基于网络GIS技术的城市配电管理系统设计与实现-

1、 基于网络GIS技术的城市配电管理系统设计与实现：指导教师姓名、职称：计算机技术：计算机应用摘 要传统管理信息系统只能对一般的数据进行管理，不能实现空间数据的管理，更不能实现空间数据与属性数据的交互，存在一定的局限性。因此有必要将GIS引入到配电管理系统当中，以实现接口访问、数据集成和共享。这对于提高电力系统生产效率和效益、管理质量和科学决策水平等具有十分重要的现实意义。本文先是介绍课题研究背景、国内外研究现状和课题研究的主要内容。接着讲述网络GIS、配电管理管理系统，论述了系统实现的关键技术：ASP.Net开发语言、ajax技术、JS技术等。本文重点讲述了系统需求分析、系统设计和系统实现。需

2、求分析是对系统的基本功能进行分析，对系统性能要求进行描述；接着进行配电GIS系统概要设计、详细设计和数据库设计。概要设计包括系统设计原则、系统框架，然后重点分析了系统详细设计；系统角色主要分为两个：管理员用户和普通用户。根据城市配电管理系统的特点以及其业务管理情况，系统包括五个功能模块：一是设备查询模块、二是线路查询模块、三是设备管理模块、四是线路管理模块以及设备故障管理模块等。然后利用.Net开发工具进行系统编码开发，严格按照软件工程的思想对系统进行了功能实现，展现了系统的关键功能。本文最后对研究内容进行总结，指出了当前系统存在的不足，并对系统的后续完善和未来做了展望。本系统的实现，能够对城

3、市配电实现科学化、规范化管理，能较好的为城市化进程的推进和具体应用提供支持。该项目的应用和实施，能够及时管理城市配电、为城市居民的用电提供更好的服务。关键词：信息化；网络GIS技术；配电管理1 绪论1.1 选题背景及意义传统的配电系统实际上是我们通常所说的管理信息系统（MIS)7, 管理信息系统只能对一般的数据进行管理，不能实现空间数据的管理，更不能实现空间数据与属性数据的交互，存在一定的局限性。因此，在管理信息系统的基础上发展地理信息系统，将GIS引入到配电的管理系统当中，并且与用电管理系统、电力负荷管理系统及SCADA等其他子系统互相结合、实现接口访问、实现数据集成和共享。为各级管理人员提

4、供一套简单、迅速、方便的配电网运行管理系统已成为现代电力企业提高管理水平和工作效率的有效手段。我国在加快实现工业化和现代化的道路上，信息化是必然选择。在中国改革开放以来，特别是中国加入世界贸易组织后，我国经济获得举世瞩目的发展速度，从温饱国家跻身于中等层次的发展国家。随着全球经济一体化到来，经济发展是受整个世界范围的影响，经济的发展不再是一个国家的事情。在2008年，全球经济危机。中国政府拿出大量资金，投资公路铁路、高速公路、城市建筑等，以此来刺激消费。这些重工业需要大量电力,各行各业的用电负荷迅猛增长, 同时，我国政府大力提倡城市化建设，城市化建设成果丰硕、城市变化日新月异，因此配电设施大幅

5、度增加，配电网变更频繁且用户也对电力供应的可靠性和电能质量提出了更高、更为苛刻的要求，因此，电力系统管理也变得越来越复杂。电力体制改革在世界范围内越来越深入，随着这股浪潮，国内电力体制改革紧跟步伐，电力企业正全面走向市场经济1。人们目前讨论的热点是如何利用现代科学技术特别是信息化技术来提升企业竞争力，提高企业效益，完善电力企业的服务手段，以此来满足各行各业对电力企业的要求2,3。但是，由于电力企业的电网运行、维护、管理及市场与客户服务的需要越来越复杂，传统的信息处理技术已不能适应。因此，将地理信息系统技术运用于电力企业信息系统建设是电力行业发展的一个突破点，其面临的问题是电力企业关注的重点4。

6、对于配电系统来说,涉及的配电设备具有数量多、分布广,且均与地理位置有关,并且电力系统用户广泛、类型繁多，输电路线错综复杂，要有效实现配电系统的配电规划管理、设备运行管理、设备故障的快速查找等,都离不开配电设备相关的地理位置信息。所以,一个完整的、高效的配电专业化管理系统中离不开设备的地理信息。而现在的地理信息大部分是通过地理信息系统（GIS)来管理的。地理信息系统（GIS)是在管理信息系统的基础上发展而来的。自上个世纪中期计算机产生以来，人们应用计算机来处理和管理信息，把计算机应用于各行各业。在上个世纪末，网络技术开始发展，计算机技术和网络技术的结合使用，实现了管理信息系统，更是进一步提升了数

7、据的管理和维护的能力。随着计算机技术的快速发展以及竞争的日益加剧，各个行业都纷纷采用措施，使自己在激烈的竞争中立于不败之地。计算机管理信息系统被广泛应用到各个行业领域，受到管理者的一致欢迎，因此也促使其不断发展和完善，更进一步为各个行业企业的管理和维护提供便利，促使其管理体系和规范更加科学化。管理信息系统由来已久，西方发达国家有关管理信息系统的研究和实际应用也有比较长的历史。其理论研究成果和实际应用情况促进了其他国家的信息管理系统的研究和应用。地理信息系统也是伴随着计算机硬件技术、软件技术、网络技术而不断发展的。地理信息系统已经从最初的单一化的简单应用，到现在已经拓展到了多元化、层次化、复杂化

