Study of Distributed Power Network Information Management System Based on ArcIMS Technology

JIN Zhi－yuan1，LINJi－keng1，CAOYuan－yuan1，GAOZhi－wei1，SHANXue－jun2

　　（1．Tianjin University，Tianjin 300072，China；
2．Tianjin Electric Power Bureau，Tianjin 300072，China）

    Abstract：This paper presents a novel，extendable platform frame of WebGIS for the distributed powersystem＇s information management system，which implements all the WebGISfunctions of distributed powerinformation management．The main composition methods，technology ofimplementation，and the system workscheme are described．The working method，communication mode，cooperation with other blocks andimplementation method of the analysis function block of distributed power system are also explained in thispaper．
　　Key words：WebGIS；distributed power system；information management system

1　引言
　　地理信息系统（Geographic Informat－ionSystem缩写GIS）是对与地理环境有关的问题进行分析研究的一门科学。由于GIS有比较完善的功能和先进的管理方式等优点，在电力系统管理中正在得到广泛的应用［1］。
　　随着Internet的流行和普及，人们将GIS与Internet相结合，产生了WebGIS。它使数据的发布变得更加灵活和迅捷，是Web技术对传统地理信息系统的改造和发展。
　　WebGIS有很多种构建方式，各个公司也推出了不少构建WebGIS的工具平台，构造出来的系统千差万别。由于WebGIS的技术要求比较苛刻，它要求系统具有较高的速度，易于升级扩展，较强的稳定性以及安全性等，因此WebGIS的平台框架结
构对GIS的应用具有重要的意义。由于配电系统自身的特点，如：数据量大，网络结构复杂，电力WebGIS要实现很多配网计算方面的分析功能；并且如何使所搭建的平台更适合于配电系统的应用，也是一个亟待解决的问题。
　　本文综合考虑了以上各方面的因素，提出了一种基于ArcIMS平台的电力系统配电网WebGIS应用的框架，较好的解决了构建WebGIS以及将其应用在配电网系统上的问题。
　　所提框架是在文献［2］的基础上增加了一个配网分析计算模块。电力系统应用中所需要用到的高级计算功能，如：潮流计算，拓扑变形，辅助决策等，可以加在这个模块中。此模块与数据库通信并与WebGIS配合工作，极大地拓展了WebGIS在电力系统中的应用范围。

2　WebGIS框架所用平台的选择
　　开发WebGIS需要用GIS系统的网络开发平台。平台的选择至关重要，不同的平台性能会相差悬殊，开发难度也会不同。在平台选择方面应该遵循性能稳定，编程方便，功能完善，响应迅速，易于升级以及价格便宜等原则。
　　国内外有很多不同的WebGIS平台，其中比较著名的有以下几种：MapInfo公司推出的MapInfoMapXtreme，InterGraph公司的WebMap，武汉吉奥公司的WebGIS开发工具GeoSurf以及ESRI公司提供的ArcIMS等。前三种开发工具分别具有不同的缺点，如：服务器传输数据格式单一，未解决多源数据集成问题，运行不稳定，只能运行于某几种操作平台等。ESRI公司的Arc／Info系统提供的WebGIS开发平台ArcIMS［3］具有以下优点：①网络地图发布平台—ArcIMS，是一个基于Internet的GIS，它允许集中建立大范围的GIS地图、数据，实际应用并将这些信息提供给组织内部的或Internet上的广大用户。②扩展了普通站点，使其能够提供GIS数据和应用服务。ArcIMS提供了免费的HTML和Java浏览工具，同时也支持其他的客户端。③ArcIMS为在Web上发布的数据和服务建立了一个公共的平台。ArcIMS不仅仅是一个Internet绘图解决方案，也是通过Internet发布GIS功能的框架。④ArcIMS支持网络数据与本地数据集成，而且同时支持栅格数据和矢量数据格式。⑤提供的ArcIMSManger可以指导完成地图的编辑、修改和发布地图的步骤，使二次开发变得容易。⑥支持全系列操作系统。⑦价格便宜，ArcIMS平台仅需十万元左右，而且没有Licence的限制。
　　由上述分析，可以看出ArcIMS的功能相对完善，且二次开发相对容易。因此，本文的框架采用基于ArcIMS系统来构建电力配网的WebGIS平台。

