1 引言

 

計算機技術日新月異，對計算機的應用要求也越來越高，其應用領域也日漸寬廣，本文所進行的電力GIS實時監(jiān)控技術的應用研究就是這其中的一部分。電力企業(yè)是國民經(jīng)濟的主要部門之一，它與經(jīng)濟各部門以及人民的日常生活有著密切的關系。國內的電力行業(yè)正處于不斷的調整與規(guī)范之中，在城(農(nóng))配電網(wǎng)的基礎設施建設中，供電企業(yè)的供電水平直接影響到其經(jīng)濟效益。供電部門急需適合電力行業(yè)的各種應用，電力GIS與實時監(jiān)控技術相結合正是適合電力企業(yè)要求的應用系統(tǒng)。這種技術與應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，提高供電質量;快速響應故障，從而提高檢修的速度，使設備能夠得以發(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、幾何學、計算機科學及各類應用對象為一體的綜合性高科技。由于GIS具有上述的特點,GIS不但可以廣泛應用于國土資源調查、環(huán)境評估等方面,更可以深入到區(qū)域規(guī)劃、公共設施管理、能源、電力、電信等與國民經(jīng)濟相關的重要部門。

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、日益復雜的電力設施、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的數(shù)據(jù),如何在需要的時候迅速準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的內容，這對于GIS應用系統(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)議具有跨越異構通信網(wǎng)絡的能力，它已經(jīng)被廣泛地應用于當今的通訊網(wǎng)絡。

當今國內外的主要GIS開發(fā)平臺:國外的有ARC/INFO、MapInfo、GeoMedia;國內的有吉奧之星(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進行開發(fā):(1)系統(tǒng)應用的要求。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)界領先的地圖化解決方案的MapInfo 

Professional，其復雜而詳細的數(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等等進行集成二次開發(fā)以達到將良好的功能與優(yōu)秀的界面相結合的目的。

由于Delphi所使用的語言是面向對象的Pascal語言(Object 

Pascal)，用它開發(fā)出的應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、應用質量都能兼顧。因此本文采用DELPHI實現(xiàn)的電力GIS的實時監(jiān)控技術。

 

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70年代中期美國國防部為其ARPANET開發(fā)的網(wǎng)絡體系結構和協(xié)議標準。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。用戶服務要靠核心以外的應用程序實現(xiàn)。

TCP/IP應用編程接口與核心應用程序的關系如圖2所示。

 

TCP/IP并沒有對應用程序接口進行標準化，應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)分數(shù)據(jù)究竟是發(fā)給在主機上運行的哪一個應用程序的。因為在同一主機上，運行著多個應用程序，可能都在運行TCP或UDP協(xié)議進行通信，套接字提供了一套區(qū)分不同應用程序所傳輸?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位的標志符，標志傳輸層協(xié)議和應用程序之間的數(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)范圍內唯一地標志一個端口了。

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

memory)和Windows環(huán)境下的DDE機制一樣，Socket提供了進程之間進行通信、相互作用的一種方法，并將這種進程間通信從單機環(huán)境擴展到網(wǎng)絡環(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，實現(xiàn)了無差錯無重復的順序數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)報套接字定義了一種無連接的服務，數(shù)據(jù)通過相互獨立的報文進行傳輸，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，應采用了流式套接字實現(xiàn)遠程通信。

在網(wǎng)絡環(huán)境中進程通信需要解決以下3個方面的問題:

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

ID)唯一標識，但在網(wǎng)絡環(huán)境中，各主機獨立分配的進程號是不能作為進程標識的。要想標識正確標識網(wǎng)絡進程必須指明主機地址。

(2)另一方面，在網(wǎng)絡通信中，進程本身也不用進程號來標識，因為進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程在不同的主機中其被分配的進程號很可能不同。所以在TCP/IP網(wǎng)絡中使用端口來標識進程。應用程序通過系統(tǒng)調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行收發(fā)數(shù)據(jù)。

(3) 網(wǎng)絡進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)絡環(huán)境中標識一個進程需要一個三元組，即:協(xié)議、本地地址、本地端口號。其中本地地址指定了網(wǎng)絡中的主機，本地端口號指定了主機中的特定進程，協(xié)議說明了此進程采用的通信規(guī)約，在TCP/IP 

Socket編程接口下，Socket提供了進程通信的端點。進程通信之前，雙方必須各自申請一個端點Socket，每個Socket用上述的半相關描述，一個完整的Socket連接用一個相關描述。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(''目標不止一個或目標沒有找到!'');end;

 

5 結束語

 

目前,國外已經(jīng)將GIS廣泛應用到電力系統(tǒng)的各個領域,如:配電管理、輸電管理、電力設施管理、停電管理、用電營業(yè)管理等等。而我國GIS在電力系統(tǒng)領域的應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進行了探討，并詳細介紹了用DELPHI實現(xiàn)的電力GIS的實時監(jiān)控的實現(xiàn)技術并應用于湖北某地的配電網(wǎng)系統(tǒng)，在實際應用中過程中取得了很好的效果。進一步工作將實時控制引入電力GIS由于網(wǎng)絡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。