（电力系统及其自动化专业论文）移动数据库技术在输电线路巡检中的应用.pdf

t h e a p p l i c a t i o no fm o b i l ed a t a b a s et e c h n o l o g yi n p o w e rl i n ep a t r o ls y s t e m m a j o rm a j o r ：p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n g r a d u a t es t u d e n tz h o n g q i n g x i a n g a d v i s o rz h o ub u x i a n g i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to f h a r d w a r ea n dw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y ，t h ep r o g r e s so f m o b i l ec o m p u t i n ga n dm o b i l ed a t a b a s et e c h n o l o g yi s a c c e l e r a t i n g ，a n da r eu s e dm o r ea n dm o r ew i d e l y m o b i l ed a t a b a s e ，n a m e l y , i sa d a t a b a s et h a tc a r lb em o v e d i th a ss o m ec o m m o nc h a r a c t e r i s t i cw i mt h ep o w e rl i n e p a t r o ls y s t e m ，t h a tt h er e a s o nw h y i tc a nb ea p p l i e di np o w e rl i n ep a t r o ls y s t e m t h et h e s i sp r e s e n t st h ec o n c e p t so ft h em o b i l ec o m p u t i n ga n dm o b i l ed a t a b a s e f i r s t t h e nc o m e st h ei n t r o d u c t i o no ft h er e l a t i v et h e o r i e so nt h ee m b e d d e dm o b i l e d a t a b a s e ( e m d b ) a n dp o w e rl i n ep a t r o l l i n gf l o wa n dt h ed e f e c td i s p o s a lm e t h o di n d e t a i l l a t e r , w ea n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fb o t ht h el i n ep a t r o la n dt h ee m d bf o r t h e i rc o n m l o r m e s s t h a ti st h er e a s o nw h ye m d bc a nb eu s e di np o w e rl i n ep a t r o l s y s t e m i nc o m b i n a t i o no ft h ef o r e g o i n gt h e o r i e s ，w ee x p a t i a t ea ne x a m p l eo ft h e p o w e rl i n ep a t r o ls y s t e mu s i n gm o b i l e d a t a b a s et e c h n o l o g y w ec a ns e ei nt h e e x a m p l et h a tm o b i l ed a t a b a s et e c h n o l o g yc a nb eg r e a t l yu s e di nt h el i n ep a t r o l s y s t e ma n d e v e ni nt h ew h o l ep o w e rs y s t e m i nt h ea r t i c l e sf i n a lp a r t ，w ec a ns e et h e w i d e l ya p p l i c a t i o np e r s p e c t i v eo f m o b i l ed a t a b a s ei np o w e rs y s t e m t h ea p p l i c a t i o no fm o b i l ed a t a b a s et e c h n o l o g yi np o w e rs y s t e mi sj u s ta b e g i n n i n g ，b u ti t si m p o r t a n c ei ni m p r o v i n gl a b o