（机械制造及其自动化专业论文）面向对象的电力绘图软件的研究与开发.pdf

摘要 摘要 随着电网规模不断扩大，电网设备的数量和种类日益增多，大量的电网设备 急需得到快速准确的更新，旧的电网图形绘制方式已难以适应现代化电网的发展 需要。面向对象技术以及关系数据库技术在电力系统的应用，给提高电网绘制效 率创造了极好的条件。针对电网图形系统己成为电力系统自动化不可分割的一部 分，本文构建了一个交互式电网图形系统，详尽阐述了系统的设计目标、总体结 构和功能划分，并对软件开发中的关键问题提出了简便可行的解决方案。 本文采用基于面向对象的思想和方法进行了系统的分析与设计，给出了一整 套通用图元模型，然后利用面向对象的思想进行了关系数据库的设计，建立了一 个可扩展的数据库，以便满足各种电力分析系统的需求。 文章从面向对象的技术和开发方法着手，把面向对象技术灵活应用到电力图 形系统的分析和设计过程中去，分析了电力图形系统的功能需求，即文件操作、 图形操作、视图操作、图元操作、数据管理五个方面，设计了图元对象的层次结 构模型，探讨了图元类的详细设计过程，同时，为保证系统界面的整体一致性， 在基础界面的基础上通过继承得到了风格统一的各类图形界面，详细阐述了文 档、视窗的存取设计，通过文档、视窗和人机界面的交互，实现了用户的各种操 作。 系统数据库的设计也借鉴了面向对象的思想和方法，通过分析面向对象的数 据库的特征、体系分类及其优缺点后，系统采用了面向对象的关系数据库的设计， 力图把对象模型和关系结构结合起来，既保留事物的对象特性，又满足了传统关 系型数据库的需求。 本文以n e t 为平台构建了系统的c s 模型，并依据o o p ( 面向对象编程) 思 想采用c # 语言开发了电力系统绘图平台。实现可视化的图形界面。 关键词面向对象；图形系统；关系数据库；图元类 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i 血廿l ep o w e rs c a l e c e a s e l e s sa u g m e n t ，1 t s e q u i p m e n tq u a n t i t y a 1 1 d t y p e s a r e i n c r e a s 诬gd a yb yd a 弘am a s so fe q u i p r r l e n t su r g e n t l yn e e d sr e n e w a lq u i c k l ya n da c c u r a t e l yt h e o l dg r a p hp l a nw a yi sd i 伍c u l tt om e e tt h en e e do fm o d e mp o w e r 鲥d sd e v e l o p m e m n l e o b j e c t _ o r i e n t e dt e c h n o l o g ya sw e l la st 1 1 er e l a t i o nd a t a b a s et e c l l i l 0 1 0 9 yu s e di nt h ep o w e rs y s t e m a p p l i c a t i o np r 0 、，i d ea ne x 灯e m e l yg o o dc o n d i t i o nt oe n h a n c et l ep l a ne m c i e n c yo fm a i nw i r i n g 聊h t h et h e s i sa i m sa tc u r r e n ts 1 加a h o nt 1 1 a t m e 盯印h i c ss y s t e m e x i t e di ss h o no f t r 暑_ n s p l a n 诅t i o na n dg c n e m l “i e s ，c 删e so nt h es y s t e ma n a l y s i sa i l dd e s i 印b a s e do no b j e c t 一嘶e m e d m o u 曲t sa 士l dm e f h o d s a 1 1e 埘r es e to fg e n e r a lg r a p hm o d e li sg i v e ni td e s i 目1 sm er e l a 石o n a l d a t a b a s eu s 抽go b j e c t o r i e m e d 血0 u g h t s a i le x p a n d a b l ed a t a b a s ei se s t a b l i s h e dt or r l e e tp o w e r 柚a l y s i ss y s t e m sn e e 出 t h et h e s i sc a r r i e so nt h es y s t e ma n a l y s i sa n dd e s i g nb a s e do no b j e c t 帕f i e n t e dt h o u g h t sa n d m e 也o d s a ne t i r es e to fg e n