（電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)論文）基于svg和ajax的電網調度web發(fā)布技術.pdf

華北電力人學碩十學位論文 摘要 電網調度的目的是保障電網的安全 優(yōu)質 經濟運行 作為e m s 能量管理系 統(tǒng)中的核心功能之一 隨著電網規(guī)模的擴大和監(jiān)視要求的提升 傳統(tǒng)的w e b 服務已 逐漸不能適應新時代的要求 論文從w e b 的工作機理以及電網調度系統(tǒng)中w e b 的 工作性質入手 分析電網調度w e b 的發(fā)展趨勢 并在此基礎上開展論文的研究工作 論文首先就s v g 的電網圖形做技術上的分析 就圖形實現方法做了詳盡研究 并 給出基本的設計方法 然后針對傳統(tǒng)w e b 客戶端的缺點 提出使用a j a x 技術作為 客戶端的技術框架 結合s v g 實現數據傳輸上的優(yōu)化 并實現電網信息的可視化 最后通過實例分析 驗證了本文的設計是可行且有效的 關鍵詞 電網調度 e m s w e b s v g a j a x 可視化 a b s t r a c t t h ea i do fp o w e rg r i di st op r o t e c tt h es e c u r i t yo fp o w e rg r i d s oa si tc a nh i g h q u a l i t y e c o n o m i co p e r a t e a so n eo ft h ec o r ef u n c t i o n so fe m s w i t ht h ee x p a n s i o n o ft h es c a l eg r i da n du p g r a d i n go fm o n i t o r i n gr e q u i r e m e n t s t r a d i t i o n a lw e bs e r v i c e s h a dn o tb e e ng r a d u a l l ya d a p tt ot h en e wd e m a n d so ft h et i m e s t h et h e s i s w o r k s t a r tf r o mt h er e s e a r c h i n go fw e b sw o r k i n gm e c h a n i s m a n dt h en a t u r eo fw e b w o r k i n gi np o w e rs y s t e md i s p a t c h s o o nt h et h e s i s h a sa l s oa n a l y z e do ft h e d e v e l o p m e n tt r e n do fd i s p a t c hp o w e rs y s t e mw e b t h et h e s i sb e g i nw i t ha n a l y s i so f s v g f i g u r ea p p l y i n go np o w e rs y s t e m a f t e rr e s e a r c h i n gt h ew a yo fs v gr e a l i z a t i o n i tp r o p o s e sad e s i g nm e t h o d l a t e r a g a i n s tt h es h o r t c o m i n g so ft h et r a d i t i o n a lw e b c l i e n t t h e s i sp r o p o s e st ou s ea j a xt e c h n o l o g ya n ds v g t or e s o l v ep r o b l e mo fd a t a t r a n s m i s s i o n f i n a l l y t h r o u g h a n e x a m p l ea n a l y s i s t h i s t h e s i sv a l i d a t et h e c o r r e c t n e s sa n de f f e c to ft h ed e s i g n k e yw o r d s p o w e rs y s t e md i s p a t c h w e b s v g a j a x v i s u a l i z a t i o n 華北電力人學碩士學位論文 目錄 中文摘要 英文摘要 第一章緒論 1 1 1 選題背景及其意義 1 1 2 國內外研究現狀 l 1 3 本文的主要工作內容 3 第二章電網調度中的w e b 技術 5 2 1w e b 技術 5 2 1 1w e b 定義 5 2 1 2w 曲的工作原理 5 2 1 3w e b 系統(tǒng)的組成 6 2 2 電網調度系統(tǒng)中的w 曲 7 2 2 1 電網調度w e b 的結構 7 2 2 2 電網調度w 曲的作用 8 2 2 3 電網調度w e b 中的可視化技術發(fā)展 一8 第三章基于s v g 的w e b 發(fā)布技術 1 0 3 1s v g 技術 1 0 3 1 1s v g 的定義 10 3 1 2s v g 的特點 10 3 1 3 電網調度w e b 使用s v g 圖形的必要性 1 l 3 2s v g 電網圖形的設計 1 1 3 2 1 基本圖元設計 1 l 3 2 