8、的应用范围6，可以说GIS已经渗透到了现代社会的各个领域，尤其是电力行业。本系统的初步实现，能够对城市配电实现科学化、规范化管理，实现城市配电系统管理的自动化、效率化、公平化的目标。并且此系统作为城市综合管理系统的一个分支，能较好的为现代化建设、城市化进程的推进和具体应用提供支持。该项目的应用和实施，能够及时管理城市配电、为城市居民的用电提供更好的服务。1.2 国内外研究现状二十世纪80年代后期，由于计算机硬件的性价比不断提高、网络技术发展迅速，国外电力GIS开始大规模发展，其应用主要经历了“CAD+数据库”和“传统GIS应用”两个阶段。最早出现的地理信息系统“CAD+数据库”属于单机版，主要

9、基于传统数据库技术，利用CAD简单设置位置，进行简单的数据输入、数据存储、数据修改等操作。功能比较单一，缺乏空间数据汇总、数据统计等数据整合操作，不能进行综合分析；应用范围受限，不能大规模应用。至上个世纪80年代后期，计算机硬件、网络技术开始发展，随之而来的是地理信息系统的进一步发展，开始出现“传统GIS应用”，也就是管理信息系统。人们利用关系数据库，结合网络技术，为网络化管理信息系统存储和处理数据，并加强数据的统计整合和综合分析能力；可以实现分布式管理，应用范围更为广泛。但是这种“传统的GIS应用”只管理属性数据，不能管理空间数据；也不能实现空间数据与属性数据的交互，存在一定的局限性到90年

10、代初，就进入到“AM/FM/GIS应用”阶段。到目前为止，许多发达国家，如西欧、北美等，正在积极筹建“数字化电网”项目，希望利用“数字化电网”建设以解决以往电力系统中遇到的各种限制电力发展的重要问题。很多的电力公司企业广泛采用GIS作为他们的基础平台。GIS已经作为“协同工作环境”的重要工具，该系统正在逐步整合企业内部资源管理和客户关系管理等功能，走向更高层次的管理、决策支持和运行控制系统。因此，建立“数字电网”和“协同工作环境”为特征的电力GIS是发达国家电力企业为增强自身竞争能力（降低生产成本、提高服务水平)而进行生产经营“业务流程重组”工作，提高电网运行科学管理水平所必不可少的工具。我国

11、计算机技术和网络技术起步晚于发达国家，信息技术应用也比较薄弱。但在国家领导高度重视下和中国信息技术高速发展下，我国科学技术取得长足发展。中国国家领导人高度重视信息化建设。2000年5月，中国共产党的十五届五中全会上，正式确立了信息化建设的战略方针，提出信息化是我国现代化建设的重要举措。我国第一个信息化专项规划在两年后正式发布；随后又陆续出台了振兴软件纲要（2002-2005)、信息资源开发利用规划（2004)、以及2005年发布电子商务发展指导意见等，这些方针政策极大地刺激了我国信息化建设的发展。我国在二十世纪80年代才开始GIS的研究和应用，我国地理信息管理系统的研究比发达国家起步晚至少30

12、年，现在所运用的地理信息管理系统研究方法、技术基本上是学习和模仿西方发达国家的。想要成为世界强国，就必须把提高我国的信息化管理及运作水平，结合我国的实际经济环境及信用体系，在学习和借鉴发达国家经验的基础上，创造出适应中国国情、具有中国特色的地理信息系统的新理论、新技术和新方法。在我国领导人和各个学者研究人员的大力支持下，我国地理信息系统的研究和应用取得良好发展。虽然将GIS运用到电力行业，特别是配电管理中是从二十世纪90年代才开始尝试，因此，我国电力企业运用GIS技术较晚，但是发展速度很快。近十年，由于政府和电力部门认识到了电力行业的高效管理及生产对国家至关重要，所以大力投入电网和配电管理的数

13、字化科技化建设，对电力GIS的发展有巨大的推动作用。目前国内许多大城市，如北京、上海、广州、深圳、武汉、石家庄等地区均建立了适合该地区电力系统特点的配电地理信息系统，应用情况总体处于局部“AMFMGIS”应用向全面推广发展阶段12。在2006年4月29日，国家电网公司提出了在全系统实施“SG186工程”的计划。 “SG186工程”将锁定四大目标：目标之一是建造“纵向贯通、横向集成”的一体化企业级信息集成平台，让公司上下能畅通的共享信息和数据；目标之二是建造能够适应公司管理需求的八大业务，利用这八大应用提高公司各项业务的管理能力；目标之三是健全规范有效的六个信息化保障体系，并推动信息化健康快速可

14、持续发展；目标之四是力争到我国“十一五”结束，全国信息化水平达到国内领先、国际先进，初步建成数字化电网、信息化企业。国家正在推进“SG186工程”，其中的数字“1”，指的是一体化企业级信息集成平台。此平台的建设，既符合企业发展的战略构想，也符合日常的工作需要；数字“8”是指在信息系统中需要健全的8个应用，建设财务（资金）管理、营销管理、安全生产管理、协同办公管理、人力资源管理、物资管理、项目管理、综合管理等八大业务应用；数字“6”指建立健全六个体系，分别是信息化安全防护体系、标准规范体系、管理调控体系、评价考核体系、技术研究体系和人才队伍体系13。将GIS技术应用到配电管理当中，国外比国内明显

