 的描述通常采用混合整数规划模型，对子系统采用运输模型和网络流模型，从物理 i 华北电力大学硕士学位论文 结构上可分为负荷整体系统模型和负荷子系统模型。规划采用的方法主要有人工统 筹法、数学优化法、入工智能技术、g i s 技术等。 数学优化法的应用最为广泛，包括运筹学中的启发式方法、最短路径法、线性 规划方法、非线性规划法、混合整数规划、动态规划等等，其最新的发展包括遗传 算法、模拟退火算法、t a b u 搜索等现代启发式算法等，现代启发式技术的特点是不 要求目标函数及约束条件可导或连续，实际应用的效果更好。人工智能( a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e 简称a i ) 技术应用已经积累了较多的应用经验，相关的人工智能方 法包括专家系统、知识系统、决策支持系统等。g i s 应用于规划取得了很好的效果， 结合人工智能技术，在空间负荷预测、空间分析、网络分析等取得了实际应用，并 实现了自动化配电网规划。 上述方法在国外己经取得了相对较好的应用效果，加拿大、美国等均积累了多 年的电网规划辅助软件的实际应用经验。前述数学模型和算法的研究在国内也都已 开展，出现了城市电网规划计算机辅助决策系统等软件，在国内部分城市如： 北京、上海、呼和浩特等，已经取得实际应用，并且出现了专门针对规划过程控制 的系统，在智能控制方面也初具成效。在g i s 应用研究上，也取得了实际进展，开 展了基于g i s 的城市配电规划、农村配电规划、结合g i s 功能配电规划的人工智能 算法研究和基于g i s 系统的负荷空间预测方法研究并应用到配网自动化系统中等， 但国内g i s 平台的建立不成熟，目前的研究也主要集中在配电系统，输电网规划中 的g i s 应用尚在起步阶段 t o l 。 1 2 2 理论线损在国内外的研究现状 线损的理论计算在不断改进、不断完善，但是不同地区的配网结构特点不同， 负荷性质不同，可能获得的数据也不同，因此很难找到一个普遍实用的精确线损计 算模型。国外对于理论线损计算的研究重点大多是对线损的分析和降损措施与方法 的研究，如：以降低线损为目标的电网网络重构、无功优化、补偿电容投放位置的 确定等问题，专门研究传统意义上的线损计算方面的文章并不多。近年来提出的一 些新方法主要有模糊理论逼近法i l i 】、负荷统计学方面的聚类法m 1 等。国内对于理 论线损计算的研究重点则是放在计算模型的研究，使得计算结果的误差尽可能的 小。 近年来由于供电企业对线损的管理非常重视，许多单位都在进行线损管理软件 系统的开发，其中最具代表性的软件系统有：北京供电局早期开发的线损管理软件 系统，西北电管局利用f o x p r o 开发的线损管理软件系统。这些系统都各具特色， 库表系统的表格管理功能较强，线损管理内容比较专业，都是当时开发较为成功的 线损管理软件系统，为此这些系统都在特定的时期和一定的范围进行了推广使用， 但随着科学技术的不断发展和时间的推移，这些软件在某些方面也暴露出一些不 2 华北电力大学硕士学位论文 足。 一套使用方便、要求基础数据合理、数学模型正确的软件，才能得到符合实际 的结果。目前国内已有多套用于电网理论线损计算的软件，它们虽然满足电力网 电能损耗计算导则的要求，但不同软件对计算基础数据的要求和所采用的数学模 型有所区别，而使计算结果不尽人意。伴随着g i s 在电力系统的广泛应用，电网理 论线损计算已开始嵌入到g i s 中，国内在这方面的研究，目前尚在起步阶段。 1 3 本选题的主要研究内容 1 3 1 基于g i s 技术的组件式电网规划 组件式g i s 基于标准的组件式平台，各个组件之间不仅可以自由、灵活的重组， 而且具有可视化的界面和使用方便的标准接口。本课题所建立的电网规划组件也是 一个模块与另一个模块之间的接口，当这种链接建立以后，模块之间可以通过接口 进行通信，组件的使用频率和效率都会明显地提高。二次开发人员或系统管理人员 能够在地图上一次性创建成型的变电站，输电线路及其各种辅助设施，可以完成对 各变电站和输电线路信息的显示、修改和查询。 1 3 2 基于g l s 技术理论线损的研究 随着电网自动化的普及，电网运行、管理逐步得到重视，运行人员会更加清晰 地了解电网的信息，因此有必要充分利用已有信息，合理的选择理论线损的计算模 型，构造适用于我国电网现状的更为精确的通用理论线损计算模型。本文通过对国 内外电网研究现状和发展趋势进行分析，总结了当前比较适用于我国电网的几种理 论线损计算模型：均方根电流法、平均电流法x 形状系数法) 、最大电流法( 损失 因数法) 、竹节法。