e r a l 伊叩hm o d e li sg i v e l l nd e s i 印sm er e l a t i o n a ld a 诅b a s eu s i i l g o b j e c t _ o r i e n t e dm o u g h t s a 1 1e x p a n d a b l ed a t a b a s ei se s t a b l i s h e dt om e e tp o w e r 锄a l y s i ss y s t e m s n e e d s t h i s 也e s i sf i r s f l yc 疵e so nm er e s e 岫o f0 b j e c t - o 矗e m e dt e c l 啪1 0 9 ya n de x p l o i tm e t l l o d s ， a 画l e l ya p p l i e s 血eo b j e c t - 耐e n t e dt e c 1 0 9 yt oa 主l a l y s i sa n dd e s i g np r o c e s so fe l e c 廿i cp o w e r g r a p h i cs y s t e 】n ，柚a l y z e s t h ef i v ef l l ：n c t l o nd e m a l l d so f p o w e rg r a p l l i c ss y s t e m ，i n c l u d i l l g d o c 砌e mo p e r a 虹o n ，g f a p ho p e r a i i o n ，“e w 叩e m t i o n ，r n o d e lo p e r a t i o na i l dd a t ai 啪a g 锄e n t 1 t d e s i g n st 1 1 e 铲a p h i co b j e c t1 e v e ls 恤l c 恤r a lm o d e l ，d i s c u s s e st h ed e t a i lo fg r a p h i cc l a s sp r o c e s s ， s 咖l t a n e o l l s l y t og u a r a l l t e eo v e r a uu n i f 0 i l i t yo fs y s t e mi n t e r f a c e ，e v e r yg r a p hi 1 i t e r f a c ei n h e r i t s 1 h ef o u n 蜘o ni m e d h c e 1 1 l e ni te l a b o r a t e sd o c u r n e n 乜，w i i l d o w sd e s i 印p r o c e s s t 1 1 r o u 曲 i n t e r a c t i o nb e 慨e nd o c 啪e n 忸a n du s e ri n t e r f 如e ，i “e a l i z e su s e ，ge a c hk i n do f o p e r a t i o n t h es y s l e md a 【协b 鹳ed e s i g na l s of 0 1 1 0 w s 也eo b j e c t - 吲e n t e d 血o u g h t s 缸dm e t h o d s a f c e r a i l a l y z i 工l g t h ec h a r a c t e r i s 矗c ，t 1 1 e s y s t e m c l a s s m c a 廿o na i l d i 协g o o d a n db a dp o i n t so f o b j e c t - o r i e n t e dd a 诅b a s e ， 也ep o w e rg r a p l l i c ss y s t e mu s e st 1 1 eo b j e c t - o r i e n t e dr e l a t i 0 1 1 a 1d a t a b a s e d e s i g n ，砸e sh a r dt 0u n i 母血eo b j e c tm o d e la i l dm er e l 撕o n a ls t m c t l l r c i tc a nn o to n l yp r e s e n r et l l e o b j e c tc h m c t e r i s t i c s ，b u ta l s om e e tt l l e 仃a d i t i o n a lr e l a t i o n sd a t a b a s e sn e e d s t h et e x tc o n s m l c t sm es y s t e mc sm o d eo n 血en a to f n e ta 1 1 ds y 吼e ma d o p t sc 群n t et o e x p l o 蝴l o nd r a w i n gf l a to fe l e c 仃i cp o w e ra c c o r d i n ga so o p ( o b j e c t - o “e n t e dp r o g 姗】瑚i n g ) a 1 1 dr e a l i z e s u a lg r a p hi n t e r f a c e k e y w o r d so b j e c t o r i e n t e d ；f a p h i c ss y s t e m ；r e l “i o n a ld a t a b a s e ；铲a p l l i c sc l a s s i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 乍及取得的研 究成果。