（计算机应用技术专业论文）基于web的电力地理信息系统的研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 电力地理信息系统是利用地理信息系统技术，实现电网安全运行、维护、管理 和经营活动正常运转的一门综合性的科学和技术。传统的电力地理信息系统多采用 基于文件共享的低级分布式结构，成本高，操作复杂。为此，本文提出一种基于w e b 的配电网地理信息系统解决方案，该方案采用三层结构的理论进行系统构架，通过 空间数据库o r a c l es p a t i a l 存储地理信息数据，并着重研究了电力地理信息系统 空间数据建模的方法，最后利用研究成果开发了献县供电公司w e b g i s 系统，并投 入运行。实践结果表明基于w e b 的电力地理信息系统具有大规模降低成本、操作简 单、充分利用系统资源等优点，得到了相关部门的好评。 关键词：w e b g i s ，配电网，空间数据模型，m a p x t r e m e a bs t r a c t t h ep o w e rg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e mi sak i n do fs y n t h e t i cs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y i tm a k e su s eo fag e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e mt e c h n o l o g yt or e a l i z et h e p o w e rn e t w o r k sn o r m a la c t i v i t i e s ，s u c ha ss a f er u n n i n g ，m a i n t e n a n c e ，m a n a g e m e n ta n d o p e r a l i o n m o s to ft h e t r a d i t i o n a lp o w e rg e o g r a p h yi n f o r m a t i o n s y s t e ma d o p t s l o w - c l a s sd i s t r i b u t e ds t r u c t u r ew h i c hi sb a s e do nt h es h a r eo ff i l e s ，s ot h ec o s ti sv e r y h i 9 1 la n dt h eo p e r a t i o ni sv e r yc o m p l i c a t e d f o rt h i sp u r p o s e ，t h i sp a p e ra d d r e s s e sa s o l m i o np r o g r a mo fp o w e rg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do nt h ew e b t e c h n o l o g y t h i sp r o g r a ma d o p t st h et h e o r yo ft h r e e - t i e r e ds t r u c t u r et of r a m et h es y s t e m a n du s e so r a c l es p a t i a lt or e s t o r ei n f o r m a t i o nd a t a i tf o c u s e so nt h em e t h o do f m o d e l i n gs p a t i a ld a t ao fp o w e rg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m f i n a l l y ，t h ew e b g i s s y s t e mo fp o w e rs u p p l y i n gc o m p a n yi nx i a nt o w ni sd e v e l o p e db yu t i l i z i n gt h e s o f t w a r ep r o d u c ta n dm a d ei n t oc i r c u l a t i o n t h ep r a c t i c er e s e ti n d i c a t e st h a tt h ep o w e r g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e d o nw e bt e c h n o l o g yh a st h ea d v a n t a g e so f r e d u c i n gc o s to nal a r g es e r e ，o p e r a t i n gb r i e f l y ，a n dm a k i n gf u l lu s eo fs