（通信与信息系统专业论文）基于gis的10kv配电网管理系统的研究.pdf

j ，知 l 飞 ， h 声明尸明 删 y 1 7 8 6 醚芝 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于g i s 的1 0 k v 配电网管理系 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：挺叁坦 日 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：佐大江 导师签名：与纽盘 日 期：型! 噬主目l 弓日 日 期：趁f 翌：至：! 曼 叫 钿 i 气 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 分析了配电网管理的现状，针对现有管理方式滞后的问题，提出将地理信息系 统应用于配电网的管理，设计并实现了基于g i s 的l o k v 配电网管理系统。本系统 通过监控终端采集配电网的运行数据并与地理信息相对应，在数据出现异常时及时 报警，并能对远程的配电网系统进行控制从而完成对配电网的实时监控，提高了配 电网的可靠性。 详细的讨论了地理信息系统的基本知识和组件技术的基本原理。重点阐述了整 个系统的总体设计方案、功能结构、有代表性的空间和属性数据库的设计以及利用 d n p 3 0 制定的通信协议。根据现代化管理系统的特点，采用v c + + 6 0 开发环境和 m a p l n f o 公司的m a p x 控件对系统进行丌发。 关键词：配电网管理系统， 地理信息系统，m a p x 控件 a bs t r a c t o nt h eb a s i so fd e t a i l e d a n a l y s i so nt h eo p e r a t i n gc o n d i t i o no fc u r r e n tp o w e r d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ( d m s ) ，an e wg r a p h i c a lm a n a g e m e n ts y s t e mf o rlo k v p o w e rd i s t r i b u t i o n n e t w o r kw a sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e db a s e do n g e o g r a p h y i n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) t h en e ws y s t e mp r o p o s e dat h o r o u g hr e s o l u t i o nt ot h e h y s t e r e s i sp r o b l e mw h i c hi st h em a i nw e a k p o i n ti nt h ec u r r e n ts y s t e m i tg e t so p e r a t i n g p a r a m e t e r so ft h ep o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t hm o n i t o r i n gt e r m i n a ld e v i c e sa n dt h e n m a t c ht h e mw i t h c o r r e s p o n d i n gg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o n ，g i v i n ga l a r m sw h e n a b n o r m a l i t yo c c u r s ，o f f e r i n g r e m o t ec o n t r o l a p p r o a c h e s ，t h u s r e a l i z e dr e a l t i m e m o n i t o r i n gf u n c t i o na n de n h a n c e dt h er e l i a b i l i t yo fd m s g i sa n dc o mt e c h n o l o g yi sd i s c u s s e di nt h i s p a p e r , t h e ya r et h e t h e o r e t i c a l f o u n d a t i o no ft h en e ws y s t e m t h ed e s i g nf o rs y s t e m a t i c a lf r a m e w o r k ，f u n c