re f f i c i e n c yh a sa l r e a d yb e e ns h o w e d w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa 1 1t h o s et e c h n o l o g ys u c ha sc o m p u t e rs c i e n c e ，d a t a b a s e ， p r o g r a m m i n ga n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，m o b i l ed a t a b a s ec e r t a i n l yw i l lb eu s e d m o r ea n dm o r ew i d e l y k e yw o r d s ：m o b i l ec o m p u t i n g m o b i l ed a t a b a s ep o w e rl i n ep a t r o l p o r t a b l ed i g i t a la s s i s t a n c eg l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m 四门l 大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 1绪论 1 1 目的和意义 电能是特殊商品。电能是不能储存的，而是发、供、用电同时完成，并由 用电来决定发电和供电，故对用户连续不断供电是电能质量的重要标志。随着 国民经济的飞速发展，人们对电能供应的质量要求越来越高。任何一次系统运 行的故障，都可能对国民经济和人民生命财产造成极大损失，所以确保电力系 统的安全稳定运行，是一件关系国计民生的大事。所以要提高电能质量，首要 任务是提高电力系统运行的稳定性。对电力设备定期到位的巡视，及时发现潜 在的问题，防患于未然，是对每个电力工作者和电力部门最基本的要求。 现代供电企业管辖的输电线路呈现电压等级多、输电线路长、地域分布广 的特点，在巡视和管理上有许多难点，一般的管理和巡视方式可能引起的缺陷 票堆积、缺陷处理周期长等问题，都直接影响到管理质量。巡视工作不到位的 情况也时有发生，这一切都使设备综合考评和管理力度变得浮浅，供电企业无 法更好的掌握输电设备的运行情况“3 。 基于以上情况，电力设备的巡检亟需更有效率的工具。因此，对于巡检工 具和巡线工作方式的研究显得非常必要。 电力设备巡检管理系统设计的目的：本系统的设计旨在实现包括人员管理、 设备巡检、规范化缺陷描述、记录数据管理、检索、报表生成等全部工作的自 动化、信息化、数字化管理。先进性在于淘汰纸张，提高工作效率和质量，降 低运营成本，缩短故障处理的时间，避免事故的发生。有效地监督巡检员的工 作。通过对巡检时间的记录，保证巡检员的工作“准时到位”。电力系统的事 故绝大多数是由于人为的因素所造成的，事故所造成的损失都是以千万元计算 的，降低人为事故因素是提高工作安全系数，减少损失的重要环节! 电力设备巡检管理系统设计的意义：电力线路巡检管理系统的应用将大大 改善目前我国电力巡检部门的落后管理现状，使电力系统的管理科学化、信息 化，使我国的电力设备巡检步入先进领域。它的使用大大缩短了各部门的协同 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 工作时间，提高了工作效率和质量，降低了运营成本。随系统一同交付使用的 计算机也为电力部门今后的信息化建设奠定了良好的硬件基础。 开发出了基于g p s 的输电线路智能巡检系统后，巡检人员在到达需要巡视 的地点后，将输电线路上各个巡视点的情况记录在手持机终端p d a ( p e r s o n a l d i g i t a la s i s s t a n t ，个人数字助理) 中，同时记录当时的地理位置信息和当前 时间信息。一次巡检结束，只需要将p d a 中数据与线路巡检管理主机的数据进 行同步就可以了。g p s 和p d a 的结合可以完满的达到巡检方便快捷、数据精确的 要求。这是由于使用了g p s 定位后，能避免由于巡检人员责任心不强造成的巡 检不到位、漏检等现象，而p d a 又可以方便的记录输电线路上各个巡视点的情 况。 6 p s 在输电线路巡检中的使用，使得巡检中不按照巡视路线巡检、漏检、巡 视不到位、不及时和做虚假巡视记录的现象得以解决。巡视人员每次巡检的路 线、时间都将准确的通过卫星记录在p d a 中，为管理者提供有效的监督依据， 进而达到提高工作效率及管理水平的目的。 本系统是为了适应电力系统信息化建设和管理的需要，采用先进的仪器设 备提高巡线系统管理水平。用智能手持机获取现场巡线信息以代替人工记录的 方式，开发上层的巡线管理系统，将手持机和管理系统的计算机联网，实现现 场巡视信息的计算机化管理，可以满足输电线路维护、施工和管理的需要，并 为送电管理系统的进一步扩充和发展奠定基础。 1 2 国内外研究动态 长期以来，我国电力设各巡检仍然沿用着“两表制”的工作方式，即：缺 陷描述表( 以下简称缺陷库) 和设备缺陷记录表( 以下简称记录表) 。巡检员在 发现缺陷后，要根据缺陷的具体情况查询缺陷库，并按照缺陷库插述的顺序将 所观察到的情况填写在记录表上，两个表格的载体都是纸张，又厚又大，十分 笨重。