2 電力圖元設計 1 3 3 2 3 電網圖形設計 一1 5 3 2 4 圖形數據獲取 1 6 3 3s v g 圖形的w e b 發(fā)布 1 7 3 4 本章小結 1 8 第四章基于a ja x 和s v g 的w e b 綜合應用 2 0 4 1w 曲客戶端技術分析 2 0 4 1 1 傳統(tǒng)的w e b 客戶端技術 2 0 4 1 2 需要解決的問題 2 l 4 2a j a x 技術 2 1 4 2 1a j a x 的定義 一2 1 4 2 2a j a x 的優(yōu)點 2 2 4 2 3a j a 的工作原理 2 2 4 3a j a x 對s v g 圖形的優(yōu)化 2 4 4 3 1 數據封裝 2 4 4 3 2 實時數據刷新 2 5 4 3 3 歷史數據處理 2 7 4 3 3 圖形互操作 2 8 4 4 基于a j a 和s v g 的可視化技術 2 9 4 4 1 可視化技術 2 9 華北電力人學碩士學位論文 4 4 2 可視化技術分類 3 0 4 4 3 潮流動畫實例 3 l 4 5 本章小結 3 3 第五章實例分析 3 5 5 1 定西調度w e b 存在的問題 3 5 5 2 實例應用 3 5 5 2 1s v g 圖形的w 曲發(fā)布 3 5 5 2 2 基于s v g 和a j a x 的數據查詢 3 6 5 2 3 基于s v g 和a j a x 的潮流動畫設計 3 9 5 3 本章小結 4 0 第六章結論與展望 4 l 6 1 結論 4 1 6 2 展望 4 l 參考文獻 4 3 致 射 4 6 在校期間發(fā)表的學術論文和參加科研情況 4 7 i i i 華北電力大學碩 學位論文 1 1 選題背景及其意義 第一章緒論弟一早珀下匕 隨著電網規(guī)模的日益增大 電網實時運行狀況越來越受到電力系統(tǒng)相關技術 管理人員的關注 電網調度w e b 發(fā)布通過網頁形式 將電網實時運行情況通過動態(tài) 可視化圖形傳輸給電網分析和管理人員 使相關人員更清楚的掌握電網實時運行情 況已成為亟待解決的問題 但是 傳統(tǒng)w e b 技術已不能滿足這種功能需求 需要研 究新技術 實現電網調度w e b 服務的可視化 作為一種多用途圖形 s v g 可以使用瀏覽器直接查看 這意味著s v g 也可作為 w e b 發(fā)布實時監(jiān)視的圖形 但是 采用單一s v g 圖形技術來實現電網圖形的可視化 還存在數據刷新效率低下 圖形互操作性差的問題 因此 s v g 技術在w e b 上的應 用 還有待于進一步研究 a j a x 是一種新的w e b 客戶端技術 它以數據封裝 異步傳輸的方式提高s v g 圖形的數據刷新效率 因此 本論文引入到a j a x 概念用于改善w e b 客戶端 尤其 是使用a j a x 技術結合s v g 圖形技術 對電網調度的w e b 發(fā)布實現圖形可視化具有 重要的改進作用 1 2 國內外研究現狀 本文所涉及了的三種關鍵技術 s v g a j a x w e b 就目前國內外的研究而言 對每種技術單獨的研究較多 但是很少有將之綜合并用于電力系統(tǒng)中的研究 總的 來說 目前的研究狀況如下 1 s v g 圖形技術 s v g 作為電力系統(tǒng)所應用的圖形 有兩個方面的特點 首先它是電力圖形標準 化的關鍵 其次 s v g 可延伸到電力技術許多其他領域 如電力系統(tǒng)的可視化等 目前對s v g 的標準化工作研究主要集中于它與i e c 6 1 9 7 0 規(guī)范的兩個核心 即c i m 公共信息模型 和c i s 組件接口規(guī)范 之間的圖形 數據交互方法 研究包 括如何從c i m 中導出形成電網圖形所需的信息 包括各個設備信息 連接點信息 元數據信息等 以及如何從c i s 中獲取實時數據和歷史數據 如文獻 1 是浙江省電力公司于2 0 0 6 年發(fā)布的s v g 電網圖形的交互規(guī)則 該文 獻中詳細規(guī)定了基于s v g 的e m s 系統(tǒng)間的交互規(guī)則及e m s 系統(tǒng)與生產管理信息系統(tǒng) 其他應用系統(tǒng)的圖形交互規(guī)則 該規(guī)定中 制訂了s v g 元數據的交換方式 導出c i m 模型中的拓 連接關系的方法 以及s v g 電網圖形的具體描述細節(jié) 該規(guī)定奠 華北電力人學碩十學位論文 定了s v g 圖形的標準化工作的基礎 文獻 4 則論述了如何基于c i m 和s v g 進行電網建模 在i e c 6 1 9 7 0 標 礎上結合c i m 和s v g 建立電網模型 并采用圖模一體化技術構建圖形建模系 述了基于設備模型完成拓撲結構自動生成和完整性檢查的功能 并對圖形數 型數據分別采用s v g 格式和x m l 語言進行標準化存取 作為電網圖形 圖形結構和數據來源都是必不可少的 目前對于s v g 數據接口 的研究集中于s v g 如何從c i s 接口中獲取數據 在c i s 的接口定義中 規(guī)定了通用 數據訪問 高速數據訪問 通用事件訂閱和時間序列數據訪問四種數據獲取方法 通用數據訪問用來提供歷史數據 而高速數據訪問則提供實時數據 文獻 5 分析 了s v g 圖形所需要的數據接口問題 對通用數據訪問和高速數據訪問的所有組件接 口的實現方法作了相關研究 這種數據訪問方式可在i e c 6 1 9 7 0 框架下為s v g 電網 圖形提供實時數據和歷史數據的接口 c i s 組件接口規(guī)范提供了四種數據中間件的方法來實現異構系統(tǒng)之間的數據共 享 分別為c