CN104363110B - 一种基于画面计算服务的ems人机画面监控系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统及实现方法，该方法包括：在EMS不同应用主备机上启动对应应用的画面服务，一个应用对应至少两个画面服务以实现服务的负载均衡与互备；画面服务监听客户端画面订阅请求；客户端向画面服务提交画面订阅请求；画面服务创建对应画面的计算线程并管理订阅客户端的会话信息，计算线程实时计算画面变化情况，出现画面变化时向所有的订阅客户端推送经矢量压缩的数据来实现客户端画面刷新。本发明将绘图计算作为服务，只在画面真正发生变化推送画面绘制变化量给图形客户端，大大降低了画面刷新所需的网络带宽；通过分布式并行化画面服务，有效的降低了客户端计算压力，实现手持移动终端上的EMS画面浏览。

Description

一种基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统计算机与图形显示技术，具体讲涉及一种基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统及实现方法。

背景技术

EMS(Energy Management System，能量管理系统)是以计算机为基础的现代电网调度自动化系统。能量管理系统体系结构在基础平台的支撑下，面向电网运行监视与告警、电网调整控制、电网运行分析与评估、电网调度计划和电网调度管理等业务应用需求，形成实时监控与预警、调度计划、安全校核和调度管理四大类应用功能。

能量管理系统基础平台为各类应用提供统一的模型、数据、CASE、网络通信、人机界面、系统管理等服务。应用之间的数据交换通过平台提供的数据服务进行，还通过平台调用和提供分析计算服务。

EMS人机界面从功能上主要包括：创建与展示系统图、厂站图及各种应用画面；通过画面建立电网拓扑结构，建立应用模型；将屏幕上的画面数据与数据库联系起来，并提供各种电气图元、表格、曲线、图片等画面展示；动态刷新画面上的各种信息，并通过图形画面进行操作等。

现有EMS的图形系统普遍构建在局域网LAN宽带环境下，现有机制通常是画面客户端将所有画面需要数据从实时数据库中读到本机并加以应用分析处理后进行画面展示。该机制数据交互流量大，客户端计算量大，难以应对窄带网络条件即画面浏览端与实时数据服务不在同一地的情况下的画面浏览，导致多客户端通过窄带网络远程浏览异地系统画面时，加载延迟严重、效果不佳甚至无法浏览。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统及实现方法，本发明将绘图计算作为服务，只在画面真正发生变化推送画面绘制变化量给图形客户端，大大降低了画面刷新所需的网络带宽；通过分布式的并行化画面服务，有效的降低了客户端计算压力，从而可以实现手持移动终端上的EMS画面浏览。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统，其改进之处在于，所述监控系统在电力调度EMS系统中运行并在窄带宽条件下实现的，所述监控系统包括画面计算服务端和轻量级图形客户端；所述画面计算服务端获取应用数据来源、分析数据变化和计算画面变化量，轻量级图形客户端与服务端通讯并绘制画面；画面计算服务端与轻量级图形客户端之间根据矢量数据压缩的方式传送画面数据增量变化信息。

本发明还提供一种基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统的实现方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

(1)在EMS系统不同的应用主备机上启动互为备份的画面计算服务；

(2)画面计算服务处理画面的内部数据刷新，并计算内部数据；

(3)轻量级图形客户端向不同的画面计算服务提交画面订阅服务；

(4)画面计算服务在画面发生变化时向所有注册到画面计算线程的轻量级图形客户端推送画面绘制数据。

进一步地，所述步骤(1)中，基于以下原则定制画面计算服务的部署：即特定应用画面服务应与应用数据服务在同一个服务器节点上，同时考虑到画面计算服务负载均衡，一个应用应对应启动两个画面计算服务程序；

将图形绘制与应用数据计算相分离，不同的应用对应独立的画面计算服务，首先在EMS系统不同的应用数据服务节点上启动对应应用的画面计算服务，EMS系统中的每个应用均存在应用主机节点和应用备机节点上，对应一个应用的画面计算服务启动在应用主机节点和应用备机节点上；两个画面计算服务不分主备，互为备份，同时工作使负载均衡。

进一步地，所述步骤(2)中，画面计算服务以一个画面对应一个线程的方式处理画面的内部数据刷新与计算，包括下述步骤：

1)画面计算服务启动后，首先读取预加载画面清单，启动对应预加载画面计算线程；

2)监听轻量级图形客户端请求，收到画面订阅请求后，比较收到的画面订阅请求并确定对应的有或无订阅请求的计算线程，若有直接将会话交由对应画面计算线程处理，若没有则先创建对应的画面计算线程，再将会话信息注册到画面计算线程并负责监听客户端画面订阅请求；

