配电网webgis研究与开发 自动化学位论文.docx
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配电网webgis研究与开发自动化学位论文
学号200634170084
密级________________
武汉大学本科毕业论文
配电网WebGIS研究与开发
院（系）名称：
动力与机械学院
专业名称：
自动化
学生姓名：
郑思敏
指导教师：
邓其军讲师
二○一○年六月
BACHELOR'SDEGREETHESIS
OFWUHANUNIVERSITY
TheResearchingAndDevelopingOfWebGISForDistributionNetwork
College：
PowerandMechanicalCollege
Subject：
Automation
Name：
ZhengSimin
Directedby：
DengQijun
June2010
郑重声明
本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。
对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。
本学位论文的知识产权归属于培养单位。
本人签名：
日期：
摘 要
如今世界已经进入到信息化时代，而网络的蓬勃发展让信息产生和流动的速度空前提高，信息产业化已经成为历史潮流。
信息化的进程正在而且已经深刻改变了人们的生活方式和生活理念，改变了事务管理和决策的方式，极大的提高了社会动作的效率。
信息产业化最典型的代表就是地理信息系统的应用，地理信息系统可以作为生产信息的载体，帮助工作人员规划和处理海量数据。
本文分析了电力系统中的GIS应用现状和趋势，开发出基于B/S模式的WebGIS系统，在本系统中，可以通过浏览器访问承载着电力设备信息的地图，并进行一些基本的数据查询、展现和分析工作，包括对一般配电设备、配电线路信息在地图上的查询、统计以及停电计划的区域展现等功能。
本文对地理信息系统和配电网WebGIS信息系统各方面进行了论述，对B/S模式的应用程序开发进行了探究，设计了系统所需实现的基本功能以及对其后续开发和改进进行了展望。
该系统现已投入使用，效果良好，提高了管理效率。
关键词：
配电网；Web；ArcGIS；SQL；AJAX
ABSTRACT
Nowtheworldhasenteredintotheinformationage,thevigorousdevelopmentofthenetworkhasspedtheflowandgenerationofinformationinanunprecedentedscale,informationindustryhasbecomeahistoricaltrend. TheprocessofInformationisandhasbeenaprofoundshiftinthewayoflifeandlifephilosophy,changedthewaytransactionmanagementanddecision-making,ithasgreatlyimprovedtheefficiencyofsocialmovements.Themosttypicalexample ofInformationIndustryistheapplicationofgeographicalinformationsystems,geographicinformationsystemscanbeusedasthecarrierofproductioninformationtoassiststaffinplanninganddealingwithmassivedata. ThispaperanalyzesthepowersystemstatusandtrendsofGISapplication,developedaWebGISsystembasedonB/Smode,inthissystem,youcanaccesstheinformationbearsamapofelectricalequipmentthroughthebrowserandcandosomebasicdataquery, displayandanalysis,includingthegeneralpowerdistributionequipment,distributionlinesonamapofthequeryinformation,statisticsandshowstheregionofplannedpowercutsandotherfunctions. ThispaperwilldiscussgeographicinformationsystemsanddistributionnetworkinformationsystemWebGIS,doaresearchofvariousaspectsofB/Sapplicationdevelopmentmodel,designasystemtoachievetherequiredbasicfunctionandthedevelopmentandimprovementoftheirfollow-upwerereviewed. Thesystemhasbeenputintogoodeffecttoimprovethemanagementefficiency.