o r b a e j b c o m 和w e bs e r v i c e 這四種中間件各有優(yōu)勢 由于w e b s e r v i c e 屬于w e b 技術 采用w e bs e r v i c e 作為數據中間件提供數據接口 即解決 了s v g 圖形數據來源的問題 也可以作為中間件通過w e b 服務器向其他應用系統(tǒng)提 供數據 文獻 6 在分析能量管理系統(tǒng) e m s w e b 服務特點的基礎上 提出了一種基于s v g 和w e bs e r v i c e 技術的w e b 監(jiān)視新方案 該方案以s v g 作為e m s 圖形系統(tǒng)的w e b 發(fā) 布和顯示格式 闡述了s v g 圖形的生成和使用方法 對于s v g 從w e bs e r v i c e 中獲 取數據有一定指導意義 但是該方案沒有對s v g 圖形中各圖元按照數據刷新率分類 以提高數據傳輸效率 除了圖形標準化之外 s v g 圖形的另一個主要目的就是實現電網信息的可視化 實現基于s v g 的電網信息可視化 首先要建立s v g 格式的電力圖元庫 文獻 8 在 基本的s v g 文檔規(guī)范的基礎上確立電力系統(tǒng)圖形系統(tǒng)的構成和交換方式 建立基于 s v g 的電力圖元庫 并闡述了設備圖元屬性的定義方法 結合圖形開發(fā)工具 對電 力圖元庫模塊應用面向對象的方法進行了分析和設計 在實現s v g 電力圖元的基礎上 進一步以圖元為單位 構建完整的電網圖 并 能正確顯示電網結構和電網數據 文獻 1 0 中提出了基于s v g 的電網數據可視化圖 形描述方案 應用于電網數據可視化系統(tǒng)的設計 該方案結合電力系統(tǒng)中圖形資源 的特性 利用s v g 的特點給出了電力系統(tǒng)圖形資源的組織結構和可視化圖形的渲染 方法 在此基礎上提出電網數據可視化系統(tǒng)的設計方案 這些基于s v g 的電網信息可視化研究提供了一些s v g 可視化實現的有效方法 不過它們都不是在w e b 中實現 與使用w e b 來發(fā)布s v g 電網圖形的可視化核心技術 2 華北電力大學碩士學位論文 還是有一定差別 2 a j a x 與w e b 的研究 目前 對于a j a x 和w e b 絕大多數的研究停留在在計算機領域 對于這種網絡 技術在電力系統(tǒng)中的應用研究 還處于探索階段 傳統(tǒng)w e b 發(fā)布實時監(jiān)視畫面是通過控件實現 文獻 2 2 根據對網絡技術和組 態(tài)軟件的最新研究與開發(fā) 設計了一種網絡環(huán)境下的組態(tài)軟件系統(tǒng) 并利用a c t i v e x 技術將i n t e r n e t 技術與電力監(jiān)視系統(tǒng)結合起來 從而形成了一種基于瀏覽器的電力 監(jiān)視組態(tài)軟件 這種技術是典型的傳統(tǒng)w e b 實現電網監(jiān)視可視化的工作手段 雖然 目前已逐漸被淘汰 但其對實時電網監(jiān)視的原理還是有一定實用指導意義 s v g 已成為可視化發(fā)布的圖形標準 但是如何通過w e b 發(fā)布s v g 格式的實時監(jiān) 視畫面 采用什么技術實現圖形的刷新 是目前的研究重點 文獻 2 4 研究了基于 a j a x 的變電站嵌入式w e b 發(fā)布系統(tǒng) 該研究者為了適應對變電站w e b 數據頻繁更 新的需求 提高嵌入式w e b 服務器的響應效率 簡化服務器端回發(fā)的數據 增強w e b 應用功能 設計了以a j a x 技術為基礎的變電站嵌入式w e b 發(fā)布系統(tǒng) 該研究創(chuàng)新的 將a j a x 技術引入了電力系統(tǒng)應用中 但其關注的只是數據問題 而s v g 還包括圖 形操作問題亟待解決 如上所述 目前對于s v g a j a x 在電力w e b 中的應用研究 國內外學者已做了 不少的探索 但這些研究都是零散的 獨立的 沒有將這些技術融合到一起 以形成 一個功能更強大的基于s v g 圖形的w e b 發(fā)布技術 要基于s v g 和a j a x 構建電網調度的w e b 發(fā)布系統(tǒng) 應滿足以下要求 1 能夠以s v g 來描述電網中的各個圖元 通過連接關系使之組織為一個完整的電 網圖形 并通過w e b 來發(fā)布 2 能夠處理s v g 電網圖形中的各種相關信息和數據 對于歷史數據和設備信息 當客戶查詢時能夠得到正確的結果 對實時數據則要求其須具有良好的時效性 數據刷 新時間必須滿足系統(tǒng)要求 3 使用a j a x 處理s v g 圖形 需保證這種綜合性應用能夠實現電網信息的可視化 實時采集上來的遙信 遙測等數據 能以動畫或圖形的方式顯示電網功率分布和電壓分 布情況 并且在其中顯示出線路功率越限情況和節(jié)點電壓越限情況 1 3 本文的主要工作內容 針對目前采用s v g 技術實現w e b 發(fā)布可視化的問題 以及w e b 發(fā)布中s v g 圖形 數據傳輸效率的改進方法 本文做了以下工作 1 在對s v g 的技術特征進行深入研究之后 結合電網調度中的數據特性和圖形 特性 提出并設計了s v g 電網調度圖形的程序實現方法 3 華北電力人學碩士 2 針對傳統(tǒng)w e b 客戶端技術的缺點 提出 以改善s v g 圖形的數據傳輸效率 3 綜合a j a x 技術與s v g 圖形 設計了動 在電網信息可視化中的應用 4 將基于s v g 和a j a x 的w e b 