由于巡检员的文化素质参差不齐，表格填写经常有错误，造成一些电力 设备故障不能得到准确的反映，延迟赦障的及时排除，并且以纸张为载体的数 据记录不易于保存，检索起来费时费力，十分困难。为了实现电力设备巡检工 四j l i 大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 作的自动化，高效化，减轻工作人员的劳动强度、提高工作质量，目前，国内 已经开发出许多比较智能的电力设备巡检系统。随着各种技术的逐渐发展“3 ，各 种智能巡检系统应运而生，以下仅介绍几个有代表性的巡检系统。 1 g p s 巡线综合管理系统”1 深圳威科姆公司推出的g p s 巡线综合管理系统，采用先进的g p s ( g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e m ，全球定位系统) 和g i s ( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ， 地理信息系统) 技术，并结合电力等行业的实际需求，全面解决了人工巡线存 在的信息量少而且不规范、无法准确判断巡线人员的到位情况等问题。 软件结构：g p s 巡线综合管理系统基于w i n d o w s2 0 0 0 操作平台和s y b a s e 数据库，系统主要包括巡线管理，缺陷管理，线路管理和用户管理等功能模块。 图1 16 p $ 巡线综合管理系统结构 缺点： 巡线既要要携带手持机，又要g p s 接收器，不太方便； 受手持机电源待机时间的影响较大； g p s 接收机操作复杂，易损坏； 由于我国没有建成g p s 系统，智能依靠美国建立的g p s 系统，因此易受 不可预见的原因的影响； g p s 精度最高只能达到1 5 m ，在亚洲由于有源信号干扰性扰动，可能会 更低。 2 智能巡检系统“1 北京供电局输电管理处智能巡检系统。 凹川i 大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 该系统由智能巡检器、计算机系统软件、巡视管理i c 卡、巡视i c 卡和信 息螺栓组成，采用信息螺栓获取杆塔状态信息。 信息螺栓用防盗螺母安装在输电线路的杆塔上，信息螺栓中的：告片上写有 与杆塔相对应的线路名称和杆塔编号信息。信息螺栓上附带安装有检测雷击电 流的传感器，它能感应并记录对应杆塔是否遭到过雷击。 智能巡检器是供巡视人员巡视线路时使用。巡视人员到达所要巡视的杆塔 时，首先，用专用扳手打开信息螺栓芯片的保护盖，然后，用智能巡检器对准 安装在杆塔上的信息螺栓定位口，扣动智能巡检器的扳机，听到鸣响后，智能 巡检器的显示屏上可显示和记录所巡视杆塔的线路名称、编号、检测日期和时 间，若杆塔遭受过雷击，则能显示和记录该杆塔遭受雷击的信息。 在需要录入该杆塔的缺陷时，可通过对智能巡检器上3 个按键的操作，将 缺陷的详细情况录入到巡检器的i c 卡中，其操作过程均为汉字提示，较为简单、 方便和快捷。 将巡检i c 卡记录的信息输入到计算机系统，计算机通过对巡检i c 卡的读 取，把巡视人员巡视每基杆塔的时间、杆塔遭雷击的信息和线路各种类型的缺 陷自动汇总到计算机中，从而完成巡线到位的统计查询( 历史和现状) 以及线路 缺陷的查询统计( 现状和处理情况) ，智能巡检系统软件具有自动生成缺陷票和 注销处理完毕缺陷的功能。 缺点： 信息钮安装复杂； 信息钮易遭到人为破坏； 整个巡线过程操作比较复杂，对于文化素质不高的巡视人员有一定难 度； 此系统的软件为单机版，不能上网运行，也就不能实现对巡视信息的共 享，这在一定程度上限制了使用的范围。 3 应用直升飞机巡检输电线路 在9 0 年代，直升飞机巡线、检修及带电作业已在欧美等发达地区和国家得 到广泛的应用。我国经济高速发展，超高压大容量输电线路越建越多，线路走 廊穿越的地理环境更加复杂，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭，给线路 维护带来很多困难。华= f l 5 0 0 k v 电网2 2 条输电线路开展直升机巡线作业颇有成 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 效。采用直升机航巡作业，利用机载陀螺稳定红外成像测试设备与直升机在线 路附近的悬停飞行结合寻找线路上局部发热类型的缺陷：利用机载可见光数码 技术发现线路上可视缺陷；利用g p s 技术及语音录制系统对各杆塔的缺陷位置进 行记录。在一年多的直升机航巡作业实践中，经历华北地区沙尘暴、雨、雪、 雾等各种复杂气象条件下对山区、丘陵、湖泊、平地等线路的航巡作业情况， 并发现了线路上大小缺陷及可疑点，对华北电网安全稳定运行起到有力的技术 支持作用。 缺点：由于应用直升飞机巡检输电线路成本太高，目前还不太适合我国国 情。 国外的线路巡视工作走在国内的前列，无论从巡线方式和巡视工具来看， 都比国内的技术更加先进。许多发达国家都实现了用直升机巡视输电线路。下 面列举几个国外电力企业的巡线系统。 1 2 0 0 0 年1 0 月8 日到1 2 日，i e e e 召开第九次国际年会。在会上，有人发布了 一个对于分布式设备如传输线、管道和铁路进行巡视的航空巡检系统。对于这 个系统的低成本和创新是阐述的重点。结果显示：配合g p s 坐标定位和高空数字 图片、光谱成象技术，这个系统可以以低成本成功的在电力线路缺陷巡视中使 用。