3)画面计算线程通过定时刷新应用数据来计算画面绘制元素的变化情况；通过服务端定时获取画面元素对应的应用数据，并比较数据变化量，分析并计算画面绘制变化量；

4)画面计算服务监听客户端画面退订请求，将注册在某计算线程中的会话信息删除，并当某计算线程中注册的会话信息数量为零时，开启检查程序：在一段长度可配置的检查时间后(一般是10分钟)如果给线程中注册的会话信息还是为零而且该计算线程不是服务预加载线程，将该线程退出服务。

进一步地，所述步骤3)中，画面计算服务端管理所有的画面计算线程进行定时刷新数据计算，计算线程进而实时计算画面变化情况，出现画面变化时向所有的订阅轻量级图形客户端推送经矢量压缩的数据来实现轻量级图形客户端画面刷新。

进一步地，所述步骤3)中，画面计算服务端向轻量级图形客户端推送绘图数据包括：

一、轻量级图形客户端刚提交画面订阅请求时，画面计算服务端向轻量级图形客户端传输EMS系统画面上所有图元的初始绘图要素，包括普通图元、电气图元、复杂图元的位置、形状大小、初始颜色、旋转角度和电气图元文件名称，轻量级图形客户端可以生成初始画面内容；

二、轻量级图形客户端订阅画面后日常刷新时，画面计算服务只在数据发生变化时推送画面变化增量信息，包括：1>对于发生变化的电气图元，画面变化增量信息包含电气图元状态、动态线色、动态填充色、动态文字、是否闪烁中的一项或多项；2>对于复杂图元以矢量化方式推送画面变化增量信息，以饼图为例，以(扇区id,百分比，颜色)来表示饼图的某个扇区变化到对应的百分比和颜色。

进一步地，所述步骤(3)中，轻量级图形客户端根据服务分布配置信息与访问均衡算法向不同的画面计算服务提交画面订阅服务来实现画面计算服务端负载均衡；

所述服务分布配置信息包括EMS系统中不同应用对应的画面计算服务IP和端口信息，确定一个应用两个画面服务地址访问情况包括：要订阅的画面文件名称所有字符首字母ASCII码对应的整数之和除以2求余数，余数是0向应用下的画面计算服务I提交请求，余数是1向画面计算服务II提交请求。

进一步地，所述步骤(4)中，轻量级图形客户端会话建立连接后，画面计算服务端只第一次向轻量级图形客户端发送全量图元绘制信息，后续只在画面元素后台对应数据发生变化时，向轻量级图形客户端推送画面变化增量信息。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明提供的基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统及实现方法，通过矢量数据压缩只在画面元素对应应用数据发生变化时推送画面绘制变化增量给图形客户端，大大降低了EMS系统画面刷新所需的网络带宽，可以在窄带条件下实现EMS系统实时画面监控。

2、通过分布式的并行化画面计算服务，有效的做到画面服务负载均衡，大大加快了大量客户端同时浏览复杂画面时的性能。

3、将绘制逻辑与应用逻辑相分离，有效的降低了客户端图形的CPU压力，为计算能力弱的移动终端上进行EMS画面展示提供了技术支撑。

附图说明

图1是本发明提供的画面计算服务工作示意图；

图2是本发明提供的轻量级图形客户端订阅画面处理流程图；

图3是本发明提供的画面计算服务端处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供一种基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统，包括：画面计算服务端和轻量级图形客户端。

本发明还提供一种基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统的实现方法，该方法打破传统人机图形工作模式，将EMS人机图形系统拆分为画面计算服务与轻量级图形客户端，将图形绘制与数据计算相分离，画面计算服务端与客户端之间根据“矢量数据压缩”的方式传送数据增量变化信息，实现的功能包括了以下几部分：

①在应用数据所在的服务节点启动画面计算服务,画面计算服务的部署基于以下原则进行定制，即特定应用画面服务应离应用数据所在节点尽可能的近，同时考虑到画面服务负载均衡。画面计算服务启动后会负责监听客户端对画面服务的调阅请求，进一步将生成对应画面的工作线程来处理EMS监控画面的应用业务计算。

②轻量级图形客户端通过向画面计算服务端即画面服务订阅某应用下的某画面的方式来打开某图形画面，客户端订阅后根据画面服务推送的画面绘制矢量数据直接绘制最终呈现图形画面，而不进行传统EMS人机界面操作(电网实时数据的读取、应用业务分析计算等)。

③画面计算服务通过计算画面变化压缩矢量数据的方式将画面变化增量推送给轻量级图形客户端已完成画面刷新。根据EMS画面图元基础绘图要素(位置、形状大小、旋转角度等)通常不会发生变化的特性对传输数据进行压缩，除第一次需传输EMS画面上所有图元的基础绘图要素(包括位置、形状大小、初始颜色、旋转角度、电气图元文件名称等)，后续只在画面元素对应应用数据发生变化时推送画面变化增量信息(是否闪烁、填充色、线色、变化文字、电气图元状态等)。经过矢量数据压缩并只传递画面变化的增量数据大大降低了EMS画面刷新所需的网络带宽。