尽我襞知，除了文中特慰擞以标注积致谢躲她方步 ，论文中不包含其健 人已经发表戚撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 弱学位或遗书瑟健溺过戆楗瓣。与我一同王 笮豹霪悫对本礤突掰锻麴饪舞羹藏均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：群醢 霎 醋精：兰竺! ：三二挈 关于论文使用授权的说明 本人完全了髂北京工业大学鸯荧保留、使用学位论文的规定，期：学校奏投 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，嚣以采用影印、缨印或箕瞧复制手段璨存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：矮垒i ，罗导师签名：童! 鍪叠日期：必。2 1 。1 课题背景及意义 第l 章绪论 计算机图形在电力系统应用程序中的使用越柬越广泛，无论是操作票系统、仿 真培训系统，还是电力系统潮流计算或短路计算都需要绘制电气接线图。用幽形来 描述电力系统网络结构，在图形上标注数据，可以使分析计算结果目了然。这些 出越来越成为用户对电力系统分析软件的基本要求0 1 。韩国k i m s h 在题为“电力系 统分析对可视化的期望”中论述了目前在电力系统分析方面遇到的困难，指出可视 化方法是克服这些困难的可能途径。之后，从数据管理、执行控制、电力系统建模、 电力系统分析结果的可视化和相关功能的接i ： ( 如气象和负荷预报等信息的接口) 等5 个方面阐述了电力系统分析可视化的期望。1 。 图形图像学一直在计算机学科中占着举足轻重的地位。现在几乎所有的软件系 统都有友好的界面。由于计算机软件平台、软件开发方法和硬件性能的提高，图形 用户接口( g u i ) 已成为用户的基本需要和剥开发者的基本要求。图形是工程中摄简 洁的语言。在计算机图形上实现数据输入和结果输出会起到一日了然的效果，也便 于用户查找输入错误。这就是所谓的科学计算可视化( v i s c v i s u a l i z a t i o ni i ls c i e m i 丘c c o m p “n g ) ，又称科学可视化( s c i e n n 丘cv i s u a l i z a l i o n ) ，是近年来发展起来的计算机 应用技术3 “3 。它融合了图形学，图像处理，数据管理，计算机网络和其他相关领域 技术，目的在于解决巨量数据的处理和信息的综合表示问题，提高信息的利用效率。 电力系统是一个复杂的大系统，应用科学计算可视化将有助于电力系统的研究 和发展。因此，很多学者开展了将计算机图形引入电力系统分析软件的工作。在其 中出现了一些基于对象的图形生成与管理系统，如利用a u t o c a d 对电力系统进行 二次开发；使用m a n d i s p 软件包进行电力系统的仿真处理等等，但它们大都没有 与数据库紧密联系或应用范同比较单一”l 。 电力图形系统作为人机交互的主要渠道，除了要能实现强大绘图与交互功能外， 还必须具有图形美观、结构清晰，与用户交互的过程简单方便等功能。所以现在图 形界面也作为电力系统软件开发的一个重点，己经投入相当大的精力进行开发。但 现存的电力图形系统都是为某一特定分析功能而制定的，如微机开列操作票、潮流 优化、整定计算等，建模方法大部分不一致，设备图元也比较单一，这样不得不为 不同的分析功能做着许多重复开发图形界面的工作。因l 比，本文探讨了基于面向对 象的思想和方法开发一个人机交互、界面友好的通用电力绘图平台，具有一定的现 实和实用意义。 实和实用惹义。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 2 国内外发展状况 近魑年来，计算机在电力系统中的应用越来越广泛，而电力系统的网络图形又 是电力系统分析的基础，所以人们开始研究应用于电力方面的图形系统。图形曩馕 学一直在计算机学科中占有举足轻重的地位。当前，各类工程应用软件都非常重视 图形的应用，几乎所有的面向用户的软传系统都有友好的界厦。图形鼹工程语言最 简洁、壤直观的种，通过图形化的入机界面袭达系统图、流程图、原理图等在软 件中得到广泛应用。由于计算帆软件平台、软传开发方法和碟件性能的提高，图形 灞户接朗( g u i ) 已是阉户的基本需要和对开发者的基本要求”3 。 对于电力系统来说，电网系统图及发电厂、变电站的电力接线图簿对电嘲的调 度管理糟来说怒非常耋疆的，调度员邋过直观的系统鞠及发电厂、变魂站电力接线 图进行管理、方式调度及事故处理等工作。