15、开始得早，而且管理水平比国内高，技术也比国内先进得多，在功能上也比国内完善得多。但是，由于我国的电网结构、管理方式有自己的特点，这与国外电力系统相差甚大，如果完全引进外国的技术和设备是不适合我国电力系统的实际情况的，对我国电力系统的发展有诸多不利。我们只有面向我国电力企业的实际发展情况和未来需求，才能开发出适合我国电力情况的配电管理地理信息系统。特别是目前网络GIS技术的飞速发展，结合分布式技术的优势，这给新一代架构的电力系统的研究发展提供前所未有的时机， 开发基于浏览器模式的配电管理系统更加适合目前发展趋势，也可以大大加快发展步伐节约成本，为我国未来电力发展打下坚实基础。地理信息系统的研究和

16、应用是我国信息化建设的一个重要支撑力量，尤其将GIS技术应用到城市配电管理中，更是推动了我国城市化建设。因此基于网络GIS技术的城市配电管理系统的设计和实现，对于我国城市化建设具有重要意义，从更深层次看，也对我国提倡的信息化建设提供了力量。1.3 课题研究的主要内容本文针对配电网设备管理模式的特征，基于地理信息系统理论和计算机技术对配电网设备管理方式进行了分析，根据用户需求设计与开发了一个基于WEB的发电厂地理信息系统。主要涉及以下几个方面的内容：1、通过建设基于GIS技术的配电管理系统，总结配电管理系统的相关概念和GIS的相关理论知识，论述配电管理系统结合GIS的相关建设技术和设计要求，讨论

17、基于网络GIS的配电管理系统的优势所在。2、通过建设基于GIS技术的配电管理系统，根据该行业的具体要求，在数据库设计中形成数据设计规范、数据之间关系规范等，保证空间数据库的可用性和扩展性以及容错能力等要求。3、通过对基于GIS技术的配电系统数据库的建立，形成符合系统需求的空间数据库设计架构以及数据组织模式，建立空间数据模型规范，形成满足电力行业基本要求的空间数据描述规范。4、通过建设基于GIS技术的配电管理系统，在系统的用户、管理、访问等方面形成电力行业实际的技术标准、接口规范10；同时总结项目实施经验，形成适合电力企业实际的项目实施工艺和操作规范。5、通过完成该系统，讨论分布式网络技术在配电

18、管理行业中的运用前景以及采用Client（或Browser) /空间数据库+属性数据库模式11，支持分布式网络应用环境，支持分布式多重数据库应用，实现跨部门跨地区信息的共享，可视化管理的优势所在。6、通过完成基于GIS技术的配电管理系统，研究可以使空间数据可在工业标准的数据库管理系统中存储、管理和快速查询检索的空间数据库引擎，并使用它将空间数据加入到扩展关系数据库管理系统中，提供对空间、非空间数据进行有效地管理、高效率操作与查询的数据库接口。1.4 论文组织结构本文共分六个章节，论文章节结构如下：第1章介绍了课题研究的目的及意义，课题研究的主要内容，国内外研究现状。第2章介绍地理信息系统，网络

19、GIS、配电管理系统，并介绍了融汇GIS的配电地理信息系统，讲述了系统实现的关键技术：ASP.Net.ajax技术、JS技术等。第3章阐述针对基于网络GIS的城市配电管理系统设计的要求，对系统的基本功能进行分析，对系统性能要求进行描述，最后对系统可行性进行表述。第4章介绍了配电GIS系统概要设计、详细设计和数据库设计。概要设计包括系统设计原则、系统框架，然后重点分析了系统详细设计（设备查询，线路查询、设备管理、线路管理、设备故障管理等)。配电GIS的数据库设计，详细阐述了数据库设计原则、数据库设计流程，并在此基础上分析了空间数据与属性数据的关联，最终设计出了配电GIS的数据库。第5章 说明系统

20、开发平台、系统运行环境；然后利用.Net开发工具进行系统编码开发，严格按照软件工程的思想对系统进行了功能实现，展现了系统的关键功能。详细说明了几个重要功能模块的实现。第6章对研究的内容进行了总结，总结课题的研究成果。指出了当前系统存在的不足，对系统功能进一步的扩展、应用的继续深入进行了展望。2 城市配电管理GIS系统理论基础与关键技术本章主要讲述地理信息系统GIS和网络GIS基本理论、以及系统开发实现的关键技术，如.Net开发语言、Ajax技术、JS技术等。2.1地理信息系统2.1.1 地理信息系统的概念地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是在

21、计算机技术的支持下，对地理空间相关信息数据进行采集、加工、管理、分析和显示的技术系统。在GIS中，通过采用适当的空间模型和空间分析方法，提供适时的符合行业要求的地理空间信息服务，为正确的决策分析提供有力依据。2.1.2 地理信息系统的发展及应用现状上个世纪中期计算机开始出现并应用；上个世纪60年代，地理信息系统随之产生。随后在计算机硬件技术和软件技术的大力发展下，GIS经历了四个发展阶段：第一个阶段是开拓期（60年代），这一阶段注重空间数据地学处理；第二个时期是巩固发展期（70年代-80年代），这一时期关注获取空间数据信息，并对空间信息数据进行管理；第三个阶段是技术大发展时期（90年代），这个