实验证明巡航系统对于线路的状况和缺陷的检测率明显优于传统的巡线方 法。以地图工具为手段的地理信息系统可以快速有效的解释在航巡过程中收集 到的数码图片，这些数码图片可以为评估设备的长期运行性能提供依据，并据 此提出维护和替换方案”1 。 2 。电力输送系统包括高压架空线输送和地下电缆输送。由于架空线路的成 本较低，灵活性大，因此，目前仍是远距离电力输送的主要方式。在日本、加 拿大和其他一些国家，几种遥控机器人己经开发出来用于高压架空线路的维护 【7 1 2 o 1 9 9 1 年，s a w a d a 等开发了自治移动式机器人用来检查电力传输线，它能机 动的绕过障碍物，还装备有弧形臂作为导轨使它越过传输塔。 日本东芝公司和丁r 东日本( 日本旅客铁道公司) 共同开发了一种遥控架空线 检查机器人，它在电线上边走边检查，碰到绝缘子等障碍物时，检查器本身能 在电线上转动而避开障碍物。此机器人已在试验线路上进行了基本性能试验， 并已在实际的高压线路上完成了现场试验，达到了实用化的目标。但该机器人 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 受电池容量的制约，行走距离受到一定的限制”。 上述为国外巡线机器人研制的报道，但无详细的资料可供参考。 1 3 本文主要工作及其技术路线 传统的线路巡视工作是由巡线员拿着巡线卡片记录每一条线路和每一基杆 塔的缺陷情况，回去后录入到中心数据库中，再由服务器打印相应的报表。这 样手写的数据录入方式毕竟比较落后，工作效率低下，而如今大量的工作都已 采用计算机来提高工作效率，把传统的数据数字化、信息化就显得十分必要了。 而且由于很多线路很长而且地处偏远，巡线又是一个很枯燥乏味的工作，难免 有些巡线工人并没有真正巡线到位，管理者对此却不知情，可能有些潜在的安 全隐患并没有发现，最后可能因此造成本来可以避免的重大安全运行事故。 面临这些问题，开发人员尝试了各种办法来解决，但是传统的软件和硬件 技术都很难方便的支持输电线路巡视的野外作业和移动的特点，巡检工作呼唤 新的技术，移动设备和移动数据库技术的出现，使我们在解决上述问题的时候 终于有了技术支持。 本文在详细研究移动数据库技术的特点和关键技术及其实现的基础上，结 合输电线路巡检的特点和流程，开发出一套智能巡检管理系统。移动数据库技 术在实现本系统的过程中贯穿始终，利用掌上电脑和数据库管理系统方便的实 现移动数据库技术在输电线路巡检中的应用，使输电线路智能巡检得以实现， 使整个巡检过程无纸化得以实现。 本系统采用手持式巡线设备来录入缺陷数据，利用其数据存储量大、信息 查询方便等特点，使巡线员更为便捷的管理数据信息。使用的移动手持机是 m i 0 1 6 8 ，本身带有6 p s 卫星定位系统，在开发的过程中，设计为自动将巡线员 巡视过的点的经纬度都记录到移动数据库中，巡线员回来后，将移动数据库中 的数据复制到p c 机中，管理者可以根据这些经纬度数据了解巡线员是否巡线到 位，以这样的方式督促巡线员认真巡线，从而努力将各种安全隐患降到最低， 达到电力系统安全运行的目的。 本系统采用智能型手持机获取现场巡线信息以替代人工记录的方式，实现 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 无纸化办公，开发了上层的巡线管理系统，将手持机与管理系统的计算机联网， 实现现场巡线信息的计算机化管理。本系统是以一个实际的电力企业制订的“现 场作业程序标准化”流程作为原则，尽量做到操作简单方便，尽量体现标准卡 的作用：就像一套很好的教材，使工作人员在使用过程中不断加深印象，全面 掌握运行规程，从而有效地提高工作人员的业务素质。 本系统是移动数据库技术结合g p s 卫星定位技术在电力系统中的一个应用， 由于移动数据库技术在实际应用中尚处在初级阶段，关于移动数据库技术的各 种技术，尤其是一些关键实现技术如数据广播技术等，还没有得到很好的解决： 另外，硬件资源方面也有待提高。因此，移动数据库技术要在实际应用中发挥 更大的作用，还需要时间以及研究人员的共同努力。 7 四川i 大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 2 相关理论及模型算法 2 1 移动数据库技术 2 1 1 移动计算和移动数据库技术的产生和发展背景 对传统的分布计算和分布式数据库的研究都是基于这样的环境：有线网络 和固定主机，都有一些大家默认的隐含假设，如：固定有线网络连接、主机节 点固定等。上个世纪九十年代以来，随着计算机技术和通信技术的迅猛发展， 移动计算机的大量普及，许多移动节点要求随时随地和网络建立连接，于是传 统的分布式计算和分布式数据库技术再也不能满足这样的要求，“移动计算”和 “移动数据库”的概念和技术便应运而生，由于对其应用要求的追切性，“移动 计算”和“移动数据库”迅速发展成为一个研究的热点领域。 随着网络技术的迅速发展和不断渗透，在任何时候、任何地点都能接入信 息网获取所需的信息将成为2 1 世纪人类的普遍需求，这也必将成为新的信息系 统的显著特征。移动计算技术将使得这种需求得以实现。移动计算被认为是对 未来最有影响的四大技术方向之( 其余为：网络基础设施，电子商务和软件重 用) 。目前，7 5 的商业用户要求有个远程或移动解决方案“。 计算机和无线通讯技术的发展与结合使得种全新的计算模式移动计 算模式成为了现实。