在Linux下用Qt開發(fā)新一代DTS圖形數(shù)據(jù)系統(tǒng)的分析

關(guān)鍵詞：DTS；圖形數(shù)據(jù)系統(tǒng); Qt;Linux

１ 引言

調(diào)度員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)(Ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｉｍｕ-ｌａｔｏｒ，簡(jiǎn)稱ＤＴＳ)是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可以按照被仿真的實(shí)際電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來模擬各種調(diào)度操作和故障后的系統(tǒng)工況，并將這些信息送到電力系統(tǒng)控制中心的模型內(nèi)，為調(diào)度員提供一個(gè)逼真的培訓(xùn)環(huán)境，以達(dá)到既不影響實(shí)際電力系統(tǒng)的運(yùn)行，又可以培訓(xùn)調(diào)度運(yùn)行人員的目的。

操作系統(tǒng)的發(fā)展，面對(duì)對(duì)象技術(shù)的出現(xiàn)，以及電力系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)ＩＥＣ ６１９７０的制定，都給ＤＴＳ的發(fā)展提供了更廣闊的空間，其相應(yīng)的發(fā)展也迫在眉睫。圖形數(shù)據(jù)一體化支撐環(huán)境(ＤＧＳＥ)作為ＤＴＳ(調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)Ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ?軟件的重要組成部分它的好壞直接影響到ＤＴＳ上高級(jí)應(yīng)用軟件的開發(fā)及整個(gè)系統(tǒng)的成敗。在以往的軟件結(jié)構(gòu)上) ＤＧＳＥ通常僅包括底層通用圖形模塊、電力系統(tǒng)相關(guān)的圖形模塊、與離線庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫接口的支持模塊。本文第一次提出一個(gè)以Ｑｔ為底層圖形模塊、用Ｃ＋＋和Ｑｔ圖形用戶界面類庫開發(fā)的ＤＴＳ圖形數(shù)據(jù)一體化支撐環(huán)境的技術(shù)方案，本方案經(jīng)過反復(fù)測(cè)試以及用戶考驗(yàn)證明，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

２　相關(guān)技術(shù)分析

２．１ 操作系統(tǒng)

在中國，ＥＭＳ／ＤＴＳ的主流操作系統(tǒng)是ＵＮＩＸ和ＮＴ。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，更多的用戶接受了Ｌｉｎｕｘ這種自由軟件形式。作為操作系統(tǒng)的替代品，把Ｌｉｎｕｘ用作ＥＭＳ／ＤＴＳ操作平臺(tái)中有很多的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)椋蹋椋睿酰拇a是公開的，因而對(duì)Ｌｉｎｕｘ的改進(jìn)更為容易，此外，Ｌｉｎｕｘ還有很多可以免費(fèi)獲得的工具。更突出的優(yōu)勢(shì)是Ｌｉｎｕｘ硬件兼容性好，可以運(yùn)行在絕大多數(shù)的現(xiàn)有計(jì)算機(jī)中。而不像ＵＮＩＸ必須運(yùn)行在強(qiáng)大的服務(wù)器或ＲＩＳＣ工作站上。另一方面，在Ｌｉｎｕｘ平臺(tái)下開發(fā)圖形界面程序比在ＵＮＩＸ平臺(tái)下相對(duì)簡(jiǎn)單和快捷。用Ｌｉｎｕｘ來開發(fā)可降低硬件成本并提高軟件開發(fā)效率。實(shí)踐證明：當(dāng)ＥＭＳ／ＤＴＳ運(yùn)行在裝有Ｌｉｎｕｘ的ＰＣ機(jī)上時(shí)，它的速度比運(yùn)行在裝有ＵＮＩＸ的ＲＩＳＣ工作站上要快許多。

２．２ 面向?qū)ο蠹夹g(shù)