t i o n a l s t r u c t u r e ，t y p i c a ls p a c ea n da t t r i b u t ed a t a b a s es c h e m e ，c o m m u n i c a t i o nd a t ap r o t o c o l u s i n gd n p 3 0a r ee m p h a t i c a l l yp r e s e n t e di nt h ep a p e r a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c s 0 ft h cm o d e m m a n a g e m e n ts y s t e m ，w ec h o o s et ou s ev c + + 6 0a n dm a p xc o m p o n e n to f m a p l n f oc o m p a n yt or e a l i z et h es y s t e ms o f t w a r e r e nd a j i a n g ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m s ) d i r e c t e db yp r o f x i ez h i y u a n k e y w o r d s ：d m s ，g i s ，m a p sc o m p o n e n t 了 叫 j 华北电力大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论l 1 1 本课题的研究背景与意义1 1 2 课题的国内外研究现状2 l2 1 国内外配电网管理发展阶段2 1 2 2 国内外配电网g i s 系统研究现状4 1 3 本文主要研究内容5 第二章地理信息系统概述6 2 1 地理信息系统介绍6 2 1 1 地理信息系统概念6 2 1 2 地理信息系统的主要研究内容6 2 1 3 地理信息系统的分类8 2 2 地理信息系统丌发方式的选择8 2 2 1 应用型g i s 丌发的三种实现方式8 2 2 2 三种实现方式的分析和比较9 2 3 规划建设配电网g i s 的必要性、可行性1 0 2 4 本章小结1 1 第三章组件技术概述及m a p x 技术研究1 2 3 1 组件技术及规范1 2 3 1 1 组件技术概述1 2 3 1 2 组件的定义和属性1 2 3 1 3 组件模型的规范1 3 3 1 4 组件式g i s 1 4 3 1 4 1 组件式g i s 开发的特点1 4 3 1 4 2 组件式g i s 开发的优缺点1 4 3 2 m a p x 技术研究1 6 3 2 1 m a p x 的空间数据结构1 6 3 2 2m a p x 的特征和属性1 8 华北电力大学硕士学位论文目录 3 2 3 在v i s u a lc + + 6 0 中使用m a p x 组件2 l 3 3 本章小结2 1 第四章1 0 k v 配电网管理系统的设计2 2 4 1 配电网管理系统的概述2 2 4 1 1 基于g i s 的1 0 k v 配电网管理系统的组成：2 2 4 1 2 基于g i s 的1 0 k v 配电网管理系统的功能2 3 4 1 3 系统开发的软件选择2 4 4 2 配电网g i s 系统的数据库设计2 5 4 2 1 配电网g i s 的数据特点2 5 4 2 2 数据库开发策略及设计过程2 5 4 2 3 系统数据的分析和处理2 6 4 2 3 1 空i 日j 属性数据的组织方法2 7 4 2 3 2 配电网管理数据的分析和处理2 8 4 2 4 系统数据库的设计2 9 4 2 4 1 数据库的规范化3 0 4 2 4 2 数据库的表结构设计3 l 4 3 通信规约的设计及实现3 2 4 3 1d n p 3 0 规约简介3 2 4 3 2d n p 3 0 规约的主要特点及工作方式3 4 4 3 3 通信协议的制定3 4 4 3 4 通信的实现3 5 4 3 本章小结j 3 7 第五章配电网g i s 系统管理软件的实现3 8 5 1 系统界面设计原则3 8 5 2 配电网g i s 系统的模块界面实现3 8 5 2 1 系统安全模块3 9 5 2 2 地图编辑操作模块4 1 5 2 3 信息采集查询模块4 2 5 2 4 事故报警模块4 2 5 2 5 监测终端远程控制模块4 3 5 2 6 系统参数设置模块4 4 第 参 致 在 ； 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 本课题的研究背景与意义 近几年来，随着国民经济的飞速发展，电力事业发展迅速，电力用户对 电力的各种需求不断提高，原有的城乡电网已经不能满足要求，需要进行大 规模的扩张和改造。线路网急剧扩大，尤其是配电网系统，变化速度非常快。 