本文对上述几种模型的基本原理和适用条件做了详细说明并在 河北某县电力局的配电网g i s 上实现编码。 1 4 本章小结 本章主要阐述了基于组件式的电网规划已经是当前电力系统研究中很迫切的 事情，精确的理论线损计算也具有极其重要的意义。通过对本课题的国内外现状的 了解，确定本选题的主要研究内容。 华北电力大学硕士学位论文 第二章组件技术与g i s 2 1 组件( c o m p o n e n t ) 技术 2 1 1 组件的概念 组件是软件系统内可标识的、符合某种标准要求的组成成份，可被用来构造其 它软件，类似于传统工业中的零部件。组件可以是被封装的对象类、类树、一些功 能模块、软件框架( f r a m e w o r k ) 、软件构架( 或体系结构a r c h i t e c t u r e ) 、文档、 分析件、设计模式( p a t t e r n ) 、代码、测试用例、数据以及其它对开发活动有用的 信息。组件技术是由面向对象技术后发展起来的一种新的软件工程技术，是面向对 象技术的延伸。基于组件技术的系统仍然是一种面向对象的结构，但系统中的对象 是按照规范设计的模块，这些软件模块在系统中共存，并充分的相互作用。按照这 种结构，可以将若干组件组合起来，以建立更大和更复杂的系统。组件技术以前所 未有的方式提高了软件产业的生产效率，这一点已逐步成为软件开发人员的共识。 传统的c s 结构、群件、中问件等大型软件系统的构成形式，都将在组件的基础 上重新构造p 3 1 “肼】。 2 1 2 组件的特点 组件具有以下特点： ( 1 ) 组件是被封装的软件模块，它隐藏了具体的实现细节，只提供接口供开 发人员使用，这就使得开发人员不必了解组件的内部细节，就能利用组 建方便的构筑应用程序。这种特点还使得组件开发入员可以对组件单独 进行升级，改进原来的功能，却不影响整个应用系统的运行，只要保证 组件对外界的接口保持不变。 ( 2 ) 组件的接口必须严格地标准化，这是组件技术成熟的标志之一。目前主 要的标准有m i c r o s o f t 的c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l 组件对象模型) d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m 分布式组件对象模型，或者称为分布式组件对 象模式) 和c o m + ，s u n 的j a v a b e a n s 和e 3 b ( e n t e r p r i s e3 a v a b e a n s 是 j 2 e e 的一部分，定义了一个用于开发基于组件的企业多重应用程序的标 准。其特点包括网络服务支持和核心开发工具。) ，o m 6 组织的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 公共对象请求代理体 系结构，或者称为通用对象请求代理体系结构，是由o m g 组织制订的一 种标准的面向对象应用程序体系规范) 。 ( 3 ) 组件的概念是独立于编程语言的，这也就是说，用不同语言编写的组件 4 华北电力大学硕士学位论文 应能在一起协同工作，或者说用一种语言编写的组件能在另一种语言编 写的应用程序中很好地工作。 ( 4 ) 组件能跨网络而运行。也就是说，组件能被部署到联网的各个计算机上， 它们之间可以通过某种机制互相通讯，从而构筑基于网络环境的分布式 应用程序，实现分布式计算。 ( 5 ) 组件的来源广阔。大量成熟的组件可以通过市场购买或者从互联网上免 费下载，可以从自己现有的组件库中获得，也可以重新开发设计等等。 同时市场的竞争机制还可以促进组建生产的质量提高、种类增加和价格 降低。 根据以上特点及分析，我们可以看到组件可以被重复的使用，而且不受到操作 平台、开发环境甚至是物理计算机的限制。因此，它不同于面向对象方法中的对象 或类，相比之下，组件具有更高的重用度，更灵活的产生方式，也更容易理解和开 发。 2 1 3 三种常用的组件技术标准及比较 现在比较流行的组件模型有m i c r o s o f t 的c o m d c o m 和c 0 m + ，s u n 的 j a v a b e a n s 和e j b ，o m g 组织的c o r b a 。c o m 是由微软公司提出的组件标准并实现的， 它使开发人员可以利用c o m 的通信机制组装不同开发商提供的组件，c o m 的核心是 一组应用程序调用接口( a p i ) ，该接口提供了创建组件、组装组件的方法。