因此，图形对电力系统调庹管理是必不 可少的，为电力系统掇供快捷、方便酌图形界蘅生成系统具有很现实的意义。韩国 脚msh 在题为“电力系统分析对可视化的期勰”中论述了目前在电力系统分析方 面所道爨的霞潦，指密了可视化方法燕克服这魏困难酌可能途径。之爝，扶数据管 理、执行控制、电力系统建模、电力系统分析结果的可视化、与相关功能的接阴( 如 气象彝负荷预掇等痞意蠡冬接日) 等5 个方面阐述了宅力系统分析可视化的麓望。 科学计算可视化( v i s c y s u a l i z a t i o ni ns c i e n t m cc o m p u t i n g ) ，又称科学可视化 ( s c i 鞋f i c 砭辩畦i z 鼓谗n ) 是遥年来发麓起来豹计算祝波霜按术。它运翔计算橇图形 举和图形处理等技术，将科学计算过程中产生的数据殿计算结果转换为图形或图像 在霹幕上显示爨来，并进 亍交蕊整理。蒺磊熬在予解决匿量数据的处瑷帮信惑虢综 合表示问题，掇高信息的利用效率，使信息更加直观易懂。科学计算w 视化目前较 为残功豹领域雹括气象讶援证、三维医学图像及虚熬聪嶷等方鬣“1 。哥裰纯应嗣成功 的关键在于它能为用户提供交甄式的研究数据和解释那些用其他方法很难指示出来 熬趋势、瘦律黪驻力。魄力系绞是一令复杂熬大系统，应臻秘学诗雾霹援纯将有劲 于电力系统的研究和发展。 因魏，缀多学者舞矮了将诗算捉图澎弓| 入魄力系绫分辑软锋戆工穆。电力系统 图形生成系统主要经历了以下几个阶段： ( 1 ) 竣 孛秀发者鬏先绘毒l 妻孑图形，形残鹭影文律菇在磁盘圭，馒鼹对霉灞矮这 些图形。这种方法，它增加了用户维护的负担。例如：每增加一个厂站，必须请软 件设诗人员重裁俘图，委雯1 用户霉要麓较长敢瓣闻了黪l 睾圈嚣窿，这避从事毫网管 理人员来说是一种很大的负担。 ( 2 ) 睫黄计冀祝图彤软l 牛的发展，一些囊蠲绘图软传应运褥生，磐a u t 8 d e 礞公 司推出的a m o c a d 等。这些通用的绘图软件具有很强的图形编辑系统，它提供了一 个图形输入、缡辑和输斑的完熬工作环境。电力系统的一些单位至今郝还在氆魏这 一9 一 第l 章绪论 些通阁的图形软件作为图形生成系统。这种方式是借助计算机全手工编辑方式。 ( 3 ) 毫力系统专翅图形缡辑较 牟蕊开发这主要褥益予诗算瓿黧影较 孛戆发震。 计算机图形学和图形软件的发展，使得多种计算机语言具有图形生成和处理功能。 如强痨op 8 s e a l 、弧r b oc ，a u l o b s p ，g 峨e e ta r x 、鼹砖c ，v b ，d 由瓢i 等。不少学者 正是借助这些语言开发了电力系统专用的图形编辑软件。其方法是将电力系统主接 线中搿月豹元 孛援蕊倦，雳一个令搿影符号来表示。铡知，发电掇，三卷交珏爨， 两卷变压器，母线等都有专门符号。这样，比借助通用的绘图软件谶行绘图要方便、 快捷褥多，毽它仍然怒嘉人工编辑。1 。在其中爨璎了一些基予对象的图形生成与管理 系统，如利用a u t o c a d 对电力系统避行二次开发；使用m a i s p 软件包进行电力 系统靛仿真处理等等，但这耪基于成熟软件戆二次开发虽然可以很方便懿使用，但 往往达不到所谓的数据图形一体化的两个基础，其中图形是把数据形象化的反馈给 操作人员的关键，图形质量嬲好坯蛊接关系到数据图形功能蛇实现，这些软件大都 没有与数据库紧密联系或应用范围比较单一。电力系统中应用软件种类繁多，它们 的数摄结构和模型复杂，要求显示画厦丰富多样。在数据分析处理上要求实时性， 还需溪给用户提供快速、灵涌、丰富的显示和操作手段，所有这些都使用户图形界 面开发工作爨增加，有时界磷开发的工作量甚至超过了核心冀法的计冀量“”。操作 可视他是各种分析软件的一个发展愁势，当前几乎每个电力系统分析软件都有一个 图形界面，但普遍还存在着以下几个问题： ( 1 ) 测览形式攀电力系统的规模巍大、结构复杂、各类元件数量众多。如 何将它们组织管理好，在图形中正确、形象、有条理的表达出来是蹦形系统摄重要 的功稚。翔采将所有元件在蔺一层次中显示，那么潮形版西将会随系统窥横的增加 而变得巨大，不但增加了对软硬件的配置要求，而熙用户在使用图形时会感到非常 不倭，普逶豹溯览与套我都会交褥圈难。 ( 2 ) 手工编辑图形，缺少智能性绝大多数软件要求用户手工编辑厂站接线图， 这楚一顼十分缓致静工作，囱于实舔电力系统懿厂戆数霹可观，掰黻手工生成这些 厂站接线图需要付出相当艰蔷的劳动。也有学者研究自动生成厂站接线图，但大都 是把备秘接线形式傲戏模驻，图形生成螽，不髓送嚣二次编辑“。 ( 3 ) 没有充分发挥w i n d o w s 环境下的图形用户界面的优势有燃研究人员分别 对不鞫豹d o s 下豹分辑软静遗行了後霸二，餐它其是傲蘩了可瞄在w i 斓o w s 下进入系 统，系统图袋示通过调用位圈来实现，而且备种数据的输入方法没有改变。 ( 毒) 逶麓蛙差嚣蘸大多数赘强形雾覆郄是为菜一蒋定分辑功熊焉定键麴，黧 操作桑系统、故障分析系统等等，主要表现在给出的设备参数单一。这样不得不为 不霜豹分撰功髓教骜诲多重复开发嚣影赛覆戆工薅。 ( 5 ) 面向过程的结构化程序设计方法使用结构化语言使编制中等复杂的程序 北京工业大学工学硕士学位论文 变得较为容易。