通过这种大规模的配电网的建设改造，整个城乡电网结构明显改善，彻底解 决了以前存在的线损大，电压不足等问题，为整个城乡用电提供了可靠的保 证，显示出良好的经济效益和社会效益l 。城乡电网改造工程涉及大量的设 备更新和线路改造，因而配电网管理工作成为供电企业生产管理系统的重要 组成部分。而且随着电力需求的迅速增长，面对现在这种越来越密织的电网、 复杂的电力设备、时刻变化的负荷信息、不断变迁的道路和建筑的情况，以 往那种主要依靠图纸和配电专职人员的工作经验对配电网进行管理和维护 的方法，存在着数据更新困难、资料易损毁丢失、同常查询不便捷、无法为 配电网改造提供准确的决策依据等弊端，已经很难满足配电网的建设和安全 经济运行的要求，而且总体效率低下。为了实现电网改造与发展的合理规划， 提高电能的质量和供电可靠性，提高配电设备运行的安全性、经济性，高质 量的完成城乡电网改造，充分地利用先进的计算机技术来提高配电网管理水 平是一种必然l 2 i 。 随着计算机技术，通信技术的发展，人们不断地采用新的技术提高配电 网的管理水平。地理信息系统( 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 ，g i s ) 起 于2 0 世纪6 0 年代，在近十几年飞速发展成为一门综合应用系统l3 l 。它能把 各种信息同地理位置和有关的视图结合起来。近年来，根据配电网结构复杂， 覆盖面广，管理维护难度大及成本高的特点，将地理信息系统应用于配电网 管理系统成为研究的热点。利用目前的g i s 技术，将整个配电网中的各种 图形信息、数据信息进行统一管理，在地理背景图上非常直观地管理变电站、 线路、变压器、开关等设备信息，为供电企业提供决策支持，可以大大提高 整个配电网工作的工作效率和整个配电网建设的规范水平和安全水平1 4 l 。 本文所设计并实现的基于g i s 的配电网管理系统可以在数字化地理图 上详尽、直观地表示出配电设备所处的地理位置和实时运行的状态，从而减 少运行维护的人员和时间，其所产生的经济效益和生产效率是显而易见的， 所以本课题的研究具有重要的现实意义和实际价值。 华北电力大学硕士学位论文 1 2 课题的国内外研究现状 目前，电力系统正在向高度信息化，自动化的方向发展，电网规模的同 益扩大，电力企业需要管理庞大的电力设备设施数据，运行数据，用户数据， 规划数据等。而科学的决策在某种程度上依赖于决策者所掌握的信息量的大 小。而发电，变电，输电等系统均是包含大量信息的复杂系统。电力系统运 行中迫切需要解决的问题就是能最大限度的将线路的设施数据，实时数据与 实际中的地理信息结合起来，为管理电网运行的调度员提供一个多元化的决 策依据1 5 j 。 电力企业从发电，输电，配电到用电的每一个环节，都表现为空间性， 复杂性的特点，这些特点不但体现在电力企业的空间设备，最终客户和电力 系统所采用的技术上，更重要的是体现在电力企业的生产和运营管理上，以 及经营决策上1 6 j 。如何有效的管理电力企业的这些复杂性的空间资源，是电 力企业生产和运营管理人员面临的挑战。以城市配电为例，近年来，我国工 业和民用电的需求快速上升，同时城市建设也r 新月异，配电设施大幅度增 加，配电网变更频繁：并且用户也对电力供应的可靠性和电能质量提i 乜更高 的，更为苛刻的要求。配电管理系统由于涵盖配电设备众多，配电网规模庞 大，业务处理复杂，涉及g i s 技术，数据库技术，实时信息，配电自动化 等方方面面，覆盖了用电企业几乎所有的生产和职能部门。 配电网是电力系统配送电力能源到最终用电单位的网格结构，承担着电 网运营供应链中最基层网络的重要任务i 刀。对配电网的管理涉及到点( 以杆 塔为附着物的一系列电力设备) 、线( 各种形式的电力线路) 、面( 供电区域) 各个层次上的数据与图形管理。传统的管理方式主要是管理线路建设初期所 生成的书面数据表格和线路图，在电力行业几十年的发展过程中，各个电力 部门都积累了巨量的配电网纸质数据。同时也带来了数据更新困难。数据易 损毁丢失、日常查询不直观、无法提供对配电网改造发展的决策参考依据等 弊端，且呈积累发展趋势。对配电网进行简单的数据管理已远不能满足直观、 纵览全局、实时、综合的更高要求，而以g i s ( 地理信息系统) 为平台的“配 电网g i s ”( 指在地理信息系统上建立配电网络的可视化，并可在地理背景 下直观的对配电网进行日常管理。) 将是配电网系统的主流方向【引。 1 2 1 国内外配电网管理发展阶段 1 ) 简单电力m i s 应用发展阶段 国内外电力行业技术部门自七十年代就开始尝试使用计算机技术来改 2 华北电力大学硕士学位论文 善和提高电力生产和经营过程中的信息管理工作。这一阶段的特点主要是采 用数据库技术和管理信息系统( m i s ) 技术，将电力设施的相关数据和文字 等信息录入相应的数据库之中进行存储，形成简单的电力数据库系统或电力 管理信息系统。 