22、阶段是在其他领域决策支持技术发展下，注重空间决策支持分析；第四个阶段是用户时代（进入新世纪以来）。目前世界上常用的GIS软件已达四五百种，它们各有特色、各有风格。国外较著名的有ARC/INFO，MAPINFO，MGE等；国内较著名的有SuperMap，MAPGIS，GeoStar等14。目前这些GIS软件已被成功地应用到了各个相关领域。尽管现在的地理信息系统软件较多，但是地理信息系统软件的研究应用方式归纳起来无外乎两种情况：第一种情况是利用GIS桌面系统软件来处理加工地理空间数据；第二种基情况是进行二次开发（基于GIS系统提供的开发包和开发接口），利用其二次开发函数库搭建行业性的用户专用的地理

23、信息系统软件。目前地理信息系统软件已成功地应用于资源调查领域、环境评估领域、灾害预测领域、国土管理领域、城市规划领域、邮电通讯领域、交通运输领域、军事公安领域、水利电力领域、公共设施管理领域、农林牧业领域、统计领域、商业金融领域等几乎所有行业。近年来，随着我国经济建设的迅速发展、城市建设不断推进，信息化建设受到越来越多的重视，这些都加速了我国地理信息系统应用的进程。地理信息系统在我国的城市规划管理、交通运输管理、地理测绘、环境保护、农林牧业、地理勘测制图等领域发挥了重要的作用。应用地理信息系统，促使各个行业领域取得了良好的经济效益和社会效益。2.2 网络GIS概述网络技术的不断发展完善，促进了

24、各类系统的网络化实现，也促使人们要求在网络上实现GIS，使数据提供者能够基于网络发布各类地理空间数据，而数据使用者通过网络也能快速便捷地在线使用地理空间数据，或者进行下载使用。网络GIS能够为GIS应用用户提供各种在线式服务。随着计算机网络技术的不断发展以及分布式计算技术的广泛运用，数据成了网络地理信息系统的重要标识。GIS技术日益发展壮大，网络GIS可以是GIS发展过程中的一种GIS产品与应用形式，也可以是所有GIS体系下的统称15。因此，网络GIS有技术的狭义网络GIS和宏观的广义网络GIS之分。2.2.1 狭义的网络GIS狭义的网络GIS是指将计算机网络技术和分布式计算技术与GIS结合而

25、成的一种网络地理信息系统。根据它们的特点，网络GIS分为如下几种：1、基于C/S模式的网络GISC/S（Client/Server，亦即客户端/服务器模式）是一种典型的分布式体系结构，它是基于简单的请求/应答协议。在这种模式下，服务器的主要作用就是集中管理数据，包括空间数据和属性数据。而逻辑计算、分析等工作便分散在客户端上，服务器与客户端之间通过网络协议来通信。基于C/S模式的网络GIS是构建于局域网络中，采用分布式系统结构，其功能主要有：空间数据查询、统计、地图编辑、空间分析、专题制图、数据转换输出等，是对系统快捷性、安全性、灵活性和高效性等要求较高的应用性GIS。2、基于B/S模式的网络G

26、ISB/S（Browser/Server，亦即浏览器/服务器模式），基于该模式的网络GIS可以称之为WebGlS，即互联网地理信息系统，它是以互联网为通讯环境，以Web页面作为用户操作界面，把Internet和GIS技术结合起来，为用户提供GIS功能。与传统GIS相比，其使原来基于单机或局域网的GIS扩展到了整个Internet，使得地理信息共享范围扩展到了全球。经过合理的组织，WebGIS的透明性较高，为地球系统科学的研究提供一个方便有效的途径16。此外，WebGIS的开发和应用成本低、使用简单，能实现真正的信息共享，而且其平台具有独立性较强、可扩展性较好、访问范围广泛、平衡高效的计算负载等

27、优点。3、基于Web Service的网络GISWeb Service可以说是一种可用标准Internet协议来访问的自包含、自描述、模块化的可编程逻辑应用，它是一种新的web应用程序分支，可以发布、定位、通过web调用。基于Web Service的网络GIS是将地理信息系统技术与Web Service这种分布式计算技术相结合的产物，在Web Service上架构地理信息系统可以轻松实现GIS互操作，实现跨平台无缝访问。4、移动与嵌入式嵌入式GIS也叫移动GIS，是将GIS与嵌入式设备集成的产物，以嵌入式计算机技术为基础、以应用为中心，软硬件皆可裁剪，适用于对功能、成本、可靠性、软件大小、功能

28、等严格要求的微型专用计算机系统。它将经过优化的GIS数据以不同的形势展现在移动设备终端上，占用内存非常小，但具有强大的空间分析和显示表达功能。嵌入式GIS是一个新兴的发展方向，其具有数据实时性强、使用方便、与定位系统紧密结合等优点，但是由于硬件和网络环境的限制同样也有功能较简单、不便于分析、速度较慢等缺陷。5、基于Grid的网络GIS基于网格的网络GIS是指在广域网中实现空间信息共享，同时它是一个基于协同服务的分布式GIS软件平台和技术体系17。将地理上分散的、系统异构的各种计算机、服务器、检索存储系统、地理信息系统、虚拟现实系统等，通过高速互联网络连接并集成起来，形成对用户透明的虚拟的空间信

29、息资源的超级处理环境就是网格地理信息系统。6、云GIS云GIS是指通过云计算（Cloud Computing）18来实现的网络地理信息系统。云计算旨在通过网络来整合地理上分布的多个成本相对较低的计算实体，使其成为一个拥有强大处理能力的完美系统，并借助SaaS、PaaS、IaaS、MSP等模式19,20把这个整合而成的强大的计算能力分布到需要使用该计算能力的各个用户手中。通过云计算实现的网络GIS，将更加方便快捷的提供功能强大的空间分析服务，以及实时的高精度高品质的地理空间数据服务。2.2.2 广义的网络GIS广义的网络GIS可以看作是城域网/广域网GIS、InternetIntranet GI