本发明涉及的一种在窄带宽条件下基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统的实现方法是使用自主开发的软件实现，并运行在电力调度EMS系统中。

具体实现步骤如下：

(1)在不同的应用主备机上启动互为备份的画面计算服务；本发明提供的画面计算服务工作示意图如图1所示：

本发明中不同的应用对应独立的画面计算服务，画面计算服务的部署基于以下原则进行定制，即特定应用画面服务应离应用数据所在节点尽可能的近，同时考虑到画面服务负载均衡。

首先在EMS不同的应用数据服务节点上启动对应应用的画面服务，EMS生产系统中每个应用都存在主备机节点，对应某应用的画面计算服务应启动在应用主机和应用备机两个节点上。这样可以起到画面服务负载均衡与互为备份的作用。两个画面计算服务不分主备，互为备份，同时工作起到负载均衡的作用。

(2)画面计算服务启动后，先启动预加载画面线程，通过监听客户端订阅与退订请求来管理画面计算线程，通过计算线程定时刷新应用数据并分析画面绘制元素是否发生变化，画面计算服务以一个画面对应一个线程的方式处理画面的内部数据刷新与计算，其流程图如图3所示，包括下述步骤：

1)画面计算服务启动后，首先读取预加载画面清单，启动对应预加载画面的计算线程，获取需要预加载的画面文件名称。根据预加载画面清单中的每一个画面名称启动独立计算线程，为在该应用下画面提供绘制服务。

2)画面计算服务监听客户端画面订阅请求，收到请求后将首先比对本地画面计算线程池，如果线程池已有所请求的对应画面，则直接将该请求的会话信息注册在对应的画面计算线程；如果没有，则启动请求对应画面计算线程，将请求的会话信息注册到计算线程中，并将计算线程加入到线程池中。

3)画面计算线程通过定时刷新应用数据来计算画面变化情况：

画面计算服务管理所有的画面计算线程进行定时刷新数据计算，计算线程实时计算画面变化情况，出现画面变化时向所有的订阅客户端推送经矢量压缩的数据来实现客户端画面刷新。

EMS画面中图元主要分为普通图元、电气图元与复杂图元，普通图元、电气图元(断路器、刀闸等)、复杂图元包括列表、曲线、饼图等均以电力系统图形描述语言G语言标准矢量格式为模板加以定义。其中普通图元不会动态变化，会发生变化只有电气图元与复杂图元。

画面计算服务端向客户端推送绘图数据分为以下两类：

一、客户端刚提交画面订阅请求时，画面计算服务需向客户端传输EMS画面上所有图元的初始绘图要素(包括普通图元、电气图元、复杂图元的位置、形状大小、初始颜色、旋转角度、电气图元文件名称等)，客户端可以生成初始画面内容。

二、客户端订阅画面后日常刷新时，画面计算服务只在画面元素对应应用数据发生变化时推送画面变化增量信息，分以下几类处理：1)对于发生变化的电气图元，推送信息包含电气图元状态、动态线色、动态填充色、动态文字、是否闪烁中的一项或多项；2)对于复杂图元也以矢量化方式发送变化了的数据，以饼图为例，以(扇区id,百分比，颜色)来表示饼图的某个扇区变化到对应的百分比和颜色。

4)画面计算服务监听客户端画面退订请求，将注册在某计算线程中的会话信息删除，并当某计算线程中注册的会话信息数量为零时，开启一个检查程序：在一段长度可配置的检查时间后(一般是10分钟)如果给线程中注册的会话信息还是为零而且该计算线程不是服务预加载线程，将该线程退出服务。

(3)客户端根据服务分布配置信息与访问均衡算法向不同的画面计算服务提交画面订阅服务来实现服务端负载均衡：

服务分布配置信息包括了EMS系统中不同应用对应的画面计算服务IP和端口信息，用以下算法确定一个应用两个画面服务地址访问哪个的情况：要订阅的画面文件名称字符串每个字符ASCII码对应的整数之和(中文字符用拼音首字母)除以2求余数，余数是0向该应用下的画面计算服务I提交请求，余数是1向画面计算服务II提交请求。