2 ) c a d + 数据库应用发展阶段 随着计算机技术，特别是计算机图形技术的发展，在八十年代初期，计 算机辅助设计( c a d ) 技术得到广泛的应用，为图形设计和管理提供了有 力的工具，也为电力行业的信息化带来了新的变化。这一阶段，电力行业的 信息化建设主要是应用数据库技术对电力行业的文字和数据等属性信息进 行管理，而运用c a d 技术对电力行业的相关图形信息加以管理，因此称为 “c a d + 数据库”应用阶段1 9 1 。 3 ) 传统电力g i s 应用发展阶段 八十年代地理信息系统( g i s ) 技术的兴起，为地图的电子化管理提供 了方便、高效的工具，人们便丌始应用g i s 技术来开发包含电网设施图形 信息和电网设备属性信息的计算机应用系统，并借助于g i s 的空间分析和 管理功能，对电力相关信息进行可视化的管理。因此这一阶段称为传统的电 力g i s 应用发展阶段。 在传统电力g i s 系统罩，电网设备、设施图形符号被标注在电子地图 上，设备属性信息被存于数据库中，图形与属性信息i 日j 建立了对应的映 射关系，可以做到“点图查资料”和“查资料调图”以及在地理图形上的一些区 域分析功能，而接线图、系统图等描述电网逻辑拓扑信息的图形，只是另外 加工的一种用于显示、输出的辅助信息，在地理图上的各种查询、分析功能 无法在这些逻辑图上操作。显而易见，传统电力g i s 主要实现了电网生产 信息描述空间之中的设备空间和地理空间及两个空间之间的映射操作功能。 4 ) 电力a m f m g i s 应用发展阶段 经过应用检验之后，人们发现传统g i s 软件实现的电力g i s 系统作为 档案资料管理工具绰绰有余，但当作为贯穿于整个供电生产环节的生产信息 协同处理环境时，则存在很大的局限性，必须有一种专门技术来改善传统电 力g i s 对拓扑空间和电物理空间的描述能力。于是八十年代末九十年代初 开始，在美国兴起了a m f m g i s ( a u t o m a t e dm a p p i n g ，f a c i l i t i e s m a n a g e m e n t g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 系统建设。 a m f m g i s 技术作为传统g i s 领域的一个分支，与传统的g i s 相比， 其突出技术特征是实现了全部电网生产信息表述空间，并支持各个空间之间 3 华北电力大学硕士学位论文 的映射操作。从g i s 到a m f m g i s ，其技术内涵已经发生了深刻的变化， 其中f m 实现了传统电力g i s 的全部功能，而a m 自动映射，才是整个自 动成图与设备管理技术的支撑核心1 1 0 l 。 应该说，电力g i s 发展到电力a m f m g i s ，才开始真正进入生产环节 里，并引起了电力生产经营管理业务流程的革命性变化。电力a m f m g i s 系统能管理地理范围内的工程数据、设备技术参数和运行参数等数据，并能 将工程设备的图形信息与属性信息结合在一起，即所谓的“图数结合”。例如 它可以指出一条供电架空线路在地理地图上的位置和走向，还能对不同位置 上的杆塔的工程数据如杆高、杆型等进行显示、存贮和修改；能显示地理地 图上的某一个变压器的负荷和运行情况；在说明杆塔的类型时还能显示它的 杆型图；能指明供电线路在地理上的走向，也能知道该线路在何处与何线路 交叉、共杆或跨越何地物；在用户管理中可以显示用户的配电室的结线图等。 1 ，2 2 国内外配电网g i s 系统研究现状 国外电力g i s 应用的发展经历了“c a d + 数据库”阶段、“传统g i s 应用” 阶段，9 0 年代初期，进入“a m f m g l s 应用”阶段。建立“数字电网”及“协同 工作环境”为特征的电力g i s 系统，已成为发达国家电力企业，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的必不可少的工具。 国内现处于a m f m g l s 应用的初期，a m f m 是知觉用户界面 ( p e r c e p t u a lu s e ri n t e r f a c e , p u i ”) 领域的信息化专用技术，成为供配电系统 各种自动化的基础l l 。g i s 的特点在于以地理信息为背景，将图形和数据库 相结合来描述和管理各种电力设备的参数属性以及电网内的运行控制信息 1 1 2 l 。在离线方面，a m f m g i s 的主要应用有设备管理系统、用电管理系统、 规划设计系统；而在线应用上，a m f m g i s 主要和s c a d a 的系统结合， 互相交换运行数据和图形数据，为调度员提供准确的电网地理信息；另外还 可以作d m s 的投诉电话热线系统，快速、准确地根据用户的故障投诉电话 判断发生故障的地点、抢修队伍目前所处位置、及时派出抢修人员，缩短停 电时间1 1 3 j 。 