Keywords:
DistributionNetwork;Web;ArcGIS;SQL;AJAX
目录
第1章 绪论
1.1 课题背景1
1.2 国内外研究现状和发展趋势1
1.2.1.电力GIS的现状分析1
1.2.2电力GIS的前景展望2
1.3 本次毕业设计的主要内容3
1.3.1 构建基本的B/S模式的WebGIS框架3
1.3.2 为WebGIS增加电力设备查询功能4
1.3.3 为WebGIS增加停电区域显示功能4
1.3.4 为WebGIS增加设备统计功能4
第2章 总体方案的设计
2.1 系统整体业务结构5
2.2 系统开发所需的软件和环境6
2.3 系统开发所需要的数据源7
2.3.1地理数据库7
2.3.2非地理数据库10
2.4 构建基本的B/S模式的WebGIS框架12
2.5 WebGIS的网页技术基础－AJAX12
2.5.1 Aschronorous异步通讯的几种框架15
2.5.2 JavaScript 运行在客户端的程序16
2.5.3 XML通讯消息的编码16
2.5.4非字符串内容的传递方法20
2.5.5 客户端JS框架介绍21
第3章 配电网WebGIS基本功能实现
3.1 WebGIS电力设备参数查询26
3.1.1 地图交互查询27
3.1.2 设备属性查询33
3.2 WebGIS停电区域显示40
3.3 WebGIS设备统计45
3.3.1 多级下拉框无刷新联动47
3.3.2 客户端Grid控件显示查询结果48
3.3.3 生成统计图表48
第4章 发布配电网WebGIS
4.1 准备好发布的数据51
4.2 安装.NET环境和GIS运行环境51
第5章 结论和展望
5.1 结论53
5.2 展望53
参考文献55
致谢57
第1章 绪论
1.1 课题背景
如今世界已经进入到信息化时代，而网络的蓬勃发展让信息产生和流动的速度空前提高，信息产业化已经成为历史潮流。
信息化的进程正在而且已经深刻改变了人们的生活方式和生活理念，改变了事务管理和决策的方式，极大的提高了社会动作的效率。
信息产业化最典型的代表就是地理信息系统的应用。
地理信息系统（GeographicInformationSystem简称GIS）是一种采集、处理、存储、管理、分析、输出地理空间数据及其属性信息的计算机信息系统。
围绕着这项技术的开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，是管理和研究空间数据的技术系统，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究各种空间实体及相互关系。
通过对多因素的综合，它可以迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果[1]。
电力系统中的配电环节则是一个典型的地域性质的问题，随着配电网规模的变大，电网所承载的信息量也变得海量，所以急需要一种高效的信息整合方式来提高电力系统信息的流动和使用的效率，于是电力GIS的应用应运而生。
1.2 国内外研究现状和发展趋势
1.2.1.电力GIS的现状分析
1 应用现状
国外电力 GIS 应用的发展经历了“CAD+数据库”阶段、“传统GIS应用”阶段，90年代初期，进入“AM/FM/GIS应用”阶段。
建立“数字电网”及“协同工作环境”为特GPS征的电力GIS系统，已成为发达国家电力企业，为增强自身竞争能力（降低生产成本、提高服务水平）而进行生产经营“业务流程重组”工作、提高电网运行科学管理水平的必不可少的工具[2]。
国内现处于AM/FM/GIS应用的初期，AM/FM是PUI领域的信息化专用技术，成为供配电系统各种自动化的基础
目前，用于电力行业的GIS软件主要是Mapinfo系列产品、ESRI系列产品、Smallworld、SICAD以及国内的Grow等。
2 存在问题
数据结构的局限性。
通用GIS平台软件考虑到海量多边形数据之间的求交，以及多边形属性叠加、赋值等问题（实现Overlay功能的基本操作），所以在核心数据结构上采用了强化技术策略，而在电网GIS应用中，不存在对大量多边形进行求交操作的需求，因而通用GIS平台软件的拓扑结构分析功能需改进。
缺乏电力GIS的标准和应用规范 。