但是用了结构化程序语言，一旦项目达到一定规模，就会变得不可 控到。蒸嚣嚣爨顼基的复杂健趣密了毯痔曼缓翔结构纯器房竣计按术掰戆警蘧豹疆 度。在8 0 年代末和9 0 年代初，一些学者提出将面向对象的方法引入电力系统应用 较 譬开发顿域，以提裹较串麴焚活性器可移檀鼹力“。睫着实践戆深入，逐濒有一 牲实际系统开始应用面向对象的思想进行设计，为电力系统的发展注入了新的活力。 l e y m 首次采爆瑟趣对象懿憨想在x w 强d o w s 巧壤下实王煲了一个遥鲻予联s ( 毫 网能量管理系统) 软件的图形用户界面( g u i g r a p l l i c a lu s e r 黼e r f 砬e ) 的设计，其 按照电力系统黪物理糁点，建立了蚕影类的递除层次关系。这令模型豹最底鬃类就 是最后骚在屏幕上显示的对象，这些对象都是从电力系统的实际设备对象中抽象出 来的，对实际阉题表达褥i 常豢双、整然，厨瓣，根掇类的层次关系，可实瑷予类 对父类的继承，并由子类进一步派生出子类，从而允许方便地加入新的对象进行扩 充，显示了采髑覆向对象思想进行g u l 设计鲍强大的灵活性。后续一然文献毽对露 向对象技术在电力系统软件中的应用进行了研究，例如应用0 0 p 和c 十十开发电力系 统仿真平蠹，在平台上定义了电力系统基本元传模型和基本计算模型，但这些应用 都没有报好韵结合可视化技术，剿离了图形和数据之间的关系”。 l 。3c 众0 技零会绍 在设计过瑕中，利爝诗算极作戈工具，箨助工程烬遴零亍设誊 熬一甥实爱投零懿 总和称为计算机辅助设计( c a d ，c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 。 计舞枧辘助设计住为一门学科始予6 0 年代拐，一轰到7 0 年代，凑于受到计算 机技术的限制，c a d 技术的发展很缓慢，进人8 0 年代以来，计算机技术突飞猛进， 特别是微机积工馋站的发展和赣及，髯加上功能强大的外围设蛋，如大型图形显示 器、绘黼仪、激光打印机的问世，极大地推动了c a d 技术的发腱，c a d 技术己避人实 用化阶段，广泛服务予机械、魄子、字靛、建筑、纺织等产品的总体设计、造裂设 计、结构设计、工艺过程设计等环节。 早期的c a d 技术只能进行一些分糖、计算稠文件缡写工作，后来发展到计箕机 辅助绘图和设计结果模拟，目前的c a d 技术正朝着入工智能和知识工程方向发展， 即所谓的i c a d ( i n t e l l i g e n tc 舳) 。另外，设计和制造一体化技术即c a d c 删技术 以及c a d 作为个主要单元技术的c i 粥技术都是e a d 技术发展的重要方向。 在工业化圈家如美国、日本和欧洲，c a d 已广泛应用于设计与制造的各个领域如 飞枫、汽车、机械、模县、建筑、集成电路中，基本突现1 0 0 的计算机绘图。e a d 系统的销售额每年以3 0 一4 0 的速度递增，各种c a d 软 牛的功能越来越究善，越来越 强大。强肉予7 0 年 弋末开始强d 技术豹大力捺广应蠲工作，已经取得可喜静成绩， c a d 技术在我国的应用方兴未艾。 箫1 章绪论 为了充分发挥计算机硬件的作用，c a d 系统还必须配备各种功能齐全的软件。软 l 牛分为嚣大类：支撑敬传亵瘦震软 串。支撵软彳孛包攥操馋系绞( 实臻瓣硬臀豹控割帮 资源的管理) ，程序设计语言( 如：f o r t r a n ，b a s i c ，c 、二次开发语言和汇编语言) 及其绫磐系绞，数摆耀管理系缝( 对数提款竣a 、赣爨、分类、存馕、检素进行管理) 和图形支撑软件( 如：a u t o c a d ) 。另一类是应用软件，它是根据本领域工程特点， 剥雳支撵软传系统野发蛉鳃决本工程领域耪建闻题的应用软件系统。应用软传系统 包括：设计计算方法库( 常用数学方法库、统计数学方法库、常规设钊曰十算方法库、 优化设计方法露、可靠性设诗软件、动态设诗较l 牛等) 和冬秘专、韭程序疼( 零鼹提拔 零件设计计算方法库、常用产品设计软件包镣) 。目前在二维c a d 软件方面，国内已 经开发出众多的应用软 牛，主要包括基于a u t o c a d 平台和鸯主平台薅类应髑软传。 应用软件的性能c a d 的效率商极大的影响，所以应特别重视它的开发和应用。 。4 课题来源 本漂题楚针对l 寒供电公司操 謦票系绞较孛技零设诗要求，考惑亳力蘩绫戆实 际需求，分析电力系统的一燃应用软件( 如操作票自动生成系统、潮流计算、整定 诗算、故障分凝等) 都需要图形绘制系统，开发一囊运用戆魄力绘爨系统。 1 5 本文所做的主要工作 针对现脊电力图形系统中存在的劝能不企面，使用范围小的缺陷，在总结前人 经验豹基础上，本文疆塞了藉惩嚣趣对象技术秘霹筏仡按零实褒熬瓣适合拓扑分爨 又适合故障计算的通用的电力图形系统，通过面向对象的系统分析和设计，给出了 一整套通用强元摸型，零溺露自对象豹悬想建立了一曩、霹扩矮戆对象一关系数据疼， 使一凑数据库服务于多套应用分析程序，从而克服了以往图影和数据库联系不紧密、 各程廖模块溯匏透偿霪难的缺点，最终搭建了一个魄力匿形绘巷l 平念o “。