目前，电力g i s 在使用中也存在以下一些问题： 1 ) 数据结构的局限性 通用g i s 平台软件考虑到海量多边形数据之间的求交，以及多边形属 性叠加、赋值等问题( 实现o v e r l a y 功能的基本操作) ，所以在核心数据结 构上采用了强化技术策略，而在电网g i s 应用中，不存在对大量多边形进 4 华北电力大学硕士学位论文 行求交操作的需求，因而通用g i s 平台软件的拓扑结构分析功能需改进。 2 ) g i s 基础平台的选择问题 电力g i s 应用是直接融入现代电力生产经营活动之中的，全新的生产 经营信息数字化的管理工具，从应用的角度上，从底层的软件平台结构到高 级实用功能，都会因实际的电网生产运行及经营管理方式的不同有较大的差 别。目前，商用g i s 平台不是缺乏网络高级分析就是投入的资金太多，不 能满足实际应用的需要。电力企业选择g i s 平台时，要考虑实现设备设施 的管理，还要能够实现电网网络的高级分析，同时还要考虑电力部门用户多， 资金配置、开发工作量问题，真正做到电力g i s 的实用化【1 4 j 。 1 3 本文主要研究内容 根据1 0 k v 配电网管理的需求分析，本文结合m a p x 和v c + + 6 0 进行开 发，对1 0 k v 配电网g i s 系统进行了研究，详细介绍了地理信息系统在配电 网中的使用情况及组件技术在系统开发中的作用，并详细说明了配电网地理 信息系统开发的全过程。本文主要完成了以下工作： 1 ) 配电网管理系统数据库的设计 本配电网管理系统数据库使用s q l s e r v e r2 0 0 0 数据库，实现了单个实 体各类信息的集成和整个配电网的信息集成。最后将各种数据转化成为g i s 系统的图形数据库和属性数据库。基于g i s 的配电网管理系统要求在建立 系统时录入大量的基础数据，并将这些数据进行不同的处理，将空间数据和 非空间数据放置在不同类型的数据库中。 2 ) 基于g i s 的配电网管理系统软件的开发 详细研究了g i s 系统的开发技术，结合m f c 类库和m a p x 控件所提供 的强大功能，独立开发了配电网g i s 软件，为研究工作的开展进行了有益 的探索。该软件包含了系统安全模块、地图编辑操作模块、数据查询模块、 事故报警模块、终端远程控制模块、信息查询模块等主要模块。具有用户登 录、用户管理、地图编辑、地图缩放、地图平移、鹰眼移动、配电网地图相 关属性信息的查询、事故报警、终端远程控制等功能。将这些功能有机的结 合起来，形成一个可以监控整个配电网设备的运行情况的g i s 系统。 3 ) 监控中心和监测终端之间实时通信规约的制定和通信实现 根据d n p 3 0 规约，结合系统整体p l c 通信方式以及配电网数据特点 的实际情况，自定义了数据帧格式。该软件利用串口通信实现监控中心与监 测终端的通信。 5 华北电力大学硕士学位论文 第二章地理信息系统概述 2 1 地理信息系统介绍 2 1 1 地理信息系统概念 地理信息系统( 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 ) 是以采集、 存储、描述、分析地球表面及空间和地理分布有关数据的信息系统。它是以 地理空间数据库为基础，在计算机硬、软件环境的支持下，对空间相关数据 进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，实 时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价、管理、定量分 析和决策服务而建立起来的一类计算机应用系统【1 5 l 。 简单的说，地理信息系统是一种特殊的信息管理系统。它综合了计算机、 系统工程、经济管理等多学科的知识，以计算机为工具，对地理图形和空间 定位功能的空i h j 型数据进行管理。它是一种跨学科的综合管理系统。 地理信息系统的组成如图2 1 所示。 图2 - 1 地理信息系统的组成 2 1 2 地理信息系统的主要研究内容 地理信息系统的主要研究内容可以分为如下四个部分1 1 6 l ： 1 ) 地理数据的输入 地理数据如何有效地输入到g i s 中是一项非常繁琐、费时并且代价昂 贵的任务，一般的做法是把已有的地图用扫描仪或数字化仪进行处理后，再 6 华北电力人学硕士学位论文 利用g i s 软件进行编辑和处理，形成所谓的电子地图，即所说的地图的“矢 量化”。当前，随着测绘技术的迅速发展，地理数据的输入更多的借助于先 进的仪器，现在比较流行的遥感和g p s 技术都为地理数据的输入提供了很 大的方便。 2 ) 地理数据的存储 g i s 中的数据分为栅格数据和矢量数据两大类，如何在计算机中有效的 存储和管理这两类数据是g i s 的基本问题，其是否能很好的解决，直接影 响到g i s 功能的实现。在计算机高速发展的今天，尽管微机的硬盘容量已 达到g b 级，但计算机的存储器对灵活、高效地处理地图这类对象仍是不够 的。目前的解决方法是对g i s 系统采取分层技术，即根据地图的某些特征， 把它分成若干图层，整张地图是所有图层叠加的结果。