电力GIS的应用需求推动市场迅速发展，而相应的技术标准和应用规范制定未能及时完成。
这种“市场发展超前。
技术标准滞后”，阻碍了电力GIS的应用推广。
GIS基础平台的选择问题。
电力GIS应用是直接融入现代电力生产经营活动之中的，全新的生产经营信息数字化的管理工具，从应用的角度上，从底层的软件平台结构到高级实用功能，都会因实际的电网生产运行及经营管理方式的不同有较大的差别。
电力GIS的标准化问题。
主要可以分为四类：
应用标准、数据标准、信息技术标准和行业标准。
应用标准有利于节省费用，提高效率和方便应用，而且可以大大提高电力GIS系统的可移值性、可操作性、可伸缩性。
1.2.2电力GIS的前景展望
1 GIS应用于配电网规划
利用GIS进行配电网规划可以实现配网规划的可视化、自动化及地理图形化；可以将实际的电力设备和配电线路与地理位置地理因素如人口资源联系起来，方便因地制宜，使得配电网的电力配送和其它基础建设的规划变得更高效，而且更合理。
2 WebGIS技术的进一步应用
WebGIS的广泛的访问范围，平台独立性、系统成本低、更简单的操作等一系列优点，便得WebGIS将得到更广泛的应用。
3 移动GIS的应用
通过手持PDA来进行现场寻视和检测，获取各种现场数据,如：
配电网络的各种设备台帐的铭牌信息、参数信息、运行信息、维护信息，馈线自动化系统的实时信息、调度自动化系统的实时信息、配电变压器的实时信息、低压用户实时信息等等。
然后再结合PAD的GPS定位功能将这些信息和GIS地图对应起来，对于故障分析和工程抢修都具有很大的帮助。
4 多平台多层次的GIS深化应用
PDA手持GIS、桌面GIS、WebGIS三种平台可以各司其责，全方位分析处理和展示电力系统信息。
PDA作为移动终端负责现场数据采集和基本计算，桌面GIS作为功能最强大的数据管理和分析应用程序，WebGIS则由于其分散性好，访问方便，所以可以作为一个高级的数据展示平台。
1.3 本次毕业设计的主要内容
本次毕业设计旨在开发和设计基于ArcGIS的Web平台下的地理信息系统，利用课题组现有设备位置坐标和某市地理底图，将配电网进行数字化，信息化，实现在Web方式下，对配电网设备台帐的定位、查询等。
配电网GIS是将电力公司的变电站、配电线路、电力设备、电力负荷、电力用户、产电单位等等相关信息融合起来形成的信息化的配电管理系统。
配电网GIS提供了电力设备查询功能而且具务地图定位功能，这样用户就可以方便地了解到电力设备所处的地理环境，人口分布，物产资源，自然环境，而这些都是影响电力配备的重要因素，所以，实现了这些功能后，用户便可以方便地进行一些生产管理和决策。
根据以上生产实际需求可以分析本次毕业设计的主要内容如下：
1.3.1 构建基本的B/S模式的WebGIS框架
GIS经历了从单机环境应用向网络环境应用发展的过程，网络环境GIS应用从局域网内客户/服务器（Client/Server,C/S）结构的应用向Internet环境下的浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）结构的WebGIS应用发展，WebGIS开始逐步成为GIS应用的主流，WebGIS相对于C/S结构而言，具有部署方便、使用简单、对网络带宽要求低的特别，为地理信息服务的发展奠定了基础[3]。
B/S（浏览器/服务器）结构最大的优点是安装和维护方便（仅仅对服务器进行安装和维护），系统扩展也比较简单。
而本文所研究目的正是为了信息的高效率展示，所以不涉及太多客户端的操作，故选择B/S模式，只要用户PC联网了，就可以通过浏览器达到查看和分析数据的目的，而不需要额外安装任何客户端程序。
在进行本次毕业设计时的系统的起点也就是在安装ArcGIS时，ArcGIS为开发人员提供的一个基本的WebGIS开发模板。
1.3.2 为WebGIS增加电力设备查询功能
电力设备查询功能包括参数地图查询和关键字查询并定位功能。
配电网GIS是将电力公司的变电站、配电线路、电力设备、电力负荷、电力用户、产电单位等等相关信息融合起来形成的信息化的配电管理系统。
配电网GIS提供了电力设备查询功能而且具务地图定位功能，这样用户就可以方便地了解到电力设备所处的地理环境，人口分布，物产资源，自然环境，而这些都是影响电力配备的重要因素，所以，实现了这些功能后，用户便可以方便地进行一些生产管理和决策。