移动计算是一种新型的技术，它使得用户使用便携式计算 机或其他信息设备通过无线通讯接口实现对信息网络的访问，而不受实际物理 位置变化的影响。在过去的十几年里，这种全新的计算模式得到了飞速的发展， 并在越来越多的应用领域中发挥了不可替代的作用，可以预测，移动计算技术 必将成为未来信息时代的重要成员，并将对人们使用信息的方式产生深远的影 响。这是由于如下两种因素交互作用的结果“： ( 1 ) 应用需求的推动 随着信息社会的发展，人们使用信息的场合、时间、方式、方法都提出了 越来越多的全新的概念，这些需求的出现是推动移动计技术发展的源动力。 活动范围的扩展人们不再满足于传统的局限在有限空间里的信息存取 四川犬学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 方式，而希望将活动的地点延伸到广阔的地理领域，或者说任何地方， 也不满足于固定的信息存取模式，而是希望随时随地查询数据，甚至在 移动的过程中处理数据。如：在旅途中处理日常办公事务等。 商务领域的需求 随着信息通信技术不断引发革命性的变化， “电子商 务”的概念正在受“移动商务”的挑战。前者将不再占据重要位置，后 者才是最新、最具前瞻性的话题，这是由于“移动商务”的概念与商务 运作无所不在的特点有着天然的偶合性。行家预测，它将在1 0 年之内覆 盖传统的“电子商务”，这不仅意味着人们口袋里的手机、掌上电脑、 p d a 的功能会越来越强，而且意味着移动计算技术将会给企业应用模式带 来彻底的变革。 数字化信息服务的发展股市行情分析信息、交通信息、天气预报、即 时导航信息等的接收和查询不应该受到时间和场合的限制。 军事领域的特殊要求战场实时指挥控制、协同网络等军事领域对移动 计算技术也提出了特殊的要求。 ( 2 ) 通讯、硬件技术及相应软件技术的发展 近年来，通讯技术和硬件技术的发展呈加速趋势，相应的软件技术也获得 了巨大的发展，这为移动计算技术的发展提供了可靠的技术保障。 无线通讯技术的发展近年来，模拟蜂窝通信系统、数字蜂窝通信系统、 无线局域网( l a n ) 、无线广域网( w a n ) 、红外技术、卫星通信技术都获 得了巨大的发展。无线因特网的发展更是掀起了第二代i n t e r n e t 流行热 潮。 硬件技术的发展信息技术的发展使得同嵌入式软件和移动计算技术相 关的各种硬件设备的处理能力及存储容量等指标正以每1 8 个月到2 4 个 月翻一番的速度提高( m o o r e sl a w ) 。 相应软件技术的发展各种支持移动计算机的操系统、数据库系统、通 讯软件系统等不断完善和发展。 在以上两种因素的交互作用之下，移动计算技术得到了飞速的发展，并且 在诸多应用领域中获得了巨大的成功。 移动计算技术的发展导致了普遍化计算( p e r v a s i v ec o m p u t i n g ) 概念的出 现。普遍化计算将计算深入到社会生活的各个角落，它要求人们摆脱以往单一 四川大学倾士学位论文( 2 0 0 5 ) 的计算平台所造成的局限，而提供个性化的服务，即系统可以根据用户的爱好、 需求进行自由的裁减和定制：此外，由于移动数据管理的复杂性及平台的多样 性，移动计算环境下的应用开发需要支撑软件来管理和传递数据，并且提供统 一的a p i 接口。这些需求的出现使得移动数据库技术成为移动计算技术的基础 和核心。 所谓移动数据库技术是指支持移动计算环境的分布式数据库技术，它涉及 数据库、分布式计算以及移动通讯等多个学科领域，已成为分布式数据库一个 新的研究方向。由于移动数据库系统的终端设备通常不是传统的台式计算机， 而是诸如掌上电脑、p d a 、车载设备、移动电话等嵌入式设备，因此，它又被称 为嵌入式移动数据库系统。 众所周知，操作系统是软件产业的龙头，而数据库系统则是软俘产业的基 础。嵌入式移动数据库将在移动计算平台( 如h p c 、p d a ) 、家庭信息环境( 如机 顶盒和数字电视) 、通讯计算平台、电子商务平台( 如智能卡应用) 、车载计算 平台等领域得到广泛的应用。 其实，如今的上网手机和个人数字助理( p d a ) 蓬勃兴起的现实，己预示未 来的趋势。专家预计，再过l o 年左右，越来越多的装置、车辆和建筑物都将联 上网，它们的数量将超过地球上的总人数。具备上网功能的轿车和飞机也将出 现并同网络连接，智能化房屋每天都在建造。最终，可编程的装置由于十分便 宜，人们可以将它们装到存储或运输的普通纸盒中。这些被动的“计算”通过 传感器时被激活，能够发送和接收信息。这些创新将为越来越自动化的生产、 库存控制、运输和分发提供便利。 2 1 2 移动计算环境的概念和特点 从数据库技术的发展过程来看，计算环境和数据库技术基本保持着一种同 步发展的态势，互相影响、互相促进。 数据库技术最早出现于2 0 世纪6 0 年代，当时它们大多基于层次与网络数 据模型。自7 0 年代以来，i b m 公司的e f c o d d 提出数据库的关系模型后，其理 论和技术在2 0 多年发展过程中不断成熟并被得到广泛应用。进入9 0 年代后， 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 一些新的应用领域不断向数据库技术提出新的要求和挑战，而且计算机领域本 身的发展也给数据库技术带来了深刻的变化，特别是随着移动通信技术的迅速 发展和投入使用，许多计算结点已经可以在自由移动的过程中保持网络连接， 人们迫切需求能在任何时候，任何地点访问任何数据库，这使得原来基于有线 网络的固定主机的分布式数据库不再适应，于是，一种更加灵活、复杂的移动 数据库技术便应运而生，以支持移动用户访问网络中的数据，实现无约束的自 由通信和共享资源的理想目标。