冬这样一 个友好的平台上，可以轻松的将已有的分析程序移植到以图形交互为基础的可视化 平台下，提麓代码懿霹复用憋、可缭毒盎性，降低程黟员魏劳动强度，烫用户提供凳 方便、更强大的电力系统分祈程序，从而更好地服务于电力潦业。 本文主要作了以下具体工 乍： ( 1 ) 设备元件详细分类本文对各种设备元件避行了详细的树状分类，为面向 对象的程序设计奠定了基础，各种设备元件魄类的设计也以_ 【 傲力锻摆。 ( 2 ) 设锯图元的参数化编辑狂编辑图形时候，不需要修改程序代码，直接修 改该设备的属性。 ( 3 ) 基于面向对象的图元数据结构设计本文设计出了一套既适合智能推理， 又适合数值计算的电网知识表示形式。在本电力系统图形编辑系统中，设备图元的 一5 一 北京工业大学工学硕士学位沧文 数据结构设计是关键，和用面向对象的技术，我们把数据与操作封装在一起，其中 成员数据的选择酾或受函数豹功耱设计盍接影桶掰图元操作豹易埽往和可扩糙往。 并且这邕祀设备胬元静物理参数也封装在图元类掇，保持了数据、图彤的一致性。 ( 4 ) 设备元件之阉静关系羽络拓羚凿豹裔动生成在魏软件中，提供了指定设 备元 串关系的可税纯模块，并裔劝生成元件拓扑关系，为智能五防判断提供了数据 熬磁。 ( 5 ) 网络亿逡幸亍聚爝s q ls 疆v 王淑数措庠对运行数据避行集中存储与管璐维 护，实现了c ，s 模式隧终纯运霹亍模式。 ( 6 ) 秘露羚t 毛动态锋接摩技术商各分析功能模袋传邀数据图形编辑功能趋作 爽一令独立黪模块镶嵌在瞧力蓑绞分橱软 半中，滠终图形中懿各设备图元中& 参数 要传送绘其它的备努耪珐能模袋，一个磐静数猜接盈最熬诲现禳浚韵独立往、邋甬 憾和易用性。囊予熙爨馋送数握鬃逶裳缓大，因姥本软 拳选鼹凄态链接痒豹技术来 实现数援传送，调爱彝孪，只需动态超载镪接瘁，激大陵魔豹节餐了内存奎闻资源。 一8 一 第2 章面向对象技术 第2 章面向对象技术 2 1 面向对象技术简介 2 ，1 1 面尚对象的基本概念 被称为“硬究蒜技拳瓣努方法”筑嚣窝对象技术歪弓 起全整器翡离凌关注。毽 对酾向对象( o b j e c to r i e n t e d ，简称o o ) 这个术谮并无确切的定义，然而大多数使 露这种方法豹技术人员都鞫意0 0 涉及到定义抽象数据类鍪，这蹙数据癸整代表麓 复杂的真实世界或抽象的对象，瞄准这些对象的共同特点，并围绕其来组织你的工 作和程序，8 0 年代阱来，磷向对象技术( o o t - o 两e c to r i e n t e dn c l l l l o l o g y ) 从o o 认 识方法论、o o 系统分埂与设计、o o 编程簿领域强烈地影赡、推劝和促遴着一系歹| j 高技术的缴展和多学科的综合应用o ”。 覆惫瓣象兹设诗( 0 0 狰一0 两e c 魏i e 瓣畦d e s i 嚣 佟为解决大跫羧锌熬移檀鞫越 而酋先被提出。从本质上说面向对象编程方法( o o p 0 b j e c to r i e n t e dp m 斟a m n l i n g ) 愚建立一种客蕊事勃模圣、分孝厅复杂事耪髓一静瓣憨方法。它与以往各种编程谣言 的根本不劂点在于，它设计的出发点就是为了能翼直接地描述客隰世界中存在的攀 物( 即对象) 以及它们之闻的关系。 在现实科学研宠中，不同的研究人员对客观枣物不同方面的燃矮各商兴趣。警 我们研究电力系统静态稳定时，我们需要的是电力系统元件的静态特性，研究动态 稳定对，鬻要豹怒凌态特靛，毽农这些礤震中，蠢缀多孵候，我嚣对为傍么元孛会 有这些特性并不感兴趣。在软件设计中也是如此，程序员对模块祁函数的输入、输 毒变量瓯疑疆供的藏务更懑兴趣，褥对模较内部懿功能实瑗并不关心8 制。这藏要求 模块和函数具有“黑盒”的性质，即将模块复杂的内部实观过程包装起来。这样既 简化了应丽、又保护了模块的私有数据。髓在传统的过程式编程的方法下，实现“黧 盒”是非鬻困难的。程序代码的重用牲也缀低。 面向对象的技术正是为了解决上述问题而发展起来的。面向对象方法的基本思 想是：从臻实跫爨孛存在熬窖鼹豢秘( 对象) 出发来兹遗软斧系绫，莠在橡造的过 程中尽可能运用人类的自然思维方式。对象可以理解为待研究的释观事物的软件模 型。客蕊攀秘懿攘鳖可以溺为疆究耱翻羹点不霜掰不嚣。总豹来浚客疆攀甥可以擒 北京工业大学工学硕士学位论文 象为特征和行为、功能。而且三者之间的关系往往是不可分主要体现在以下几点： ( 1 ) 容观世器是e 睦一些具体事物孛句成，每个事物整有色己熬静态鄹动态特性。 0 0 p 闵对象攒述问题域中的事物，每个对象都由一组属性和服务构成，分别描遴事 躲魏静态秘动态梅，噩。 ( 2 ) 人类认识客戏世界的罄本方法之一是对事磐进行分类，瓣：掇糖事物翡共 黼谴搬事物鹅结为菜突。0 0 p 用采摘象冀有相同性质韵事物，并通过继承机制保证 子类其祷父类豹垒部耩经酾自蠢务。 ( 3 ) 寤观世界中较为复杂的事物往往是由其它一嫂比较简单的事物构成o o p 提供了描述这耱缀成关系的功能。 ( 4 ) 客观世界中的事物是一个独立的整体，它的许多内部细节是夕 部不必关心 懿。0 0 p 魄封装规裁攫蔽了对象敦内郎绥节。 ( 5 ) 客觋憷器中的一个事物霹能与其它事物存在菜耱葶亍为上豹联系0 0 p 遴过 清意表示对象之阉静动态联系。 出魏霹戳看赉，农个眈较瀵想韵0 艚- 程泞中，程侉与闻麓域其有很紧密韵对 应关系。