y s t e mr e s o u r c e s t h e r e f o r e ，i to b t a i n sh i 曲p r a i s eo f r e l a t i v es e c t o r s n aq i o n g l a n ( 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 u y o u c h a n ， k e yw o r d s ：w e b g i s ，d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，s p a t i a ld a t am o d e l ，m a p x t r e m e 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于w e b 的电力地理信息系统的研 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己在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：童i 臣筮! 困日期：2 1 1 ：1 2 f 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：翌邃i 霹 导师签名： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景及意义 第一章引言 地理信息系统是融计算机图形学和数据库以及信息系统于一体的、存储和处理 空间信息的高新技术。它是一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为一体 的新兴学科，是在计算机软件和硬件支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科 学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供规划、管理、决策和研究所需 信息的空间信息系统。地理信息系统把地理位置和相关属性有机地结合起来，根据 实际需要准确真实、图文并茂地输出给用户。可以借助其独有的空间分析功能和可 视化表达，进行各种辅助决策，g i s 的这些特点已使其成为现代社会必不可少的基 础设施，渗透至生产生活的每一方面。 随着世界范围i n t e r n e t 环境的形成，全球正进入一个以网络为中心的计算时 代。以网络中心计算为特征的i n t e r n e t 有着管理集中、系统升级方便、信息高度 分散、共享程度高、可伸缩扩展性强等优点，具有高度的开放性和灵活性，同时具 备高速度和安全性，真正投资于应用而不是计算机本身。基于w e b 的地理信息系统 将结合w e b 技术、g i s 技术和数据库技术，以一种新的工作模式和新的数据共享机 制广泛应用于各种涉及地理信息的领域，为全球范围用户提供信息和服务，其实现 具有重大意义。w e b g i s 可以简单定义为在i n t e r n e t 上的g i s ，它是利用互联网技 术和w 册技术，完善和扩展传统地理信息系统功能的一门新技术。通过它，人们可 以在广阔的i n t e r n e t 空间中寻找所需的各种空间数据以及相关的文本数据，而且 可以进行各种各样的空间分析。在互联网环境下，w e bg i s 可以使全社会范围内各 领域、各部门之间的空间数据信息实现共享，极大地提高了空间信息的维护、发布 和查询效率。 本论文的背景是献县供电公司地理信息系统的开发项目该项目要求利用w e b g i s 技术，把现有的调度自动化实时系统等各种系统集成，采用图形、图像、文字、 数据混合处理的方法，应用g i s 和m i s 相结合的原则处理各类信息，为配电网各职 能部门提供科学依据和最优化数据，从而在配电网的规划、基建、生产和科研等方 面进行高层次的管理。 1 2 国内外研究进展 目前对于w e b g i s 软件技术的研究集中在空间数据模型、空间数据结构、空间 数据传输协议、分布式策略、网络环境下的空间信息组织管理等方面，都是遵循g i s 华北电力大学硕士学位论文 理论和g i s 标准的研究结果，基于t i n t e r n e t 网，采用b r o w e r s e r v e r 体系结构或 多级b r o w e r s e r v e r 体系结构，利用分布式面向对象技术如c o r b a 、d c o m a c t i v e x 、 c o m + 或者j a v a ，或者几种分布式对象技术的综合使用，来构造w e b g i s 。 w e b 地理信息服务标准制定的目的在于基于网络空间共享和互操作目前最主 要的推动者是o g c ( o p e ng i sc o n s o r t i u m ) ”1 o g c 为w e b 信息服务制订的一系列标准 包括：w e bm a ps e r v i c e ( w m s ) 、w e bf e a t u r es e r v i c e ( w f s ) 、w e bc o v e r a g e s e r v i c e ( w c s ) 、w e br e g i s t e rs e r v i c e ( w r s ) 等。