系統(tǒng)應用 可行性 4 華北電力人學碩士學位論文 2 1w e b 技術 2 1 1w e b 定義 第二章電網調度中的w e b 技術 w o r l dw i d ew e b 簡稱w w w 是英國人t i m b e r n e r s l e e1 9 8 9 年在歐洲共同體的 一個大型科研機構任職時發(fā)明的 通過w 曲 互聯網上的資源 可以在一個網頁里比較 直觀的表示出來 而且資源之間 在網頁上可以鏈來鏈去 簡而言之 w e b 就是通過網 頁瀏覽 來獲取我們需要的信息 2 1 2w e b 的工作原理 提到w 曲應用 許多人都會立刻想到網頁 網頁的確是當今最普遍也是最成功的 w e b 應用形式 然而w e b 應用的含義卻遠不止如此 w e b 應用除了網站應用以外 還 可以構建動態(tài)的程序 通過英特網在客戶端與服務器之間傳遞信息 從原理上講 w e b 應用首先由客戶端向服務器端發(fā)出瀏覽請求 然后由服務器以文本的方式將信息返回客 戶端 這些文本按照一定的規(guī)范構成 這種規(guī)范便是超文本標記語言 h t m l 有了 h t m l 協(xié)議 就相當于在服務器和客戶端之間建立了一個雙向的通道 信息可在其中以 固定的格式傳遞 以下是w e b 應用的運行過程 圖2 1w e b 運行原理圖 服務器端 s e r v e r 如圖 首先由客戶端發(fā)起請求 該請求通常是按照h t t p 協(xié)議進行封裝信息 服務 器接收到客戶端發(fā)來的信息后 按照h t m l 協(xié)議解析信息 取出其中的有效請求 按 后根據這一請求調用相關程序處理數據 接著再將數據按照h t m l 協(xié)議封裝完畢后發(fā) 送給客戶端 當信息被傳送到客戶端后 客戶端的瀏覽器按照h t m l 協(xié)議解析出數據 并以相應的表現形式將其展示出來 這就是我們通?？吹降膚 e b 界面 5 華北電力大學碩士學位論文 隨著w e b 應用技術的不斷發(fā)展 除了用于構建網站外 越來越多的企業(yè) 建基于w e b 技術的應用系統(tǒng) w e b 屬于b s 瀏覽器 n 務器 結構 與c s 服務器 結構相比 b s 結構具備以下優(yōu)點 1 具有分布性特點 只要客戶與w e b 服務器處于一個網絡 可隨時隨 覽器進行查詢 瀏覽 而c s 結構必須在客戶端安裝配套軟件 才能從服務 息 2 業(yè)務擴展簡單方便 要增加或改變某個功能 只需在w e b 服務器做 戶端則通過網頁瀏覽時會自動增加該新功能 3 維護簡單方便 維護只針對w e b 服務器 不必像c s 結構對服務器 都要進行維護 2 1 3w e b 系統(tǒng)的組成 一個基本的w 曲系統(tǒng)應包括兩個部分 即w 曲服務器 w 曲客戶端 1 w 曲服務器 目前 應用最多的w e b 服務器是由m i c r o s o f t 的i i s 或開放性的a p a c h e 兩 軟件來實現的 這兩個服務器軟件的基本作用有以下三點 1 負責與w e b 客戶端交流 處理客戶請求并返回信息 2 完成對服務器語言的解析 3 管理服務器腳本語言 w e b 服務器的腳本語言主要有p h p j s p a s p 等 這些語言的共同特點就 能在w e b 服務器側執(zhí)行 對語言的解析工作是由i i s 或a p a c h e 來執(zhí)行完成 具有強大的開發(fā)功能 數據庫連接等重要操作均由服務器語言完成 2 w e b 客戶端 w e b 客戶端 簡言之即為瀏覽器 即通過瀏覽器與w e b 服務器通信 以獲取需要 的數據 圖形等信息 目前主要的瀏覽器為微軟i n t e r n e te x p l o r e r 即人們最熟悉的i e 此外還有f i r e f o x 火狐 n a v i g a t o r 等瀏覽器 w 曲客戶端語言包括j a v a s c r i p t v b s c r i p t 等 它們的特點是在客戶端執(zhí)行 由瀏 覽器負責對該語言的解析 w 曲系統(tǒng)的組成如下圖 6 華北電力人學碩士學位論文 w e b 伺服器 數據 p h p j s p a s p 計算 i i s 通信 j a v a s c i p t v b s c r i p tj 十算 瀏 等服務器語言 或 等客戶端語言 覽 a p a c h 器 e w e b 服務器 2 2 電網調度系統(tǒng)中的w e b 2 2 1 電網調度w e b 的結構 圖2 2 w e b 組成結構圖 w e b 客戶端 e t v l s 系統(tǒng)即能量管理系統(tǒng) 是實現電網調度自動化的關鍵 e m s 由前置機 r t u 實時監(jiān)視系統(tǒng) s c a d a 歷史數據系統(tǒng) 電力系統(tǒng)應用軟件 p a s 以及w e b 系統(tǒng)組 成 在e m s 系統(tǒng)中 r t u 負責將各變電站采集來的數據解包 為整個e m s 系統(tǒng)提供 數據來源 s c a d a 則負責處理實時數據 并向調度員提供實時監(jiān)視畫面 歷史數據系 統(tǒng)用于定時存放電網的斷面數據 形成歷史數據庫 以供日后查詢 出于電力系統(tǒng)安全性的考慮 依據電力二次系統(tǒng)的特點 各相關業(yè)務系統(tǒng)的重要程 度 數據流程和安全要求等 整個電力二次系統(tǒng)分為四個安全區(qū) 其中w e b 服務器單 獨位于安全三區(qū) 而e m s 的其他的服務器則位于安全一區(qū) w e b 