面向?qū)ο蠹夹g(shù)具有封裝性、繼承性、多態(tài)性三大特點(diǎn)。這些特性將大大提高軟件的可靠性、可維護(hù)性、重用性和擴(kuò)充性。該技術(shù)在八十年代末逐漸為工業(yè)界所接受并開始得到應(yīng)用，且以其獨(dú)特的封裝性、繼承性和多態(tài)性為軟件工程帶來了一場(chǎng)革命。同傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方法相比，面向?qū)ο蠹夹g(shù)可以更直觀地對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象，因此更符合軟件開發(fā)的規(guī)律，同時(shí)可使軟件開發(fā)和調(diào)試更加規(guī)范化。進(jìn)入九十年代以后，面向?qū)ο蟮募夹g(shù)更顯示出其強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。在電力工業(yè)方面，面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用于ＤＴＳ可大大改善ＤＴＳ開放性差、擴(kuò)充性差、以及難維護(hù)等方面的不足。

２ ．３ Ｃ＋＋和Ｑｔ ３．０

在目前面向?qū)ο蟮木幊陶Z言中，Ｃ＋＋具有執(zhí)行速度快、占用系統(tǒng)資源少的突出優(yōu)勢(shì)，ＤＴＳ對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求很高，是開發(fā)ＤＴＳ的首選語言。加之以往很多電力系統(tǒng)軟件采用Ｃ語言開發(fā)，因此可以利用以往的工程成果，從而大大減少了開發(fā)的工作量。

Ｑｔ是Ｌｉｎｕｘ下的Ｃ＋＋用戶界面開發(fā)包，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（１）支持多平臺(tái)。其程序可在ＭＳ Ｗｉｎｄｏｗｓ系列（Ｗｉｎｄｏｗｓ ９５、Ｗｉｎｄｏｗｓ ９８、Ｗｉｎｄｏｗｓ ＮＴ、和Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００）和ＵＮＩＸ／Ｘ１１ 系列（Ｌｉｎｕｘ、Ｓｕｎ Ｓｏｌａｒｉｓ、ＨＰ－ＵＸ、Ｄｉｇｉｔａｌ ＵＮＩＸ、ＩＢＭ ＡＩＸ、ＳＧＩ ＩＲＩＸ）等操作系統(tǒng)上進(jìn)行方便地移植。

（２）國際化支持好。已經(jīng)有多個(gè)語言版本，包括中文，從而解決了漢化問題。

（３）高度面向?qū)ο螅K化高，編寫程序簡(jiǎn)單明了。一般來說，用Ｍｏｔｉｆ?在ＵＮＩＸ上開發(fā)ＤＴＳ用戶界面的主流類庫?編寫百行的代碼才可實(shí)現(xiàn)的功能，用Ｑｔ只用十幾行就能實(shí)現(xiàn)，因而可使程序員從繁瑣的編程中解脫出來，以專注于程序本身的內(nèi)容。

（４）因?yàn)槠漕悗斓谋举|(zhì)可以與Ｍｏｆｉｔ類庫混編，且Ｑｔ具有不同的系統(tǒng)風(fēng)格（包括ＵＮＩＸ），并能很好地和Ｍｏｔｉｆ用戶界面溶合在一起?因而它是很好的優(yōu)化ＤＴＳ的工具。

２．４ ＳＶＧ

ＳＶＧ（可升級(jí)矢量圖形，Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）是由國際ＷＷＷ委員會(huì)（Ｗ３Ｃ）組織于２０００年８月２日制定的一種新的二維矢量圖形格式。Ｗ３Ｃ對(duì)ＳＶＧ的解釋是：“ＳＶＧ是一種使用ＸＭＬ來描述二維圖形的語言。”目前，國外陸續(xù)涌現(xiàn)了許多ＳＶＧ文檔的顯示、編輯和轉(zhuǎn)換工具，也包括瀏覽器插件。例如，在Ｗｉｎｄｏｗｓ中裝上Ａｄｏｂｅ的ＳＶＧ Ｖｉｅｗｅｒ后，ＳＶＧ文件就能在ＩＥ中被瀏覽。