它在组 件之间起到了“胶水”的作用，使得不相关的软件组件按照有意义的方式连接起来 并互相交互。我们从跨语言操作能力、跨平台操作能力、数据库访问能力、组件之 间的互操作、技术的成熟性、公共服务支持等几个角度对这三种技术进行详细的比 较。 ( 1 ) 跨语言操作能力 c o m 组件是二进制兼容的，就是说，c o m 组件可以不用重新编译的情况下实现 软件的重用。用v i s u a lc + + 开发的组件可以在v i s u a lb a s i c 、d e l p h i 等环境中 使用。对于c o r b a 组件，首先要用i d l ( 接口定义语言) 来定义接口，然后使用i d l 编译器产生客户端的存根代码和服务器端的客户代码。由于很多语言都有相应的 i d l 编译器产品，因此c o r b a 组件的跨语言能力很好，如果采用不同的i d l 编译 器分别来产生服务器端代码和客户端代码，甚至可以实现c + + 客户对于j a v a 服务 组件的访问。j a v a b e a n s 则只能用j a v a 代码实现，没有跨语言能力。 ( 2 ) 跨平台操作能力 由于m i c r o s o f t 只在w i n d o w s 平台上实现了c o m d c o m 技术，虽然有第三方的 软件开发商在u n i x 平台上实现了c o m ，但是总的来说，跨平台能力不强。而c o r b a 在不同的平台上都具有相应的产品，所以c o r b a 的跨平台操作能力很好，支持跨乎 5 华北电力大学硕士学位论文 台的操作。j a v a 推出的时候的口号是：“一次编写，到处运行”，可见他的跨平台能 力之强。j a v a 通过虚拟机的机制，通过在不同的平台上实现j a v a 虚拟机，从而获 得优秀的跨平台能力。 ( 3 ) 数据库访问能力 m i c r o s o f t 开发了基于c o g 技术、o l e d b 技术( o l e d b 是微软的战略性的通向 不同的数据源的低级应用程序接口。o l e d b 不仅包括微软资助的标准数据接口开放 数据库连通性( o d b c ) 的结构化问题语言( s q l ) 能力，还具有面向其他非s q l 数 据类型的通路。) ，并且在o l e d b 的基础上实现了a d o 技术，包括以前的o d b c 技术， c o g 技术可以通过多种方式来访问数据库。c o r b a 技术对于数据库的访问则依赖于 其实现的平台。j a v a 提供了数据库访问a p ij d b c ( j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) ， 提供了统一的访问数据库的方式。只要再加上相应的数据库j d b c 驱动程序，就可 以很方便的访问数据库。 ( 4 ) 组件之间的互操作 j a v a b e a n s 组件与c o r b a 组件之间存在着良好的操作性。首先，c o r b a 可以使 用j a v a 作为它的一个实现；其次，j a v a 现在具有了建立在c o r b a i i o p ( i n t e r n e t i n t e r - - p r bp r o t o c a l ) 基础之上的r m i ，因此，j a v a b e a n 组件与c o r b a 组件之间存在着良好的互操作。c o g 组件虽然具有与c o r b a 和j a v a b e a n s 之间的桥 ( b r i d g e ) ，但是总的来说，与其它两者的互操作性不是很好。 ( 5 ) 技术的成熟性 c o m 技术最初是用来代替d d e ( d y n a m i cd a t ae x c h a n g e 动态数据交换) 的作 为o l e 技术的底层技术，经过多年的证明，c o g 技术是成熟、有效的。但是c o g 是 一个渐进的技术，它在最初的时候在分布式平台下的应用，也没有考虑服务器端的 应用。c o r b a 技术只是一个规范，而不是实现，因此存在大量的o r b 产品的不同开 发商的实现。在丰富了o r b 产品的同时，也带来了不同o r b 之间用户操作不兼容的 问题。因此c o r b a 定义了i i o p ，用以解决这个问题。j a v a b e a n s 技术已经慢慢走 向成熟，而且随着j 2 e e ( j a v a 2e n t e r p r i s ee d i t i o n ) 的推出，e j b 的应用会也来越 多。 ( 6 ) 公共服务支持 c o r b a 在刚推出的时候，就考虑公共服务的重要性，所以在o m a 的体系结构中， 不仅包括名字服务、目录服务、消息服务、生命周期服务、事务服务等这些服务， 而且定义了公用设施。c o g 已开始主要用于桌面系统，并没有考虑到这些企业级的 服务，而且与m t s ，m s m g 的结合也不是很好，随着c o m + 的推出，它们之间的结合会 越来越好。而j a v a 通过j d n i 、j m s 等来支持目录和消息服务，它们是j 2 e e 的一个 特性。 从以上的分析来看，c o r b a 更适合于企业级的应用，因为它从一开始就考虑到 6 华北电力大学硕士学位论文 这种企业特性：而c o m 技术在桌面系统上已经比较成熟，随着c o m + 推出，它也具 有越来越多的企业特性，但还是比较适合中小企业的应用；而对于j a v a b e a n s 来说， e j b 的出现使它更适合作为服务器端的组件。 2 1 4m i c r o s o f t 的c o m 标准 经过对以上三种组件标准的比较，本文开发的g i s 软件采用了m i c r o s o f t 的c o m 标准。c o m 标准是一种基于二进制标准与编程语言无关的软件规范。该规范定义了 怎样以一种独立于语言和位置的方式调用对象，怎么定义和标识组件，以及怎样创 建对象。基于c o m 构架的中间业务逻辑层能够很好地采用这些特性来构建一个稳定 的、易于维护和升级、能支持扩展的应用系统。c 咖不是一个特殊类型的应用程序， 而是一个可以用来为任何类型的应用程序构建组件的普遍的模型。例如，a c t i v ex 和o l e 都使用c o m ，但两者都不是c o m 。本文之所以采用c o m 标准是因为它具备了 软件集成所需要的许多特征： 1 ) 面向对象。c o m 是在面向对象的基础上发展起来的，它继承了对象的所有优 点，并在其实现上进行了进一步的扩充。 2 ) 客户机服务器。c o m 以客户机服务器( c s ) 模型为基础，且具有很好的 灵活性。 3 ) 语言无关性。c o m 规范的定义不依赖于特定的语言，因此，编写构件对象所 使用的语言与编写客户程序使用的语言可以不同，只要他们都能够生成符合c o m 规 范的可执行代码即可。 4 ) 进程透明性。c o m 提供了三种类型的构件对象服务程序：进程内服务程序、 本地服务程序和远程服务程序。 5 ) 可复用性。可复用性是任何对象模型的实现目标，尤其对于大型的软件系统， 可复用性非常重要，它使复杂的系统简化为一些简单的对象模型，体现了面向对象 的思想。由于c o m 标准是建立在二进制代码级的，因此c o m 对象的可复用性与一般 的面向对象语言的复用过程不同，如v i s u a lc + + 中的对象。c o m 用两种机制( 包容 和聚合) 来实现对象的复用。对于c o m 对象的客户程序来说，它只是通过接口使用 对象提供的服务，并不需要关心对象内部的实现过程。 综上所述对于w i n d o w s 环境下很多类型的应用，c o m 是最好的选择( 如安全、 杀毒等等) ，原因是多方面的，速度只是其一。通过互操作性就能够根据不同的应 用类型灵活地应用c o m 组件技术，扩展已有的基于c o m 的系统，而不再拘泥于开发 语言、运行平台的制约。c o m 虽然也有它自身的缺陷，不能解决所有问题( 跨平台 性是其中之一) ，同时一些原有的基于c o m 的应用也不可能全部采用新的技术 ( 如n e t ) 或其它的组件模型改写，但是c o m 与其它各种组件技术将在相当长一段 7 华北电力大学硕士学位论文 时间内并存。 2 1 5 a c t i v ex 控件 a c t i v ex 控件是一种实现若干标准接口的c o m 对象，是目前应用最广泛的软件 组件。o l e 控件规范对控件作了规定，同时也对控件的使用者( 控件容器) 作了相 应的规定，并且比控件本身更为严格。o l e 控件是从早期v b x ( v i s u a lb a s i c e x t e n s i o n s ) 衍化而来的。v b x 是专门提供v i s u a lb a s i c 使用的软件组件，因而 有相当的局限性，不能满足通用性组件的开发要求。o l e 控件则利用c o m 提供的基 本抽象的特点来支持组件的开发，从而使控件有了更灵活的开发模式和更广泛的应 用领域。 早期的o l e 控件规范所规定的接口较多。例如支持自己的用户界面、向控件容 器传递事件、允许容器设置控件属性等。这无疑使控件变得相当复杂，即使它没有 用户界面，也必须支持相应的接口，这种过重的负担在网络上运行时变得不可忍受。 