3　WebGIS的框架结构
　　WebGIS是由很多不同的模块协同工作而组成的，因此各部分之间的协同及调用关系变得非常重要，有几种不同的框架结构。本文采用比较流行的一种平台框架，如图1所示［4］。
　　这种结构需要同时配置IIS（InternetInforma－tion Service）Web服务器和地图服务器，并由IIS代理地图服务器的请求。制图引擎可以从空间数据 库中取得空间数据，也就是WebGIS中的地图，同时Web服务器以某种方式取得属性数据库中的属性数据，两种不同的数据在Web服务器中进行融合。在特定的条件下，Web服务器可以根据返回的属性数据，重新对地图服务器提出请求，取回相应的空间数据。
　　这种结构具有非常好的客户交互能力，系统的升级和调整只需要在Web服务器端完成，相对较容易，且保密性和安全性都较好。

4　电力配网信息管理的WebGIS结构框架
　　现有ArcIMS所开发的系统大多都是基于文献［2］所述方式进行开发的。由于在系统开发过程中绝大部分都是利用系统本身已提供的功能，或者对这些功能的有限改进，因此，这种开发方式具有开发周期短，见效快等优点。但是所开发产品具有功能简单，工作模式单一和适用环境比较狭窄等缺点，如，只能实现通过网络的属性查询以及ArcIMS平台本身提供的一些简单的统计功能。本文在文献［2］的基础上增加了一个模块间的直接通讯，即Java服务器与属性数据库的直接联系。由于电力配网信息管理系统除了一般信息的查询之外，还有其它分析计算功能，故本文在此通讯联系中插入了用于电力配网管理的分析计算模块。图2中粗虚线左边的结构是基于文献［2］所提及的方式，粗虚线右边模块是本文新加模块。

4．1　系统组成及所用技术
　　1）浏览器基于IE6．0＋HTMLviewer工作模式。ArcIMS提供两种客户端可供选择：①HTMLViewer用来获取图像的地图和表格数据，这是一个轻量级的浏览器。是支持最广泛的浏览器并有高度的可定制性；②Java viewer，提供相应的Applet下载到客户端，Applet与后台服务器通讯。但是ArcIMS平台系统提供的Applet没有开放源代码，因此可定制性比较差。
　　由于本系统是应用于电力系统，故需要较多的定制，而且开发人员可以自行编制Applet随HTML网页下载到客户端执行。因此选用HTMLviewer来做客户端浏览程序。
　　2）Web服务器基于Tomcat技术。Tomcat是一个开放源代码，是运行Servlet和JSPWeb应用软件的基于Java的Web应用软件容器。是一个免费软件，可以在http：//jakarta．apache．org网址上免费下载。
　　3）Java服务器基于Java Servlet技术构造［8］。Servlet是由Sun公司发展的一种在服务器端运行的编程方式。一旦启动它，将一直驻留于服务器端，可以多线程运行。它可使构造基于Web的应用程序更加容易和快捷。由于Servlet是基于Java编写的，因此它继承了Java的一切优点，诸如，简单性，安全性，体系结构中立以及可移植性等。
　　4）中间件采用ArcIMS搭建。本文图2中的ArcIMS连接器、ArcIMS应用服务器以及ArcIMS空间服务器称为中间件。各部分功能如下：①ArcIMS连接器提供了一个连通Web服务器和ArcIMS应用服务器的通道。它把来自JSP服务器 的请求转换为ArcXML格式，递交给ArcIMS应用服务器。而来自应用服务器的回复直接返回给客户端。②ArcIMS应用服务器是一个后台运行的进程，用来处理所接收到的请求，它把服务器端运行着的空间服务器以及各个空间服务器所运行的地图服务（Map Service）的情况统一管理，并决定每一个来自客户端的请求由相应空间服务器上的相应地图服务加以处理，实现了群集服务器的功能。③ArcIMS空间服务器是ArcIMS承担重负载工作的组件。它负责读取，绑定空间数据和属性数据，并把它们转化为正确的格式再传递给浏览器。
　　5）GIS分析计算服务器。负责潮流计算，短路电流计算，拓扑辨识，停电范围分析，无功电源配置等电力系统配网计算分析任务。
　　6）数据库采用Oracle或SQL－Server。由于它们都是商用的关系型数据库，其存储，查询以及容量方面的性能均得到工业界认可。
4．2　分析计算功能模块的编程语言和工作方式
　　1）分析计算功能模块的开发可以选用Java、C＋＋、smalltalk等编程语言。本系统采用Java语言进行分析计算功能模块的开发。
　　电力系统部门众多，数据流量大，节点分散，具有各种各样的计算机操作系统，因此要求所设计的分析计算功能模块具有升级方便，跨平台性等特点。采用Java作为实现分析计算功能模块的主要编程语言，可以使分析计算模块基本达到上述要求。现在的计算机运行速度及新推出的Java语言执行效率均提高，使得用Java语言编写的程序运行速度大为提高，完全达到实际运用的要求。
　　2）当客户端发出命令请求分析计算功能服务时，通过底层网络编程接口向一直运行于服务器端的分析计算功能服务器提出请求，服务器响应客户的请求，从属性数据库中取得数据，进行相应的计算。计算完成后将结果通过相应的网络通讯方式返回至客户端。计算结果在客户端根据具体要求，或者独立输出，或者通过web网页与图形数据融合在地图上显示出来。
　　客户端与服务器通信有多种方式，本系统采用的是编制applet小程序并嵌入html网页中，与其一同下载到客户端。服务器端用Java编制servlet程序，applet与servlet通过socket接口进行通讯，负责传递请求，取回数据等任务。
　　一些大型的计算任务需要大量的数据，如果在客户端进行计算需要把大量数据传递到客户端，则需要大量的网络通讯，因此在服务器端进行计算。具体工作方式如图3所示。