服務器與這些服務器 之間由安全隔離裝置進行單向隔離 在e m s 系統(tǒng)中 s c a d a 負責向調度員提供實時 監(jiān)視畫面 但是除調度員外 還有許多職能部門也需要查看實時畫面 由于隔離裝置的 存在 這些職能部門無法連接到s c a d a 因此需要w e b 服務器向他們提供實時畫面 在e m s 系統(tǒng)中 w e b 服務器是位于安全三區(qū)的組成模塊 s c a d a 通過安全隔離 裝置 物理隔離裝置 向w e b 服務器單向發(fā)布實時數據 w e b 服務器通過網頁形式將 電網實時運行信息再發(fā)布給與w e b 服務器同處安全三區(qū)的任何網絡節(jié)點的客戶端 結 構如下 7 2 2 2 電 作為e 圖形 報表等 w e b 服務器具有與s c a d a 主服務器完全一致的數據庫結構 提供基于 瀏覽器訪問的標準格式的所有圖形 報表 事項 微機保護事件等信息 w 曲通?？商峁┤缦鹿δ?1 實時接線圖 曲線 幫圖 報表 餅圖的實時顯示 2 歷史數據的查詢 包括歷史事項的查詢 3 報警事項的實時顯示 4 前置信息的顯示 包括通道狀況等 5 網絡拓撲 狀態(tài)估計的結果顯示 6 設備屬性的查詢 包括設備參數 保護定值 遙測遙信序號 設備相關的統(tǒng) 計數據 如開關的故障跳閘次數 設備越限運行時間等 2 2 3 電網調度w e b 中的可視化技術發(fā)展 隨著e m s 系統(tǒng)的發(fā)展 w e b 功能也得到了巨大提升 這其中 最重要就是通過w 西發(fā)布實時監(jiān)視的方式發(fā)生了重大變化 傳統(tǒng)的w e b 發(fā)布實時監(jiān)視畫面 多是采用控 件形式來實現 而目前所最新應用的w e b 服務 則是采用s v g 圖形作為實時畫面的監(jiān) 視圖形 傳統(tǒng)的w e b 實時畫面監(jiān)視通常采用a e t i v e x 或是a p p l e t 技術 這兩種技術都屬于 8 華北電力人學碩士學位論文 控件技術 它們的工作原理是當w e b 客戶端首次登錄w e b 服務器以查看實時監(jiān)視畫面 時 必須將該控件下載并安裝到到本客戶端的瀏覽器中 之后由該控件作為通信終端與 w e b 服務器通信 以獲取實時監(jiān)視的數據和畫面 控件技術在傳統(tǒng)的w e b 應用中起到舉足輕重的作用 但隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展 該 技術也受到了多方面制約 首先 控件技術帶來了電力生產安全上的巨大隱患 由于客 戶端在訪問該w e b 服務器時 為了數據通信必須把瀏覽器安全級別設置很低并將該w e b 服務器站點添加到信任區(qū)域 一旦有病毒入侵或是受到攻擊 將會給w e b 服務器帶來 很大的安全隱患 其次 這種控件技術須把與實時監(jiān)視系統(tǒng)相關的圖元信息如廠站圖 設備圖等圖元下載到本客戶端 控件負責對圖形進行接收并對實時監(jiān)視畫面做相應刷 新 這意味客戶端必須時刻與服務器的圖元保持一致 如果客戶端圖元未及時更新 將 會帶來不準確的監(jiān)視畫面 隨著用戶對可視化要求的提高 控件技術逐漸顯示出其局限性 除了顯示電網的基 本信息 電力系統(tǒng)的發(fā)展已要求w e b 客戶端必須具有一定計算功能 以實現潮流動畫 電壓等位圖等 然而 由于控件技術只是負責圖形的顯示 并不具備任何計算功能 它 靠頻繁從服務器獲取圖形來實現可視化的功能 這種方式不能滿足動畫圖形的顯示速 度 因此需要新的技術實現基于w e b 的圖形計算可視化 9 華北電力人學碩士學位論文 3 1s v g 技術 3 1 1s v g 的定義 第三章基于s v g 的w e b 發(fā)布技術 s v g s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s 可伸縮矢量圖形 是w 3 c 因特網聯盟 一種開放標準的文本式矢量圖形描述語言 它是基于x m l 的 專門為網絡而設 像格式 s v g 是一種采用x m l 語言來描述二維圖形的 可以在網頁上顯示出各 的高質量的矢量圖形 s v g 既是一種x m l 文本 也是一種圖形 3 1 2s v g 的特點 1 基于x m l s v g 是完全基于x m l 可擴展置標語言 s v g 并非僅僅是一種圖像格式 由于它 是一種基于x m l 的語言 也就意味著它繼承了x m l 的跨平臺性和可擴展性 從而在 圖形可重用性上邁出了一大步 如s v g 可以內嵌于其他的x m l 文檔中 而s v g 文檔 中也可以嵌入其他的x m l 內容 各個不同的s v g 圖形可以方便地組合 構成新的s v g 圖形 2 采用文本來描述對象 與傳統(tǒng)的圖像格式不同的是 s v g 采用文本來描述矢量化的圖形 這使得s v g 圖 像文件可以像h t m l 網頁一樣有著很好的可讀性 當用戶用圖像工具輸出s v g 后 可 以用任何文字處理工具打開s v g 圖像 并可看到用來描述圖像的文本代碼 3 具有交互性和動態(tài)性 由于網絡是動態(tài)的媒體 s v g 要成為網絡圖像格式 必須要具有動態(tài)的特征 這 也是區(qū)別于其它圖像格式的一個重要特征 s v g 是基于x m l 的 它提供良好的動態(tài)交 互性 可以在s v g 文件中嵌入動畫元素 如運動路徑 漸現或漸隱效果 生長的物體 收縮 快速旋轉 改變顏色等 或通過腳本定義來達到高亮顯示 聲音 動畫等效果 4 完全支持d o m d o