1 引言

 

計算機技術(shù)日新月異，對計算機的應(yīng)用要求也越來越高，其應(yīng)用領(lǐng)域也日漸寬廣，本文所進(jìn)行的電力GIS實時監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用研究就是這其中的一部分。電力企業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主要部門之一，它與經(jīng)濟(jì)各部門以及人民的日常生活有著密切的關(guān)系。國內(nèi)的電力行業(yè)正處于不斷的調(diào)整與規(guī)范之中，在城(農(nóng))配電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，供電企業(yè)的供電水平直接影響到其經(jīng)濟(jì)效益。供電部門急需適合電力行業(yè)的各種應(yīng)用，電力GIS與實時監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合正是適合電力企業(yè)要求的應(yīng)用系統(tǒng)。這種技術(shù)與應(yīng)用的交匯將為電力企業(yè)帶來的益處是顯而易見的:實時監(jiān)控電力配電網(wǎng)的運行，提高供電質(zhì)量;快速響應(yīng)故障，從而提高檢修的速度，使設(shè)備能夠得以發(fā)揮其能力;提高管理水平，節(jié)省辦公費用等等。

 

2 現(xiàn)狀分析

 

地理信息系統(tǒng)GIS(Geographic Information 

System)是為獲取、存儲、檢索、分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的數(shù)字化的計算機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。GIS利用現(xiàn)代化計算機圖形和數(shù)據(jù)庫技術(shù)來輸入、存儲、編輯、查詢、分析、顯示和輸出地理圖形及其屬性數(shù)據(jù),是集地理學(xué)、幾何學(xué)、計算機科學(xué)及各類應(yīng)用對象為一體的綜合性高科技。由于GIS具有上述的特點,GIS不但可以廣泛應(yīng)用于國土資源調(diào)查、環(huán)境評估等方面,更可以深入到區(qū)域規(guī)劃、公共設(shè)施管理、能源、電力、電信等與國民經(jīng)濟(jì)相關(guān)的重要部門。

電力系統(tǒng)從發(fā)電廠、輸供電線路(架空線、電纜)、變電站、配電所直到千家萬戶電度表,大量各種各樣、不同規(guī)范的電氣設(shè)施分布在廣闊的地域和空間。如何充分合理利用目前有限的電力資源,成為擺在電力決策者面前的首要問題。然而面對縱橫交織的電網(wǎng)分布、日益復(fù)雜的電力設(shè)施、時刻變化的電網(wǎng)信息、不斷變遷的城市道路與建筑,尤其是電網(wǎng)中許多與空間位置有關(guān)的數(shù)據(jù),如何在需要的時候迅速準(zhǔn)確地提供完整的信息,也就是如何將各種圖形、地圖、數(shù)據(jù)屬性信息統(tǒng)一管理并達(dá)到共享。所有這些問題的解決都依賴于GIS。電力系統(tǒng)中有很多需要監(jiān)測的參數(shù)，將采集到的實時信息引入GIS系統(tǒng)，可以提高我們向用戶提供的信息量，豐富GIS的內(nèi)容，這對于GIS應(yīng)用系統(tǒng)來說同樣具有重要的意義。

因為現(xiàn)有的供電系統(tǒng)通訊已經(jīng)基本實現(xiàn)本地企業(yè)網(wǎng)化，采用TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸從而實現(xiàn)信息交換的方案是可行。TCP/IP協(xié)議具有跨越異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的能力，它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于當(dāng)今的通訊網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)今國內(nèi)外的主要GIS開發(fā)平臺:國外的有ARC/INFO、MapInfo、GeoMedia;國內(nèi)的有吉奧之星(GeoStar)系列、MapGIS、城市之星(CityStar)。

基于以下2點，本文采用MapInfo公司的平臺MapInfo 

Professional和MapXtreme進(jìn)行開發(fā):(1)系統(tǒng)應(yīng)用的要求。對于不是很大的GIS系統(tǒng)來說，MapInfo公司的系列產(chǎn)品即可滿足各項要求;(2)MapInfo的性能價格比是很高的。可以用較少的代價獲得較高的性能，這對于配電管理信息系統(tǒng)是很合算的。

作為業(yè)界領(lǐng)先的地圖化解決方案的MapInfo 

Professional，其復(fù)雜而詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析能力可幫助用戶從地理的角度更好地理解商業(yè)信息。使用MapInfo 

Professional可以增強報表和數(shù)據(jù)表現(xiàn)能力，找出以前無法看到的模式和趨勢，創(chuàng)建高質(zhì)量的地圖以便做出高效的決策。而且MapInfo 

Professional支持集成二次開發(fā)，我們可以使用支持OLE自動化的開發(fā)工具，如Delphi、Visual 

C++、Visual Basic、PowerBuilder等等進(jìn)行集成二次開發(fā)以達(dá)到將良好的功能與優(yōu)秀的界面相結(jié)合的目的。