这是一种更加灵活、复杂的分布计算环境。人 们称之为移动计算( m o b i l ec o m p u t i n g ) “。 纵观计算环境的发展历史，计算环境先后经历了集中式计算环境、分布式 计算环境、网络计算环境和目前受到广泛关注和研究的移动计算环境m c e ( m o b i l ec o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ) 和普遍化计算环境( p e r v a s i r ec o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ) 等多种计算模式。在分布式计算环境的基础上，计算环境进一步 发展成为包含各种移动设备、具有无线通信能力的服务网络，便构成了移动计 算环境n 6 1 。 与固定的传统分布计算环境相比，移动计算环境除了移动性这一主要特点 以外，还具有以下特点： ( 1 ) 频繁断接性：移动计算机可主动或被动地间歇性入网、断接。 ( 2 ) 网络条件多样性：指移动计算机在不同的时间内可以使用的网络条件是 变化多端的。 ( 3 ) 网络通信的非对称性：服务器到移动计算机的下行链路与移动计算机到 服务器的上行链路比较，通信带宽与代价相差很大。 ( 4 ) 可伸缩性：许多移动应用环境要求同时支持大量用户访问或发出访问， 还可能对许多用户发出相同的广播，这就要求移动计算环境有很强的可 伸缩性。 ( 5 ) 安全和可靠性；由于移动计算平台可以远程访问系统资源，从而带来新 的不安全因素。此外，移动主机遗失、失窃等现象也容易发生，因此移 动数据库系统应该提供比普通数据库系统更强的安全机制。 ( 6 ) 资源的有限性：移动设备的电源通常只能维持几个小时；此外，移动设 备还受通讯带宽、存储容量、处理能力的限制。移动数据库系统必须充 分考虑这些限制、在查询优化、事务处理、存储管理等诸环节提高资源 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 的利用效率。 2 ，13 嵌入式移动数据库的特点 伴随着计算环境的发展，数据库系统也经历了由集中式数据库系统、分布 式数据库系统、b a s 多层结构数据库系统的发展过程，直至今天的嵌入式移动 数据库系统。当前，采用标准的关系数据库和数据库同步技术，研究和发展移 动计算环境下的嵌入式移动数据库管理系统已经成为数据库领域的新焦点。 那么何谓嵌入式数据库技术? 一般说来，嵌入式数据库可以从体系结构方 面来定义：嵌入式数据库系统是指支持移动计算或某种特定计算模式的数据库 管理系统，它通常与操作系统和具体应用集成在一起，运行在智能型嵌入式设 备或移动设备上。由于嵌入式数据库总是与移动计算相互结合，所以嵌入式数 据库通常也称为嵌入式移动数据库。嵌入式移动数据库技术涉及数据库、分布 式计算以及移动通讯等多个学科领域，已成为分布式数据库一个新的研究方向。 嵌入式移动数据库系统具有以下几个主要特征1 ： 复制性：嵌入式移动数据库一般采用某种数据复制模式，与服务器数据 库进行映射，满足人们在任意地点、任意时刻访问任意数据的需求。 事务处理：由于嵌入式数据库系统中移动设备资源的有限性，嵌入式移 动数据库系统中的事务处理在前端可以简单化，但在整个应用系统中可 能需要结合移动计算环境的特征进行事务处理控制。 安全性：许多应用领域的嵌入式设备是系统中数据管理或处理的关键设 备，因此嵌入式设备上的数据库系统对存取权限的控制较为严格。同时， 许多嵌入式设备具有较高的移动性、便携性和非固定的工作环境，也带 来潜在的不安全因素。同时某些数据的个人隐私性又很高，因此在防止 碰撞、磁场干扰、遗失、盗窃等对个人数据安全的威胁上需要充分的安 全性保证。 实时性：如果移动设备支持实时应用要求，则嵌入式数据库系统还要考 虑实时处理的要求。因为设备的移动性，如果对于请求的处理时间过长， 处理结果可能在移动设备的当前位置是无效的。因此，处理的的及时性 四i l 大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 也一样重要。 总之，移动计算环境的出现，使人们看到了能够随时随地访问任意所需资 源的希望。但是，移动计算以及它所具有的独特特点，对传统的分布式数据库 技术提出了新的要求和挑战。因此，移动数据库技术的研究与实现，对未来移 动计算环境中的许多重要应用，诸如战场移动指挥、移动办公系统、公共信息 发布等，都将具有重要的意义和巨大的实用价值，其应用前景广阔。 2 1 4 移动数据库与传统分布式数据库的主要差别 由于移动计算环境在前面介绍的特点，使得传统的分布式数据库不能支持 或者说不能有效的支持移动计算环境“”1 。为了满足客观实际的要求，必须研究 能支持移动计算环境的分布式数据库技术。 一般认为，移动数据库是传统的分布式数据库的推广，分布式数据库也可 以说是移动数据库的一种特殊形式。因此，传统的分布式数据库的许多研究成 果可以直接应用到移动数据库中，尽管两者之间在许多方面的共同的，但是， 由于它们产生的目的是不同的，它们之间仍然存在许多关键性的区别。例如， 一个主要的区别是：分布式数据库的目标是位置透明性，而移动数据库的目标 是位置不透明。