m d o c u m e n to b j e c tm o d e l 文檔物件模型 是一種文檔平臺 它允許程序或腳本 動態(tài)的存儲和上傳文件的內容 結構或樣式 由于s v g 完全支持d o m 因而s v g 文 檔可以通過一致的接口規(guī)范與外界的程序打交道 s v g 以及s v g 中的物件元素完全可 以通過腳本語言接受外部事件的驅動 例如鼠標動作 實現自身或對其他物件 圖像的 控制等 1 0 華北電力大學碩士學位論文 3 1 3 電網調度w e b 使用s v 6 圖形的必要性 有四個原因 1 便利性 s v g 圖形可直接使用瀏覽器查看 是以前所有電力應用圖形都無法實現的 如前 所述 傳統(tǒng)的w e b 使用控件查看監(jiān)視畫面時 需要將所監(jiān)視畫面的圖形先下載到本客 戶機 再使用該控件解析后瀏覽 s v g 圖形的優(yōu)勢就在于它是使用x m l 文本來描述圖 形格式的 因此它的解析工作由瀏覽器來完成 即只要客戶端安裝有瀏覽器 就可以查 看到該s v g 電網圖形 2 安全性強 安全生產一直是電力部門的重中之重 然而 傳統(tǒng)w e b 使用控件技術需要w e b 服 務器開放專用端口 這將帶來安全上的嚴重隱患 由于s v g 是使用瀏覽器直接查看的 圖形 對服務器端口沒有特殊要求 確保了w e b 服務器的安全 3 可操作性強 s v g 由于是一種使用x m l 語言來描述圖形樣式的圖形格式 因此 s v g 可以方 便的生成 操作 銷毀 利用該功能可以動態(tài)的生成s v g 電網圖形 以及在各個圖之 間進行熱點切換 而這一切 只需要把該s v g 的內容作動態(tài)修改 就可以改變s v g 的 圖形顯示 例如 上文中的s v g 圓的實例 假設把它想象成為一個負荷餅圖 負荷重 載時 觸發(fā)代碼將該s v g 的代碼塊f i u b l u e 改為f i l l r e d 則該餅圖將變?yōu)榧t色 4 圖形的標準化 s v g 作為電力圖形被稱為公共交互圖形 即它屬于通用圖形 過去的電網圖形由 于其圖形格式的私有性 在不同的系統(tǒng)交互中無法實現圖形共享 由于s v g 使用x m l 語言來描述圖形樣式 與圖形有關的信息都是可讀的 這意味著s v g 可實現電網圖形 即插即用 的功能 3 2s v g 電網圖形的設計 3 2 1 基本圖元設計 s v g 圖形是用x m l 語言描述的 因此 從代碼的角度講 設計s v g 圖形 實際 是在寫特殊的x m l 文檔 x m l 語言的特點就是它是用樹狀結構對各個元素進行分層 這棵樹包括了根 樹干 樹枝 樹葉 比如 做一個s v g 的圓 首先 由它的根部編 寫 這個根就是 即指明s v g 也是屬于x m l 文檔的一種 之后 它的樹干 進一步闡明這是s v g 圖形 1 1 華北電力人學碩士學位論文 w i d t h 和h e i g h t 屬性用來設置s v g 文檔的寬和高 最后 是樹枝 元素 它用來描述s v g 圓 樹葉就是這個圓中的元素 c x 和c y 屬性定義了圓中心點的x y 坐標 r 屬性 了圓的半徑 s t r o k e 和s t r o k e w i d t h 屬性控制圖形的外輪廓 在這里給圓設置了一 2 p x 的黑色邊框 f i l l 屬性指出了圖形為藍色 其效果如下圖 圖3 1s v g 圓示例圖 s v g 圖形有六種基礎元素 每一種元素都可以與電力圖形緊密結合 實現特定的可 視化功能 如下表 1 2 華北電力人學碩士學位論文 表3 1s v g 元素在電力系統(tǒng)中的應用 s v g 元素子項及描述電力中的應用 基本圖形線段 l i n e組成各種電力的基本圖元 如輸電 矩形 r e c t線路可用線段l i n e 表述 兩項變壓 圓 c i r c l e器用兩個圓c i r c l e 表示 橢圓 e l l i p s e 折線 p o l y i n e 多邊形 p o l y g o n 路徑移動到點 m o v e t o通過對直線或貝塞爾曲線的動態(tài) 繪制直線 l i n e t o繪制 可用于生成實時 歷史曲線 路徑閉合 c l o s e p a t h 等 貝賽爾曲線 坐標系統(tǒng)縮放屬性 v i e w b o x對縮放屬性 可用于客戶端s v g 位置屬性 t r a n s f o r i i l圖形縮放 利用位置屬性 可實現 如潮流箭頭換向等功能 色彩漸變線性漸變可用于實現動態(tài)的負載餅圖 電壓 放射漸變等位圖等 帶色彩漸變效果的箭頭 文字和聲音 文字 t e x t文字可用于顯示各種s c a d a 值 聲音 a u d i o聲音可用于智能報警 動畫動畫 a n i m a t e可用于潮流動畫等 3 2 2 電力圖元設計 i e c 6 1 9 7 0 標準推薦將s v g 作為電力系統(tǒng)圖形交互的標準格式 但s v g 僅僅是一 種圖形的技術標準 并不附帶任何的電力背景 要把它運用到電力系統(tǒng)當中 就要把它 和具體的電力設備聯系起來 使它帶上電力系統(tǒng)特有的性質 一個完整的電網圖形是由 許多單獨的電力圖元組成的 因此 電力圖元的設計是s v g 應用于電力系統(tǒng)的基礎 使用s v g 描述一個完備的電力圖元 應該滿足以下要求 1 能夠充分地表達圖元的幾何形狀 2 能夠方便地定義圖元的應用屬性 且易于擴充 3 能夠方便地定義圖元與外界的交互功能 4 能夠對圖元的幾何形狀和應用屬性進行存取和顯示 電力圖元的描述表示如下 1 3 華北電力大學碩士學位論文 圖3 2 