CN101354702A - 一种基于iec61970标准的电力系统图形的交互性实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种图形的交互性实现方法，尤其是涉及一种将电力行业EMS系统输出的、基于IEC61970标准的CIM文件和地理或厂站SVG图形，复用于DMIS/OMS系统中，并转换成满足DMIS/OMS系统交互需求的SVG图形的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将DMIS/OMS与EMS的模型和图形信息同步及设备关联；2)对SVG图形文件的规格化处理，用于提高EMS系统输出的SVG图形对交互性，使其能够直接复用于DMIS/OMS系统的应用场景；3)将SVG图形文件进行压缩。使用本发明可保证DMIS/OMS与EMS的模型和图形信息的同步更新，改变了以往需要手工同步相关模型和图形信息的状况。
Description
技术领域
本发明涉及一种图形的交互性实现方法，尤其是涉及一种将电力行业EMS系统输出的、基于IEC61970标准的CIM文件和地理或厂站SVG图形，复用于DMIS/OMS系统中，并转换成满足DMIS/OMS系统交互需求的SVG图形的方法。
背景技术
电力系统图形技术一直是电力系统高级应用软件研究的热点和难点。目前，各种电力应用系统大多拥有自己专门的图形数据模型和据此而建立起来的各种图形系统，它们互不兼容，难以互操作，形成一个个“图形信息孤岛”。此外，由于电力系统安全隔离和分区，使得不同分区间图形信息共享变得更加的困难。这就使得用户对于相同的图形信息，要在各种不同的应用系统中重复输入和维护，不仅绘图工作量巨大，同时也大大加强了图形维护和图形系统升级的难度。EMS系统依据IEC61970标准输出的CIM文件和SVG文件描述了电力系统的电气和图形信息，其中SVG文件承载图形静态信息，拓扑和动态信息由CIM承载，并可以建立SVG图形对象和CIM模型对象之间的映射关系。而在DMIS/OMS系统中，已有的电力设备模型与EMS系统的模型存在差异，导致无法直接与EMS系统输出的SVG文件进行设备关联。另一方面，不同系统对于图形的应用需求必然存在差别，在复用图形的过程中均需对图形及其模型进行适当处理。就EMS系统输出的SVG图形而言，其只考虑了动态图形的特性，针对交互性方面的考虑不够充分。而在DMIS/OMS系统中，用户对图形交互性要求很高，EMS系统输出的SVG图形不能直接满足DMIS/OMS系统用户的需求。
发明内容
1、发明目的
本发明的目的在于提供一种基于IEC61970标准的电力系统图形的交互性实现方法，利用配套增强技术加强EMS系统输出的SVG图形的交互性能，实现EMS系统输出的图形在异构DMIS/OMS系统间的复用及交互。
2、技术方案
在本发明的技术方案中，首先对EMS系统依据IEC61970标准导出的CIM及SVG图形数据进行同步及设备关联，以保证DMIS/OMS系统与EMS系统的模型和图形信息能够同步并保持一致，再根据DMIS/OMS系统的图形交互要求对EMS系统输出的SVG图形进行规格化处理，最后，通过电力SVG图形应用组件，对经过SVG图形文件压缩处理后的SVG图形，进行各种DMIS/OMS图形应用的展现，并提供相应交互功能。
本发明方法的实现步骤如下：
1、DMIS/OMS与EMS的模型和图形信息同步及设备关联
EMS系统输出的SVG、CIM文件的对象信息会在新修厂站、线路改造等情况下发生改变，导致DMIS/OMS系统中的模型和图形信息也将发生变化。本发明通过版本比较机制对发生变化的CIM和SVG图形进行必要的更新处理，以保证DMIS/OMS与EMS的模型和图形信息的同步更新。
DMIS/OMS系统中的许多图形应用往往以设备对象的定位为前提，而SVG中的图形对象与CIM中的模型对象间存在关联。CIM是一个抽象模型，它包含了在EMS系统所需的电力系统的所有主要对象。CIM通过提供一种用对象类和属性及它们之间的关系来表示电力系统资源的标准方法，明确了电力系统的资源、属性以及关系等的通用语义。
