基于SOA的配電網(wǎng)運(yùn)行管理系統(tǒng)地理信息應(yīng)用

楊本志 姜貴詢

摘 要：目前智能配電網(wǎng)的建設(shè)逐漸走向深入，在配電網(wǎng)運(yùn)行控制與管理系統(tǒng)中加入地理信息應(yīng)用的需求日益強(qiáng)烈，為了應(yīng)對(duì)這種新的地理信息應(yīng)用需求，我們提出了基于面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA），一種配電網(wǎng)運(yùn)行控制與管理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)松耦合的地理信息應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方法，采用地圖控件的方式顯示地理信息圖，與接線圖窗口通過(guò)雙屏互動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)信息流和業(yè)務(wù)流的交互。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)運(yùn)行控制與管理系統(tǒng)（DMS）；地理信息系統(tǒng)（GIS）；面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）；企業(yè)服務(wù)總線（ESB）

中圖分類(lèi)號(hào)：TM734 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）10-0176-02

Abstract： At present， the construction of smart distribution network is going deeper and deeper， and the demand for the application of geographical information in the distribution management system is increasingly strong. In order to cope with this new demand of geographical information application， this paperproposes a method to realize the loosely coupled operation control and management system of distribution network and geographic information system based on Service-Oriented Architecture（SOA）. Map control is used to display geographic information map. The information flow and business flow are interacted with the wiring diagram window through double screen interaction.

Keywords： Distribution Management System（DMS）； Geographic Information System（GIS）； Service-Oriented Architecture（SOA）； Enterprise Service Bus（ESB）

1 概述

配電設(shè)備種類(lèi)繁多、數(shù)量龐雜、地域性強(qiáng)，在空間上呈現(xiàn)出典型的點(diǎn)、線、面分布，相互之間存在著地理上和邏輯上的密切關(guān)系，因此地理信息系統(tǒng)（GIS）成為配電設(shè)備管理的重要支撐技術(shù)。國(guó)內(nèi)部分配網(wǎng)主站廠家在配電網(wǎng)運(yùn)行控制與管理系統(tǒng)中主導(dǎo)采用地理接線圖作為操作主界面，并將其作為技術(shù)規(guī)范加以實(shí)施。

為了應(yīng)對(duì)這種新的地理信息應(yīng)用需求，我們提出了基于面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA），一種配電網(wǎng)運(yùn)行控制與管理系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)松耦合的地理信息應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方法，采用地圖控件的方式顯示地理信息圖，與接線圖窗口通過(guò)雙屏互動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)信息流和業(yè)務(wù)流的交互。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）

SOA（Service-Oriented Architecture）面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱(chēng)為服務(wù)）通過(guò)定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，它應(yīng)該獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。這使得構(gòu)建在各種各樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互[2]。

SOA是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)松耦合設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，各自應(yīng)用系統(tǒng)信息流和業(yè)務(wù)流相互獨(dú)立，系統(tǒng)之間的交互借助于企業(yè)服務(wù)總線（ESB）實(shí)現(xiàn)。

2.2企業(yè)服務(wù)總線（ESB）

企業(yè)服務(wù)總線（EnterpriseServiceBus，ESB）從面向服務(wù)體系架構(gòu)（Service-OrientedArchitecture，SOA）發(fā)展而來(lái)，是傳統(tǒng)中間件技術(shù)與XML、Web服務(wù)等技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。ESB的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的軟件架構(gòu)，可以提供比傳統(tǒng)中間件產(chǎn)品更為廉價(jià)的解決方案，同時(shí)它還可以消除不同應(yīng)用之間的技術(shù)差異，讓不同的應(yīng)用服務(wù)器協(xié)調(diào)運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)了不同服務(wù)之間的通信與整合。從功能上看，ESB提供了事件驅(qū)動(dòng)和文檔導(dǎo)向的處理模式，以及分布式的運(yùn)行管理機(jī)制，它支持基于內(nèi)容的路由和過(guò)濾，具備了復(fù)雜數(shù)據(jù)的傳輸能力，并可以提供一系列的標(biāo)準(zhǔn)接口。

在本應(yīng)用中，需要使用ESB具備的服務(wù)封裝、消息傳輸、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、消息訂閱與發(fā)布等功能。

2.3 地圖切片（tile）

地圖切片是指采用預(yù)生成的方法將地圖以圖片或其它方式存放在服務(wù)器端，然后根據(jù)用戶提交的不同請(qǐng)求，把相應(yīng)的地圖瓦片發(fā)送給客戶端的過(guò)程，它是一種多分辨率層次模型，從瓦片金字塔底層到頂層，分辨率越來(lái)越低，但表示的地理范圍不變。

采用地圖切片可以高效應(yīng)對(duì)高并發(fā)訪問(wèn)，適合做底圖，對(duì)于配網(wǎng)線路及設(shè)備也可以采用地圖切片的方式將圖形預(yù)先切好并做好實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，可以滿足準(zhǔn)實(shí)時(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景需求。