而现在的o l e 控件，只要求能支持i u n k n o w m 接口和具有自动注册能力即可。为区 别早期的o l e 控件，把现在的o l e 控件称为a c t i v e x 控件。我们在后面章节介绍的 实例开发时用到的p x 就属于a c t i v e x 控件。 2 2g l s 的发展动态 2 2 1g i s 的出现 g i s 技术起源于二十世纪六十年代，最初主要应用于地理测绘等专业部门。近 年来随着信息技术的飞速发展，尤其是信息技术的普及和计算机软件开发模式的重 大变化，地理信息的处理、分析手段日趋先进，g i s 技术也逐渐成熟。与传统的分 析方法相比，它将过去的手工、静态、以定性分析为主的分析技术推进为多数据源、 时空结合、定量与定性相结合的综合分析技术。如今g i s 已广泛应用于资源调查、 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，并取得了良 好的收益。地理信息系统围绕着计算机技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、 边缘性的学科，是管理和研究空间数据的技术系统，在计算机软硬件支持下，它可 以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理，对数据进行有效管理，研究各 种空间实体及相互关系【i ”。通过对多因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用 需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果，生成并输出各种地 理信息，从而为土地利用、资源管理、环境监测、交通运输、经济建设、城市规划 以及政府部门行政管理提供新的知识，为工程设计和规划、管理决策提供服务。虽 然g i s 起步很晚，但是发展很快，目前已成功地应用到一百多个领域。传统g i s 虽 8 华北电力大学硕士学位论文 然在功能上已经比较成熟，但是由于这些系统多是基于多年前的软件技术开发的， 属于独立封闭的系统；与此同时，g i s 软件正变得日益庞大，用户难以掌握，费用 昂贵。这些都阻碍了g i s 的普及和应用，因此迫切需要一种新的技术来解决这一系 列问题。 2 2 - 2g i s 在国内外的研究现状 国外许多电力企业在日常工作中已经开始应用g i s 解决方案，完成对作业的控 制，整合与监测。企业能够创建、管理、处理并在各部门之间共享综合性空间信息， 从而支持重大决策。采用企业级心f m g i s 解决方案，电力企业能够进一步优化运 营，减少成本，对用户的需求做出迅速有效的响应。g i s 在发展过程中，充分利用 其他领域的成熟技术，其中基于a c t i v e x 技术的组件式g i s ，因其使用方便、兼容 性好、利于集成、很快受到普遍关注和青睐，其典型是：e s r i 公司的m a p o b j e c t ， i n t e r g r a p h 公司的c e o m e d i a ，m a p i n f o 公司的m a p x 等。 目前国内的电力企业除了将正常的人力物力投向设计，施工以为，应该注重专 业应用系统的投入，帮助建立和整理必要的地图信息；注重在部门中应用g i s 解决 方案的加强；注重加大维护输、配电网设施，加大为用户服务的力度，更好的支持 其日常运营的管理信息系统。 北京超图地理信息技术有限公司的s u p e r m a pg i s 产品是国内组件式g i s 的典 型代表，该产品已成功应用在测绘、导航、国土资源管理、水利、电信、林业、气 象、市政管线等各行各业数字化建设事业当中。银川铁路分局规划系统软件g i s 平 台采用了s u p e r m a p 公司的s u p e r m a po b j e c t s 系统。按照实际需求，银川铁路分局 计算技术中心选用了s u p e r m a po b j e c t s 中提供的核心组件、布局组件、拓扑组件、 工作空间管理组件、图例组件和属性表格组件等。以上系统在实际运营过程中取得 了令人满意的效果。 基于网络数据库的电网理论线损管理系统已在秦皇岛电力公司正式运行，同时 通过了华北电管局的测试鉴定准予推广使用。实际的应用表明该系统自动化程度较 高具有较强的实用性，充分发挥了网络的优势，较大地提高了电网管理水平和工作 效率。