因?yàn)椋樱郑潜旧硪彩牵兀停蹋瑫r(shí)也可以包含數(shù)據(jù)信息，所以，它能夠?qū)ⅲ模裕又械膱D形信息以ＳＶＧ格式進(jìn)行輸出，同時(shí)可向同一個(gè)文件中以ＸＭＬ格式輸出數(shù)據(jù)信息，這樣不僅可供Ｗｅｂ調(diào)用或供第三方應(yīng)用軟件使用，還有利于與不同開發(fā)商的ＥＭＳ／ＤＴＳ進(jìn)行信息交換。此外，也可以向國際標(biāo)準(zhǔn)ＩＥＣ ６１９７０靠攏。

２．５ 圖形、數(shù)據(jù)維護(hù)現(xiàn)狀

ＤＴＳ的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，畫面信息量大，操作種類多，數(shù)據(jù)維護(hù)量大。以往的維護(hù)都是通過圖形維護(hù)數(shù)據(jù)庫等工具和手段來進(jìn)行。由于圖形和數(shù)據(jù)是分開輸入和維護(hù)的，因此二者無法直接對(duì)應(yīng)和同步，圖形修改與設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)模型、系統(tǒng)參數(shù)等數(shù)據(jù)修改不能同步進(jìn)行?從而影響了數(shù)據(jù)維護(hù)的形象直觀性。另外，不直接面向電力設(shè)備對(duì)象也導(dǎo)致了分散的數(shù)據(jù)庫中過多的交叉信息，因而造成大量冗余信息的輸入和維護(hù)，數(shù)據(jù)庫間數(shù)據(jù)一致性也難以保證，數(shù)據(jù)的維護(hù)也極困難。由于沒有標(biāo)準(zhǔn)的信息交換接口及文件格式，所以各廠家的數(shù)據(jù)交互比較困難。

而本系統(tǒng)則將原有ＵＮＩＸ下Ｍｏｔｉｆ開發(fā)的系統(tǒng)向Ｌｉｎｕｘ下移植，并用更為結(jié)構(gòu)化的Ｃ＋＋語言和更方便的Ｑｔ ３．０圖形界面類庫來對(duì)其進(jìn)行修改并完善其功能，從而使之向國際標(biāo)準(zhǔn)ＩＥＣ６１９７０靠攏，同時(shí)也提高了與其它系統(tǒng)的互操作性。

３　體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選擇合適的體系結(jié)構(gòu)，對(duì)于軟件開發(fā)者來說是最重要的決策之一。良好的軟件體系結(jié)構(gòu)可以降低軟件系統(tǒng)的復(fù)雜性，這對(duì)大規(guī)模的并行開發(fā)起著舉足輕重的作用。

新一代的ＤＴＳ圖形數(shù)據(jù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖１所示。其中，Ｑｔ庫是Ｌｉｎｕｘ操作系統(tǒng)預(yù)裝的Ｃ＋＋圖形用戶界面類庫，它包含了對(duì)話框、菜單、字體、基本圖形（直線、矩形、圓等）的繪制等等圖形界面基礎(chǔ)類，是系統(tǒng)界面的基礎(chǔ)。

繪圖操作模塊包含有繪圖中各種操作的實(shí)現(xiàn)模式，包括對(duì)各種基本圖形及電氣圖元進(jìn)行編輯操作，例如：區(qū)域或單元多單元，文件內(nèi)及文件間的選擇、復(fù)制、剪切、粘貼、縮放、旋轉(zhuǎn)、變形、恢復(fù)、撤消等基本操作。

圖形庫模塊可在Ｑｔ庫和繪圖操作模塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，它可以提供給用戶制作、使用、維護(hù)電氣圖元的功能。圖形庫模塊包含有表示電力系統(tǒng)設(shè)備的基本要素類，如一個(gè)圖形元件的形狀、連接點(diǎn)、數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)等。用面向?qū)ο蟮姆椒▉矸庋b電力系統(tǒng)中的這些要素，并以這些要素去繪制電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備（如開關(guān)、刀閘、發(fā)電機(jī)等），以制作一個(gè)可以整體使用的，并具有電網(wǎng)屬性的電氣圖元，可以大大提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和用戶的自適應(yīng)性。

繪圖模塊是構(gòu)建在Ｑｔ庫、繪圖操作模塊和圖形庫模塊基礎(chǔ)上的，主要用于在基本圖形和圖形庫中實(shí)現(xiàn)電氣的圖元繪制及維護(hù)系統(tǒng)圖、廠站圖及初始化曲線以及棒圖等功能。