另一个主要差别是不同的性价比，这使得分布式数据库中许多 问题的最佳解决方案在移动计算环境中反而是不可以接受的。表2 1 列举出了移 动数据库的关键技术与传统分布式数据库的主要差别o “。 表2 1移动数据库的关键技术与传统分布式数据库的主要差别 数据管理技术移动数据库关键技术 应用程序l 、可能是位置相关的 2 、需要适应可变的系统环境 事务处理1 、能够描述移动性的新模型 2 、事务的过区切换( 在不同的服务器覆盖范围之间的移动) 故障恢复1 、频繁的网络分割 2 、移动计算机的断接不认为是系统故障 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 3 、移动性可能要求更多的日志 4 、在过区切换时从短暂断接中恢复的技术 数据复制l 、不同程度的一致性约束( 弱一致性或者可变一致性) 2 、频繁的断接使得移动计算机的缓存刷新必须采用新技术 查询处理l 、位置相关 2 、不同的代价因素( 如网络宽带、花费、电源消耗等) 3 、查询结果可能返回到不同的位置( 客户机的移动性) 4 、需要可适应性技术( 网络条件的变化) 5 、特殊查询方式：数据广播( 网络的非对称性) 名字解析移动性和断接性要求采用新型的全局命名策略( 如移动计算机的地 址、可移动服务器上的数据库的命名等) 2 1 5 移动数据库系统要实现的目标 移动数据库系统的目的就是有效地支持移动计算环境中的各种数据应用， 满足人们能够在任意地点、任意时刻访问任意数据的需求。j g r a y 在文献。”中 提出，一个理想的移动数据库系统应当能实现以下四个目标。 可用性和可伸缩性( s c a l a b i l i t y ) ：在避免系统不稳定性的同时，提供 高可用性和可伸缩性；由于应用的复杂程度、数据规模的大小不同，运 行的基础硬件平台资源大小也各不相同，所以要求嵌入式数据库能适时 调整，具有可伸缩性，可以根据应用来决定数据库功能及规模的大小。 嵌入式移动数据库一般为8 3 5 0 k b ，与大型企业数据库要求占用几百 m b 磁盘空间相比要小得多，嵌入式数据库不必含有大型数据库所具有的 全部功能，可减少一些功能，从而减小所需的磁盘空间。除此之外，还 可以通过限制通用数据库结构的数量和大小，如数据记录、数据表、数 据列、数据行等其他技术来减少嵌入式数据库所需要的磁盘空间。 移动性( m o b i l i t y ) ：允许移动计算机在和网络断接的情况下访问或更新 数据库； 可串性( s e r i a l i z a b i l i t y ) ：支持满足可串性的并发事务执行； 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 收敛性( c o n v e r g e n c e ) ：使系统总能收敛于一致状态，从而避免出现混 乱。 2 1 6 移动计算环境的模式 由于计算环境的变化，嵌入式移动数据库极为引人注目的特征就是：无处 不在。目前移动计算环境或普遍化计算环境包括几种不同的模式。，主要有： 智能计算设备+ 无线网络。通过无线网络，智能计算设备可以随时的进入移 动计算环境主网络。 智能计算设备+ 调制解调器十电话网络。在不同的地点，将调制解调器和附近 的电话相连接，通过电话网进入移动计算环境主网络。 移动用户+ 传统工作站+ 传统有线网络。移动用户在不同场地使用静态计算机 获得移动计算环境的服务。 移动计算环境中使用的移动设备种类繁多，同时通信领域的技术不断发展， 像蓝牙计划等，因此各种移动设备都具有一定的智能特征。智能设备可以是p c 机、膝上电脑、笔记本电脑、手持计算机、个人数字助理、掌上计算机、车载 计算机或具有信息数据处理能力的设备( 如智能传感器、智能卡等) ，以及新 型的智能电话等。在这样的计算环境中，只要用户或应用需要在智能计算设备 一h 进行一定数量或较复杂的数据处理和管理，那么设备上就需要嵌入式移动数 据库。这一特点将随应用的不断扩大而更加突出。在某种意义上讲，嵌入式移 动数据库技术将使得数据库技术更为客户化( 可定制) 和平民化，嵌入式移动 数据库将成为“无处不在的数据库”。 2 1 7 移动数据库的系统模型 在移动计算环境下，嵌入式移动数据库的典型系统结构可以用图2 1 表示 【2 习【2 6 1 ) 数据库服务器d b s v r ( d a t a b a s es e r v e r ) ：可以是大型数据库系统，一 般为固定结点，每个服务器维护一个本地数据库的一个副本，服务器之 1 5 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 问由可靠的高速互联网络连接在一起，构成一个传统意义上的分布式数 据库系统。 2 ) 移动支持结点( m o b i l es u p p o r ts t a t i o n ，简称m s s ) ：m s s 也位于高速 网络中，并具有无线联网能力，进行分布式处理，控制e m d b 和d b s v r 之间的数据交换并支持一个无线网络单元( c e l l ) ，该单元内的移动客 户机既可以通过无线链路与一个m s s 通信，从而与整个网络连通，也可 以接收由m s s 发送的广播信息。服务器与m s s 可以是同一台机器。 3 ) 位置服务器l s ( l o c a t i o ns e r v e r ) 。 