基于本地緩存技術的電網GIS性能優化方法研究

陳順德，鐘一俊，周明磊，洪建光

（浙江省電力公司信息通信分公司，杭州310007）

基于本地緩存技術的電網GIS性能優化方法研究

陳順德，鐘一俊，周明磊，洪建光

（浙江省電力公司信息通信分公司，杭州310007）

隨著浙江電網GIS建設不斷推進，系統性能需求得到越來越廣泛的重視。針對電網GIS客戶端登陸時間過長的問題，提出一種基于本地緩存技術的電網GIS性能優化方法，設計新增本地硬盤緩存電網資源空間數據功能，并對本地序列化緩存、內存數據增量更新、本地緩存處理過程等關鍵技術點，展開了分析研究。最后，將該技術應用于配電GIS客戶端，測試結果表明，通過從本地緩存加載電網數據方式，極大地提高了登錄速度，取得了良好的應用效果。

電網GIS；本地緩存；性能；登錄時間

0 引言

隨著電網GIS（地理信息系統）應用的不斷普及，構建集中式部署的企業級電網GIS成為省級供電企業選擇的發展方向。2010年起，浙江省電力公司開始企業級電網GIS的建設，實現了輸、變、配等電網資源的結構化管理和圖形化展現，以面向服務的架構為各類業務應用提供電網圖形和分析服務。目前，電網GIS已經涵蓋全省3 965條輸電線路，16 972條配電線路，1 597座變電站，23 268個低壓臺區，累計存儲千萬級規模的電網資源空間數據。

在服務器全省集中部署模式下，為了滿足用戶的性能需求，電網GIS采用分區+空間索引的數據庫設計方式，結合內存對象數據庫、柵格/切片地圖本地存儲等數據緩存技術，減少了數據庫服務器和網絡的處理壓力。但隨著電網資源空間數據不斷地增加，仍暴露出新的性能問題。特別是在偏遠地區，受網絡帶寬和客戶機配置所限，電網GIS客戶端登錄時間可能長達幾10 min，大大降低了用戶使用積極性。針對這個問題，提出一種基于本地緩存技術的電網GIS性能優化方法，旨在提高電網GIS客戶端登錄速度。

1 電網GIS應用本地緩存技術

數據緩存介于應用程序和物理數據源之間，存儲介質包括內存和硬盤，其作用是降低應用程序對物理數據源訪問的頻次，從而提高應用的運行性能。根據不同的數據緩存區應用位置，可將緩存技術分為客戶機端本地緩存、服務器端集中緩存及分布式緩存技術。

擬將客戶機端本地硬盤緩存技術應用于電網GIS，該技術是通過客戶機端程序將服務器端獲取的數據寫入本地硬盤緩存，當需要再次訪問該數據時，可以選擇直接從本地緩存文件中讀取數據，而不用訪問服務器，以減輕服務器和網絡傳輸的負擔。

電網GIS主要由基礎地理空間數據和電網資源空間數據等組成。對于變化量較小的基礎地理空間數據，服務器端利用地圖切片技術，進行預處理生成切片文件，客戶機端按需將部分切片文件下載至本地緩存，無需重復訪問服務器端數據。對于變化量較大的電網資源空間數據，服務器端將其存儲在Oracle關系數據表中，客戶機端利用內存數據庫技術，并基于AutoCAD空間數據模型，實現與服務器端的模型映射及數據互操作，但暫未應用本地硬盤緩存技術。

設計增加本地硬盤緩存電網資源空間數據功能，期望減少對服務器、網絡處理的壓力，并縮短客戶機端數據加載等待時間，提高系統的易用性。但這種空間換時間的技術可能存在服務器端和客戶機端數據沖突等技術難題，需要針對關鍵技術進行專題研究。

2 關鍵技術研究

2.1 本地序列化緩存

對象序列化是對象持久化的一種實現方法，它將不同對象的屬性和方法轉化為序列化的格式存儲和傳輸，并通過反序列化將保存的信息重建對象。秉承面向對象的編程思想，電網GIS已對本地內存讀取的電網資源空間數據進行對象化處理，客戶機端程序支持以設備對象為單位的數據訪問方式，具備對象序列化本地緩存條件。

選擇.NET Framework平臺提供的序列化機制，采用二進制序列化格式，實現在本地硬盤中對電網資源空間數據的持久化保存。

2.2 內存數據增量更新

新增本地緩存功能后，本地內存既可從Oracle中加載數據，也可從本地硬盤中加載數據，但由于電網GIS具備并發編輯控制功能，無論選用何種加載方式，在數據編輯前仍須從Oracle中同步最新數據至本地內存，并支持內存數據增量更新操作，以消除本地硬盤和后臺數據庫數據不一致的隱患。

通過在電網資源空間數據表中增加“最后更新時間”字段，以及在本地緩存文件中記錄保存時間的方法，在內存加載硬盤緩存數據過程中，對本地保存時間與最后更新時間進行比較，篩選出自本地保存時間后更新的電網資源空間數據，實現增量加載。