编程语裔和自然语言之间的鸿沟变窄了，开发人员从对问题域产生的芷确 认识到用一种编程语瓷怒这些认识播述趣来所 寸出的劳动减少了。西此蕊向瓣象方 法逐渐完善起来，弗且深入到计算机软件领域的所有分支，成为当今计算机软传领 域载搜本主流1 。 2 。1 2 面向对象的主要知识 ( 1 ) 数蠢籀蒙( b a t a 舳s t r a c t ) 数掇撞象将定义一辩数据类鍪( 往往称之涵抽 象数据类裂一a d t ) 的过程和数据隐蔽结合起来。a d t 的定义包括指定a d t 数据的 海部表示，以及箕它稷浮模块对a d t 进行操 乍灏需筑函数。数撼隐蔽确稞你不咸中 断调用a d t 的函数的程序，就能改变a d t 的内部结构。 ( 2 ) 对象( g e c l ) 对象是瑟向慰象技术懿核心。怒系统中瘸寒描述窖蕊事物 的一个实体，它可以怒有彤的，媳可以是无形蛉。一个辩象曳维属一陡嬲对这秽属 性进 子攥捧匏一缀服务攘残。其中属瞧燕雳来捺述对象静态特，谯媳数据颈，灏务是 翅寒攒述对象动态特镁的操作窿爹。 ( 3 ) 黉( e l a s s ) 获蘧其有褶同属性和服务的一组对象的集合，它为桶于该类的 一8 第2 蕈面向对象技术 全部对象提供了统一的抽象描述，其内部包括属性和服务两个主要部分。对象必须 藩予菜一令类，著成为类黎一个实铡。 ( 4 ) 封数性( e n c 印s u l a t i o n ) 封装是面向对象方法的个重要特征，将紧密联 系的数据和方法组合成类，并对类的成员访闯进行严格的管理，骑止外界对类内部 的破坏。这里有两个食义：熬一个含义是把对象的全部属性枢全部服务缝合在一起， 形成一个不可分割的独立单位。第二个含义也称作“信息隐蔽”，即尽可能隐蔽对象 的嚏游细节，对羚形成一个边爨( 或赣说一遴鬓障) ，只爆餮畜强弱对终接霹壤之与 外部发生联系。 蔚装羲蠢好楚，又寿蘩佟蹋。翔果强谣严禧豹辩装，澍对象鹣经何震眭都不允 许外部直接存取，因此要增加很多没有其它意义、只负责读戚写的服务。遮不仅增 加了编程工作的受担，而且便程痔显得臃肿。为了避免这种情况，编程谣言往往 采用种比较现实的炭活态度允许对象有不同獠度的可见性。典体做法与不固 的编程语言脊关。在v i s u a l c + + 中，采用私有、保留与公有三种不同的数据属性来实 现这秘灵活燃。 ( 5 ) 消息和方法( m e s s a g 。a 1 1 dm e t h o d ) 对象通过它对外提供的服务在系统中 发挥舞己豹 乍爱。当系统孛懿对象( 或其它系统成分) 请求这个对象执行策令鞭务 时，它就响成这个请求，完成指定的服务所成完成的职责。猩o o p 方法中把向对象 发凄瓣赧务请求称侔滂惠。通过消惑进行对象之闻静遥信，也是o o p 方法酌一个原 则，它与封装的原则商密切的关系。封装使对象成为一些各司其职、互不干扰的独 立单位；消息通信为它们提供了唯一合法的幼态联系途径，使它们的行为能够互相 配合，捣成一个有机运动的焱统。 ( 6 ) 继承性( 瑚1 e t a l l c o ) 继承是面向对象技术能够提高软件开发效率的重要 原因之一，焚定义是：特殊类熬对象攘套蓑般类戆全部属经与鼹努，称幸警特殊类 对一般类的继承。当这个特殊类又被它更下层的特殊类继承时，它继承下来的和自 己定义的属链稻l 畏务又都一起被更下层的类继承下去。继承瀚实现楚通过0 0 p 的继 承机制来保诞的。 一个类可以是多个般炎的特殊类，它从多个一般类中继承属性和服务，这种 继承模式q 做多继承。多继承无论是从概念上还是从技本上都是单继承的撰广。多 继承模式在现实中是很常见的，但系统开发是否采用多继承性受到舆体编程语言的 9 一 北京工业大学工学硕士学位论文 艘制。 ( 7 ) 多态性( p o ! y m 。强嫩s m ) 多态性是臻在般炎中定义鲍属性或服务被姆殊 类继承之后，可以具有不同的数据类型或表现出不同的行为。 多态瞧龛谗每个对象以逡合囊骞瓣方式去螭应共闵懿涪意。这撵，虢增强了操 传弱遴暖性、霹壤舞熬郛可缝护 耋。婿户不必为耀目功裁懿搽转疆 譬蹋予不阉类型 的对象雨费心去谈羽。多态啦可以与继承层次相结合，允许褥户墩凳为鹋确、荔懂 的方式去建立通粥静软件，使软件其肖蔓广泛的薰褥幢和可扩究性。 2 。2 传统软件设计方法与甏自对象方法的对比 传统的结构化方法是在软件行业得到广泛接受和使用，并度成为早期占主导 逑位的软件构造与开发方法。丽甄嚏对象方法提出后，当代软传工稷的发展覆拯着 从传统的结构化范型到面向对象范型的转变，对象技术作为新范型的核心技术破在 褥到薪昀语言、新的系统和耨的方法学的支持，这体现奁已出现龅面向对象的语畜、 数据库、操作系统及开发环境上。 2 2 j 褥萄对蒙方法与结构亿方法院较 懿稳他方法髓先关心鼹是功能，强调强援块( 即过壤) 必中心，采照模块化、 自顶向下、逐步球精设计过程，系统是实现模块功能的酌数和过程的集会，结孛句渡 嗽、可读性好，的确是提高坎静辩发餍量戆一种蠢效擎段。 结构化设计从系统的功能入手，按照工程标准和严格规范将系统分解为港于功 糍模块。然面，由于用户的需求鞠软、磷牛技术豹不颧发展变化，律为系统基零成 分的功能模块很容易受到影响，局部修改甚至会弓i 起系统的根本性变化。开发过程 前期入手诀丽后期频繁改动的现象比较常见。 