30、S、无线网络GIS、移动与嵌入式GIS的各种不同的狭义网络GIS的结合或者说是狭义网络GIS的统称。在现代企业中，它们使用的技术方法繁多、GIS数据共享需求多样，因此，它们使用的GIS并非都是狭义网络GIS，更多的是几种狭义网络GIS的结合，而且同时使用几种网络结构和不同的分布式对象技术。 2.2.3 网络GIS的特点与单机的GIS相比，网络GIS使GIS大众化及空间数据的共享成为可能，这主要是因为网络GIS具有传统GIS无法比拟的优点。具体表现在：1、成本低廉，全面取代桌面GIS系统。网络GIS是一个多用户的空间信息系统，用户无需拥有自主版权的GIS软件系统就可以通过网络使用GIS功能。2、

31、网络GIS中的WebGIS采用页面操作，这大大简化了传统窗口操作的难度，而且使得系统使用范围更加广泛。3、使企业的事务与GIS专业有机结合。网络GIS的出现可以使企业成员的交流合作与GIS专业操作有机结合，构成企业群体生产力。4、GIS处理能力增强。网络GIS是一个分布式处理系统，它可以充分利用各种网络资源，采用分布式的协同计算来完成复杂、计算量大的地理空间计算任务。这样，一些复杂的大规模查询可交给性能较好的服务器或者是综合利用网络资源来执行，而数据量较小的简单操作则可由本地计算机完成。这是一种比较理想的全局优化模式。5、网络GIS容易实现大范围的数据分发。6、动态性。根据用户的请求随时随地向

32、用户动态提供其所需的个性化空间信息服务。7、较强的互操作性。在网络GIS开发过程中必须遵守一些互操作规范，这样可以保持数据的一致性，如开放地学数据互操作规范（OpenGIS）。这使得网络GIS对数据的共享性以及互操作性要有较强的支持能力。8、跨平台性。网络GIS具有分布性、多用户性等特点，这决定了网络GIS必须具有较强的跨平台性能，即能够适用于各种异构系统。2.3 城市配电管理GIS系统简介城市配电管理GIS系统是一个基于数据库技术、计算机网络技术和地理信息系统（GIS）的，主要对变压器，杆塔，断路器，隔离开关，变电站等电力设备进行管理、检修和运行的高级信息管理系统，其一般包括自动绘图（Aut

33、omatic Mapping，AM）、设备管理（Facility Management，FM）和地理信息系统，因此，也称为AM/FM/GIS。配电管理中的电力设备数量多且分散，其运行管理工作大多与地理位置紧密有关，城市配电管理GIS系统充分利用地理信息系统对地理坐标和空间位置的展现能力以及空间分析能力，可以快速的获取、存储、检索、分析和显示电力设备的空间信息和属性信息，从而建立信息化的数据库管理系统，为管理部门提供更加丰富、直观的信息资料和决策依据。城市配电管理GIS系统的主要功能是利用空间数据库与关系数据库等相关技术综合管理空间数据与属性数据，通过空间分析与检索定位等GIS功能，提高调度员与

34、设备维护人员了解设备工况与处理设备故障的能力。设备管理系统根据这些厂家数据以及运行工况，对这些电力设备进行定期检修与经常性维修，使设备处于良好的工作状态，并延长其使用寿命。在该系统中，为了突出厂站、线路和设备等行业相关的走向和连接关系，GIS可以对地理图采用分层消隐的办法去掉不需要显示的部分（如房屋建筑）。城市配电管理GIS系统与电网自动化是两个不同但联系紧密的系统，是不能相互替代但又相互支持的系统。配电自动化系统是一个实时监控系统，主要目的是缩短停电时间、提高供电可靠性，它采集的实时信息可支持城市配电管理GIS系统的实时化，扩大了配电GIS的应用范围。而城市配电管理GIS系统提供的地理信息，

35、可以对配电自动化系统进行可视化运行，更加真实和实用。配电自动化是电网建设和改造中的现代化管理的重要手段，而配电网GIS是配电自动化的重要组成部分。通过搭建这样的平台可以随时了解配电网络分布的情况，相关设备属性信息，从而方便配电网运行维护，提高设备管理的水平和工作效率。2.4 系统实现关键技术根据系统实现的要求，本系统拟采用开发语言为ASP.NET3.5，软件开发平台为Microsoft Visual Studio 2008，地理信息系统开发平台为ArcGIS 服务器，有的高级算法会调用到ArcGIS的开发组件ArcObject，数据库平台为Microsoft SQLServer2008，并且采

36、用了ESRI公司的空间数据库引擎建立起空间数据与属性数据之间的关联21。另外系统还涉及JavaScript技术，Ajax等技术。2.4.1 ASP.NETASP.NET是微软在2000年第二季时正式推动.NET策略下产生的，ASP.NET的前身ASP技术，是在IIS 2.0上首次推出（Windows NT 3.51)，当时与 ADO 1.0 一起推出，在IIS 3.0 （Windows NT 4.0)发扬光大，成为服务器端应用程序的热门开发工具，微软还特别为它量身打造了Visual InterDev开发工具，在1994年到2000年之间，ASP技术已经成为微软推展Windows NT 4.0平