考慮到電網GIS支持長事務處理的特點，存在增量加載完整性漏洞，需要設置時間提前策略，通過冗余加載部分本地保存時間前的數據，避免遺漏更新數據。

2.3 本地緩存處理過程

電網GIS本地緩存處理過程涉及Oracle數據庫、本地內存程序、本地緩存文件等存儲介質，三者之間的關系如圖1所示，包括保存變更至Oracle數據庫、全量/增量加載至本地內存程序、批量生成本地緩存文件、本地緩存加載至本地內存程序等4個處理過程。以下將著重介紹后面2個處理過程。

2.3.1 批量生成本地緩存文件

生成本地緩存文件的處理邏輯如下：

（1）確保電網GIS客戶端已退出編輯狀態，所有修改結果都寫入Oracle數據庫，且將本次修改對象的狀態改為已保存，從而釋放并發編輯鎖；

（2）寫出MSN（數據庫模型版本序列號），用于加載時判斷模型是否發生變化。如果序列號過期，則不允許加載本地緩存文件。

（3）寫出地理圖Document（文檔）更新USN（序列號），記錄本地緩存文件保存時間，用于內存數據增量更新；

（5）寫出所有Block對象，并寫出圖形對象列表及路徑對象列表；

（6）從降低復雜性角度考慮，不寫出系統配置（如組織機構、模板等）、一次接線圖、單線圖等數據。

2.3.2 本地緩存加載至本地內存程序

本地緩存加載的處理邏輯如下：

（1）從Oracle數據庫加載組織機構、模板定義等配置數據；

（2）在緩存文件加載前，檢查MSN有效性；

（3）從緩存文件中依次加載block對象、路徑對象列表及圖形對象列表；

第三、表1中學生評教工作的初衷是為了褒獎和促進教師教學的積極性，需要體現教師的認真負責和嚴格要求學生的正能量，教育本身包含有約束管教的使命，因此這種方法依然有繼續使用的價值和意義，但需要做出以下兩方面的調整：①對學生評教的內容進行調整，引導學生積極正面地評價教學；②降低和減小學生評教結果對教師綜合評價的百分比。

（4）加載完成后，可選手工啟動增量更新機制，下載從緩存文件USN到數據庫USN間的增量數據，更新至本地內存程序中。

3 測試及結果分析

3.1 測試方法

浙江電網GIS上線之初，曾組織開展配電GIS客戶端用戶登錄測試工作，統計不同測試地點、不同數據加載范圍下的登錄時間，暴露出加載數據時間過長的問題。本次測試工作是上次登錄測試的回歸驗證，在增加本地緩存功能的基礎上，通過模擬相同的測試環境，選擇“從服務器加載電網數據”和“從本地緩存加載電網數據”2種方式，記錄加載成功所用時間，比較分析配電GIS客戶端性能現狀。

3.2 結果分析

選取金華、嘉興、臺州等3個地區電力局的88個有效測試結果，以折線圖方式展現，如圖2所示。圖中自上而下的3條曲線A，B，C分別為原加載登錄時間、從服務器加載登錄時間、從本地緩存加載登錄時間等測試數據集合，分析可得以下結論：

（1）曲線B明顯低于曲線A，說明通過采用性能優化方法，配電GIS客戶端從服務器加載數據至本地內存的消耗時間明顯變少，由平均231 s降為平均76 s；

（2）曲線C明顯低于曲線B，說明采用本地緩存技術后，配電GIS客戶端登陸時間有了質的變化，平均值由76 s進一步降低到25 s。考慮到部分測試客戶機配置偏低或進程過多等因素影響，理論上從本地緩存加載登陸時間可以更短，完全滿足用戶登錄瀏覽的需求。

4 結語

電網GIS是否滿足用戶的功能性及非功能性等多層次需求，直接關系到系統應用的實用化程度。隨著電網GIS的深化應用，用戶會更加重視系統的性能需求。針對客戶機端登錄時間過長的問題，提出一種新的性能優化方法，增加對電網資源空間數據的本地硬盤緩存及本地內存增量更新等功能，并將其運用于電網GIS客戶端程序，取得了較好效果。

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（本文編輯：陸瑩）

Investigation on Optimization Method of Grid GIS Performance Based on Local Cache Technology

CHEN Shun de，ZHONG Yi jun，ZHOU Ming lei，HONG Jian guang
（Information Communications Branch of Zhejiang（Provincial）Electric Power Company，Hangzhou 310007,China）

With the construction advancement of Zhejiang power grid GIS，the system performance requirements are increasingly widely recognized.Aiming at overlong login time of GIS client，the paper proposes grid GIS optimization method based on local cache technology.New local hard disk cache grid resource spatial data capability is designed，and local serialization cache，update of memory data growth volume and key technical points like local cache processing procedure are analyzed and investigated.Finally，the technology is applied in power distribution GIS client，test result of which shows that by loading the grid data from the local cache，the login speed is greatly promoted and good application result has been achieved.

grid GIS；local cache；performance；login time

TM727:TP317.4

：B

：1007-1881（2013）11-0033-03

2013-08-13

陳順德（1966-），男，福建漳州人，工程師，從事電力信息化管理工作。