将实际设备在地图上可视化之后，我们就能够更加方便的在配电网地理信息系统中的地理图中对某一选中的设备或者符合关键字要求的设备进行一些基本的查询操作了。
利用地理数据库与非地理数据库之间的联系，通过在地图上对地图数据库查询得到地图上的设备信息，再从地图设备信息作为查询条件，对非地理数据SQLServer中的数据进行查询，从而得到更详细的设备信息。
得到这些详细的信息后，再用网页技术将这些信息显示到用户界面中来。
1.3.3 为WebGIS增加停电区域显示功能
电力企业将停电用户数据录入到数据库中，然后通过对非地理数据中的停电用户的表箱数据查询，得到表箱的地理坐标。
一般停电操作的对象都是区域性的范围，所以，将表箱群这些地图上的散点的包络线绘制出来形成封闭区域，并着色高亮，将停电区域在地图上显示出来，一目了然。
1.3.4 为WebGIS增加设备统计功能
通过备统计功能，我们可以利用数据库强大的查询功能完成对地理图中所有设备的分类查询或统计，并运用表单或者图形的方式将结果直观显示出来，以便工作人员的分析使用，提高整个系统的实用率。
第2章 总体方案的设计
2.1 系统整体业务结构
本次毕业设计所涉及平台有服务器和客户端两个平台、所处理的数据有地理数据和非地理数据、所涉及的编程语言主要有C#和JavaScript，都比较多样化，所以在进行系统全面介绍前，先展示系统整体业务结构，如图2.1。
图2.1 系统整体业务结构
WebGIS应用程序放置于一台服务器上，两种数据源放置在另外的两台服务器上，这些服务器能够通过网络进行互联，当然Web应用程序和两种数据源也可以放置在同一台服务器上，但分开放置的设计理念主要是为了体现出本系统的开放性和分布性。
Web应用程序服务器可以和地理数据库、非地理数据库服务器通过网络自由交换数据（主要是Web应用程序访问数据库），用户在本地机的浏览器中打开Web应用程序链接，第一次向Web应用程序服务器发起请求，然后服务器将页面内容发送至客户端PC机上，用户再和Web应用程序进行交互交向应用程序服务器提交相关数据（这些客户端事件和数据处理方法由JavaScript编写），Web应用程序服务器接收数据，并对地理数据和非地理数据进行查询和计算（这些服务器端事件和数据处理方法由C#编写），然后再将数据发回到客户端进行计算和显示。
关于系统整体业务结构以及几种平台、数据库、编程语言之间的联系如上所述，一起构成了WebGIS系统。
2.2 系统开发所需的软件和环境
WebGIS是一个比较高层的应用系统，开发起来的难度也比较大，但是ESRI公司提供了.NET开发框架和模板，大大降低了开发的难度和门槛。
所以，在进行开始之前需要安装一些必要的软件和框架，必需安装的软件名称及主要作用如下表所示：
表2.1 系统开发所需安装的软件和环境
MicrosoftSQLServer
访问和查看SQL数据库，并协助数据库编程的相关调试。
MicrosoftVisualStudio2008
.NETFrameWork，ASP.NET网页开发集成环境，客户端C#和服务器端JavaScript代码和编写环境。
VS2008MSDN
服务器端端相关代码编写的主要参考文档。
ArcGISServerfortheMicrosoft.NETFrameWork
Web地图数据源的基本框架，Web应用程序运行框架，应用程序开发框架WebADF
ArcDesktop
（ArcMap,ArcCatalog）
ArcMap：
访问和查看地图图形视图以及图元属性数据库，而且可以作一些地图的地图要素和地图图元属性的编辑。
ArcCatalog：
建立ArcGIS的Web服务，使得程序可以通过Web访问服务器器上的地图数据。
网络信息服务IIS
IIS用来在本地PC机上提供一个虚拟的网络信息服务，让本地机可以充当临时的服务器。
其它一些辅助软件：
DreamWeaver：
方便用户进行页面前台设计和CSS样式设定。
UltraEdit：
一个良好的JavaScript代码编辑和查看环境（主要是因为VS2008的编辑环境对JavaScritp脚本编辑所提供的支持太少）
2.3 系统开发所需要的数据源