地圖切片按照切片的保存格式分成矢量切片和柵格切片。

2.3.1 矢量切片

矢量切片是一種利用協(xié)議緩沖（Protocol Buffers）技術(shù)的緊湊的二進(jìn)制格式用來(lái)傳遞信息。當(dāng)渲染地圖時(shí)矢量切片使用一系列存儲(chǔ)的內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行制圖。被組織到矢量切片的圖層比如（水、道路、區(qū)域等背景圖層及變電站、架空線段、電纜分段、開(kāi)關(guān)、刀閘、變壓器等電力設(shè)備圖層），每一層都有包含幾何圖形和可變屬性的獨(dú)立要素。通俗地講，就是將矢量數(shù)據(jù)以建立金字塔的方式，像柵格切片那樣分割成一個(gè)個(gè)描述性文件，以GeoJson格式或其它自定義格式組織，然后在前端根據(jù)顯示需要按需請(qǐng)求不同的矢量瓦片數(shù)據(jù)進(jìn)行Web繪圖或地圖控件地圖渲染。

常見(jiàn)的格式有GeoJson、KML等，本應(yīng)用中采用的格式為GeoJson格式。

2.3.2 柵格切片

柵格切片是將地圖背景或設(shè)備以圖片方式將地圖進(jìn)行預(yù)生成，供服務(wù)器端調(diào)用渲染，柵格切片大小多為256*256像素大小，也有512*512的，但是不常見(jiàn)，圖片的式多為JPEG和PNG格式，對(duì)于背景地圖，多采用JPEG格式，這種格式可以在保證圖片質(zhì)量的同時(shí)盡可能減少圖片大小，減少服務(wù)器硬盤(pán)占用；對(duì)于設(shè)備及線路圖層，可以采用透明背景的PNG格式。

在前端可以根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用場(chǎng)景靈活選擇不同的渲染方式：背景柵格切片疊加設(shè)備矢量切片自主渲染；背景柵格切片疊加設(shè)備柵格切片；純?cè)O(shè)備矢量切片自主渲染；純?cè)O(shè)備柵格切片，總共有四種方案進(jìn)行選擇。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

在Ⅲ區(qū)需要部署“數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器”、“地圖服務(wù)器”、“切片服務(wù)器”和“圖形模型處理工作站”。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于保存配網(wǎng)線路及設(shè)備圖形、地理背景圖形和設(shè)備參數(shù)、系統(tǒng)配置參數(shù)等，是Ⅲ區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)的復(fù)制庫(kù)。

地圖服務(wù)器為地圖控件的地理信息應(yīng)用提供服務(wù)，提供的服務(wù)與安全Ⅲ區(qū)一致。

切片服務(wù)器主要用于地圖切片生成和切片更新，與Ⅲ區(qū)的切片服務(wù)器功能相同。

模型同步工作站主要用于解析安全Ⅲ區(qū)傳入Ⅰ區(qū)的圖形和模型更新數(shù)據(jù)庫(kù)腳本語(yǔ)句，并執(zhí)行腳本，達(dá)到與Ⅲ區(qū)同步的目的。

地圖控件可以單獨(dú)用一個(gè)程序進(jìn)行封裝，也可以嵌入現(xiàn)有調(diào)度員界面程序中，提供的功能包括地圖切片顯示及各種地理信息展示，通過(guò)ESB總線與調(diào)度員界面實(shí)現(xiàn)信息流和業(yè)務(wù)流的交互。

4 功能架構(gòu)

在安全I(xiàn)區(qū)的地圖控件上可以實(shí)現(xiàn)故障定位、停電信息顯示、用戶信息顯示和關(guān)聯(lián)調(diào)圖等功能，另外還提供了其它輔助功能。

圖形同步包括背景圖層的同步和電力線路及設(shè)備圖層的同步，圖形同步前需要確保圖層表的表結(jié)構(gòu)保持一致。

參數(shù)的同步僅包含電力線路及設(shè)備參數(shù)的同步，參數(shù)同步前需要確保參數(shù)表的表結(jié)構(gòu)保持一致。

信息同步是將通過(guò)“接口功能”從其它系統(tǒng)獲取到的“故障信息”、“停電信息”、“用戶信息”等相關(guān)信息轉(zhuǎn)發(fā)給地圖控件，由地圖控件進(jìn)行展示渲染。

通過(guò)“關(guān)聯(lián)調(diào)圖”，可以在接線圖窗口打開(kāi)對(duì)應(yīng)設(shè)備所在的接線圖。與之相對(duì)應(yīng)的，可以在配電網(wǎng)運(yùn)行控制與管理系統(tǒng)的接線圖上調(diào)用“設(shè)備定位”功能，將地圖控件的地圖縮放至指定設(shè)備的位置。

在安全Ⅲ區(qū)，基于WEB的業(yè)務(wù)系統(tǒng)具備設(shè)備定位、拓?fù)渲?、地圖瀏覽、設(shè)備查詢等功能；在模型處理工作站，還具有圖模處理及設(shè)備關(guān)聯(lián)功能，為其它功能準(zhǔn)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；在切片服務(wù)器，具有靜態(tài)切片和動(dòng)態(tài)切片及提供切片服務(wù)訪問(wèn)等功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于企業(yè)服務(wù)總線（ESB），在面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）支撐下的地理信息服務(wù)及應(yīng)用方法很好的解決了不同安全分區(qū)下，對(duì)地理信息應(yīng)用的不同需求，在運(yùn)行效率與應(yīng)用質(zhì)量的取舍上保持了相對(duì)的平衡，可以滿足配電網(wǎng)運(yùn)行控制與管理系統(tǒng)對(duì)于地理信息的應(yīng)用需求，已經(jīng)在多個(gè)項(xiàng)目中得到實(shí)踐。下一步需要研究的難點(diǎn)問(wèn)題包括地理背景圖的快速獲取與處理、配電網(wǎng)地圖的自動(dòng)生成與優(yōu)化等。

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