數(shù)據(jù)維護(hù)模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)初始化模塊初始實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的調(diào)用、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的訪問以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的修改等功能。它采用三層架構(gòu)方式來將用戶界面、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)訪問分離開來，而它們彼此間則通過接口交互。在這種架構(gòu)下，用戶通過中間層來訪問和修改數(shù)據(jù)庫，這樣有利于保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性和正確性。由于用戶不直接訪問數(shù)據(jù)庫，因此，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的改變不會(huì)引起用戶服務(wù)程序的修改，而只需修改中間層。

圖形、數(shù)據(jù)維護(hù)模塊負(fù)責(zé)繪圖模塊和數(shù)據(jù)維護(hù)模塊的協(xié)調(diào)工作，它可在繪圖的同時(shí)通過圖形及友好的人機(jī)界面輸入相應(yīng)的設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，并具有合理性校驗(yàn)、自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等功能，該模塊是本系統(tǒng)的核心部分。

ＤＴＳ潮流計(jì)算及仿真培訓(xùn)模塊嚴(yán)格地說不屬于圖形數(shù)據(jù)一體化支撐平臺(tái)，它是基于圖形數(shù)據(jù)一體化支撐平臺(tái)的高級(jí)應(yīng)用，是圖形數(shù)據(jù)一體化支撐平臺(tái)服務(wù)的對(duì)象。

４　圖形數(shù)據(jù)的維護(hù)

圖形、數(shù)據(jù)維護(hù)是本系統(tǒng)的核心部分。結(jié)合ＤＴＳ系統(tǒng)以往的數(shù)據(jù)維護(hù)方式，考慮到各種維護(hù)工作側(cè)重點(diǎn)的不同，本系統(tǒng)具有三種維護(hù)使用方式：交互式、圖庫一體化、批處理。這三種維護(hù)方式各有其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。交互式能提供友好界面以供用戶瀏覽、查詢、維護(hù)，該方式側(cè)重于對(duì)少量數(shù)據(jù)的錄入修改；圖庫一體化方式可將圖形與數(shù)據(jù)庫中的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)模型、系統(tǒng)參數(shù)等數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，該方式側(cè)重于設(shè)備、電力網(wǎng)絡(luò)模型的維護(hù)。批處理方式側(cè)重?cái)?shù)據(jù)的大批量裝入和導(dǎo)出，當(dāng)然，批量的導(dǎo)入僅限于一些不改變關(guān)聯(lián)關(guān)系的操作。對(duì)于不同類型的用戶，可以根據(jù)所維護(hù)工作的特點(diǎn)選用不同的維護(hù)方式。通常，普通用戶可使用交互式，同時(shí)僅使用數(shù)據(jù)瀏覽權(quán)限；圖庫一體化用戶由于要維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因而可使用圖庫一體化方式；而對(duì)于數(shù)據(jù)庫維護(hù)人員，則應(yīng)使用批處理、交互式方式或圖庫一體化方式。

４．１ 交互式

交互式可提供統(tǒng)一的、面向調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)維護(hù)工具，以幫助用戶透明地維護(hù)所有的數(shù)據(jù)庫，其中包括計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)以及ＳＣＡＤＡ系統(tǒng)、特殊計(jì)算、報(bào)警管理、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒃O(shè)備參數(shù)、模擬盤等數(shù)據(jù)庫。交互式主要實(shí)現(xiàn)瀏覽查詢和數(shù)據(jù)維護(hù)兩項(xiàng)功能，其中瀏覽查詢可提供一致和透明的工具，以供使用人員瀏覽查詢數(shù)據(jù)庫信息，它包含兩種方式：一是表格瀏覽器方式，該方式可供維護(hù)人員和系統(tǒng)管理員對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)具體數(shù)據(jù)庫進(jìn)行瀏覽查詢；另一種是整體數(shù)據(jù)查詢方式，可供使用人員或調(diào)度員瀏覽查詢電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和全部數(shù)據(jù)，該方式支持層次、關(guān)系的瀏覽查詢。