　　客户端通过驻留在本地计算机上的Applet小程序，向服务器提出进行某种分析计算的请求。服务器端Servlet接收到请求后进行分析，调用相应的分析计算模块（模块1）进行计算。模块1向数据库请求数据并进行计算。计算完毕，模块1将所需返回的结果沿原先的路径，通过Servlet返回给客户端。
　　分析计算的实时性是值得关注的问题。基于各种快速方法（牛顿法、线性方法等）所开发的程序（潮流计算、线损计算、用户报装、短路电流计算、无功优化、网络重构等），对于现在PC机的计算能力和速度是能够实现的；若是基于各种不确定性方法以及人工智能技术等方法所开发的程序，实时性是很难达到的。上述程序目前能够实用的基本上都是基于牛顿法、线性方法等所开发的，而基于各种不确定性方法以及人工智能技术等方法所开发的程序，离工程实用还有一定的距离。
4．3　系统工作流程
　　（1）客户端浏览器用IE6．0或Netscape等，登陆Web服务器后从服务器端下载一套HTML页面，这套页面负责与地图服务器通信，获得基本的相应的空间服务器，由被选中的空间服务器在数据库中取得属性数据和空间数据后将其绑定，并把结果逆序传给客户端浏览器。
　　（3）客户发出进行分析计算服务的请求后，负责通讯功能的Applet小程序将用户的请求发送给Web服务器，Web服务器接收到客户端要求进行配网分析计算服务的请求后，通过Java服务器把请求传递给电力系统配网GIS分析计算服务器，GIS分析计算服务器对数据库进行操作和相应的计算，并把结果返回到客户端完成相应的请求。
　　（4）如果返回的数据需要与图形数据相融合，则HTMLviewer网页再把此数据转化为ArcIMS通用的ArcXML语言，并传递给地图服务器，地图服务器将相应的图形数据传递回客户端进行显示。

5　结束语
　　本文基于Arc／Info GIS平台，提出了基于Internet技术能实现包括各种分析计算功能的配网信息管理系统框架结构，并介绍了系统的组成及实现方法。由该框架结构开发的系统是一个功能完善，使用方便，符合当前最新技术潮流的WebGIS系统。

参考文献

［1］王军红．做好配电网GIS开发初期功能需求的描述［J］．农村电气化，2003，（4）：20－21
［2］邓芳，李新诚，朱伟兴．一种新的基于ArcIMS3．1的WebGIS方案［J］．计算机工程，2002，28（10）：202－209
［3］ESRI（中国）北京有限公司．ArcIMS－Mapping and　　GISfor the Internet［DB］．2003，（7）：1－10
［4］王尔琪，钟耳顺．开放式Internet地图服务体系结构与应用［A］．见：2001＇中国GIS年会论文集［C］．成都：2001
［5］陈芳，徐学军．XML／Java技术在WebGIS中的应用与实现［J］．电力系统及其自动化学报，2003，15（1）：46-50