4 ) 可信部分：由固定网络以及网络上的固定主机组成，固定主机分为两类： 一类是不带无线通讯的主机，如d b s v r 和l s ：另一类是带有无线通讯接 口的m s s 5 ) 移动客户机( m o b i l ec l i e n t ，简称m c ) ：m c 的处理能力与存储能力相 对于服务器来说非常有限，且具有移动性( 即可以出现在任意一个无线 单元中) ，在它上面保存一部分数据库副本，并通过e m d b 对本地数据库 进行管理，可以通过无线链路与一个m s s 通信，通过m s s 上的o d b c 接 口，e m d b 可以与d b s v r 进行数据交换。从而与整个固定网络连通，也可 以接受m s s 发送的广播信息。它会经常与服务器断接( 指m c 无法与任 意一个服务器联机通信) ，即使在与服务器保持连接时，由于m c 所处网 络环境( 即当时可用的无线单元) 多变，m c 与服务器之间的网络带宽相 差很大，且可靠性较低、网络延迟较大。 6 ) 本地数据库r e p ( r e p l i c a t i o n ) ：即数据库副本。 7 ) 嵌入式移动数据库( e m d b ) ：工作方式为：每当m c 发送一个查询请求q 1 时，它首先查询本地数据库( 移动子集上) ，若满足查询条件要求则直 接返回给m c 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 图2 1一个典型的移动数据库体系结构 主要e m d b 的应用模式都是立足于嵌入式设备作客户端，在嵌入式设备上运 行一个精巧的e m d b ，再通过同步或复制技术与企业级数据库连接。这种应用模 式在支持嵌入式设备的同时，还支持移动设备。甚至无线移动设备，构成基于 移动环境的应用”。在数据库三级应用模式中，e m d b 系统一般采用e m d b + m 步 复制服务器十企业级d b ，如图2 2 所示。 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 应用程庄 一一! l e d b m s 同步，复制服务器黼剧略器 嵌入式操作系统 介 f m c 可以不需要数据库缓存，因此不再需要预测未来的数据请求；即使在 断接时，也允许m c 访问到最新数据； 节约有限带宽：m c 从数据广播中获取数据，可以避免或减少与服务器的 上行网络通信； 便于发送新数据：服务器可以利用数据广播，将新产生的数据发送给m c ， 即使m c 事先不知道这些数据的存在。 数据广播技术中的一个首要问题是如何调度待广播的数据，优化数据广播 的访问时间与调谐时间。访问时间代表了m c 访问广播数据的等待时间，而调谐 时间则反映了m c 为接收指定数据而保持接听数据广播的总时间。目前，这方面 的研究还处于起步阶段。 ( 3 ) 移动查询优化和事务处理技术 移动查询优化技术是指在传统分布式数据库查询优化的基础上，利用多种 方法，消除带宽多样性、断接性等因素产生的影响，命名查询引擎能够根据当 前可用网络条件采取恰当的优化策略。同时，针对移动计算机有限电源能力， 合理的组织本地数据库管理、远程数据库访问等消耗电能较多的操作，达到节 能的目的，延长关键数据的可用时间。移动事务处理技术涉及到计算机提交的 分布事务的调度和执行策略，支持脱机移动事务等方式。为了使移动数据库的 事务处理更加有效，同时还应针对计算环境的低可靠性考虑如何提高移动事务 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 5 ) 的司靠性。 ( 4 ) 移动数据库的安全技术 从本质上讲，无线连接远没有固定网络安全，这是由于无论从何地都可以 轻而易举的侦听和发射无线电波，且很难被发觉。因此，数据的无线传输比固 定的线路传输更容易受到盗用或欺骗，所带来的问题是：一台计算机容易冒充 另一台计算机的身份，怎样才能防止这种非法数据访问? 其次，移动计算机携 带方便，但也容易失窃，如何避免在移动计算机失窃后对接收或发送的数据的 盗用? 还有，移动计算环境是用户可以连入任意网络，如何防止这种移动用户 的泛滥可能对被访问网络环境造成的偶然甚至恶意的破坏? 这些都是移动数据 库的安全技术问题。目前，安全技术的主要措施是：第一，对m c 进行认证，防 止非注册的m c 的欺骗性接入；第二，对无线路径加密，以防止第三方盗用；第 三，对移动用户提供身份保护，防止用户位置泄密或被跟踪。 移动数据库既有信息的及时性、分散性和局部自治性，又有系统间的协同 性和统一性，它的出发点和所要解决的问题既符合社会组织机构的管理原则， 又能实现个人的无拘束自由沟通和获取资源的理想目标。人们对移动数据库的 强烈的应用要求必然促进其迅速发展。但是，由于移动数据库的复杂性，在真 正达到实用化之前，还有相当长的路要走，目前还必须加紧对其理论和关键技 术作更进一步的研究。 2 2 设备巡检 2 2 1 线路巡视工作的目的和意义 电力，作为现代社会整个大系统运转的血液，在国民经济发展中所起的作用 是不言而喻的。稳定持续高质量的电力供应是每个电力供给环节应该齐心协力 做到的，任何一个环节出了问题，都会“牵一发而动全身”，影响电力系统的稳 定，严重的甚至会导致整个电力系统的崩溃。送电部门定期对输电线路进行认 真到位的巡视，掌握线路的运行情况，及时发现设备缺陷和威胁线路安全运行 的异常情况，做到防患于未然，尽最大努力减小各种可能的危险或故障，并为 2 0