为便于数据交换，o g c 将x m l 扩展 成了g m l ( g e o g r a p h i cm a r k u pl a n g u a g e ) 。为规范空间数据在数据库中的存储格式， 0 g c 推出了s f s ( s i m p l ef e a t u r es p e c i f i c a t i o nf o rs q l ) ，i s o 推出了s q l 蹦( s q l 多媒体及应用包) 。 在w e b g i s 的体系结构方面，最新的计算机技术被充分应用组件g i s 、基于中 间件的w e b g i s 、基于w e bs e r v i c e 的w e b g i s 体系结构、基于j 2 e e 或者n e t 的 w e b g i s 应用框架纷纷出现，使得w e b g i s 的可扩展性、用户二次开发的便利性都有 了很大程度的提高。 海量空间数据的组织和管理一直是w e b g i s 应用中的难题。最初的方式是将图 形数据和属性数据均存放在文件系统之中，有w e b g i s 软件统一进行管理，实现起 来非常繁琐。随着关系型数据库的出现，数据图形和属性数据分开存储，图形数据 使用文件存储而属性数据使用关系型数据库进行存储。当空间数据库出现之后，图 形数据和属性数据一体化存放在空间数据库之中。当前主流的空间数据引擎有e s r i 的a r c s d e 、m a p i n f o 的s p a t i a l w a r e ，空间数据库则以o r a c l es p a t i a l 6 】、d b 2 等最为常用。 常见的w e b g i s 软件公司有e s r i 公司的a r c i m s 、m a p l n f o 的m a p x t r e m e 嘲、 a u t o d e s k 公司的m a p g u i d e 等。国内的w e b g i s 软件有g e o b e a n s 地图服务器和客户 端a p p l e tm a p e x p r e s s 、s u p e r m a p 、g e o s t a r 等。当前的w e b g i s 产品支持多种操作 系统，如a r c l m s 、m a p x t r e m e 等。他们要么使用j 2 e e 跨平台的技术构架，要么具 备有面向不同操作系统的版本。同时，流行的w e b g i s 软件支持采用可伸缩性的系 统构架，支持从瘦客户端到胖客户端的多种应用模式。 电力w e b g i s 系统作为电力信息系统的重要组成部分，在电力行业的应用由来 已久。电力企业的数字化、信息化建设在国外起步较早，并已经深入应用到电力的 生产、传输、销售、服务等各个方面。其中的成功案例不少，比如华北电网公司、 华东电网公司、北京供电公司、天津供电公司，上海供电公司，尤其是上海市区供 电公司的沪西供电分公司，其w e b g l s 系统在投入使用后基本成了全公司信息系统 的核心部分之一，深入的应用到生产的各个部门，并随着需求的扩展不断完善和升 级，称之为电力w e b g i s 应用的典范。但是除了一些有实力的电力公司，大部分地 2 华北电力大学硕士学位论文 市级供电公司尤其是县级供电公司都没有其w e b g i s 系统，他们在配电网g i s 中的 应用一般限于单机版本和小型局域网内部使用，主要采用c s ( c 1 i e n t s e r v e r 客 户机服务器) 模式，结构简单，但是一旦多用户同时进行查询或修改，服务器压力 很大，经常造成网络阻塞，而且操作复杂，须经过一段时间的培训，相关人员才可 胜任工作，效率很低。 空间数据是电力企业任何应用的核心，在这个核心的基础上，能够方便地搭建 新的应用、能够完美地集成和发展既有的应用。地理信息管理系统( g i s ) 运用软 件技术对电力系统空间基础数据进行计算机管理，形成一个具有空间概念( 地理环 境信息) 和基础信息( 配电网资料及用户资料) 的分层管理基础数据库，既能方便 地进行查询和管理，又为电力系统运行管理提供一个有效的、具有地理信息的网络 模型。并为配电自动化管理系统( d m s ) 提供基础数据平台，支持d m s 系统业务应 用软件的开发和其它功能的实现。传统的空间数据存储一般采取低级共享的方式， 由客户端访问服务器的共享文件夹读取空间数据，而属性数据如巡线管理、缺陷管 理等存储在关系型数据库( s q ls e r v e r 、o r a c l e 等) ，有的时候其它管理系统需要 调用空间数据的时候，须专门设计程序把空间数据从服务器共享文件夹上传到关系 型数据库，降低了信息的利用率，而文件共享这种方式只适合局域网，安全性低， 可靠性差，弊端较多。 为此，本文采用紧跟地理信息系统的最新发展的方向w e b g i s ，采用空间数据库 o r a c l es p a t i a l 存储地理信息数据，开发了县级供电公司地理信息系统，并且结合 配电网管理，采用b s ( b r o w s e r s e r v e r 浏览器服务器) 模式，让所有联网的计 算机，无论局域网还是广域网用户都能够方便地快速访问，实现了更广泛的信息共 享，由于其采用成熟的关系型数据库存储空间数据，无疑增加了系统的安全性和可 靠性，使软件的技术处于同行业先进水平。 