電力圖元組織結構圖 由上圖可看出 電力圖元應包括三個部分的信息 圖元樣式 圖元屬性 圖元數 據 其中圖元樣式的定義應包括幾何信息 風格樣式 幾何信息是指電力圖元形狀 它應包含圖形類型 坐標位置和坐標單位 圖元屬性應該包含屬性名和屬性值 圖 元數據則描述該電力圖元所對應的實測數據 下面以兩項變壓器的實現為例敘述 1 圖形樣式設計 如前所述 在s v g 中提供了六種基本元素 電力系統(tǒng)中的設備圖元樣式可有這 些元素單獨描述或組合描述 對于組合的圖元 使用 將各個單獨元素組合 以 形成較復雜的圖形 在 中設置的樣式風格等特性將會應用到它所包含的所有子 元素當中 例如 兩項變壓器由兩個簡單的圓組成 通過 的定義 兩個圓被組合為一個新的圖形 如圖 2 圖形屬性設計 定義了圖元的樣式 只是直觀的顯示出形狀 然而 作為電力系統(tǒng)中的設備 其必須包含圖元所對應的各種設備信息 比如 作為兩項變壓器 應包含高低壓端 電壓等級 額定容量 短路阻抗等信息 這些信息 應定義到這個圖元元素中 以 便客戶查詢該變壓器時 能得到相關參數 定義設備參數到圖元中 需結合該圖元樣式的定義 例如要定義該變壓器的高 低壓等級到圖元中 在 中進行定義 1 4 華北電力大學碩十學位論文 這樣 就定義了該變壓器的高壓為2 2 0 k v 低壓3 5 k v 3 圖元數據 圖元樣式所反應的是電力元件的形狀 圖元屬性則是反應的該電力元件的設備 信息 然而 對于處于電網中的電力元件 它并不是一個孤立的圖形 它不僅僅要 向用戶提供自己的設備參數 對于許多設備 還要反應出設備的測量數據 如變壓 器有變壓器溫度 高低壓實測電壓等參數 s v g 所描述對象的圖元數據有兩種表示方法 1 內嵌法 即在s v g 文檔中直接標注 將屬性數據和所對應的描述對象放在 同一分組中 s v g 并沒有提供用于廠站 輸電線路等對象的屬性描述元素 一些簡 單的屬性可以用 元素來描述 但是較為復雜的屬性信息則需要自己定義屬性 描述元素來滿足要求 或者用 元素引入其他x m l 命名空間的元素來描 述屬性信息 2 外聯法 屬性數據存儲在外部文件或數據庫中 通過一定的對應關系將所 描述的對象與其屬性相關聯 例如通過s v g 文件中所描述對象的i d 屬性進行關聯 相較第一種方法而言 這種方法中圖形文件和屬性數據模型文件相分離 簡化了對 象i d 編碼的復雜程度 對于同一對象圖形和屬性數據采用相同的也不會發(fā)生沖突 并可以使s v g 文件更為簡潔 重用性更好 特別是對于一些實時數據 用這種表 示方法能夠更為方便的獲取外部數據庫中的數據信息 3 2 3 電網圖形設計 電力圖元的設計對象主要是指各個電力系統(tǒng)中的物理資源 如斷路器 母線 出線 閘刀 電容 電抗 發(fā)電機 變壓器 負荷等 按照電力系統(tǒng)圖形的特性 可將圖元分 為靜態(tài)和動態(tài)兩大類 1 靜態(tài)圖元 各種電力設備如發(fā)電機 變壓器 線路 負荷等 這些圖元的共同點就是在電網圖 形中 它們的圖元樣式是不發(fā)生變化的 作為靜態(tài)圖元 這些設備在s v g 電網圖形的 初始化中即以完成 它們反映出的更多的信息是該設備的參數 所起到的連接作用 2 動態(tài)圖元 與靜態(tài)圖元相對是動態(tài)圖元 在電網圖形中 常見的動態(tài)圖元有實時量測 潮流箭 頭等 這些圖元的特點就是更新速度快 它們通常是某個設備的s c a d a 量測值 如開 關電流等 對于一個完整的電網圖形 既包括靜態(tài)圖元 也包括動態(tài)圖元 且它們之間并不是 孤立的 對于一個電網 首先它是由各個靜態(tài)圖元如各個設備 發(fā)電機 變壓器 開關 刀閘 線路等組成的 這些設備之間 要形成連接關系 才能組成完整的電網 在s v g 1 5 華北電力大學碩士學位論文 中 實現圖形的連接關系 可通過對端點和連接線之間的關系進行判斷 使用像素值來描述圖形所處位置的圖形 因此 如果兩個圖形有各自的熱 熱點在像素上發(fā)生區(qū)域重合 則這兩個圖形將被判斷為已連接 連接關系的實現流程圖如下 3 2 4 圖形數據獲取 圖3 3 連接關系流程圖 對于數據動態(tài)發(fā)布而言 關鍵的兩點是如何得到數據 及如何表現動態(tài)效果 s v g 不僅要顯示出電網圖形 還要顯示與電網圖形相關的數據 但就它本身而言 只是一個 靜態(tài)的文件而已 無法取得實時數據 必須借助于其他技術 總的來說 按照電力圖元 類型的不同 圖形數據獲取方式也不同 本文將電力圖元分為靜態(tài)圖元和動態(tài)圖元兩大類 就圖元形成情況來說 靜態(tài)圖元 在s v g 圖形初始化的階段 向數據庫請求該圖元相關信息 待信息返回后 將信息寫 入到s v g 的元素中 之后這些信息將不再做任何修改 而動態(tài)圖元則不同 在初始化 完成之后 每隔一段時間圖形將更新一次數據 這意味著該圖元將再次請求數據 按照這種圖元分類 靜態(tài)與動態(tài)圖元本質上對應的是歷史數據接口和實時數據接 口 靜態(tài)圖元多是電力設備 如線路 變壓器等 客戶所關心的設備參數等都存放在歷 史數據庫中 因此在頁面初始化時需連接歷史數據接口以獲取相關信息 而對于動態(tài)圖 元 由于其刷新速度的要求 需要連接實時數據庫 頻繁對該動態(tài)圖元進行數據讀寫 如下圖 1 6 華北電力人學碩七學位論文 幽型型 初始化電網圖形 0 1 靜態(tài)圖元hh 動態(tài)圖元卜 j r 請1 0 j 連接歷史數 器 求 連接實時數j 據接口 數i 據接口呂j m 1r 1 r 獲取數據卜 獲取數據卜 3 3s v g 圖形的w r e b 