CIM模型的基类是核心(Core)包中的PowerSystemResource类，其它特殊化的子类Substation、Switch、Breaker等都依赖于核心包的关联和普遍化。因此，对于SVG图形复用我们只需将CIM文件中各种需要的设备对象信息导入到DMIS/OMS系统中就能完成SVG图形对象与DMIS/OMS系统中设备对象的映射。
为建立起两者的映射，首先需提取CIM中相关的设备对象信息。因为CIM文件采用CIM/XML的表现形式，CIM/XML是XML/RDF的应用，使用RDF和RDF Schema来组织CIM模型的XML文档结构，所以可以有多种方法查询并提取CIM对象信息。
(1)最普通的方法是XMLDOM解析。该方法将CIM/XML文档作为普通的XML文档行解析处理，但无法利用RDF的特性，大数据量时效率很低。
(2)采用RDF查询语言。该方法可充分利用RDF的特性，使得对CIM数据的处理简洁而高效。
目前具有代表性RDF查询语言有RQL、RDQL、TRIPLE、N3、VERSA、SERQL和SPARQL共七种，其中SPARQL是最近兴起的RDF查询语言和W3C的候选标准，正被越来越多的研究者所采用，具有很好的应用前景。HP实验室开发的JAVA开源项目Jena，其最新版本Jena-2.5.4支持RDF数据表达、解析，支持本体，提供SPARQL查询引擎等。本发明采用Jena支持的SPARQL语言查询CIM中DMIS/OMS所需的对象信息。
DMIS/OMS信息系统一般采用GUID作为系统中的通用对象标识，所以通过上述方法取得Substation、Switch、Breaker等CIM对象名称、对象标识、父对象标识以及自动生成的GUID，它们之间的映射可在DMIS/OMS初始设备库创建时一次性导入生成，避免了大量初始化维护工作，在DMIS/OMS系统建设中具有很好的实用化效果。对于此后的CIM对象信息变更的导入，可对CIM文件中的设备对象ID采用比较算法，对DMIS/OMS数据库中存在的不导入；对不存在设备对象ID则采用初始化方法导入，并导入其关联关系；对于CIM文件中不存在，而DMIS/OMS库中存在的则删除，并删除其关联关系。从而建立起SVG图形设备对象与DMIS/OMS数据库中设备对象的映射。
2、对SVG图形文件的规格化处理
EMS系统输出的SVG图形对交互性方面考虑不足，无法直接复用于DMIS/OMS系统的应用场景。在结合DMIS/OMS的典型需求及Adobe SVG Viewer对当前SVG的支撑技术，对EMS系统输出的SVG图形在交互性方面提出以下问题并给出相关的解决方案。
(1)大多数图元定义交互性差，仅能满足显示要求，难以满足DMIS/OMS系统所需的基本图形交互需要。
解决方案：EMS输出的SVG图形组成部分包括SVG头文件、描述规则、图元定义、图层等部分。要解决图元交互性差的问题，必须通过增加图元接触点面积来实现。对于电力SVG图形图元定义都是由SVG基本图形包括矩形<rect>、圆<circle>、椭圆<ellipse>、直线<line>、折线<polyline>和多边形<polygon>和SVG路径<path>(由Bezier曲线定义的路径描述和操作)，其中的一些进行勾勒、填充、裁剪、蒙版和合成等等操作后构成。只要对这些基本图形和路径进行操作就能解决接触点面积的问题。对于闭合的基本图形矩形、圆、椭圆、多边形和路径只要对其进行填充颜色、然后做透明处理；而对于直线、折线和路径这些不闭合的图形可以复制图形粘贴在原图形上下并隐藏。这两种处理中路径都可以做处理，主要看路径曲线的粗细来决定。这些操作增加了图元的接触点面积，在实际应用中获得很好的效果。
(2)部分设备图元粒度过细，虽然符合EMS应用环境，但缺少DMIS/OMS等应用系统大多数操作所需的主对象。以变压器为例，变压器的图元定义是基于绕组的，其在元数据节点中的设备对象标识也就细化到绕组的对象标识，选中该设备图元只能获得该绕组的对象标识，对于二圈变或者三圈变的主对象标识就无法获得，也就无法对如变压器这种设备进行设备对象关联等等DMIS/OMS领域的高级应用操作。