1 3 本文的主要工作 本文针对献县供电公司配电网设备管理模式的特征，基于地理信息系统理论和 w e b g i s 技术对配电网设备管理方式进行了分析，根据需求设计与开发了基于w e b g i s 的配电网地理信息系统。主要包括以下几个方面的内容： 1 w e b g i s 理论研究 随着i n t e r n e t i n t r a n e t 的迅速发展，使得i n t e r n e t i n t r a n e t 上实现g i s 成 为可能。本文首先介绍了w e b g i s 的基本概念，然后介绍了w e b g i s 的特点，最后研 究了实现w e b g i s 技术的途径和方法。 2 配电网w e b g i s 中空间数据模型的研究 3 华北电力大学硕士学位论文 首先介绍了数据模型的基本概念，然后通过对配电网特性的分析。给出了配电 网信息结构模型，最后详细分析了配电网w e b g i s 的空间数据模型和属性数据模型， 以及它们之间的联系。 3 配电网w e b g i s 中空间数据库的设计 首先讨论了空间数据库的设计原则、数据来源，属性数据与空间数据的连接方 法，然后给出了空间数据库的信息图层划分方法，数据的编码方法，最后给出了数 据字典的设计示例和建库流程。 4 配电网w e b g i s 系统设计 首先介绍了配电网w e b g i s 的设计原则，提出了一种基于三层结构的配电网 w e b g i s 模型，最后把系统分为地图管理、设备管理、查询统计、线路巡查及缺陷管 理四个模块，并进行逐一分析设计。 5 系统实现及关键技术 鉴于篇幅有限，着重给出了地图浏览、地图编辑、地图导出、地图查询、“鹰 眼”和路径分析的实现方法。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章w e b g i s 理论研究 自2 0 世纪9 0 年代后期以来，互连网( i n t e r n e t ) 技术得到了迅速的发展，几 乎进入人类社会的各个领域，对社会文明的进步和经济的发展产生了极为深远的影 响，i n t e r n e t 技术正在改变着整个世界。基于i n t e r n e t 的b r o w s e r s e r v e r 体系结 构的应用模式已经成为一种新的工业标准，被广泛用于信息的发布、检索等诸多领 域。毫无疑问，互连网已经成为当今世界最大的信息网络。 g i s 技术的飞速发展虽然作为地理信息的电子化、可视化、网络化、中央存储 管理化带来了重大革新，但地理信息只限于局域网络内部使用，而社会对地理信息 的需求在不断增长。i n t e r n e t 技术的迅速发展为g i s 提供了一种崭新而又非常有效 的地理信息载体，尤其是“数字地球”概念的提出引起了人们对g i s 技术的广泛关 注，已经成为新的研究热点。这种技术把多维虚拟现实技术( h y p e r h r ) 、计算机技 术、遥感技术( r s ) 、地理信息系统( g i s ) ，全球定位技术( g p s ) 、网络技术、通 讯技术等融为一体。g i s 的网络化应用趋势已成为必然，以单机或局域网为操作平 台的工作模式终将被i n t e r n e t 操作平台所取代。 2 1w e b g i s 基本概念 万维网地理信息系统( w e b g i s ) 是指基于i n t e r n e t 平台、客户端应用软件采 用w w w 协议运行在万维网上的地理信息系统”1 平常人们也将这一技术通称为互连 网地理信息系统，即：互联网g i s ，因特网g i s ，i n t e r n e tg i s 。它是利用互联网 技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术，其核心是在地理信息系统中嵌入 h t t p 和t c p i p 标准的应用体系，实现互联网环境下的空间信息管理等地理信息系 统功能。由于w e b 仅是基于互连网技术而发展起来的一种技术，从更广泛的意义上 讲，w e b g i s 仅是互连网地理信息系统( i n t e r n e tg i s ) 中的一种。随着技术的进步， 客户端也可能采用新的应用协议，产生新协议环境下的互连网地理信息系统。总之， 它是地理信息系统技术和互连网技术相结合产生的一种崭新的、革命性的新技术， 使基于地图( 图形、图像) 的应用系统得以通过互连网技术在各行各业中得到广泛 的应用。 w e b g i s 是由多主机、多数据库与多台终端，通过i n t e r n e t i n t r a n e t 连接而组 成的实际上w e bg i s 常常是通过i n t e r n e t 连接大量的、分布在不同地点的不同 部门的独立g i s 系统组成。由于w e b g i s 具有客户端服务器结构，因而客户端具有 获得各种空间信息和应用的功能，在服务器端系统向客户端提供信息或系统具有获 得各种空间信息和应用的功能。