《DLT 890.453-2018能量管理系统应用程序接口（EMS-API） 第453部分：图形布局子集》专题研究报告

《DL/T890.453-2018能量管理系统应用程序接口（EMS-API）

第453部分：

图形布局子集》专题研究报告目录时代驱动:为何图形布局标准化成为智能电网调度的“视觉中枢

”?——深度剖析行业趋势与核心诉求从“孤岛

”到“互联

”:解构图形交换子集(GES)如何打破专业壁垒与图形的“灵魂绑定

”:探索图形样式(GraphicalStyle)映射与语义一致性保障不止于传输:图形数据交换文件(GDEF)的格式奥秘与高效流转策略前瞻与挑战:当SVG、BIM、数字孪生遇上图形布局标准的未来演进专家视角解析标准全貌:如何从图形布局视角重构EMS-API的互操作“基因

”?透视基础框架:深度通用图形布局子集(CGLS)的抽象建模智慧化繁为简的魔法:图形布局(GraphicalLayout)细节模型与自动化布线的技术密码从标准文本到落地应用:实施路线、典型场景与避坑指南深度剖析核心价值总览:标准如何为调度智能化与业务协同注入决定性力代驱动：为何图形布局标准化成为智能电网调度的“视觉中枢”？——深度剖析行业趋势与核心诉求调度可视化困境：传统EMS图形“信息孤岛”的痛点与转型急迫性在智能电网建设浪潮下，能量管理系统（EMS）作为电网运行的“大脑”，其可视化呈现却长期面临巨大挑战。不同厂商、不同时期建设的EMS系统，其图形格式、数据模型、绘制引擎千差万别，导致一张电网接线图在不同系统间无法直接识别与复用，形成了严重的“信息孤岛”。这不仅造成大量重复绘图、维护成本高昂，更在跨部门、跨区域协同调度时，因图形信息无法顺畅流转而影响决策效率与操作安全。图形互操作性的缺失，已成为阻碍调度自动化水平进一步提升的关键瓶颈。0102互操作性的高阶要求：从数据互通到图形语义共享的必然演进随着IEC61970系列标准（尤其是公共信息模型CIM）的推广，电力系统应用间的数据互操作已取得长足进步。然而，仅有数据层面的标准化远远不够。调度员、计划人员等用户的核心工作界面是图形，图形承载了设备拓扑、实时状态、地理信息、分析结果等丰富语义。图形布局标准化正是数据互操作性向人机界面层的深度延伸，旨在实现图形文件本身及其所承载的语义信息能在不同系统间无损交换与一致渲染，是构建“即插即用”式高级应用生态的基石，标志着互操作性从“机器读懂”迈向“人机协同理解”的新阶段。0102行业标准体系拼图：DL/T890.453在EMS-API框架中的定位与战略意义DL/T890（等同采用IEC61970）系列标准旨在构建统一的EMS应用程序接口框架。第453部分《图形布局子集》是该框架中至关重要的一块拼图。它填补了CIM模型在图形可视化表达方面的空白，将抽象的电网模型与具象的图形表达建立了标准化关联。该标准的制定与实施，意味着我国在遵循国际标准的同时，正系统性地构建覆盖数据、服务、图形全链条的EMS开放体系。其战略意义在于，从顶层设计上统一了图形交换的“语言”，为未来智能电网调度技术支持系统的集约化、平台化发展扫清了核心障碍。二、专家视角解析标准全貌：如何从图形布局视角重构