面向对象方法则从所处理的数据入乎，以数据为中心来描述系统，数据相对于 功能两言，具肖艇强豹稳定髓，这样设计出的系统横型彼往就较好璁欢慰问题域模 型。对象、类，、继承性、多态性、动态定连概念和设施的引入使用，晁然令丽向对 象的设计方法其商一定的优势，能为生产可重角的软件橡释和解决软传的复杂毽阃 题提供条有效的途径。 筒商对象的设计过程就蔻指通过建立婆粪以及它们之间的关系来解决实黼阃 题，这就需要对问题域中的对象作整体分析，类和类间关系的设计要求较高，否则 设计邀豹并不建粪正意义上的舀囱对蒙的软件系统，而只是一慧类的堆砌而融，不 熊体现出面向对象设计方法的优势之处。 一1 0 一 第2 章匾向对象技术 同时，系统的分析设计是个注堂实践的领域，不仅仅依赖于一整套核心的概 念与原理，要想设计出一个成功的系统来，还需要辐应的语言、工其和技术的有力 支持。在这方面，缀过多年的实践和发展，适应结构化方法的技术和开发环境已经 稆当戒熟稳定。而对面向对缘方法萌言，虽然近时期潲现了大爨的新工具和新技术， 但仍有待于不断的完善和改进，特别是面向对象的数据库技术。 2 2 。2 对藉麓对象设计方法的灌解和体会 ( 1 ) 软 串工程的联标是以凝小鞠代价开发出满足爆户篙袋懿软件。为此，根攥 系统的实际需求，分别针对具体情况选择采用不同的设计方法，可以充分发挥面向 对象与结构他方法备自的优势。目藏在大多数软件系统斡分析设计过程中，这两者 方法都兼而有之。 事实上，在本系统的开发过程中，除了经月对象模型、动态模醚簿面囱对象的 一些建模技术外，在数据库的设计中，只怒运用了面向对象数据库的设计思想，而 并没裔完全采用面向对象的数据库，舆体霜面摩节详蹦论述。 ( 2 ) 理解魑修改维护任何一个软件系统的基础，对面向对象的软件而吉，理解 该软件藏需蔡了解软件系统中主要对象的整个运行视例。俺对象间的菇行、继承、 传递、激活等特性，可能会对后期维护人员快速理鹇系统原设计思想带来一怒的障 碍。瑟箭，支持面囱对象方法豹软件开发环境中能帮瀚理解软侔设计愚躇的工具并 不多，在这方丽结构仡方法占有相对优势。所以，使用面向对象方法设计的软件系 统要韬察注意避免魏类理解错误辩开发带来的不菠影桶。 ( 3 ) 不论狒一种设计方法，正确清晰的需求界定都是开发一个成功的软件系统 必不可少熬篱掇条孛# ，否剐孬好抟浚嗣“方法也恶济予攀。 2 3 本耄小结 本章介绍了面向对象投术的基本概念，主疆包括面向对象的发展、基本恩想和 概念，并针对传统的开发方法翡不踅，分析了面向对象的软件开发方法的过程和优 点。 i ! 室三兰奎兰三耋璧圭耋堡丝圣 第3 章电力绘图软件的设计与实现 随着图形化用户界面( g u i ) 的发展，电力系统应用软件中出现了大量的图形系 统，它们较好的满足了特定的要求，取得了良好的效果1 “1 。但在图形平台开发上， 现在还存在着由于各种应用软件的要求不同，不得不重复开发的问题。面向对象技 术的引入正能很好的解决这一问题。 本电力陶形系统的分析设计及编程都遵循面向对象的思想和方法。面向对象的 图形系统在电力系统中的实现，克服了在传统绘制电力接线图中处修改就必须全 部修改的弊端，大大减轻了用户的工作量。它采用图形组件直接形成配电网，修改 方便，在屏幕上填写元件参数，后台程序自动识别网络结构进行拓扑分析以及故障 计算。一个通用的电力图形系统移植性强，可根据不同需要，应用于潮流计算、保 护整定等各分析系统。 3 1 前端开发工具的选择 在过去的二十年里，c 和c + + 已经成为在商业软件的开发领域中使用最广泛的 语言。它们为程序员提供了十分灵活的操作，不过同时也牺牲了定的效率。与诸 如v b 等语言相比，同等级别的c ，c + + 应用程序往往需要更长时间来开发。由于c ，c 十+ 语言的复杂性，许多程序员都试图寻找一种新的语言，希望能在功能与效率之间找 到一个更为理想的权衡点。 目前有些语言，以牺牲灵活性的代价来提高效率。可是这些灵活性正是c ，c + + 程序员所需要的。这些解决方案对编程人员的限制过多( 如屏蔽一些底层代码控制 的机制) ，其所提供的功能难以令人满意。这些语言无法方便地同早先的系统交互 也无法很好地和当前的网络编程相结合。 对于c c * 用户来说，最理想的解决方案无疑是在快速开发的同时又可以调用 底层平台的所有功能。他们想要一种和最新的网络标准保持同步并且能和已有的应 用程序良好整合的环境。另外，一些c c + + 开发人员还需要在必要的时候进行一些 底层的编程。 c # 是微软对这一问题的解决方案。c # 是种最新的、面向对象的编程语言。它 使得程序员可以快速地编写各种基于m i c r o s o f c n e t 平台的应用程序，m i c r o s o f t n e t 提供了一系列的工具和服务来最大程度地开发利用计算与通讯领域。正是由于c # 面 向对象的卓越设计，使它成为构建各类组件的理想之选无论足高级的商业对象还 是系统级的应用程序。使用简单的c # 语言结构，这些组件可以方便的转化为x m l 网 络服务，从而使它们可以由任何语言存任何操作系统上通过h n e m e i 进行调用。最重 络服务，从而使它们可以由任何语言在任何操作系统上通过h n e m e c 进行调用。最重 1 2 一 第3 苹电力绘图软件的设计与实现 要的是，c 使得c - + 程序员可以高效的开发程序，而绝不损失