对于g i s 应用来说，人们要求在互连网上不仅能浏 5 华北电力大学硕士学位论文 览文字信息，而且需要浏览大量的动态交互图形信息，并且不同的用户有着不同的 需求。静态主页不能满足要求，需要采取双向交互式方法的动态主页来实现，即根 据用户定制从数据库里查询数据生成页面，分发给用户。 w e b g i s 开拓了地理信息资源利用的新领域，为g i s 信息的高度社会化共享提供 了可能，为g i s 信息的提供者和使用者提供了有效途径，为传统地理信息系统的发 展提供了新的机遇。它改变了g i s 数据信息的获取、传输、发布、共享、应用和可 视化等过程和方式。互连网为g i s 数据提供者在1 r 啊( w o r l dw i d ew e b ) 上提供了 方便的g i s 数据信息发布与共享方式。这样的信息正在以惊人的速度增长，很多g i s 数据信息可以在w w w 上获得。在线的空间数据仓库、库目录为w 椰用户提供在线数 据服务，使任何地方的任何i n t e r n e t 用户都可获得他们所感兴趣的地理信息，使 地理信息真正成为整个社会的共同财富。用户不必购买昂贵的g i s 软件，可直接通 过i n t e r n e t 获取g i s 数据和使用g i s 分析功能，以满足不同层次用户对g i s 数据 的使用需求。万维网已经成为地理信息系统新的操作平台。 2 2w e b 6 i s 主要特点 1 基于i n t e r n e t i n t r a n e t 标准 w e b g i s 支持t c p i p 和h t t p ( 超文本传输协议) ，采用标准的h t m l 浏览器作 为应用外壳。支持通信标准对w e b g i s 来说是至关重要的。支持t c p i p 和h t t p ，就 是意味着w e b g i s 能与任何地方的数据相连，不论是单位内部或外部。实现这一层 次的网络协议标准化是实现其他所有功能需求的基础和前提，也是w e b g i s 结构优 越性的前提。表2 - i 为w e b g i s 体系结构所支持的主要技术标准。 2 分布式服务体系结构 分布式服务体系结构是在客户端和服务器端都能提供活跃的、可执行进程的体 系结构，它能有效地平衡两者之间的处理负载，诸如动态提取数据子集并进行分析 的进程任务，一般应当在服务器端执行，而不是在客户端；空间信息查询集的选定 和按比例缩放地图则适合在客户端执行。这种在客户机与服务器之间的进程分布式 处理，最大限度地发挥了现有计算机硬件资源的利用率。把数据量集中的任务放在 服务器上，使得应用程序能支持其他的网络请求，分布式处理显著地降低了带宽要 求并提高了系统的性能。它允许用户嵌入自己定制的g i s 服务，使用的数据既可以 是本地的也可以是分布的数据集，从而使传统g i s 向分布式g i s 转变。 3 发布速度快、范匿广、维护方便 由于运用i n t e r n e t 技术，w e b g i s 的信息更新之及时、发布速度之快、发布范 围之广是传统地理信息系统难以比拟的。w e b g i s 包括许多应用服务，如制图、查询、 6 华北电力大学硕士学位论文 地理编码等。传统的地理信息系统，当用户规模有所扩大，数据有所变更之后，都 需对原有系统做大量的改动。而在w e b g i s 中，则只需维护服务器端的一套数据， 客户端就能及时看到更新的数据。 袭2 - 1w e b g i s 体系结构支持的各种标准 基础技术项目 网络通讯协议t c p i p 文档和文件传输 h t t p 文档显示与应用程序集成 h 1 1 l l 应用程序传送 客户端集成 p l u g i n ，a c t i v e x ，j a v aa p p l e t 服务器端集成c g i ，服务器a p i ，j a v a 应用程序扩展 客户端扩展h t m l ，j a v a s c r i p t ，v b s c r i p t 服务器端扩展c g i ，服务器a p i ，j a v a 4 数据来源丰富、分布存储 w e b g i s 能充分利用已有的g i s 数据资源和属性数据库数据，将常用的多种g i s 数据转换成自己的空间数据格式和相应的关系数据库，保护用户的先期投资。服务 器端的g i s 数据( 包括图形和属性数据) 不需要全部集中在一台机器上，可以分散 安装在不同的多台机器上，这些机器可分布在空间距离很远的地方，只要通过 i n t e r n e t i n t r a n e t 相联就可以。这种分散存储数据的方式对于降低负载，加快访 闯速度，降低成本等方面都很有帮助。这是w e b g i s 的一个极其重要的优势。 5 用户界面友好 w e b g i s 使用标准的i n t e r n e t 浏览器作为用户使用界面和工具，通过与用户交 互定制网页。开发工具丰富，功能强大。所开发的用户界面具有较强的多媒体效果， 甚至使人获得虚拟现实的感受；并且操作简单明了，形象直观，一般用户也能使用。 6 系统建设投资少 利用i n t e r n e t 的基础设施，以较少的投资就可以建立一套覆盖整个企业或全 行业甚至全世界的空间信息发布体系。