EMS-API

的互操作“基因

”？核心目标三重奏：确保可移植性、可交换性与可视化一致性本标准的核心目标可归纳为三个层面。可移植性：确保为特定EMS创建的图形，能够在不修改或极小修改的情况下，在不同厂商的EMS中正确显示和使用。可交换性：定义了一套中立、开放的图形数据交换格式和接口，使得图形文件能够在异构系统间顺畅导入导出。可视化一致性：通过标准化图形样式和布局规则，保证同一电网对象在不同系统、不同视图下呈现的图形符号、颜色、线型等视觉特征保持一致，避免因可视化差异导致的操作误解。这三者共同构成了图形层面互操作的坚实基础。标准架构纵览：三大核心组成部分的逻辑关系与协作机制DL/T890.453标准在架构上清晰地划分为三大逻辑组成部分。图形交换子集（GES）是顶层的需求与用例定义，明确了图形交换应支持的业务场景和功能范围。通用图形布局子集（CGLS）是核心的数据模型，基于CIM扩展定义了一组用于描述图形元素的抽象类及其关系，如图形对象（GraphicalObject）、位置点（Location）、样式（Style）等。图形数据交换文件（GDEF）则是基于XML的具体实现格式规范，规定了如何将CGLS模型实例序列化为可传输的文件。三者呈金字塔结构：GES定义“要做什么”，CGLS定义“用什么描述”，GDEF定义“如何存储和传递”，层层递进，构成完整闭环。与CIM的共生关系：图形模型如何无缝衔接公共信息模型本标准的强大生命力源于其与IEC61970CIM的深度集成。CGLS并非另起炉灶创建一套独立的图形模型，而是将CIM作为其语义基础进行扩展。它通过关联关系（如GraphicalObject与PowerSystemResource的关联），将图形元素与CIM中定义的电网资源实体（如断路器、变压器）绑定。这意味着，交换图形时，不仅交换了图形的几何外观（位置、形状），更交换了其背后所指代的电网对象身份和语义。这种“形意结合”的设计，使得图形能够作为CIM模型实例的一种可视化视图进行交换，真正实现了图形与数据的统一描述，为基于图形的智能应用（如拓扑分析、状态估计可视化）提供了可能。从“孤岛”到“互联”：解构图形交换子集(GES)如何打破专业壁垒定义交换边界：明确哪些图形类型与元素属于标准化交换范畴GES的首要作用是划定标准化的“势力范围”。它并非试图包罗万象地标准化所有可能的图形，而是聚焦于EMS领域最核心、最需要共享的图形类型。这主要包括单线图、地理位置图、厂站主接线图等反映电网拓扑和运行状态的示意图。同时，它明确了交换的图形元素包括图形符号（如断路器、变压器图标）、连接线（导线、母线）、文本标注、背景图元等。通过清晰定义交换范围，GES确保了标准的实用性和可实施性，避免因范围过广而增加不必要的复杂性，使得厂商和用户能够集中资源在关键场景实现突破。0102支撑典型应用场景：从图形迁移、多系统协同到图形服务共享GES通过定义一系列具体的交换用例，生动描绘了标准落地后的价值图景。图形迁移：当系统升级或更换供应商时，历史积累的大量图形资源可以平滑迁移至新系统，保护用户资产。多系统协同：调度主站与配电自动化、监控系统之间可以共享电网图形作为统一的背景和参考，支撑分布式能源并网、源网荷储协同等跨域业务。图形服务共享：一个系统生成的优质图形（如经过精美绘制的地区网络图）可以作为服务发布，供其他系统调用，实现图形资源的集约化生产与消费。这些场景直击当前业务痛点，彰显了标准巨大的经济与效率价值。确立互操作等级：从基本显示到完全交互的渐进式能力要求GES认识到互操作性是一个多层次的连续谱。因此，它定义了不同等级的交换能力要求。基本等级：仅要求接收方能够正确显示交换图形的静态画面，保证视觉一致性。中级等级：在显示的基础上，要求图形元素能与后台实时数据关联并动态刷新（如遥测、通信状态）。高级等级：除了显示与刷新，还支持通过图形界面进行交互操作（如遥控、置数），并确保操作指令能准确映射到后台对应的设备对象。这种分级定义提供了灵活的实施方案，允许根据实际需求和系统能力分阶段达成目标，降低了标准实施的初始门槛，有利于标准的逐步推广。透视基础框架：深度通用图形布局子集(CGLS)的抽象建模智慧核心类“GraphicalObject”：图形世界的“万物之源”及其关键属性在CGLS模型中，GraphicalObject（图形对象）是所有具体图形元素（如符号、连线、文本）的抽象基类，是构建图形世界的原子单位。它定义了一系列关键属性，用于描述图形对象在空间中的存在状态。其中，“位置（Location）”属性至关重要，它通过坐标点（DiagramPoint）定义对象在图纸坐标系中的精确方位。此外，旋转角度、缩放比例、显示层级（Z序）等属性共同决定了对象最终如何被渲染。更为重要的是，GraphicalObject通过“关联（ReferencedObject）”属性与CIM中的一个或多个对象建立链接，这是实现图形语义化的核心纽带。理解GraphicalObject，就掌握了打开CGLS模型大门的钥匙。“Style”类的魔力：如何将可视化外观与业务语义高效分离Style（样式）类是CGLS设计中体现“关注点分离”原则的精妙之笔。它将图形对象的具体可视化外观（如填充色、线条颜色/宽度/线型、字体、图标图片）从对象本身剥离出来，定义为一个独立的、可重用的实体。一个Style可以被多个GraphicalObject共享引用。这样做带来了巨大优势：一是高效维护，当需要全局更改某类设备（如所有220kV断路器）的显示颜色时，只需修改对应的Style定义，所有引用该Style的图形对象会自动更新。二是语义增强，Style可以根据CIM对象类型或运行状态（如“闭合”、“断开”、“告警”）进行命名和定义，使得图形渲染直接反映业务状态，提升了可视化的信息密度和直观性。（三）

