在Linux下用Qt開(kāi)發(fā)新一代DTS圖形數據系統的分析

關(guān)鍵詞：DTS；圖形數據系統; Qt;Linux

１ 引言

調度員培訓模擬系統(Ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｉｍｕ-ｌａｔｏｒ，簡(jiǎn)稱(chēng)ＤＴＳ)是一個(gè)計算機系統，它可以按照被仿真的實(shí)際電力系統的數學(xué)模型來(lái)模擬各種調度操作和故障后的系統工況，并將這些信息送到電力系統控制中心的模型內，為調度員提供一個(gè)逼真的培訓環(huán)境，以達到既不影響實(shí)際電力系統的運行，又可以培訓調度運行人員的目的。

操作系統的發(fā)展，面對對象技術(shù)的出現，以及電力系統國際標準ＩＥＣ ６１９７０的制定，都給ＤＴＳ的發(fā)展提供了更廣闊的空間，其相應的發(fā)展也迫在眉睫。圖形數據一體化支撐環(huán)境(ＤＧＳＥ)作為ＤＴＳ(調度員培訓仿真系統Ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ?軟件的重要組成部分它的好壞直接影響到ＤＴＳ上高級應用軟件的開(kāi)發(fā)及整個(gè)系統的成敗。在以往的軟件結構上) ＤＧＳＥ通常僅包括底層通用圖形模塊、電力系統相關(guān)的圖形模塊、與離線(xiàn)庫和實(shí)時(shí)數據庫接口的支持模塊。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(hù)界面類(lèi)庫開(kāi)發(fā)的ＤＴＳ圖形數據一體化支撐環(huán)境的技術(shù)方案，本方案經(jīng)過(guò)反復測試以及用戶(hù)考驗證明，具有較高的穩定性和可靠性。

２　相關(guān)技術(shù)分析

２．１ 操作系統

在中國，ＥＭＳ／ＤＴＳ的主流操作系統是ＵＮＩＸ和ＮＴ。隨著(zhù)計算機的發(fā)展，更多的用戶(hù)接受了Ｌｉｎｕｘ這種自由軟件形式。作為操作系統的替代品，把Ｌｉｎｕｘ用作ＥＭＳ／ＤＴＳ操作平臺中有很多的優(yōu)勢。因為，Ｌｉｎｕｘ的代碼是公開(kāi)的，因而對Ｌｉｎｕｘ的改進(jìn)更為容易，此外，Ｌｉｎｕｘ還有很多可以免費獲得的工具。更突出的優(yōu)勢是Ｌｉｎｕｘ硬件兼容性好，可以運行在絕大多數的現有計算機中。而不像ＵＮＩＸ必須運行在強大的服務(wù)器或ＲＩＳＣ工作站上。另一方面，在Ｌｉｎｕｘ平臺下開(kāi)發(fā)圖形界面程序比在ＵＮＩＸ平臺下相對簡(jiǎn)單和快捷。用Ｌｉｎｕｘ來(lái)開(kāi)發(fā)可降低硬件成本并提高軟件開(kāi)發(fā)效率。實(shí)踐證明：當ＥＭＳ／ＤＴＳ運行在裝有Ｌｉｎｕｘ的ＰＣ機上時(shí)，它的速度比運行在裝有ＵＮＩＸ的ＲＩＳＣ工作站上要快許多。

２．２ 面向對象技術(shù)

面向對象技術(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、可維護性、重用性和擴充性。該技術(shù)在八十年代末逐漸為工業(yè)界所接受并開(kāi)始得到應用，且以其獨特的封裝性、繼承性和多態(tài)性為軟件工程帶來(lái)了一場(chǎng)革命。同傳統的軟件開(kāi)發(fā)方法相比，面向對象技術(shù)可以更直觀(guān)地對現實(shí)世界進(jìn)行抽象，因此更符合軟件開(kāi)發(fā)的規律，同時(shí)可使軟件開(kāi)發(fā)和調試更加規范化。進(jìn)入九十年代以后，面向對象的技術(shù)更顯示出其強大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。在電力工業(yè)方面，面向對象技術(shù)應用于ＤＴＳ可大大改善ＤＴＳ開(kāi)放性差、擴充性差、以及難維護等方面的不足。

２ ．３ Ｃ＋＋和Ｑｔ ３．０

在目前面向對象的編程語(yǔ)言中，Ｃ＋＋具有執行速度快、占用系統資源少的突出優(yōu)勢，ＤＴＳ對系統的實(shí)時(shí)性要求很高，是開(kāi)發(fā)ＤＴＳ的首選語(yǔ)言。加之以往很多電力系統軟件采用Ｃ語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，因此可以利用以往的工程成果，從而大大減少了開(kāi)發(fā)的工作量。

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

（１）支持多平臺。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）等操作系統上進(jìn)行方便地移植。

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

（３）高度面向對象，模塊化高，編寫(xiě)程序簡(jiǎn)單明了。一般來(lái)說(shuō)，用Ｍｏｔｉｆ?在ＵＮＩＸ上開(kāi)發(fā)ＤＴＳ用戶(hù)界面的主流類(lèi)庫?編寫(xiě)百行的代碼才可實(shí)現的功能，用Ｑｔ只用十幾行就能實(shí)現，因而可使程序員從繁瑣的編程中解脫出來(lái)，以專(zhuān)注于程序本身的內容。

（４）因為其類(lèi)庫的本質(zhì)可以與Ｍｏｆｉｔ類(lèi)庫混編，且Ｑｔ具有不同的系統風(fēng)格（包括ＵＮＩＸ），并能很好地和Ｍｏｔｉｆ用戶(hù)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ＳＶＧ的解釋是：“ＳＶＧ是一種使用ＸＭＬ來(lái)描述二維圖形的語(yǔ)言?！蹦壳?，國外陸續涌現了許多ＳＶＧ文檔的顯示、編輯和轉換工具，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。