终端用户不需要购买任何专门的g i s 软件， 就可以享受到真正的、实时的g i s 信息服务。 7 系统安全性 7 华北电力大学硕士学位论文 有的w e b g i s 软件( 如a u t o g u i d e ) 具有对数据访问的安全控制。通过口令密码 可以限制访问人员的范围以及可以访问的内容。对于面向全社会的专业信息系统， 在实际应用中，往往要求根据不同的用户( 如行政首长、各级部门工作人员、一般 用户等) 提供相应的信息。一般来说系统的安全性应具有三个方面的意义：一是系 统自身的坚固性，即系统应具备对不同类型和规模的数据和使用对象都不能崩溃的 特质，以及灵活而强有力的恢复机制；二是系统应具备完整的权限控制机制以保障 系统不被有意或无意地破坏；三是系统应具备在并发响应和交互操作的环境下保障 数据安全和一致性。 8 系统协同性 遍布全球的代理商可以直接为用户发布数据并提供服务。用户可以将广泛分布 的数据和本地数据结合在一起，使不同地区的计算机主机协同工作。这种技术使得 全球的存储在g i s 数据库中的现有空间信息发挥出巨大效力。w e b g i s 的用户可以在 任何时间、任何地点共享和使用彼此的数据。任何人通过一个简单的浏览器界面就 可以访问经过复杂的专业的g i s 分析产生的数据。通过不断提高的访问g i s 信息的 能力，全社会和各种组织作为一个整体将会更有效地利用现有的空间数据资源。 2 3w e b q i s 主要开发方法 1 c g i 方法伸1 c g i 是一个用于w e b 服务器和客户端浏览器之间的特定标准，它允许网页用户 通过网页的命令来启动一个存在于网页服务器主机的程序( 称为c g i 程序) ，并且 接收这个程序的输出结果，如图2 - 1 所示。当用户发送一个请求到 e b 服务器， w e b 服务器通过c g i 把该请求转发给后端运行的g i s 服务程序，由g i s 服务器 生成结果交给w e b 服务器，w e b 服务器再把结果传递到客户端进行显示。但是这 种方法的缺点是对每一个客户请求都要重新启动一个新的服务进程，当有多个用户 请求时，会导致服务器负担加重。实际上，由于设计的原因，大多数g i s 软件不 能直接作为c g i 程序连接到w e b 上，但是，可通过以下两种技术解决： ( 1 ) 用c g l 启动后端的批处理制图软件。用户可以直接在计算机终端一行一 行地输入指令来制图。但是用户的每一个要求都要启动相应的g i s 软件，如果软 件较大，等待时间就会很长。 ( 2 ) c g i 启动后端g i s 软件jc g i 和后端g i s 软件的信息交换是通过进程 间通讯协议( i p c i n t e rp r o c e s sc o m m u n i c a t i o n ) 来完成。由于g i s 软件是消息 驱动的，c g l 只要通过发送消息，驱动g i s 软件执行特定操作即可，不需要每次 重新启动。 8 华北电力大学硕士学位论文 图2 1c g i 工作原理 2 s e r v e ra p i 方法 s e r v e ra p i 类似于c g i ，不同之处在于c g i 程序是单独可以运行的程序，而 s e r v e ra p i 往往依附于特定的w e b 服务器，如m i c r o s o f ti s a p i 依附于 i i s ( i n t e r n e ti n f o r m a t i o n s e r v e r ) ，只能在w i n d o w s 平台上运行，n s a p i ( n e t s c a p e s e r v e ra p i ) 应用程序只能与部分来自n e t s c a p e i p l a n e t 的w e b 服务器相兼容； 基于s e r v e ra p i 的动态连接模块启动后会一直处于运行状态，而不必像c g i 那样 每次都要重新启动，其速度较c g i 快。这种方法的缺陷在于它需要依赖特定的服务 器和计算机平台。 3 插件p l u g _ i n 方法 浏览器插件是指能够同浏览器交换信息的软件，第三方软件开发商可以开发插 件以使浏览器支持其特定格式的数据文件。利用浏览器插件，可以将一部分服务器 的功能转移到客户端。 利用c g i 或者s e r v e ra p i ，虽然增强了客户端的交互性，但是用户得到的信 息依然是静态的用户不能操作单个地理实体以及快速缩放地图，任何g i s 操作， 如放大、缩小、漫游等操作都需要服务器完成并将结果返回，当网络流量较高时， 系统反应就会变慢解决该问题的一个办法是利用插件技术。g i s 插件不但能够增 加测览器处理地理空间数据的能力，而且对于w e b g i s 而言，插件处理和传输的是 矢量格式空间数据，其数据量较小，网络也只需将g i s 数据一次性传输，这样就 加快了用户操作的反应速度，减少了网络流量和服务器端负载。插件的不足之处在 于，与运行平台，操作系统，及g i s 数据类型相关，即对于不同的g i s 数据，不 同的操作系统，不同的浏览器需要有各自不同的g i sp l u g _ i n 支持；在应用时，它 需要先下载安装，然后才能使用，对多种g i s 数据类型，还必须安装多个g i s p l u gi n 程序，给使用造成了不方便。 