數(shù)據(jù)維護(hù)可使維護(hù)人員編輯和修改各種數(shù)據(jù)參數(shù)，如增加計(jì)算點(diǎn)，修改采集點(diǎn)等。

４．２ 圖庫一體化

圖庫一體化方式就是自動(dòng)保持圖形與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致。該方式可在圖形編輯器繪制單線圖的同時(shí)將對(duì)應(yīng)的電力網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)一并填寫完畢，并進(jìn)行校驗(yàn)以保證數(shù)據(jù)庫填寫的正確性。這種方式面向設(shè)備圖元，形象直觀，設(shè)備之間的連接關(guān)系比較清晰，且圖形和數(shù)據(jù)同步，能解決以往系統(tǒng)中圖形、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)建模因多次輸入而可能造成的數(shù)據(jù)不一致的問題，從而提高了系統(tǒng)的整體水平。

４．３ 批處理

批處理方式主要用于大批量數(shù)據(jù)的維護(hù)，主要包括導(dǎo)入和導(dǎo)出功能。導(dǎo)入主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的批量生成，即利用準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)文件填寫離線庫的數(shù)據(jù)；導(dǎo)出則是利用離線庫數(shù)據(jù)生成批量裝入文件。其中數(shù)據(jù)文件具有文本文件和ＸＭＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ，可擴(kuò)展標(biāo)記語言）文件兩種形式。

文本文件形式簡(jiǎn)單直觀、導(dǎo)入導(dǎo)出快捷，但是不同廠商獨(dú)立開發(fā)的ＤＴＳ 應(yīng)用數(shù)據(jù)的描述方式不盡相同，故該文件形式不適用于廣泛的信息交換。

以ＳＶＧ格式表達(dá)圖形信息的ＸＭＬ文件格式來表達(dá)數(shù)據(jù)信息可使信息組織高度結(jié)構(gòu)化。ＸＭＬ 是不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，是所有信息的中間層表示，可解決信息表示、關(guān)聯(lián)的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨操作系統(tǒng)的信息交互。ＸＭＬ 的ＨＴＭＬ 標(biāo)準(zhǔn)信息傳輸格式還擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)傳輸和信息共享范圍。當(dāng)ＸＭＬ與控制中心接口的公用信息模型（ＣＣＡＰＩ ―ＣＩＭ）結(jié)合（即在應(yīng)用程序或構(gòu)件接口語義級(jí)上基于ＣＩＭ）時(shí)，不同廠商開發(fā)的應(yīng)用程序或不同系統(tǒng)的應(yīng)用軟件間就可以用統(tǒng)一的ＸＭＬ文件方式實(shí)現(xiàn)正確的信息交換。

５　結(jié)論

本系統(tǒng)以Ｌｉｎｕｘ為平臺(tái)，具有較高的穩(wěn)定性，硬件兼容性好，價(jià)格低廉，速度快。將面向?qū)ο蠹夹g(shù)應(yīng)用于ＤＴＳ可大大改善ＤＴＳ開放性差、擴(kuò)充性差、難維護(hù)等不足。而采用Ｃ＋＋和Ｑｔ類庫編程，則可利用前人已有的成果進(jìn)一步降低開發(fā)難度，提高開發(fā)效率。同時(shí)也很容易向ＵＮＩＸ移植，以適應(yīng)一些用戶的特殊要求。由于該系統(tǒng)在圖形數(shù)據(jù)維護(hù)上對(duì)老系統(tǒng)進(jìn)行了完善，因而大大減少了原有ＤＴＳ數(shù)據(jù)維護(hù)的工作量及繁雜度。另外，與ＥＭＳ ＡＰＩ ＩＥＣ ６１９７０標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合還可導(dǎo)出ＸＭＬ數(shù)據(jù)文本和ＳＶＧ格式畫面，從而可方便地與其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作。目前，此系統(tǒng)已應(yīng)用于山東臨沂的ＤＴＳ中，并得到調(diào)度員和專業(yè)人士的好評(píng)，同時(shí)也證明了此方案的可行性與實(shí)用性。