37、台的关键技术之一，数以万计的ASP网站也是这个时候开始如雨后春笋般的出现在网络上。由于它的简单以及高度客制化的能力，也是它能迅速窜起的原因之一。不过ASP的缺点也逐渐的浮现出来：意大利面型的程序开发方法，让维护的难度提高很多，尤其是大型的ASP应用程序。解释式的VBScript或JavaScript技术语言，让效能有些许的受限。 ASP.NET从发展至今已经经历了ASP.NET、ASP.NET2.0、ASP.NET3.5、ASP.NET4.0，ASP.NET4.0今年刚刚发布的配套在Visual Studio 2010上使用22。但是用于ASP.NET4.0还不是很稳定，所以本系统采用的是AS

38、P.NET3.5。ASP.NET3.5具有如下特征：强大性和适应性、简单性和易学性、高效可管理性等2.4.2 AJAX技术当Web编程处于Web1.0时代时，即我们通常所说的静态页面时，页面不能进行实时的更新，只能在客户端浏览，当时的网络技术发展缓慢，好多人看不到web的前途，因为人们看到了东西不能动态的更新。但是当网络编程跨入Web2.0时代时，web编程得到了快速的发展，因为web2.0采用的是动态编程技术，即我们现在所做的页面已经不全是传统的html页面了，如的.aspx页面，这种页面上可以进行数据的事实更新，能够做到与用户的动态交互，但是过度频繁的客户端与服务器端的交互必定会带来大量的

39、数据传输，而且我们有的时候只需要改变页面的某一小部分时也会刷新整个页面，这就会给用户不好的感受，特别是在WebGIS平台应用上，由于地图数据量大，如果是太频繁的刷新地图肯定会造成信息传输的拥堵，因此在这种情况下Ajax技术应运而生。AJAX也就是“Asynchronous JavaScript技术 and XML”（即JavaScript技术和XML)，异步数据传输。 Ajax 应用程序由以下基本技术组成：（1）HTML技术，用于建立 Web 表单并确定应用程序其他部分使用的字段。（2）JavaScript技术，JavaScript代码是运行 Ajax 应用程序的核心代码，帮助改进与服务器应用

40、程序的通信。（3）DHTML 或 Dynamic HTML技术，主要是用于动态更新表单。我们将使用 div、span 和其他动态 HTML 元素来标记 HTML。 （4）文档对象模型DOM。 文档对象模型 DOM 主要通过 JavaScript技术用于 代码来处理 HTML 结构和（某些情况下）服务器返回的XML。2.4.3 JavaScript技术JavaScript技术是一种客户端脚本语言，是原型化继承的面向对象的动态类型，JavaScript技术严格的区分大小写。JavaScript技术是由Netscape公司的LiveScript发展而来，主要目的是为了解决服务器端语言23。由于网络技

41、术的迅速发展，现在数据的传输量也变得越来越大，因此为了给客户提供更流畅的浏览效果。就必须将一些不必要的程序处理放在客户端，JavaScript技术就是用来做客户端程序处理的脚本。JavaScript技术是一种采用小程序段的方式实现编程的脚本语言。像其它脚本语言一样, 它提供了一个简易的开发过程，JavaScript技术同样也是一种解释性语言。与其他同类型语言相比它具有如下几点性质：1、简单性。JS技术是一种利用Java基本语句和控制流的简单而紧凑的设计, 是学习Java语言一种非常好的过渡。而且它的变量类型是采用弱类型，而非使用严格的数据类型。2、安全性。由于JS技术采用下列措施：不允许访问本

42、地的磁盘，不能将数据存储到服务器上，不允许对网络文档进行修改和删除，只有通过浏览器才能实现信息浏览或动态交互，从而有效地防止数据的丢失，因此，它是一种安全性语言。3、动态性。由于JS技术是客户端脚本语言，因此，它直接对用户或客户输入做出响应，不用经过Web服务程序。它对用户的响应方式是以事件驱动进行的。 4、跨平台性。JS技术只是依赖于浏览器本身，而与具体操作环境没有关系，只要能运行浏览器的计算机，并支持JS技术的浏览器就可正确执行。现在几乎所有的浏览器都支持它，因此不管在什么操作平台下都可以使用，实际上JavaScript技术最杰出之处在于可以用很小的程序做大量的事。无须有高性能的电脑，软件

43、仅需一浏览器，无须WEB服务器通道，通过自己的电脑即可完成所有的事情。 2.4.5 ArcGIS系统ArcGIS系统是美国ESRI公司70年代后期推出的地理信息系统，早期的ArcGIS称为ArcInfo，最早主要运行在UNIX操作系统下，后来陆续移植到基于Windows NT操作系统的平台上和基于DOS的平台上（PC ArcInfo，ArcView 3.X）29。在上个世纪末期，美国ESRI公司又推出全新的基于桌面的地理信息系统，称为ArcGIS系统。ArcGIS系统包括六个部分。一是ArcGIS桌面、二是工作平台、三是ArcGIS服务器（早期版为ArcIMS)、四是Arc对象、五是ArcSD

44、E以及Arc移动端。Arc地图用来完成数据的显示分析和制图，ArcCatalog用来实现数据的管理，而数据的转换和空间运算等操作则通过ArcToolBox来进行，与以前的版本不同，在ArcGIS9之后的版本中，与以前版本不同的是ArcToolBox不再作为一个单独的软件出现，它是前两个程序的一部分，嵌套在其中直接使用。而且在ESRI宣布的ArcGIS10中各模块的整合度更高。除此以外，ArcGIS9中还有用于三维分析的软件ArcScene、ArcGlobe和用于阅读地图的ArcReader软件。但是前两个软件必须要有3D模块支持才可以使用。Arc地图用来完成数据的显示分析和制图，ArcCata