4 a c t i v e x 方法 另一项可以实现w e b g i s 的技术是a c t i v e x ，它是在微软公司o l e 技术基础 9 华北电力大学硕士学位论文 上发展起来的因特网技术，可以象j a v aa p p l e t 一样嵌入到h t m l 文件中，在因 特网上运行。g i sa c t i v e x 控件用于处理g i s 数据和完成分析。w e b 浏览器发出 g i s 数据显示操作请求；w e b 服务器接受到用户的请求，进行处理，并将用户所要 的g i s 数据和g i sa c t i v e x 控件传送给w e b 浏览器：客户端接受到w e b 服务器 传来的g i s 数据和g i sh c t i v e x 控件，启动g i sa c t i v e x 控件；对g i s 数据进 行处理，完成g i s 操作。g i sh c t i v e x 模式具有g i sp l u gi n 模式的所有优点， 同时，h c t i v e x 能被支持o l e 标准的任何程序语言或应用系统所使用，比g i s p l u gi n 模式更灵活，使用更方便。与j a v a h p p l e t 相比，其缺点是h c t i v e x 控 件只能运行于m s w i n d o w s 平台。目前只有i e 全面支持，在n e t s c a p e 中则必须 有特制的p l u g i n 才能运行，兼容性较差；另外，a c t i v e x 控件可以对用户进行 磁盘读写操作，因此安全性不高。 5 j a v aa p p l e t 方法 w e b g i s 插件可以和浏览器一起有效地处理空间数据，但是其明显的不足之处在 于计算集中于客户端，称为“胖客户端”，而对于c g i 方法以及s e r v e ra p i 方法， 数据处理在服务器端进行，形成“瘦客户端”。利用j a v a 语言可以弥补许多传统 方法的不足。j a v aa p p l e t 嵌入在h t m l 文件中，当浏览器下载该h t m l 文件时，a p p l e t 代码也被下载到客户机上，由浏览器解释执行。用j a v ah p p l e t 实现w e b g i s ，优 点是h p p l e t 从服务器被下载到客户端，不需要安装，与平台和操作系统无关；由 于j a v a 语言本身支持网络功能，可以实现a p p l e t 与服务器程序的直接连接，从 而使数据处理操作既可以在服务器上实现，又可以在客户端实现。不足之处在于， g i s 操作能力有限，处理大型的g i s 分析能力( 空间对象的拓扑计算，缓冲区计 算等) 的能力不足，无法与c g i 方式相比；g i s 数据的保存，分析结果的存储和 网络资源的使用能力也都较有限。如图2 2 所示。 图2 - 2j a v aa p p l e t 工作原理 l o 华北电力大学硕士学位论文 第三章配电网w o b g l 8 中空间数据模型的研究 数据模型( d a t am o d e l ) 是描述数据库的概念集合，包括精确描述数据、数据 关系、数据语义及完整性约束条件的概念嘲。按照国内g i s 专家王家耀的地理抽象 层次模式，地理数据模型是g i s 系统抽象的中间层，即建立g i s 的逻辑数据模型， 称之为o i s 的空间数据模型。空间数据模型是关于现实世界中空间实体及相互间联 系的概念。是建立在对地理空间的充分认识与完整抽象的地理空间认知模型( 或概 念模型) 的基础上，并用计算机能够识别和处理的形式化语言来定义和描述现实世 界地理实体、地理现象及相互关系，是实现世界到计算机世界的直接映射。空间数 据库模型为描述空间数据组织和设计空间数据库提供基本方法，是g i s 空间数据建 模的基础。 空间数据模型的发展是与数据库技术的发展密切相关的。第一代层次与网状数 据库( 以1 9 6 9 年m m 公司研制的i m s 为标志) 带动了g i s 层次数据模型( h i e r a r c h i c a l m o d e l ) 和网络数据模型( n e t w o r k d a t a m o d e l ) 的发展；第二代关系数据库( 以o r a c l e ， s q ls e r v e r ，s y b a s e 为代表) 带动了g i s 关系型数据模型的发展和成熟。而面向对 象的数据模型技术对数据库技术的发展发生了深远影响，成为第三代数据库系统的 主要标志，。进而也促进了新的g i s 面向对象数据模型( o b j e c t o r i e n t e dd a t a m o d e l ) 的发展。第三代数据库系统的一个重要特征是数据库技术与其它技术的相互结合， 表现为分布式数据库、工程数据库、演绎数据库、多媒体数据库、地理数据库等新 技术层出不穷，进而也带来了g i s 超图数据模型的研究与发展。 3 1g i s 空间数据模型 为了能够利用信息系统工具来描述现实世界，并解决其中的问题，必须对现实 世界进行建模。对于地理信息系统而言，其结果就是空间数据模型。目前广泛应用 的数据模型是基于平面图的矢量数据模型和基于连续铺盖的栅格数据模型。 