解决方案：CIM模型中的设备主从对象是关联的，可以在CIM文件中通过绕组的对象标识找到变压器主对象的标识，并加入到变压器图层中该绕组对象的元数据节点中。为保证图模一体及DMIS/OMS与EMS系统的设备对象关联，需要将CIM文件导入到DMIS/OMS数据库中，在进行步骤1后，也可以从DMIS/OMS数据库中取得其主对象标识。
(3)由于IEC61970图形交互方案还处于草案阶段，缺少互操作试验，各EMS厂家对标准的理解存在差异，如名字空间的命名、引用方式等，造成各图层中取对象元数据的方法不一致。在DMIS/OMS图形应用领域中，只有取得其设备主对象标识才能根据应用需求取得该应用所需的数据。
解决方案：IEC61970标准的SVG图形文件的SVG头文件中包含CIM名字空间，以统一管理该SVG文件中的CIM对象，在各个图层中嵌入的元数据节点的CIM对象标识的字段也可能不同，造成对不同厂家输出的SVG图形在取CIM对象标识时不能做到透明性。统一替换不同厂家的SVG文件中的CIM名字空间，并统一替换在元数据区域的使用字段。这样做屏蔽了不同EMS生产厂家的不一致性，做到取设备对象标识的透明性。
(4)一些EMS系统要求的SVG图形信息，如实时量测数据，在DMIS/OMS等系统中并不总是需要的。
解决方案：SVG各个标签都有Visiblity属性，对在DMIS/OMS系统中并不总是需求的图层(如实时量测数据)或某一图层中某些不需要的项，其Visiblity属性设为隐藏，不显示。使其图形复用到DMIS/OMS领域效果及功能性更好。
(5)通用的Adobe SVG Viewer插件对于鼠标风格、图形放缩、漫游等的缺省支持不足，用户体验欠佳，需要重新开发或改造。
解决方案：SVG支持IMAGE标签，可在SVG文本中加入鼠标风格辅助层，加入放大镜、缩小镜、手型图形并隐藏；在客户端执行某种操作时显示某种图形以支持鼠标风格。对于依赖于键盘的图形缩放、漫游操作，可根据二维仿射原理重新开发不依赖于键盘的操作。
(6)通用的Adobe SVG Viewer插件仅提供基本交互功能菜单，不能满足多种DMIS/OMS图形应用个性化要求，需要设计新的菜单重构机制。
解决方案：在DMIS/OMS领域对SVG图形交互功能要求很高，不仅需基本的交互功能，对于一些高级应用的实现，Adobe插件默认的右键菜单就不能满足需求了。Adobe插件支持右键菜单的重构，可采用此机制根据不同的应用设计出不同的右键菜单。
(7)原始SVG图形缺少各种鼠标、键盘事件处理机制，通常为增加与外界的交互能力，可以在具体使用(表现层)时添加各种事件的监听，无需在SVG数据持久化时处理。但通过试验发现，在B/S模式下的SVG图形页面展现时可能会出现页面加载事件在SVG自定义的电力SVG图形应用组件加载之后完成的随机现象，此时SVG文档对象为空，组件不可用，因此须通过辅助技术手段对加载时序加以控制。
解决方案：在SVG数据持久化处理时，在SVG图形文件的根节点svg中加入SVG事件onload，使其在B/S端Adobe插件在解析和展现完SVG图形后加载自定义的电力SVG图形应用组件，以此解决此随机现象。
3将SVG图形文件进行压缩
目前主流EMS输出的电力SVG厂站图形较大的有200-300KB，主网图甚至更大，而这些SVG图形通常统一部署在服务端。在DMIS/OMS大用户量并发的情况下对系统的网络传输性能有一定的压力，同时大文件的SVG图形交互也有一定程度的延迟，该问题对EMS系统的应用环境而言并不十分突出。由于SVG数据的文本特性，使得数据压缩的空间很大，例如采用SVGZ或GZIP压缩技术均将大幅度降低网络传输时间，而解压缩时间相对于网络传输时间基本可忽略不计。鉴于以上考虑，SVG图形文件的压缩也是必需的步骤。目前SVG图形的压缩技术包含SVGZ和GZIP压缩：对于SVGZ压缩，Adobe SVG Viewer插件具有对SVGZ的解压缩功能；对于GZIP压缩，主流浏览器都内置了解压程序。