“Diagram

”与“DiagramObject

”：理解图形画布与元素的多对多复杂关系CGLS

引入了

Diagram（图形）和

DiagramObject（图形中的对象）两个重要概念来管理图形组织。Diagram代表一个完整的图形文件或视图，如同一张画布。DiagramObject则是

GraphicalObject

在特定

Diagram

中的一个“实例化存在

”。一个

GraphicalObject（如代表某台变压器的模型）可以在多个

Diagram（如全网图、厂站图、专题图）

中出现，每个出现都对应一个

DiagramObject

，且可以在不同

Diagram

中拥有不同的位置和样式。这种设计完美支持了电网图形常见的“一张设备在多张图中显示

”的需求，

同时保证了数据源的唯一性。当变压器模型更新时，所有相关

Diagram

中的显示都能同步更新，确保了图形与数据源的一致性。CIM与图形的“灵魂绑定”：探索图形样式(GraphicalStyle)映射与语义一致性保障基于CIM类型的样式自动映射规则与可扩展机制为实现图形样式的自动化、智能化应用，标准支持建立基于CIM对象类型的样式映射规则。例如，可以预定义规则：所有“CIM::Breaker”类型的对象在图形中默认采用名为“CircuitBreaker_Normal”的样式进行渲染。系统在导入图形或创建新图形对象时，可根据其关联的CIM对象类型自动匹配并应用对应样式。这套映射规则本身是可配置和可扩展的，允许用户或厂商根据本地化需求自定义特定子类设备或特定厂站的专属样式。这种机制在保证全局一致性的前提下，提供了充分的灵活性，是实现“一键成图”和图形自动生成的关键技术支撑。动态样式与实时数据绑定：让图形随电网状态“活”起来CGLS模型支持将样式与实时数据（状态量、测量值）动态绑定，从而使图形不再是静态的“死图”，而成为反映电网实时运行的“活仪表盘”。例如，可以定义一个名为“Breaker_Alarm”的样式，当关联的断路器对象发生事故跳闸（通信变位）或电流越限（遥测越限）时，系统自动将对该断路器图形对象应用的样式从“CircuitBreaker_Normal”切换为“Breaker_Alarm”，后者可能表现为闪烁的红色图标。这种动态样式切换能力，极大地增强了调度员对电网异常状态的感知速度和判断准确性，是将EMS图形从“描述性”工具提升为“感知与预警”工具的核心功能。保障语义一致性的关键：上下文传递与版本管理策略在图形交换过程中，确保接收方对图形语义的理解与发送方完全一致，是一大挑战。这依赖于上下文的完整传递。交换的GDEF文件不仅包含图形数据，还应包含或引用相关的CIM模型片段（RDF），以及所使用的样式库定义。接收系统需要具备兼容的CIM模型解释器和样式渲染引擎。此外，CIM模型和CGLS扩展模型都可能存在版本演进。因此，标准的实施必须考虑版本管理策略，在交换文件中明确声明所采用的CIM和CGLS模式版本，接收方需进行版本兼容性检查，必要时启动模型转换或映射流程。这是保障长期、大规模图形互操作成功不可或缺的环节。化繁为简的魔法：图形布局(GraphicalLayout)细节模型与自动化布线的技术密码“Location”与“DiagramPoint”：精确空间定位的数学与逻辑基础图形布局的精确性建立在严谨的空间定位模型之上。CGLS通过Location类和DiagramPoint类来描述位置。Location代表一个图形对象在空间中的方位，它可以是一个单一的DiagramPoint（用于点状符号），也可以是一系列DiagramPoint的有序集合（用于定义折线的顶点或多边形的轮廓）。DiagramPoint则使用（x,y）坐标对在Diagram的二维坐标系中确定一个点。坐标通常采用与设备比例无关的抽象逻辑坐标，这保证了图形在不同分辨率显示设备上的缩放一致性。