(4)画面计算服务在画面真正发生变化时向所有注册到画面计算线程的客户端推送画面绘制数据：

客户端会话建立连接后，画面计算服务端只第一次向客户端发送全量图元绘制信息，以后只在画面真正发生变化时向客户端推送的变化绘图数据，包括以下几类：1)对于发生变化的电气图元，推送信息包含电气图元状态、动态线色、动态填充色、动态文字、是否闪烁中的一项或多项；2)对于复杂图元也以矢量化方式发送变化了的数据，以饼图为例，以(扇区id,百分比，颜色)来表示饼图的某个扇区变化到对应的百分比和颜色。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统的实现方法，其特征在于，所述基于画面计算服务的EMS人机画面监控系统在电力调度EMS系统中运行并在窄带宽条件下实现的，所述监控系统包括画面计算服务端和轻量级图形客户端；所述画面计算服务端获取应用数据来源、分析数据变化和计算画面变化量，轻量级图形客户端与服务端通讯并绘制画面；画面计算服务端与轻量级图形客户端之间根据矢量数据压缩的方式传送画面数据增量变化信息；

所述方法包括下述步骤：

(1)在EMS系统不同的应用主备机上启动互为备份的画面计算服务；

(2)画面计算服务处理画面的内部数据刷新，并计算内部数据；

(3)轻量级图形客户端向不同的画面计算服务提交画面订阅服务；

(4)画面计算服务在画面发生变化时向所有注册到画面计算线程的轻量级图形客户端推送画面绘制数据；

所述步骤(1)中，基于以下原则定制画面计算服务的部署：即特定应用画面服务应与应用数据服务在同一个服务器节点上，同时考虑到画面计算服务负载均衡，一个应用应对应启动两个画面计算服务程序；

将图形绘制与应用数据计算相分离，不同的应用对应独立的画面计算服务，首先在EMS系统不同的应用数据服务节点上启动对应应用的画面计算服务，EMS系统中的每个应用均存在应用主机节点和应用备机节点上，对应一个应用的画面计算服务启动在应用主机节点和应用备机节点上；两个画面计算服务不分主备，互为备份，同时工作使负载均衡。

2.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述步骤(2)中，画面计算服务以一个画面对应一个线程的方式处理画面的内部数据刷新与计算，包括下述步骤：

1)画面计算服务启动后，首先读取预加载画面清单，启动对应预加载画面计算线程；

2)监听轻量级图形客户端请求，收到画面订阅请求后，比较收到的画面订阅请求并确定对应的有或无订阅请求的计算线程，若有直接将会话交由对应画面计算线程处理，若没有则先创建对应的画面计算线程，再将会话信息注册到画面计算线程并负责监听客户端画面订阅请求；

3)画面计算线程通过定时刷新应用数据来计算画面绘制元素的变化情况；通过服务端定时获取画面元素对应的应用数据，并比较数据变化量，分析并计算画面绘制变化量；

4)画面计算服务监听客户端画面退订请求，将注册在某计算线程中的会话信息删除，并当某计算线程中注册的会话信息数量为零时，开启检查程序：在一段长度可配置的检查时间后如果给线程中注册的会话信息还是为零而且该计算线程不是服务预加载线程，将该线程退出服务。

3.如权利要求2所述的实现方法，其特征在于，所述步骤3)中，画面计算服务端管理所有的画面计算线程进行定时刷新数据计算，计算线程进而实时计算画面变化情况，出现画面变化时向所有的订阅轻量级图形客户端推送经矢量压缩的数据来实现轻量级图形客户端画面刷新。

4.如权利要求2所述的实现方法，其特征在于，所述步骤3)中，画面计算服务端向轻量级图形客户端推送绘图数据包括：

一、轻量级图形客户端刚提交画面订阅请求时，画面计算服务端向轻量级图形客户端传输EMS系统画面上所有图元的初始绘图要素，包括普通图元、电气图元、复杂图元的位置、形状大小、初始颜色、旋转角度和电气图元文件名称，轻量级图形客户端可以生成初始画面内容；

二、轻量级图形客户端订阅画面后日常刷新时，画面计算服务只在数据发生变化时推送画面变化增量信息，包括：1>对于发生变化的电气图元，画面变化增量信息包含电气图元状态、动态线色、动态填充色、动态文字、是否闪烁中的一项或多项；2>对于复杂图元以矢量化方式推送画面变化增量信息。

5.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述步骤(3)中，轻量级图形客户端根据服务分布配置信息与访问均衡算法向不同的画面计算服务提交画面订阅服务来实现画面计算服务端负载均衡；

所述服务分布配置信息包括EMS系统中不同应用对应的画面计算服务IP和端口信息，确定一个应用两个画面服务地址访问情况包括：要订阅的画面文件名称所有字符首字母ASCII码对应的整数之和除以2求余数，余数是0向应用下的画面计算服务I提交请求，余数是1向画面计算服务II提交请求。

6.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，所述步骤(4)中，轻量级图形客户端会话建立连接后，画面计算服务端只第一次向轻量级图形客户端发送全量图元绘制信息，后续只在画面元素后台对应数据发生变化时，向轻量级图形客户端推送画面变化增量信息。