由于.NET和JAVA类库中都有对GZIP压缩的支持，实现相对简单，可以选择用GZIP压缩SVG图形。压缩带来的好处是数据量的显著减小，用户的交互操作体验也大大增强。
4电力SVG图形应用组件
电力SVG图形应用组件是针对EMS系统输出的SVG图形文件的展现及功能交互组件。该组件通过调用Adobe SVG Viewer插件在B/S端解释和展现SVG图形，为各种业务应用提供统一的抽象接口、实现交互功能，并通过取得SVG文本中的电力设备库对象标识，在经过步骤1的处理建立起CIM对象标识与DMIS/OMS对象标识的映射后，采用AJAX技术从DMIS/OMS数据库取得相应所需的数据，实现设备关联信息等各种应用功能。
电力SVG图形应用组件是建立在Adobe SVG Viewer之上的，根据电力业务的应用需求、SVG文件的交互特性、Adobe插件的支持接口及步骤2SVG图形文件的规格化处理的结果而封装的组件。通过封装该组件，使其更符合电力行业的应用需求，同时具有接口丰富、调用简单、复用方便的特性。
该组件将包含SVG图形的基本交互功能及DMIS/OMS领域必须的高级应用功能。基本功能包括放缩、漫游、原图、查询等，高级应用功能包括图元捕捉、图层显隐、图元高亮显示、获取设备对象标识。
以下为组件接口功能实现的说明：
步骤2中问题5的解决，采用二维的仿射公式来计算鼠标偏移量，可实现漫游和缩放及两者之间的联动。
原图功能即恢复图形的原始展现状态，通过设置SVG根节点的偏移量为0及放大倍数为1，然后重新加载图形。
对于图形捕捉功能，在步骤2中对问题1的处理是通过增加图元的接触点面积来增加图元的交互性，从而能很有效的解决图元捕捉的问题。
对于图层显隐功能，即对电力SVG图形的某一图层做显示或隐藏操作。对于步骤2中提出的在DMIS/OMS中并总不是需求的量测数据的量测层可在SVG图形的规格化处理中进行隐藏，对于图形中的其它图层可根据实际需要利用组件的图形显隐功能进行显示和隐藏的操作。
图元高亮显示功能是在选中某图元后，对该图元进行高亮显示，鼠标移开后，恢复原来的颜色显示，一般是通过改变描述规则中各电压等级的颜色显示来实现。该功能一般与图元捕捉一起使用。
高级功能中获取设备对象标识功能，是本组件最重要的功能。在步骤2中问题2、问题3的处理使得能有效和统一的获取设备对象标识。从而可以根据不同的应用取得相应的数据，实现设备关联信息等DMIS/OMS系统图形应用所需的高级功能。
此外，在步骤2中问题6的处理建立起的右键菜单重构机制，帮助用户或二次开发人员根据不同的应用需求建立灵活的右键菜单，所有的基本功能和应用功能都可以在右键菜单中实现。步骤2中问题7解决了组件加载的时序问题。
通过上述各步骤即可实现在DMIS/OMS系统中对EMS系统输出的电力系统图形的复用及交互性功能。
3、有益效果
使用本发明可保证DMIS/OMS与EMS的模型和图形信息的同步更新，改变了以往需要手工同步相关模型和图形信息的状况。
使用本发明能显著增强SVG图形的交互性，屏蔽了不同EMS厂家的产品差异性，并对SVG文件进行了压缩，提高了效率。
本发明通过电力SVG图形应用组件，提供了获取设备对象标识功能，从而可以根据不同的应用取得相应的数据，实现设备关联信息等DMIS/OMS系统图形应用所需的高级功能。
附图说明
图1是基于IEC61970标准的电力系统图形的交互性实现方法的体系结构图；
图2是SVG图形规格化处理的原理图；
图3是电力SVG图形应用组件的应用原理图。
具体实施方式
本发明所要求的输入是EMS依据IEC61970标准输出SVG厂站图或者地理图及其CIM文件。
本发明的具体实施如图1所示的流程进行。从安全3区EMS系统的镜像中将电网电网潮流图及其对应的CIM/XML文件导入到同区的DMIS/OMS系统中，按发明内容中步骤1对SVG、CIM/XML文件等EMS模型和图形信息进行同步及设备映射操作，由版本比较机制先判断数据是否需同步。如果有数据同步，则进行映射操作，将CIM文件中设备对象标识与DMIS/OMS库中的设备对象标识进行关联。