对于地理位置图，DiagramPoint还可以与地理坐标系（如经纬度）关联，实现图形与GIS地图的精准叠加，满足调度运行中对空间位置信息的迫切需求。连接线(Connector)的智能表达：拓扑连接与视觉美观的平衡艺术电网图形中，表达设备间电气连接的导线（连接线）是复杂且数量庞大的部分。CGLS中对连接线的处理体现了实用智慧。连接线本身被建模为一种特殊的GraphicalObject，其路径由一系列DiagramPoint定义。标准不仅支持简单的直线，更支持折线、曲线，并允许在连接线上放置标识（如线路名称、电流方向箭头）。更高级的功能是支持“间接连接”表达：通过定义连接点（TerminalPoint）和关联关系，可以仅在图形上显示简洁的示意性连线，而具体的拓扑连接信息则由后台CIM模型中的端子（Terminal）和连接节点（ConnectivityNode）精确描述。这实现了视觉简化与数据精确的完美统一，是处理大规模电网图形可视化的有效手段。自动布局与布线算法的标准化接口展望：从手动绘制到智能生成虽然DL/T890.453主要定义了静态图形的交换模型，但它为自动布局与布线算法的发展和应用铺平了道路。标准化的图形模型为算法提供了统一的输入和输出接口。算法可以读取CIM网络拓扑数据，结合布局规则（如设备间隔排列惯例、母线位置约定、避让要求），自动生成符合行业规范且美观清晰的单线图或厂站图布局，并输出为标准化的CGLS/GDEF格式。这不仅能将绘图人员从繁重的体力劳动中解放出来，更能快速应对电网结构调整带来的图形频繁更新需求。未来，结合人工智能技术，实现更智能、更符合人类认知习惯的自动成图，将成为图形技术发展的重要方向，而本标准正是这一进程的基础支撑。不止于传输：图形数据交换文件(GDEF)的格式奥秘与高效流转策略GDEFXML模式：严谨的结构化封装与可读性设计GDEF是CGLS模型的物理实现，采用XML格式进行定义。其XML模式（XSD）文件严谨地规定了图形交换文件的合法结构。一个完整的GDEF文件通常包含以下几个主要部分：文件头（声明版本、编码、坐标系信息）、样式定义区（集中定义所有被引用的Style）、图形对象定义区（按Diagram组织，详细描述每个GraphicalObject及其属性）、CIM引用区（可选内嵌或外部引用相关的CIM/RDF片段）。这种结构化封装确保了数据的完整性和自描述性。同时，XML本身具有良好的可读性和可校验性，开发者可以使用通用的XML解析工具和模式验证工具来处理GDEF文件，极大地降低了开发难度，促进了工具的互用性。二进制附件的集成策略：如何处理图片、图标等非结构化资源电网图形中常包含自定义的位图图标、公司LOGO、厂站照片背景等非结构化二进制资源。GDEF标准对此提供了灵活的集成策略。一种方式是将这些资源以Base64编码的形式直接嵌入XML文件的CDATA节中，实现所有数据的单一文件打包，便于传输和管理。另一种更高效的方式是采用引用机制，在GDEF文件中仅保存资源的URI（统一资源标识符）引用，而实际的二进制文件则作为附件单独存储或通过网络服务获取。后者更适合处理大型图片资源，能有效控制GDEF主文件的大小。标准支持这两种方式，允许实施者根据具体场景（如网络带宽、存储方式）选择最优策略。交换协议与性能优化：大文件传输、增量更新与缓存机制考量在实际工程中，一个区域的完整图形集可能非常庞大。如何高效、可靠地交换图形数据是必须考虑的问题。标准本身主要定义数据格式，但实施时需结合适当的交换协议。对于全量图形迁移，可采用文件传输协议（如FTP、SFTP）或Web服务进行大文件传送。对于日常的图形同步和更新，增量更新机制至关重要：仅传输发生变化的部分图形对象或Diagram，而非整个文件，这能极大减少网络流量和更新时间。此外，接收端系统应建立图形缓存，避免每次打开图形都重新解析整个GDEF文件。结合版本号和时间戳，可以实现智能的缓存更新判断。这些性能优化策略是确保标准在大规模实际应用中流畅运行的关键。