45、log用来实现数据的管理，而数据的转换和空间运算等操作则通过ArcToolBox来进行，与以前的版本不同，在ArcGIS9之后的版本中，与以前版本不同的是ArcToolBox不再作为一个单独的软件出现，它是前两个程序的一部分，嵌套在其中直接使用。而且在ESRI宣布的ArcGIS10中各模块的整合度更高。除此以外，ArcGIS9中还有用于三维分析的软件ArcScene、ArcGlobe和用于阅读地图的ArcReader软件。但是前两个软件必须要有3D模块支持才可以使用。ArcGIS系统的结构图如图2-1所示。图2-1 ArcGIS系统的结构图嵌入式ArcGIS引擎，简称AE，是嵌入式GIS产品，

46、这是由于使用Arc对象开发出来的程序仍然无法脱离ArcGIS平台，为了进一步的开发GIS市场，节约用户成本，所以ESRI公司将Arc对象中的一些组件单独的打包出来组成了AE。使用这样一个嵌入式GIS程序的组件库开发程序，就不在需要安装GIS桌面版程序，只需安装ArcGIS运行时（ArcRuntime)就行了。ArcGIS 服务器、ArcIMS用于开发网络地理信息系统，ArcIMS功能比较局限，只能实现一些地图的基本操作和一些简单的空间分析功能30,31，它可以定制扩展，建立起网络地图发布系统。ArcGIS 服务器则相当于是一个ArcIMS的升级版本，它能够实现地理信息系统的许多高级功能，而且可

47、以在客户端调用Arc对象的接口，因此，可以说Arc对象可以实现的，ArcGIS 服务器都可以实现。它是通过ArcGIS 服务器 Management（服务管理器)发布地图服务，然后通过程序调用发布的地图服务是实现网络地理信息系统的发布。移动GIS提供了移动领域内的GIS，是当前应用比较热门的GIS领域。比如车载导航系统，车辆定位系统等等。在本系统中主要使用了ArcGIS Desktop、ArcServer、Arc对象、ArcSDE ，Desktop用于制图即地图矢量化，建立空间数据库，并使用ArcSDE（空间数据引擎)建立起空间数据库与属性数据库（sqlserver)的连接。2.4.6 数据库

48、技术数据库采用关系型数据库 。数据库系统是整个系统的信息中心，在城市配电管理系统中，所有的数据都存储在数据库中15。城市配电管理系统中，数据库的设计不仅决定着系统效率，还决定着数据安全。数据库需要对数据设定备份，实现高效率查询数据因为采用开发语言来编程，所以利用基于ODBC连接原理的Web访问技术来访问数据库。ODBC技术在数据连接模式表现出一次性特点，也就是说，WEB请求的处理过程中，每一次都需要重新访问数据库连接，导致数据库需要执行相应的连接和关闭两种控制模式的转变，这中操作步骤的双重性导致数据节点错误影响幅度的增加，数据库的稳定性较低，出现重启的可能性较高。甚至由于连接申请超出内存上限导

49、致服务器瘫痪。为了降低ODBC的数据库访问错误的潜在风险，我们通过云计算的理念来克服上述缺陷。为了解决连接的一次性创建和关闭问题，创建一个持续运行不关闭的全局的 “连接” 对象来实现对网络服务器数据库的高效连接。而为了解决连接问题，采用数据库连接池技术。连接池的基本工作原理：数据库的访问机制主要是利用一定数量被预先放入缓冲池中的连接，降低了数据库连接错误。2.5 本章小结本章主要讲解了配电管理系统开发的理论基础（地理信息系统和网络化GIS技术）和系统研发过程中所用到的几个典型的关键技术，主要包括软件开发语言、Ajax技术、JS技术以及数据库管理系统的知识等。软件开发工具采用.Net技术，软件开

50、发结构采用客户端/服务器结构，数据库管理系统采用的是sql server。3 系统需求分析本章主要讲述系统需求分析，包括系统用户角色分析、系统功能分析（本章重点）、系统性能分析、系统可行性分析（经济可行性、技术可行性）。3.1 用户角色分析本文旨在根据城市化建设对城市配电管理方面的需要，探讨基于网络GIS的城市配电管理系统的设计和编程开发方式。通过与配电管理工作人员、系统用户等进行探访，了解城市配电管理的主要操作、业务流程、管理规章制度，了解城市配电管理系统需要包含的主要功能模块。系统角色分为两类：一类是系统管理员；第二类是普通用户。系统管理员：拥有普通用户权限以及系统的所有管理权限，他可以在

51、任何情况下对系统做全面管理以及访问设置；普通用户只能登陆系统后查询相应的设备路线等相关信息，不能对系统的一些参数和设置等进行更改。更不能对用户进行创建和删除以及更改用户角色权限。3.2 系统功能需求根据城市配电管理系统的特点以及其业务管理情况，系统包括五个功能模块：一是设备查询模块、二是线路查询模块、三是设备管理模块、四是线路管理模块以及设备故障管理模块等。功能一：设备查询功能模块。需要提供设备查询功能，提供对高压、低压配电管理所使用的各项设备的查询管理，包括设备状况查询、设备相关信息查询以及设备使用记录查询等。功能二：线路查询模块。需提供路线查询功能，提供对线路电杆信息、用户地理位置信息、线