由于Delphi所使用的語言是面向?qū)ο蟮腜ascal語言(Object 

Pascal)，用它開發(fā)出的應(yīng)用程序具有可重用性的特點，以及很強的異常處理能力。在目前應(yīng)用開發(fā)工具呈百家爭鳴的時期，Delphi在語言的靈活性、開發(fā)速度、應(yīng)用質(zhì)量都能兼顧。因此本文采用DELPHI實現(xiàn)的電力GIS的實時監(jiān)控技術(shù)。

 

3 基于TCP/IP通信的實時信息集成實現(xiàn)

 

 

3.1 TCP/IP簡介

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internal 

Protocol)是20世紀(jì)70年代中期美國國防部為其ARPANET開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP是一個協(xié)議族，協(xié)議組成，如圖1所示。

 

3.2 Socket網(wǎng)絡(luò)編程接口原理

作為TCP/IP核心的TCP、UDP、IP等中下層協(xié)議向外提供的只是原始的編程界面，而不是直接的用戶服務(wù)。用戶服務(wù)要靠核心以外的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)。

TCP/IP應(yīng)用編程接口與核心應(yīng)用程序的關(guān)系如圖2所示。

 

TCP/IP并沒有對應(yīng)用程序接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)用編程接口通常和操作系統(tǒng)緊密相連，不同的操作系統(tǒng)提供不同的接口。Socket接口和Windows下的WinSock接口是使用最為廣泛的兩類接口，它們通常也稱為套接字。套接字用來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)究竟是發(fā)給在主機上運行的哪一個應(yīng)用程序的。因為在同一主機上，運行著多個應(yīng)用程序，可能都在運行TCP或UDP協(xié)議進(jìn)行通信，套接字提供了一套區(qū)分不同應(yīng)用程序所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的機制。可以理解為套接字=端口+IP地址，端口是一個16位的標(biāo)志符，標(biāo)志傳輸層協(xié)議和應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)接口，它由不同的主機上的TCP協(xié)議獨立分配，不可能全局唯一。端口號和IP地址合起來，就可以在全網(wǎng)范圍內(nèi)唯一地標(biāo)志一個端口了。

Socket其實是一種進(jìn)程間通信機制，正如UNIX系統(tǒng)中的管道(pipe)、共享內(nèi)存(shared 

memory)和Windows環(huán)境下的DDE機制一樣，Socket提供了進(jìn)程之間進(jìn)行通信、相互作用的一種方法，并將這種進(jìn)程間通信從單機環(huán)境擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

Socket套接字有三種類型:流式套接字、數(shù)據(jù)報套接字及原始套接字。流式套接字定義了一種可靠的面向連接的服務(wù)，實現(xiàn)了無差錯無重復(fù)的順序數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)報套接字定義了一種無連接的服務(wù)，數(shù)據(jù)通過相互獨立的報文進(jìn)行傳輸，是無序的，不保證可靠、無差錯。原始套接字允許對低層協(xié)議如IP或ICMP直接訪問，主要用于新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)的測試等。基于對實時監(jiān)控系統(tǒng)的要求，應(yīng)采用了流式套接字實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程通信需要解決以下3個方面的問題:

(1)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的進(jìn)程之間的通信首先要解決進(jìn)程標(biāo)識問題:在同一臺主機中，不同進(jìn)程可以用進(jìn)程號(Process 

ID)唯一標(biāo)識，但在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，各主機獨立分配的進(jìn)程號是不能作為進(jìn)程標(biāo)識的。要想標(biāo)識正確標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程必須指明主機地址。

(2)另一方面，在網(wǎng)絡(luò)通信中，進(jìn)程本身也不用進(jìn)程號來標(biāo)識，因為進(jìn)程號有很大的靈活性，它由操作系統(tǒng)動態(tài)分配。同樣一個文件傳輸進(jìn)程在不同的主機中其被分配的進(jìn)程號很可能不同。所以在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中使用端口來標(biāo)識進(jìn)程。應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用與某個端口建立聯(lián)編(Binding)后，傳輸層就可以通過該端口進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)。

(3) 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程通信還需要解決通信協(xié)議的識別，因為不同協(xié)議的地址格式不同，端口分配相互獨立，工作方式也不相同。

所以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中標(biāo)識一個進(jìn)程需要一個三元組，即:協(xié)議、本地地址、本地端口號。其中本地地址指定了網(wǎng)絡(luò)中的主機，本地端口號指定了主機中的特定進(jìn)程，協(xié)議說明了此進(jìn)程采用的通信規(guī)約，在TCP/IP 

Socket編程接口下，Socket提供了進(jìn)程通信的端點。進(jìn)程通信之前，雙方必須各自申請一個端點Socket，每個Socket用上述的半相關(guān)描述，一個完整的Socket連接用一個相關(guān)描述。每個Socket有一個本地唯一的Socket號，由操作系統(tǒng)分配。

 

4 Delphi中的實現(xiàn)

 