北京华北电力大学和中国电力科学研究院联合开发的基于g i s 的可视化配电 网理论线损计算子系统系统，用v b 语言进行开发，运用e s r i 公司的a r c o b j e c t ( a o ) 作为控件，关于理论线损的计算，主要描述了按配变容量分配负荷算法的实现，矩 阵a 的构建是整个算法的核心。该系统已经过中国电力科学研究院有关专家的测试， 验收并成功的集成于d m s 系统。 近年来地理信息系统技术发展迅速，其主要的原动力来自日益广泛的应用领域 对地理信息系统不断提高的要求。另一方面，计算机科学的飞速发展为地理信息系 统提供了先进的工具和手段，许多计算机领域的新技术，如面向对象技术、三维技 9 华北电力大学硕士学位论文 术、图像处理和人工智能技术都可直接应用到地理信息系统中。下面我们对当前地 理信息系统研究中的几个热点研究领域作一介绍。 2 2 2 1g i s 中面向对象( 0 b j e c t0 r i e n t e d ) 技术研究 面向对象方法为人们在计算机上直接描述物理世界提供了一条适合于人类思 维模式的方法，面向对象技术在g i s 中的应用( 即面向对象g i s ) 。已成为g i s 的发 展方向。这是因为空间信息比传统数据库处理的一维信息更为复杂、琐碎，面向对 象的方法为描述复杂的空间信息提供了一条直观、结构清晰、组织有序的方法，因 而倍受重视邮】。图2 - 1 展示了面向对象g i s 的一般结构。 图2 - i 面向对象g i s 系统结构 面向对象g i s 较之传统g i s 有下列优点： 所有的地物以对象形式封装，而不是以复杂的关系形式存储，使系统组织结 构良好、清晰； 以对象为基础，消除了分层的概念； 面向对象的分类结构和组装结构使g i s 可以直接定义和处理复杂的地物类 型： 根据面向对象l a t e b i n d i n g ( 后编译) 的思想，用户可以在现有抽象数据类 型和空间操作箱上定义自己所需的数据类型和空间操作方法，增强系统的开 发性和可扩充性； 基于i c o n 的面向对象的用户界面，便于用户操作和使用。 s m a l l w o r l dg i s 是目前面向对象g i s 中最为典型的代表。一些传统g i s 也开始 部分采用面向对象的技术，如：a r c i n f o7 0 ，。i n t e r g r a p h 的t i g r i s ，s y s t e m9 ， f a c e t 系统等。 面向对象g i s 也存在一些尚待进一步研究的问题： 对象的操作仍受硬件条件的限制； 对象的独立性与颗粒度问题： 矢量和栅格数据统一的、支持动态拓扑结构和复合对象表示的面向对象的数 据结构问题。 2 2 2 2 时空系统( s p a t i o - t e m p o r a ls y s t e m ) 1 0 华北电力大学硕士学位论文 传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了其时间特性。在许多应用 领域中，如环境监测、地震救援、天气预报等，空间对象是随时间变化的，而这种 动态变化的规律在求解过程中起着十分重要的作用。过去的g i s 忽略时态主要是受 器件的限制，也有技术方面的原因：近年来，对g i s 中时态特性的研究变得十分活 跃，即所谓“时空系统”f l l 】。 地图除了具有三维空问中的空间性质外，如何刻画时间维的变化也十分重要。 通常把g i s 的时间维分成处理时间维( t r a n s a c t i o nt i m ed i m e n s i o n ) 和有效时间维 ( v a l i dt i m ed i m e n s i o n ) 。处理时间又称数据库时间或系统时间，它指在g i s 中处 理发生的对闻。有效时间亦称事件时间或实际时间，它指在实际应用领域事件出现 的时间。根据处理时间和有效时间的划分，可以把时空系统分为四类：静态时空系 统( s t a t i cs ts y s t e m ) 、历史时态系统( h i s t o r i c a ls ts y s t e m ) 、回溯时态系统 ( r o l l b a c ks t s y s t e m ) 和双时态系统( b i t e m p o r a l s ts y s t e m ) 。 静态时空系统它既不支持处理时间，也不支持有效时间，系统只保留应用 领域的一种状态，比如当前状态； 历史时态系统它只支持有效时间， 问题求解十分重要的应用领域； 回溯时态系统它只支持处理时间， 求解十分重要的应用领域； 这种系统适用于事件实际发生的历史对 这种系统适用于信息系统的历史对问题 双时态系统它同时支持处理时间和有效时间，处理时间记录了信息系统的 历史，有效时问记录了事件发生的历史。 