在与用户的互过程中 只处理所涉及到的图层，而不是整幅地图，因而能够对用户的要求做出快速 的反应。地理数据的存储是g i s 中最低层和最基本的技术，它直接影响到 其它高层功能的实现效率，进而影响整个g i s 的性能。 3 ) 地理数据的操作和分析 g i s 中对数掘的操作提供了对地理数据有效管理的手段，对图形数据 ( 点、线、面) 和属性数据的增加、删除、修改等基本操作大多可借鉴c a d 和通用数据库中的成熟技术。有所不同的是g i s 中图形数据与属性数掘紧 密结合在一起，形成对地物的描述，对其中一类数据的操作势必影响到与之 相关的另一类数据，因而操作带来的数据一致性和操作效率问题是g i s 数 据操作的主要问题。 地理数据的分析，即空间分析，是g i s 得以广泛应用的重要原因之一。 通过g i s 提供的空间分析功能，用户可以从已知的地理数据中得出隐含的 重要结论，这对于许多应用领域是至关重要的。g i s 的空间分析可以分为两 大类：矢量数据空间分析和栅格数据空间分析。矢量数据空问分析通常包括： 空间数据查询和属性分析多边形的重新分类、边界消除与合并，点线、点与 多边形、线与多边形、多边形与多边形的叠加，缓冲区分析，网络分析，面 运算，目标集统计分析。栅格数据空间分析功能通常包括：记录分析、叠加 分析、滤波分析、扩展领域操作、区域操作、统计分析。 4 ) 地理数据的输出 地理信息的输出是g i s 平台软件不可缺少的重要模块。目前，地理信 息系统软件都有输出图形、图像和属性数据报表等功能，输出的方式主要有 屏幕显示、打印输出、绘图机输出和数据输出四种形式。g i s 常用的输出形 7 华北电力大学硕士学位论文 式如图2 - 2 所示。 地理信息的输出 i j上土上 打印机绘图仪数据输出 喷墨打印机喷墨绘幽仪 显示器 光盘 激光打印机笔试绘图仪 磁带 点阵打印机静电绘图仪 磁盘 图2 - 2g i s 常用的输出形式 2 1 3 地理信息系统的分类 地理信息系统根据其所处理的内容可分为以下两大基本类型，如表2 1 所示，本系统就属于应用型地理信息系统的范畴。 表2 - 1 地理信息系统的分类 类型应用型地理信息系统工具型地理信息系统 也就是g i s 工具软件包，如 简 以某一专业、领域或工作为主 a r c i n f o 等，具有空间数据输 介 要内容，包括专题地理信息系 入、存储、处理分析和输出等g i s 统和区域综合地理信息系统。 基本功能。 2 2 地理信息系统开发方式的选择 2 2 1 应用型g i s 开发的三种实现方式1 1 7 j 1 ) 独立开发 指不依赖于任何g i s 工具软件，从空间数据的采集、编辑到数据的处 理分析及结果输出，所有的算法都由开发者独立设计，然后选用某种程序设 计语言，如v i s u a lc + + 、d e l p h i 等，在一定的操作系统平台上编程实现。这 种方式的好处在于无须依赖任何商业g i s 工具软件，减少了开发成本，但 一方面对于大多数开发者来说，能力、时间、财力方面的限制使其开发出来 的产品很难在功能上与商业化g i s 工具软件相比。 8 华北电力大学硕士学位论文 2 ) 单纯二次开发 指完全借助于g i s 工具软件提供的开发语言进行应用系统开发。g i s 工具软件大多提供了可供用户进行二次开发的宏语言，如e s r i 的a r c v i e w 提供了a v e n u e 语言，m a p l n f o 公司研制的m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供了 m a p b a s i c 语言等等。用户可以利用这些宏语言，以原g i s 工具软件为开发 平台，开发出自己的针对不同应用对象的应用程序。这种方式省时省心，但 进行二次开发的宏语言，作为编程语言只能算是二流，功能极弱，用它们来 开发应用程序仍然不尽如人意。 3 ) 集成二次开发 集成二次开发是指利用专业的g i s 工具软件，如a r c v i e w 、m a p l n f o 等， 实现g i s 的基本功能，以通用软件开发工具尤其是可视化开发工具，如 d e l p h i 、v i s u a lc + + 、v i s u a lb a s i c 、p o w e rb u i l d e r 等为开发平台，进行二者 的集成开发。集成二次开发目l ；i 主要有o l e d d e 和g i s 控件两种开发方式。 o l e d d e 丌发方式采用o l ea u t o m a t i o n 技术或利用d d e 技术，用软 件丌发工具开发前台可执行应用程序，以o l e 自动化方式或d d e 方式启动 g i s 工具软件在后台执行，利用回调技术动态获取其返回信息，实现应用程 序中的地理信息处理功能。