 

通過編寫服務(wù)器端程序可以實現(xiàn)報警數(shù)據(jù)的實時傳輸，以便客戶端實現(xiàn)動態(tài)顯示配電網(wǎng)當(dāng)前數(shù)據(jù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)的實時監(jiān)控。我們利用Delphi封裝的控件實現(xiàn)基于TCP/IP通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。有兩種實現(xiàn)方式:面向連接的可靠傳輸和無連接的數(shù)據(jù)報傳輸。

面向連接的可靠傳輸由TCP(傳輸控制協(xié)議)提供保障，在傳輸數(shù)據(jù)之前，鏈路已經(jīng)建立起來，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以通過這條已經(jīng)建立起來的鏈路直接發(fā)送。這種鏈路一直維持著活動狀態(tài)，直至某一方提出釋放鏈路。

GIS與實時系統(tǒng)集成原理如圖3所示，基本的處理機制如圖4所示。

 

 

下面的代碼示出了服務(wù)器方是如何向所有已經(jīng)與之保持連接的客戶方發(fā)送廣播消息的:

j:=serversocket.Socket.ActiveConnections;

file://計算活動連接數(shù)目

if j<>0 then//如果有活動連接存在

begin

for i:=0 to j-1 do

with serversocket.Socket.Connections[i] do

ServerSocket.Socket.Connections[i].SendText(AlarmData);//廣播報警，其中AlarmData為自定義格

file://式的消息，用于傳遞報警信息。

end;

下面的代碼在客戶請求連接或請求斷開時調(diào)用，用以刷新界面:

for i:=0 to serversocket.Socket.ActiveConnections-1 do

with serversocket.Socket.Connections[i] do

begin

ActiveOnes.Items.Clear;

ActiveOnes.Items.Add (''連接至:''+RemoteHost+''; 

IP為:''+RemoteAddress);

statusbar1.Panels[2].text:=''共有活動連接''+inttostr(ActiveOnes.items.count)+''個'';

end; 

下面的代碼調(diào)用發(fā)生在客戶請求連接成功時，此時刷新歷史記錄:

var j:integer;

ClientName,ClientIP,ConnectedTime:string;

begin

ClientName:=Socket.RemoteHost;

ClientIP:=Socket.RemoteAddress;

ConnectedTime:=DateTimeToStr(Now);

TableHistory.edit;

TableHistory.Append;

TableHistory.FieldByName(''客戶機名稱'').AsString:=ClientName;

TableHistory.FieldByName(''客戶機IP'').AsString:=ClientIP;

TableHistory.FieldByName(''連接時間'').AsString:=ConnectedTime;

……….

TableHistory.Post;

TableHistory.Refresh;

End;

TCP連接必須首先建立起來，然后才能傳輸數(shù)據(jù)。

下面的代碼給出了客戶端收到變壓器報警信息后根據(jù)信息中的變壓器編號進(jìn)行自動地理定位操作，即實現(xiàn)地圖自動推出:

procedure TFormByqAlarm.LocateByq(Num:string);

var pos_x1,pos_y1:real;

win_id,Count:integer;

begin

Num:=''"''+Num+''"'';

OLEMAP.DO(''Create Index On變壓器(變壓器編號) '');

win_id:=OLEMAP.Eval(''FrontWindow()'');

OLEMAP.DO(''find using 變壓器(變壓器編號)'');

OLEMAP.DO(''find ''+Num);

count:=OLEMAP.Eval(''CommandInfo(3)'');

if count1>=1 Then

begin

pos_x1:=OLEMAP.Eval(''CommandInfo(1)'');

 

pos_y1:=OLEMAP.Eval('' CommandInfo(2) '');

OLEMAP.DO(''select * from “變壓器” where 變壓器.變壓器編號=''+Num);

OLEMAP.DO(''set map scale 1 units "cm" for 70 units "m"'');

OLEMAP.DO(''Set Map Window''+inttostr(win_id1)+'' Center 

(''+floattostr(pos_x1)+'',''+ floattostr(pos_y1)+'') '');

end

else showmessage(''目標(biāo)不止一個或目標(biāo)沒有找到!'');end;

 

5 結(jié)束語

 

目前,國外已經(jīng)將GIS廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)的各個領(lǐng)域,如:配電管理、輸電管理、電力設(shè)施管理、停電管理、用電營業(yè)管理等等。而我國GIS在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用還僅僅處于起步階段。本文對如何將實時信息引入電力GIS進(jìn)行了探討，并詳細(xì)介紹了用DELPHI實現(xiàn)的電力GIS的實時監(jiān)控的實現(xiàn)技術(shù)并應(yīng)用于湖北某地的配電網(wǎng)系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中過程中取得了很好的效果。進(jìn)一步工作將實時控制引入電力GIS由于網(wǎng)絡(luò)傳輸存在著的諸多不確定性因素，尤其是傳輸延遲問題還有待深入研究。