时空系统主要研究时空模型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。 目前比较流行的做法是在现有数据模型基础上扩充，如在关系模型的元组中加入时 间，在对象模型中引入时间属性。在这种扩充的基础上如何解决从表示到分析的一 系列问题仍有待进一步研究。 2 2 2 3 地理信息建模系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nm o d e l i n gs y s t e m 。简称 g i m s ) 通用g i s 的空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的，因为这些领域 都有自己独特的专用模型，目前通用的g i s 大多通过提供二次开发的工具和环境来 解决这一问题【1 钟，如a r c i n f o 提供的进行二次开发的宏语言a m l 。二次开发工具 的一个主要问题是它对于普通用户而言过于困难，而g i s 成功应用于专门领域的关 键在于建立支持该领域特有的空间分析模型。g i s 应当支持面向用户的空间分析模 型的定义、生成和检验的环境。支持与用户交互式的基于g i s 的分析、建模和决策。 这种g i s 系统又称为地理信息建模系统，g i m s 是目前g i s 研究的热点问题之一。 且前实现通用g i s 空间分析功能与各种领域专用模型的结合主要有两种途径。 华北电力大学硕士学位论文 ( 1 ) 松散耦合式。即除g i s 外，借助其他软件环境实现专用模型，其与g i s 之间采用数据通讯的方式联系； ( 2 ) 嵌入式。即在g i s 中借助g i s 的通用功能来实现应用领域的专用分析 模型。 上述两种方式总体上对用户定义自己的专用模型的支持程度都是不够的。目 前的g i s 离支持实现数据集定义、模型定义、模型生成和模型检验的全过程仍有 相当大的距离。 g i s 研究有几个值得注意的动向： ( 1 ) 面向对象在g i s 中的应用。面向对象技术用对象( 实体属性和操作的封 装) 、对象类结构( 分类和组装结构) 、对象间的通讯描述客观世界，为描 述复杂的三维空间提供了一条结构化的途径。这种技术本身就为模型的定 义和表示提供了有效的手段，因而在面向对象g i s 基础上研究面向对象的 模型定义、生成和检验，应当比在传统g i s 上用传统方法要容易得多； ( 2 ) 基于i c o n 的用户建模界面。建模过程中的对象和空间分析操作均以i c o n 形式展示给用户，用户亦可自定义i c o n 。用户在对i c o n 的定义、选择和 操作中完成模型的定义和检验。这种方法较之a m l 这类宏语言要方便和直 观得多； ( 3 ) g i s 与其他的模型和知识库的结合。这是许多应用领域面临的一个非常实 际的问题，即存在g i s 之外的模型和知识库如何与g i s 耦合成一个有机整 体。 2 。2 2 4 三维g i s 的研究 三维g i s 是许多应用领域对g i s 的基本要求。目前的g i s 大多提供了一些较为 简单的三维显示和操作功能，但这与真三维表示和分析还有很大差距。真正的三维 g i s 必须支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库，解决 了三维空间操作和分析问题。主要研究的方向包括： ( i ) 三维数据结构的研究，主要包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据 的可视化； ( 2 ) 维数据的生成和管理； ( 3 ) 地理数据的三维显示，主要包括三维数据的操作，表面处理，栅格图像、 全息图像显示，层次处理等。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 2 3 组件式g i s 技术的提出 2 3 1 组件式g i s 的提出 目前，软件开发领域，一场新的革命正在悄悄兴起，这是由日趋成熟的组件技 术引发的。几年前，当微软公司首先推出o l e ( o b j e c tl i n k i n g e m b e d d i n g ) 的时 候，起初仅是为了增强软件的互操作性。然而在使用过程中，人们逐渐认识到这一 技术背后的实质性内容和它在软件开发中所扮演的重要角色。组件技术是继面向对 象技术后发展起来的一种新的软件工程技术，是面向对