本次毕业设计所开发的配电网WebGIS系统所涉及到的数据库有两种[4]：
地理信息数据库（存储地理信息）和非地理信息数据库（存储非地理信息）。
地理信息数据，即ESRI的Shape格式地图数据，其主要作用是作为承载整个配电网信息的数据框架，主要内容是和地图相关的一此几何要素和呈现的样式以及一些必要的附加属性（可以用来和非地理信息数据相连接）。
非地理信息数据则是和配电相关的一些设备或者线路的详细信息，这些数据就是在配电分析和决策的数据实体，也就是需要被地理数据所承载的数据。
2.3.1地理数据库
地理信息数据有三种基本视图[参考ArcDesktop帮助文档]：
地理数据视图，地图视图，工具箱视图。
这三种视图通过地理数据表（一个GIS可视为一系列地理图片数据集），地图（一个GIS可视为一个智能化的地图视图）和工具箱（一个GIS可视为一系列的空间地理信息处理工具）来表现的[5]。
图2.2 GIS的三种视图
一个地图就是一系列的地图元素在页面上摆开并组织起来。
普通地图元素包括由地图图层，缩放工具条，指北针，标题，描述文本，和符号图例组成的地图框架。
最根本的地图元素就是地图框架，它提供了地理信息的展示规则。
在地图框架中，地理学内容被展示为一系列的覆盖了一定地图范围的地图图层——例如，像道路、河流、地图名称、建筑、行政区域划分、表面海拔高度、和卫星图 图层
图2.3 图层是地图框架组成
有一些普遍的规则用来限定GIS如何展示，操作，管理和分享地理信息的。
地理学表现方式有四种基本的类型：
要素（点，线，面的集合）；属性；图像；连续的表面（例如海拔标高）。
在GIS中，描述的属性一般在表中进行管理，这些表是基于一系列简单的必要的关系数据库概念。
一个关系数据库提供了一个简单的，普通的数据模型来存储和操作这些属性信息。
数据库管理系统天生的开放性，是因为他们的简单和灵活使得它们支持一些宽范围的应用程序，包括关键字关系概念。
这些表可以用来在对一些图层上的不同元素进行特别的附加属性，比如在本次毕业设计中，设备编号则作为附加属性存储在地理数据库中。
这些描述属性就是地理数据和非地理数据相联系的纽带。
例如在进行点查询的时候，可以根据鼠标交互，得到地图控件上操作的几何对象，然后根据地图的属性表找到附加属性，再以此附加属性作为入口到SQL中检索中更加详细的信息的，实现了两种数据源的连接。
地理数据可以用ArcDesktop中的ArcMap和ArcCatalog来进行创建。
具体的创建过程不是本文重点，所以在此就不赘述了。
图2.4 地图图层结构以及图层属性表
地图数据的Web访问平台是基于ArcGISServer，所以在创建好地图数据后，如果在进行网络平台的应用，那么还需要安装其网络运行服务ArcGISServer。
ArcGISServer是同行业中第一个在企业级服务器构架中实现GIS全功能的技术，它是对传统桌面应用和客户端/服务器应用的发展，为广域网中实现高性能的GIS功能提供了新的解决方案[6]。
ArcGISServer用于构建集中管理、支持多用户的企业级GIS应用[7]。
开发者使用ArcGISServer可构建Web应用、Web服务以及其他运行在标准的.NET和J2EEWeb服务器上的企业级应用，如EJB。
它可让开发者和系统设计员实现一个集中的GIS，并支持多用户访问。
与其他WebGIS开发工具不同的是，ArcGISServer允许开发人员在一个服务器环境中访问完全的GIS功能，其显著特征[8]为：
1.标准的GIS框架。
ArcGISServer提供了一个标准的框架用于开发GIS服务器应用，可扩展的功能使开发人员能集中精力实现GIS应用，而不需从零开始实现各种GIS的功能。
2.集中管理的GIS。
ArcGISServer支持集中管理的企业级GIS，如运行在服务器上的支持多用户的Web应用。
Web服务器应用可运行在多种Web服务器上，支持任何数量的用户访问。
3.跨平台功能。
ArcGISServerADF支持在Windows服务器平台上的.NET和JavaWev应用开发，以及在SunSolaris和Linux服务器上的Java开发。
4.支持标准的开发语言。
ArcGISServer支持多
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