基于SOA的配電網運行管理系統地理信息應用

楊本志 姜貴詢

摘 要：目前智能配電網的建設逐漸走向深入，在配電網運行控制與管理系統中加入地理信息應用的需求日益強烈，為了應對這種新的地理信息應用需求，我們提出了基于面向服務的架構（SOA），一種配電網運行控制與管理系統與地理信息系統松耦合的地理信息應用實現方法，采用地圖控件的方式顯示地理信息圖，與接線圖窗口通過雙屏互動的方式實現信息流和業務流的交互。

關鍵詞：配電網運行控制與管理系統（DMS）；地理信息系統（GIS）；面向服務的架構（SOA）；企業服務總線（ESB）

中圖分類號：TM734 文獻標志碼：A 文章編號：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

配電設備種類繁多、數量龐雜、地域性強，在空間上呈現出典型的點、線、面分布，相互之間存在著地理上和邏輯上的密切關系，因此地理信息系統（GIS）成為配電設備管理的重要支撐技術。國內部分配網主站廠家在配電網運行控制與管理系統中主導采用地理接線圖作為操作主界面，并將其作為技術規范加以實施。

為了應對這種新的地理信息應用需求，我們提出了基于面向服務的架構（SOA），一種配電網運行控制與管理系統與地理信息系統松耦合的地理信息應用實現方法，采用地圖控件的方式顯示地理信息圖，與接線圖窗口通過雙屏互動的方式實現信息流和業務流的交互。

2 關鍵技術

2.1 面向服務的架構（SOA）

SOA（Service-Oriented Architecture）面向服務的體系結構是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元（稱為服務）通過定義良好的接口和契約聯系起來。接口是采用中立的方式進行定義的，它應該獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言。這使得構建在各種各樣的系統中的服務可以以一種統一和通用的方式進行交互[2]。

SOA是實現應用系統松耦合設計的關鍵，各自應用系統信息流和業務流相互獨立，系統之間的交互借助于企業服務總線（ESB）實現。

2.2企業服務總線（ESB）

企業服務總線（EnterpriseServiceBus，ESB）從面向服務體系架構（Service-OrientedArchitecture，SOA）發展而來，是傳統中間件技術與XML、Web服務等技術結合的產物。ESB的出現改變了傳統的軟件架構，可以提供比傳統中間件產品更為廉價的解決方案，同時它還可以消除不同應用之間的技術差異，讓不同的應用服務器協調運作，實現了不同服務之間的通信與整合。從功能上看，ESB提供了事件驅動和文檔導向的處理模式，以及分布式的運行管理機制，它支持基于內容的路由和過濾，具備了復雜數據的傳輸能力，并可以提供一系列的標準接口。

在本應用中，需要使用ESB具備的服務封裝、消息傳輸、協議轉換、數據轉換、消息訂閱與發布等功能。

2.3 地圖切片（tile）

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

采用地圖切片可以高效應對高并發訪問，適合做底圖，對于配網線路及設備也可以采用地圖切片的方式將圖形預先切好并做好實時動態更新，可以滿足準實時的應用場景需求。

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議緩沖（Protocol Buffers）技術的緊湊的二進制格式用來傳遞信息。當渲染地圖時矢量切片使用一系列存儲的內部數據進行制圖。被組織到矢量切片的圖層比如（水、道路、區域等背景圖層及變電站、架空線段、電纜分段、開關、刀閘、變壓器等電力設備圖層），每一層都有包含幾何圖形和可變屬性的獨立要素。通俗地講，就是將矢量數據以建立金字塔的方式，像柵格切片那樣分割成一個個描述性文件，以GeoJson格式或其它自定義格式組織，然后在前端根據顯示需要按需請求不同的矢量瓦片數據進行Web繪圖或地圖控件地圖渲染。

常見的格式有GeoJson、KML等，本應用中采用的格式為GeoJson格式。

2.3.2 柵格切片

柵格切片是將地圖背景或設備以圖片方式將地圖進行預生成，供服務器端調用渲染，柵格切片大小多為256*256像素大小，也有512*512的，但是不常見，圖片的式多為JPEG和PNG格式，對于背景地圖，多采用JPEG格式，這種格式可以在保證圖片質量的同時盡可能減少圖片大小，減少服務器硬盤占用；對于設備及線路圖層，可以采用透明背景的PNG格式。

在前端可以根據當前應用場景靈活選擇不同的渲染方式：背景柵格切片疊加設備矢量切片自主渲染；背景柵格切片疊加設備柵格切片；純設備矢量切片自主渲染；純設備柵格切片，總共有四種方案進行選擇。

3 系統架構

在Ⅲ區需要部署“數據庫服務器”、“地圖服務器”、“切片服務器”和“圖形模型處理工作站”。

數據庫服務器用于保存配網線路及設備圖形、地理背景圖形和設備參數、系統配置參數等，是Ⅲ區數據庫的復制庫。

地圖服務器為地圖控件的地理信息應用提供服務，提供的服務與安全Ⅲ區一致。

切片服務器主要用于地圖切片生成和切片更新，與Ⅲ區的切片服務器功能相同。

模型同步工作站主要用于解析安全Ⅲ區傳入Ⅰ區的圖形和模型更新數據庫腳本語句，并執行腳本，達到與Ⅲ區同步的目的。

地圖控件可以單獨用一個程序進行封裝，也可以嵌入現有調度員界面程序中，提供的功能包括地圖切片顯示及各種地理信息展示，通過ESB總線與調度員界面實現信息流和業務流的交互。

4 功能架構

在安全I區的地圖控件上可以實現故障定位、停電信息顯示、用戶信息顯示和關聯調圖等功能，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備圖層的同步，圖形同步前需要確保圖層表的表結構保持一致。

參數的同步僅包含電力線路及設備參數的同步，參數同步前需要確保參數表的表結構保持一致。

信息同步是將通過“接口功能”從其它系統獲取到的“故障信息”、“停電信息”、“用戶信息”等相關信息轉發給地圖控件，由地圖控件進行展示渲染。

通過“關聯調圖”，可以在接線圖窗口打開對應設備所在的接線圖。與之相對應的，可以在配電網運行控制與管理系統的接線圖上調用“設備定位”功能，將地圖控件的地圖縮放至指定設備的位置。

在安全Ⅲ區，基于WEB的業務系統具備設備定位、拓撲著色、地圖瀏覽、設備查詢等功能；在模型處理工作站，還具有圖模處理及設備關聯功能，為其它功能準備基礎數據；在切片服務器，具有靜態切片和動態切片及提供切片服務訪問等功能。

5 結束語

基于企業服務總線（ESB），在面向服務架構（SOA）支撐下的地理信息服務及應用方法很好的解決了不同安全分區下，對地理信息應用的不同需求，在運行效率與應用質量的取舍上保持了相對的平衡，可以滿足配電網運行控制與管理系統對于地理信息的應用需求，已經在多個項目中得到實踐。下一步需要研究的難點問題包括地理背景圖的快速獲取與處理、配電網地圖的自動生成與優化等。

參考文獻：

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