g i s 控件丌发方式利用g i s 工具软件生产厂家提 供的建立在o c x 技术基础上的g i s 功能控件，如e s r i 的m a p o b j e c t s 、 m a p l n f o 公司的m a p x 等，在p o w e r b u i l d e r 、d e l p h i 等编程工具编制的应用 程序中，直接将g i s 功能嵌入其中，实现地理信息系统的各种功能。 2 2 2 三种实现方式的分析和比较 表2 2 是三种实现方式的分析与比较。 9 华北电力大学硕士学位论文 表2 - 2 各种g i s 开发实施方案的比较 实施方案用户独立购买通用购买完整购买完整购买 开发平台软件系统服务 对提供者 的依赖性 低低高很高很高 距系统运 长长中长短很短很短 行时间 初始费用低中等中等高高 人力费用局中等低低中等 风险和不 局较低低低中等 确定性 灵活性完全可以完全可以 中等中等不定 对用户技 很高同 中等 中等很低 术要求 现有资源 高同中等低很低 的利用 由于独立丌发难度太大，单纯二次丌发受g i s 工具提供的编程语言的 限制也不太令人满意，因此结合g i s 工具软件与当今可视化丌发语言的集 成二次丌发方式就成为g i s 应用丌发的主流。它的优点是既可以充分利用 g i s 工具软件对空间数据库的管理、分析功能，又可以利用其它可视化丌发 语言具有的高效、方便等编程优点，集二者之所长，不仅能大大提高应用系 统的开发效率，而且使用可视化软件丌发工具丌发出来的应用程序具有更好 的外观效果，更强大的数据库功能，可靠性好、易于移植、便于维护尤其是 使用o c x 技术利用g i s 功能组件进行集成开发，更能表现出这些优势。目 前许多软件公司都开发了很多a c t i v e x 控件，合理选择和运用现成的控件减 少了开发者的编程工作量，使开发者避开某些应用的具体编程，直接调用控 件，实现相应的具体应用，不仅可以缩短程序开发周期，使编程过程更简洁， 用户界面更友好，而且可以使程序更加灵活、简便。与利用o l e a u t o m a t i o n 技术作为服务器的开发方式相比，利用控件开发速度快，占用资源少，而且 易实现许多底层的编程和开发功能i 博j 。 2 3 规划建设配电网g i s 的必要性、可行性 目前在配电网管理中应用g i s 系统的必要性主要体现在以下两个方面： 1 ) 由于国内与国外及国内不同配电网中应用配电网g i s 水平的差别， 1 0 华北电力大学硕士学位论文 从而带来效率和管理成本的巨大差别【”l 。特别是1 0 k v 及以下配电系统，过 去那种粗放的管理模式已不能适应新形势的要求； 2 ) 随着用电观念的转变，人们要求的相关服务的品味也在提高。未来 社会是信息时代，数字化、网络化管理建立数字化电网是发展的必然，而配 电网g i s 则是最直接的服务手段1 2 们。因此，配电网g i s 的实施势在必行。 实施配电网g i s 的条件是具备的。因为：一是计算机的应用已经相当 普及，这是实施g i s 的最基本条件；二是在g i s 的应用上国外已有成熟的 经验，国内对g i s 的认识普遍有了提高，认识到配电网g i s 是配电网管理 发展的主要方向1 2 。 2 4 本章小结 本章对地理信息系统的概念、主要研究内容和分类做了详细的描述，同 时分析比较了应用型g i s 的三种开发方式，确定了使用基于控件的集成二 次开发方式作为本系统的开发方式。 华北电力大学硕+ 学位论文 第三章组件技术概述及m a p x 技术研究 m a p x 是m a p l n f o 公司开发的o c x ( 对象类别扩充组件) 组件产品， 它支持绝大多数标准的可视化开发环境如v c + + ，v b ，d e l p h i 等，可以将强 大的g i s 功能嵌入到应用系统中，是一种基于w i n d o w s 操作系统的标准化 组件。本配电网管理系统采用m a p x 进行二次开发，所以本章主要介绍了 组件技术和m a p x 的基础知识。 3 1 组件技术及规范 3 1 1 组件技术概述 2 0 世纪6 0 年代的软件危机导致了关于软件复用的研究的丌始，1 9 6 8 年，d m c l l r o y 首先提出了可复用软件的思想和以不同精确度定制组件的自 动化技术。从那时丌始软件业追求的目标就变为能够如同硬件系统那样在软 件工厂罩将部分软件组合起来构建应用系统。9 0 年代提出的基于组件的软 件丌发( c o m p o n e n t b a s e dd e v e l o p m e n t ，c b d ) 和基于组件的软件工程 ( c o m p o n e n t b a s e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，c b s e ) 就是向这一目标迈进的重 要成果。目前，软件业界已普遍接受了基于组件的软件j 1 ：发方法和技术，这 是实现软件产业化的有效手段，它实现了软件生产的工业化，为软件的生产 引入了新的模式【2 烈。 