0102从标准文本到落地应用：实施路线、典型场景与避坑指南深度剖析分阶段实施路线图：从试点验证到全面推广的稳妥路径标准的成功落地需要一个审慎的、分阶段的实施路线图。第一阶段：能力建设与试点。厂商需升级其图形子系统，支持GDEF文件的导入、导出和正确渲染。选择1-2个非核心的图形或新建设项目进行试点，验证基本显示和简单数据绑定的正确性。第二阶段：深化与集成。在试点成功基础上，扩大图形交换范围，实现动态样式、交互操作等高级功能，并将图形交换流程与已有的CIM模型管理、SCADA数据服务等深度集成。第三阶段：全面推广与生态构建。在企业或行业范围内制定统一的样式规范和实施指南，推动所有新建系统和改造项目遵循标准，并鼓励第三方基于标准开发图形工具和服务，形成健康的应用生态。0102典型应用场景深度解构：以“调控云”图形共享为例“调控云”平台是电网调度领域的重要发展方向，其核心诉求是实现各级调控中心应用的云化部署与资源共享。在此场景下，DL/T890.453的价值得以充分彰显。省级调控中心可以制作和维护一套权威、精美的全省主网架图形，以标准GDEF格式发布到“调控云”图形服务池中。各地市调控中心、乃至配电自动化系统，无需重复绘图，可直接通过标准接口订阅和调用这些图形作为其应用的背景图或参考图。当省网结构发生变化时，只需在源头更新一次图形，所有订阅方即可自动或手动同步更新，实现了图形资源的“一处维护、处处使用”，极大提升了工作效率和图形一致性。常见实施陷阱与应对策略：确保项目成功的关键要点在实施过程中，需警惕常见陷阱。陷阱一：忽略样式库的统一。不同厂商对同一种设备（如变压器）的默认样式定义可能不同，导致交换后图形“走样”。应对：在项目前期，由用户方牵头制定并发布企业级的《图形样式规范手册》，作为所有参与方的共同契约。陷阱二：CIM模型不一致。图形交换的成功高度依赖发送方和接收方对底层CIM模型理解的一致性。应对：建立统一的CIM模型管理平台，确保交换双方使用相同版本和扩展规则的模型。在GDEF交换时，可附带必要的CIM上下文片段。陷阱三：性能瓶颈。复杂图形直接交换和渲染可能导致系统卡顿。应对：在图形制作端优化，如简化过于复杂的矢量图元；在接收端采用分级加载、动态渲染等技术。前瞻与挑战：当SVG、BIM、数字孪生遇上图形布局标准的未来演进与SVG/W3C标准的融合：探索Web化、轻量化渲染的新可能目前GDEF主要作为交换格式，其最终渲染依赖各EMS厂商的私有引擎。未来，与W3C的SVG（可缩放矢量图形）标准深度融合是一个重要趋势。SVG是基于XML的开放矢量图形标准，被所有现代浏览器原生支持。可以将GDEF视为电网图形的“中间模型”，通过转换器将其渲染为符合电网规范的SVG图形。这样，图形就可以在标准的Web浏览器中直接、高质量地显示，无需安装专用插件或客户端，极大地促进了调度图形向移动终端、大屏展示、Web发布等场景的渗透，实现真正的跨平台、轻量化访问，是构建“云-边-端”协同可视化体系的关键一环。01020102拥抱BIM与三维可视化：为电网数字孪生奠定图形数据基石建筑信息模型（BIM）和三维可视化技术在电力工程设计与资产管理中的应用日益深入。未来的电网数字孪生，需要将基于CIM/CGLS的逻辑拓扑图形与基于BIM/IFC的物理设施三维模型，以及基于GIS的地理空间信息进行融合。DL/T890.453定义的二维图形布局模型，可以看作是数字孪生体在调度运行层面的一个特定“视图”。标准需要思考如何扩展，以支持三维坐标、层级化模型（LOD）、以及更丰富的材质和光照属性描述，从而实现从二维示意图到三维实景化、沉浸式孪生场景的平滑升级，为调度员提供更直观、信息更丰富的决策环境。0102应对海量数据与实时性的挑战：面向未来大电网的图形技术演进随着新型电力系统建设，接入的分布式电源、柔性负荷、储能装置数量呈指数级增长，电网图形将变得极其复杂和动态。这对图形标准的承载能力和实时性提出了更高要求。未来演进可能