1 栅格数据模型 栅格模型由规则的正方形或矩形栅格组成，每个栅格代表一个像元。栅格数据 结构实际上就是像元阵列，像元由行列号确定它的位置。点状实体在栅格数据结构 中表示为一个像元：线状实体则由在一定方向上连接成串的相邻像元集合，面状实 体表示为聚合在一起的相邻像元集合。其特点是：描述区域位置明确，属性明显， 数据结构简单，易与遥感结合，但是难以建立地物间的拓扑关系，图形质量低且数 据量大。 2 矢量数据模型 华北电力大学硕士学位论文 矢量方法强调了离散现象的存在，由边界线( 点、线、面) 来确定边界，因此可 以看成是基于要素的。最常见的例子就是地表高程。 矢量数据模型是用离散的线或点来描述地理现象及特征，在矢量数据中，点是 空间的一个坐标点，线由多个点组成矢量弧段，面是由曲线段组成的多边形，其特 点是：能以最小存储空间精确地表达地物的几何位置，面向目标的操作，精度高， 但是数据结构复杂且难以同遥感数据结合，且难于处理位置关系( 如求交，包含) 。 3 两种模型的比较分析 矢量数据以点、线、面方式编码并以( x ，y ) 坐标串储存管理，是表现离散空 间特征的最佳方式；栅格数据( 扫描图象或照片) 是通过一系列网络单元表达连续 地理特征；g i s 系统应用中应结合矢量、栅格数据，取长补短。栅格和矢量数据最 根本的不同在于表达空间的方法。栅格结构采用面域来直接描述空间目标对象；而 矢量结构通过记录目标的边界，用边界来表达空间目标对象的面要素。表3 - 1 是矢 量模型与栅格模型的比较“”，通过比较，不难发现： 表3 一l 矢量模型与栅格模型的比较 矢量模型 栅格模型 数据存储量小数据结构简单 空间位置精度高 各种地图叠合分析方便 优 空间关系描述全面，对线状、网容易描述边界复杂、模糊的事 络状事物的分析方便 物。便于处理三维连续表面 点 空间和属性数据综合查询与更 能直接处理数字图象信息 新方便 能直接用栅格状设备输出图形 普通地图可直接手工数字化 数据结构复杂 数据存储量大 缺 多种地图叠合分析较困难 空间位置精度低 点 边界复杂、模糊的事物难以描述 难以表达线状、网络状的事物 不能直接处理图像信息 输出地图不美观 普通地图须按矢量方式数字化 ( 1 ) 栅格模型的最大特点是不同类型的空间数据层不需要经过复杂的几何计 算就可以进行叠加操作。栅格数据表达非常适于模拟空间的连续变化，特别适于属 性特征的空间变化程度很高的区域，如卫星图像上所表现的海岸带分布。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 矢量模型表达的空间数据文件比栅格文件占用的存储空间要少，它非常 适合表达地图上的图形目标，点和一些小的多边形都能被精确地表达。 应该根据实际应用对象的特点来决定选择矢量模型还是栅格模型。一般来说， 对于大范围小比例的自然资源、环境、农业、地质等区域问题的研究，城市总体规 划阶段的战略布局研究，栅格模型比较合适。对于城市的地区或详细规划、土地管 理、公共事业管理和配电网管理方面的应用，矢量模型比较合适。由于矢量模型和 栅格模型各自不同的使用特点，所以目前大多数的g i s 系统都同时支持矢量模型和 栅格模型，以充分利用这两种数据模型的优点。 3 2 电力g is 系统的数据模型 由以上分析可知，栅格数据结构和矢量数据结构有各自的特点与适用范围。对 于与r s ( 遥感) 数据、格网数字地面模型数据相结合的地理信息系统，栅格结构是 必不可少的：而对于地图数字化、拓扑检测、矢量绘图等功能，矢量结构又是必不 可少的。这样，可以得出一个合理又行之有效的方法：两种结构并存，必要时通过 计算机程序来实现两种结构之间的转化。 由于电力地理信息系统是建立在国家基础信息地理信息系统的基础之上，需要 添加大量的多维地理实体，如变电站、杆塔、电缆等电力设备，这些设备之间还存 在重要的地理空间联系；电力地理信息系统所依赖的地理信息来自于电力部门长期 使用并且相对改变不大的电力设备管理系统，一般并没有采用r s 数据信息，而主 要是采用数字化方法输入相关电力设备信息。 另外，由于在电力g i s 系统中最重要的部分就是数据，且空间数据占有较大比 重，而目前g i s 系统中通常同时又支持栅格模型和矢量模型，因此应根据配电网的 特征，合理设计适于d m s ( 配电自动化管理系统) 管理的数据组织方法。在电力系 统实际应用中，人们更关心如何根据s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t a a c q u i s i t i o n ，数据采集与监视控制系统) 等系统实时采集的电网数据来进行电网 动态拓扑分析，从而了解电网运行状况，实现对电网运行的有效管理。由于在电力 系统中处理的大量对象都是点对象( 开关、变压器等) ，而矢量数据模型在反应网 络信息方面( 如管线、交通等) 具有独特的优势，并在表示电力线路这样的线状地 物方面具有直观性，便于进行网络分析。 所以，在这种实际情况下，为节省数据存储空间以及减少模型相互之间的转化 时间，应该主要采用矢量结构来建立电力系统的地理信息系统。 3 2 1 配电网特征分析 配电网主要由l o k v 及以下的配电线路和配电变压器等组成，其作用是