3 1 2 组件的定义和属性 组件技术的概念和定义目前有很多种，暂时还没有一个公认的标准，但 一般可认为，组件是具有一定功能、能够独立工作或同其它组件组合起来协 调工作的程序体，它的产生与它具体的实现语言无关。因此组件被认为是一 段二进制代码或数据段，广义上讲，它不但包括源程序，而且还包括在软件 生产过程中各个阶段的成品，如需求定义、分析模型、项目计划、文档、设 计模型、测试案例和数据以及其它对开发活动有用的信息等。软件组件一般 应具有有用性( 组件必须提供有用的功能) ，可用性( 组件必须易于理解和 使用) ，质量( 组件及其变形必须能正确工作) ，适应性( 组件应该易于通过 参数化等方式在不同语境中进行配置) ，可移植性( 组件应能在不同的硬件 运行平台和软件环境中) 。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 3 1 3 组件模型的规范 目前国际上已经形成了很多软件组件的模型，但真正的将模型实现并形 成规范标准的却很少。国际上制定组件实现规范标准的机构有m i c r o s o f t 公 司、s u n 公司和对象管理组织o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) ，具体机构及 其制定的规范如表3 - 1 所示。 表3 一l 国际上制定组件实现标准的机构 因为本系统使用的是m i c r o s o f t 公司的组件规范，所以对它的规范进行 简单的介绍。 c o m 是组件式对象模型( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 的英文缩写，它是一 种组件之间相互接口的规范，是o l e ( o b i e c tl i n k i n g & e m b e d d i n g ) 和 a c t i v e x 的基础。c o m 的作用是使各种软件组件和应用软件能够用一种相 同的标准方式进行交互。c o m 是一种与源代码无关的二进制标准而不是一 种面向对象的语言。c o m 所建立的是一个软件模块与另一个软件模块之问 的“接口”，模块之问可以通过这个“接口”来进行通信。c o m 实质上可以认 为是客户服务器模式，应用程序( 客户) 请求创建c o m 对象并且通过c o m 对象的接口操纵c o m 对象，而服务器则根据客户的请求创建并管理c o m 对象，从而保障了系统和组件完整性。 在分布式环境下应用的c o m 被称作d c o m ( d i s t r i b u t ec o m ，分布式构 件对象模型) 。d c o m 实现了c o m 对象与远程计算机上的另一个对象之间 直接的交互，它是a c t i v e x 的基础。由于d c o m 规范目前只可在m i c r o s o f t w i n d o w s 平台上实现，也就是说其它的操作系统平台( 如u n i x ) 目前还不 支持a c t i v e x 。d c o m 接口是语义和逻辑相关联的函数集。服务器对象通过 d c o m 接口为客户对象提供服务，客户对象并不需要了解服务器对象的内 部数据表示方法。d c o m 接口可以看成两个软件构件之间的一种协议，协 议表明服务器对象为客户对象提供一种且仅此一种服务。由于接口的定义和 功能保持不变，d c o m 构件开发者可以任意改变接口的功能、为对象增加 新的功能、用更好的对象来代替原有的对象等，而几乎不用修改建立在构件 基础上的应用程序，从而大大提高了代码的重用性。 a c t i v e x 是微软公司的构件技术标准，实际上是o l e ( 对象链接与嵌入) 1 3 华北电力大学硕士学位论文 的新版本。a c t i v e x 加强了o l e 接口对数据和特性的管理，提高了o l e 接 口的效率，并且更加便于与i n t e r n e t 进行互操作。a c t i v e x 控件是基于与应 用程序无关的思想而设计的，其充分利用了o l e 和a c t i v e x 技术。a c t i v e x 控件的设计目标是提供一种面向对象、与操作系统无关、与机器平台无关、 可以在应用程序之间互相访问对象的机制。a c t i v e x 控件是建立在c o m 标 准上的独立的软件元件，它提供给用户应用接口，并发送相应的事件，开发 者则可以截取这些事件，用来执行相应的功能。a c t i v e x 控件拥有完全独立 的开发端和使用端，可以用v c + + 、d e l p h i 、v b 等各种语言来开发，也可 以用于不同的语言、不同的系统环境、不同开发平台中。a c t i v e x 控件能提 供所有的o l e 功能和服务( 包括可视化编辑、拖放和o l ea u t o m a t i o n ) 可以说它是一个a c t i v e x 服务器。目前的大部分组件都是a c t i v e x ，其非常 适合w i n d o w s 的操作环境，应用十分广泛。 3 1 4 组件式