如果有数据同步，也将进行SVG图形的规格化处理，其过程可根据图2进行，通过对发明步骤2中提出的7个问题根据其相应的解决方案加以解决，同时将文本层中电网潮流图更名为直调500KV线路保护及通道配置图。
在此步骤之后，由于保护配置图的特殊需求，通过遍历SVG图形交流线路和母线层中的设备对象标识，及CIM文件导入到DMIS/OMS数据库中之后建立的CIM对象与DMIS/OMS中设备对象的映射，可将交流线路和母线的保护设备(主保护及独立后备)和通道以独立的一层(组)加载到SVG文件中。其中具体每条线路的保护设备及通道的加载位置是其难点，因为有双线甚至三线的情况，可根据双(三)回路时线路的名称(或标识)决定其加载位置为线路的上或下，左或右的中间。此步骤在SVG图形的规格化处理后进行，故将其归纳入SVG图形的规格化处理步骤中。
规格化处理后的SVG图形，因为加载保护设备后图形过大，需进行步骤3SVG图形的压缩，然后将SVG图形传输给电力SVG图形应用组件。
电力SVG图形应用组件的应用如图3所示，各种DMIS/OMS基于图形的应用，可调用此组件实现。所以，保护设备配置图可基于此组件实现其特殊需求，提供其缩放、漫游、原图等浏览图形必须的功能、图形另存为及图形打印功能、设备调整及设备删除功能等。可以有工具栏和右键菜单两套实现。
设备调整及设备删除是保护配置图的特殊需求，故对其需求说明和实现方法加以叙述：
由于保护设备位置加载位置不精确的因素，部分保护设备的位置可能需要手工调整并保存调整后的图形位置，需提供设备调整功能。对双(多)回路线路，其保护设备及通道相同时，为保持图形的简洁美观，只须保留一条线路的保护设备和通道就行，可以删除其它线路多余的图元，故提供设备删除功能。
设备的调整功能，通过组件高级功能中获取设备对象标识功能，获得该保护设备所在线路的设备对象标识，通过漫游操作和鼠标跟随提示该保护设备所属的线路将该保护设备调整至恰当的位置，最后根据设备对象标识，将其鼠标偏移量保存到服务端的SVG文件中。设备对象的删除功能，通过组件高级功能中获取设备对象标识功能，获取保护设备所在线路的设备对象标识，根据设备对象标识，删除服务端SVG文件中该设备图元，由于服务端删除图元后，图形不会重新加载，故为了显示删除的效果而不需要重新加载SVG图形，可在客户端将该图元隐藏。
Claims (3)
1、一种基于IEC61970标准的电力系统图形的交互性实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将DMIS/OMS与EMS的模型和图形信息同步及设备关联；
2)对SVG图形文件的规格化处理，用于提高EMS系统输出的SVG图形对交互性，使其能够直接复用于DMIS/OMS系统的应用场景；
3)将SVG图形文件进行压缩。
2、根据权利要求1所述的一种基于IEC61970标准的电力系统图形的交互性实现方法，其特征在于，上述步骤2)进一步包括以下步骤：
1)通过增加图元接触点面积，以实现满足DMIS/OMS系统所需的基本图形交互需要；
2)在CIM文件中通过绕组的对象标识找到变压器主对象的标识，并加入到变压器图层中该绕组对象的元数据节点中，以获得DMIS/OMS等应用系统大多数操作所需的主对象；
3)替换不同厂家的SVG文件中的CIM名字空间，并统一替换在元数据区域的使用字段，以实现各图层中取对象元数据的方法一致；
4)改变SVG标签的Visiblity属性，以隐藏在DMIS/OMS系统中并不总是需求的图层(如实时量测数据)或某一图层中某些不需要的项；
5)在SVG文本中加入鼠标风格辅助层，以实现对于鼠标风格、图形放缩、漫游的缺省支持；
6)将右键菜单的重构，
7)当SVG数据持久化处理时，在SVG图形文件的根节点svg中加入SVG事件onload，以实现组件加载的正确时序。
3、根据权利要求2所述的一种基于IEC61970标准的电力系统图形的交互性实现方法，其特征在于，上述步骤是通过电力SVG图形应用组件实现的。
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