發(fā)布 圖3 4 數據獲取流程圖 目前 在w e b 客戶端訪問s v g 圖形 必須通過瀏覽器來查看 在常用的瀏覽器中 如i e f i r e f o x o p e r a 中 s v g 文件可通過以下標簽嵌入h t m l 或其他網頁文檔中 或者 例如 使用 標簽將前文中所畫的s v g 圓文件 c i r c l e s v g 包含在h t m l 文檔中 只要在h t m l 文檔中固定s v g 圖形所處的位置 既可以 正確顯示s v g 圖形 如下 p 咐9r 衄 p 時 p 室徹 t 砌z 叮 唧 爹o t 一 蘭 叁 蟄憾 舒 簪 毫 罩目 翟一 州 哥囊 曼h 瞄州輔洲 綴塒n a 舀 缸h 螄霉r 0 l l j 毯 翌z 黧墨垡 圖3 5 w e b 發(fā)布s v g 圖形示例圖 1 7 務器 w 曲 圖形 回 格式 態(tài)生 3 4 本章小結 w 旺 月艮務器端 圖3 6 w 曲發(fā)布s v g 電網圖形流程圖 s v g 電網圖形的設計是實現電網調度w e b 可視化的前提 本章首先對s v g 的定義和特點進行詳盡研究 并針對電網調度w e b 的發(fā)展情況 探討使用s v g 作為電網調度w e b 發(fā)布圖形的必要性 在此基礎上 研究了s v g 的基 本圖元設計 并結合電力系統(tǒng)的特征 提出了電力圖形的w e b 發(fā)布設計 此外 提出 1 8 華北電力人學碩士學位論文 將電力圖元按照數據刷新頻率的區(qū)別分為靜態(tài)圖元和動態(tài)圖元 并分別連接相應數據接 口 從而實現集圖形與數據為一體的s v g 電網圖形 1 9 華北電力大學碩十學位論文 第四章基于a j a x 和s v g 的w e b 綜合應用 4 1w e b 客戶端技術分析 4 1 1 傳統(tǒng)的w e b 客戶端技術 w e b 客戶端技術 是指客戶端解析由服務器傳來的數據 信息 并將之反映在 器的技術 客戶端最常用的處理是瀏覽器使用j a v a s c r i p t 或v b s c r i p t 語言來處理接 的數據 并完成對頁面的加載 此外 控件瀏覽也是客戶端的技術手段 通過控件 務器通信 是網絡間大數據傳輸的有效方法 在電力調度中 傳統(tǒng)w e b 都使用控件技術實現實時監(jiān)視畫面的顯示 隨著s v 電力中的應用 控件技術由于無法與s v g 圖形相結合而被舍棄 目前w e b 發(fā)布s v g 實時監(jiān)視圖形 是采用隱藏框架法來實現 隱藏框架法的基本 原理如下 將一個瀏覽器頁面分為兩個框架 框架1 包含s v g 圖形的網頁 框架2 請求數據的網頁 要使瀏覽器頁面中只顯示框架1 中包含s v g 圖形的頁面 則通過對框架 的屬性設置 如將框架1 的尺寸設為9 9 框架2 的尺寸設為1 則包含有框架i 和 框架2 的框架集 在視覺上只有框架l 就實現了對框架2 的隱藏 以實時數據的刷新為例 隱藏框架法實現方式如下 首先指定一個x m l 文檔 作為臨時文件存放實時數據 當w e b 客戶端打開包含有 s v g 電網圖形的網頁時 頁面初始化的同時向w e b 服務器請求實時數據 之后將返回 實時量測數據存放于該x m l 文檔中 在請求實時數據的過程中 每隔一段時間 使用 隱藏框架法刷新一次s v g 頁面 如果存放實時數據的x m l 文本中的數據并未改變 則s v g 實時畫面的數據也不變化 只待x m l 文本中的實時數據改變之后 此刻s v g 所刷新的實時數據才發(fā)生改變 如下圖 2 0 4 1 2 需要解決的問題 面 以s v g 作為電網圖形在w e b 中發(fā)布 需要解決以下問題 1 w e b 客戶端刷新s v g 電網圖形效率低下 采用隱藏框架法種刷新方式會帶來 數據傳輸上的資源浪費 對于電網圖形 每次刷新只需改變部分數據 而隱藏框架法則 通過刷新頁面將所有數據刷新 2 客戶端互操作性差 傳統(tǒng)w e b 客戶端單純使用d o m 功能處理s v g 圖形 該 功能處理s v g 圖形效率較差 解析速度慢 當s v g 圖形中包含信息量較大時 將帶來 較長的圖形處理時間 3 由于w e b 服務是屬于b s 瀏覽器 服務器 結構 這意味著海量的數據計算 將放在w e b 服務器之上 當有許多用戶登陸到w e b 服務器時 頻繁的計算將給w e b 服 務器帶來沉重的計算壓力 4 2a j a x 技術 4 2 1a ja x 的定義 a j a x a s y n c h r o n o u sj a v a s c r i p ta n dx m l 即異步j a v a s c r i p t 與x m l 技術 它 不是一種新的編程語言 它是一種綜合了j a v a s c r i p t x h t m l c s s d o m x m l x 2 l 華北電力大學碩十學位論文 m l h t t p r e q u e s t 的全新w e b 客戶端設計方式 用于創(chuàng)建更好更快以及交 b 應用程序 其中 1 使用x h t m l 和c s s 實現標準化的呈現界面 2 使用d o m 實現動態(tài)的顯示和交互 3 使用x m l h t t p r e q u e s t 實現與服務器的異步通信 4 使用j a v a s c r i p t 將x h t m l c s s d o m x m l x m l h t t p r e q u e s t 綁定 4 2 2a ja x 的優(yōu)點 a j a x 具有如下三個優(yōu)點 1 h t r p 請求是異步的 a