52、路图、计量点信息、电压监测点信息、变电所信息、变台和箱变信息、电缆信息等的信息查询。具体需要包括如下功能：1、图形输出功能。2、地图数据动态显示功能。3、支持电网图形分层分类、地理图素分层管理和显示。4、支持道路名和线路名动态显示和标注。5、支持多用户并发编辑各种图形（包括地形图）及电网拓扑结构描述。6、支持以设备代码或名称以及街道名称等为索引的地图的快速定位显示。7、支持地理编码引擎、线路设备统计。8、支持图形相互转换。9、地理设施图形采用空间数据库方式管理，利用空间数据库引擎，可以实现多用户并发图形编辑操作，同时编辑同一部分的配电网图形。10、支持绘图报表输出、各种图形及其属性资料的混合编

53、辑输出、打印输出功能、查询与统计分析等。功能三：设备管理模块。需要提供管理设备的功能，提供对配电管理系统以及线路的各种设备的管理功能。具体包括：1、为使用人员提供方便的查询、统计、显示、列表（报表）等多种功能。2、为设备管理提供可视化和层次化的实现手段。3、提供对设备信息的增加、删除、修改等功能。功能四：线路管理模块。需要提供路线管理功能，对线路电杆信息、用户地理位置信息、线路图、计量点信息、电压监测点信息、变电所信息、变台和箱变信息、电缆、开闭所信息进行管理维护。具体包括如下几个功能：1、对电力线路进行增加、删除、修改等操作。2、还可以对电力路线进行分析，根据提供的一些条件，分析该线路在某些

54、情况下影响的供电区域3、当电力线路改变过后，该模块支持路线的在线修改，通过可视化界面即可完成路线的修改。功能五：设备故障管理模块。需要提供故障设备如何处理的操作，提供对出现问题的设备的检测以及提供相应的解决策略等功能。该模块具体又包容如下几个子功能：1、故障设备定位。2、供电恢复。3、故障信息管理。4、故障停电管理。3.3 系统性能需求分析系统除了完成一定功能外，也应当遵循一定的性能要求，这能使该系统在具体行业中的使用效率和寿命得到保证。依据我国电力企业改革与发展的目标和要求，基于网络GIS的城市配电管理系统的系统性能方面应满足以下的要求：1、实用性。城市配电管理GIS系统设计的首要原则是系统

55、能够实用，因为系统功能是否实用是衡量一个管理信息系统建设成功与否的基本标准。在开发系统之前，可以采取座谈等形式多与用户交流，始终贯彻面向用户需求的观点。2、规范性。配电运行管理要规范。通过建立和使用城市配电管理GIS系统，电力企业传统的运行管理模式将会改变，因此，科学化、规范化地配电运行管理是系统建设的一个十分重要的内容。比如要按统一的规则对配电设备进行编号和管理等。3、开放性。即系统要求具有可扩充性。根据系统工程的特点来保证系统具有良好的集成性和扩充性。为了提高软件的可继承性和可维护性，采用开发性平台和开放的开发工具。4、共享性。电力行业使用的各种设备地理分布十分广泛，许多部门分别负责电网中

56、各种设施资料的更新与维护，所以必须建立相应的网络管理机制，通过网络共享的方式，形成综合的电网管理系统。5、安全性。采取安全的管理手段、严格的保密措、可靠的数据存储方式等措施，来保证城市配电管理GIS系统的安全性。3.3 系统可行性分析系统可行性分析主要从两个方面进行分析：第一个方面是经济可行性分析、另一个是技术可行性方面进行分析。3.3.1 经济可行性分析本课题基于网络GIS的配电管理系统系统是采用.net开发工具、GIS平台。.net是一个免费的、开放的开发平台；GIS平台选用的是ESRI公司提供的ArcGIS 9.3，是一个功能强大全面的GIS平台，具有稳定性。本系统主要使用ArcGIS

57、服务器来实现。并且系统开发对硬件设备要求不算特别高，稍微好的计算机配置是可以支持的。3.3.2 技术可行性分析本课题运用.net开发技术，具有集成化的开发环境（并且具有可视化的特点），全面支持面向对象的软件开发思想；语法简单，易学易用，是目前广泛流行的一种比较理想的网络编程语言，功能灵活强大28；.net具有简单易学、上手快等特点。除此之外，.net开发工具开发环境还提供大量丰富的构件，大大节约 的程序开发人员的工作量；利用这些构件，稍加编码和修改就可以十分便捷地实现自己的应用程序。GIS平台方面，ArcGIS是一套基于组件的通用程序库实现的，为开发者提供了多种开发模式。本系统主要使用ArcG

58、IS 服务器来实现。另外还采用了ArcSDE（空间数据库引擎)，建立空间数据与属性数据库的连接。3.5 本章小结通过与配电管理工作人员进行交流沟通后确定了系统的需求分析，包括用户角色分析、功能需求分析，并从各个方面分析了研发该配电管理GIS系统的可行性，确定配电管理系统是非常有必要的，也是可行的。4 系统概要设计和详细设计本章进行系统概要设计（网络拓扑结构设计、系统总体结构设计）和详细设计（具体系统功能模块设计），以及系统数据库的设计和数据库组织。4.1 系统概要设计4.1.1 系统设计原则基于网络GIS的配电管理系统数据库包括地理数据库和属性数据库两部分，系统设计的好坏会直接影响到后期的系统开发实现以及整个系统的运行效率高低。系统设计的开发一般应遵照以下的开发原则：1、 系统数据完整性原则。配电管理系统需要考虑大量数据信息，在