因為ＳＶＧ本身也是ＸＭＬ，它同時(shí)也可以包含數據信息，所以，它能夠將ＤＴＳ中的圖形信息以ＳＶＧ格式進(jìn)行輸出，同時(shí)可向同一個(gè)文件中以ＸＭＬ格式輸出數據信息，這樣不僅可供Ｗｅｂ調用或供第三方應用軟件使用，還有利于與不同開(kāi)發(fā)商的ＥＭＳ／ＤＴＳ進(jìn)行信息交換。此外，也可以向國際標準ＩＥＣ ６１９７０靠攏。

２．５ 圖形、數據維護現狀

ＤＴＳ的數學(xué)模型比較復雜，畫(huà)面信息量大，操作種類(lèi)多，數據維護量大。以往的維護都是通過(guò)圖形維護數據庫等工具和手段來(lái)進(jìn)行。由于圖形和數據是分開(kāi)輸入和維護的，因此二者無(wú)法直接對應和同步，圖形修改與設備、網(wǎng)絡(luò )模型、系統參數等數據修改不能同步進(jìn)行?從而影響了數據維護的形象直觀(guān)性。另外，不直接面向電力設備對象也導致了分散的數據庫中過(guò)多的交叉信息，因而造成大量冗余信息的輸入和維護，數據庫間數據一致性也難以保證，數據的維護也極困難。由于沒(méi)有標準的信息交換接口及文件格式，所以各廠(chǎng)家的數據交互比較困難。

而本系統則將原有ＵＮＩＸ下Ｍｏｔｉｆ開(kāi)發(fā)的系統向Ｌｉｎｕｘ下移植，并用更為結構化的Ｃ＋＋語(yǔ)言和更方便的Ｑｔ ３．０圖形界面類(lèi)庫來(lái)對其進(jìn)行修改并完善其功能，從而使之向國際標準ＩＥＣ６１９７０靠攏，同時(shí)也提高了與其它系統的互操作性。

３　體系結構設計

選擇合適的體系結構，對于軟件開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是最重要的決策之一。良好的軟件體系結構可以降低軟件系統的復雜性，這對大規模的并行開(kāi)發(fā)起著(zhù)舉足輕重的作用。

新一代的ＤＴＳ圖形數據系統體系結構設計如圖１所示。其中，Ｑｔ庫是Ｌｉｎｕｘ操作系統預裝的Ｃ＋＋圖形用戶(hù)界面類(lèi)庫，它包含了對話(huà)框、菜單、字體、基本圖形（直線(xiàn)、矩形、圓等）的繪制等等圖形界面基礎類(lèi)，是系統界面的基礎。

繪圖操作模塊包含有繪圖中各種操作的實(shí)現模式，包括對各種基本圖形及電氣圖元進(jìn)行編輯操作，例如：區域或單元多單元，文件內及文件間的選擇、復制、剪切、粘貼、縮放、旋轉、變形、恢復、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上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，它可以提供給用戶(hù)制作、使用、維護電氣圖元的功能。圖形庫模塊包含有表示電力系統設備的基本要素類(lèi)，如一個(gè)圖形元件的形狀、連接點(diǎn)、數據庫關(guān)聯(lián)等。用面向對象的方法來(lái)封裝電力系統中的這些要素，并以這些要素去繪制電力系統中的電氣設備（如開(kāi)關(guān)、刀閘、發(fā)電機等），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，可以大大提高系統的可擴展性和用戶(hù)的自適應性。

繪圖模塊是構建在Ｑｔ庫、繪圖操作模塊和圖形庫模塊基礎上的，主要用于在基本圖形和圖形庫中實(shí)現電氣的圖元繪制及維護系統圖、廠(chǎng)站圖及初始化曲線(xiàn)以及棒圖等功能。

數據維護模塊主要實(shí)現對初始化模塊初始實(shí)時(shí)數據庫數據的調用、實(shí)時(shí)數據庫的訪(fǎng)問(wèn)以及實(shí)時(shí)數據庫的修改等功能。它采用三層架構方式來(lái)將用戶(hù)界面、業(yè)務(wù)邏輯、數據訪(fǎng)問(wèn)分離開(kāi)來(lái)，而它們彼此間則通過(guò)接口交互。在這種架構下，用戶(hù)通過(guò)中間層來(lái)訪(fǎng)問(wèn)和修改數據庫，這樣有利于保持數據的一致性和正確性。由于用戶(hù)不直接訪(fǎng)問(wèn)數據庫，因此，數據庫結構的改變不會(huì )引起用戶(hù)服務(wù)程序的修改，而只需修改中間層。

圖形、數據維護模塊負責繪圖模塊和數據維護模塊的協(xié)調工作，它可在繪圖的同時(shí)通過(guò)圖形及友好的人機界面輸入相應的設備參數和運行參數，并具有合理性校驗、自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò )拓撲結構等功能，該模塊是本系統的核心部分。

ＤＴＳ潮流計算及仿真培訓模塊嚴格地說(shuō)不屬于圖形數據一體化支撐平臺，它是基于圖形數據一體化支撐平臺的高級應用，是圖形數據一體化支撐平臺服務(wù)的對象。

４　圖形數據的維護

圖形、數據維護是本系統的核心部分。結合ＤＴＳ系統以往的數據維護方式，考慮到各種維護工作側重點(diǎn)的不同，本系統具有三種維護使用方式：交互式、圖庫一體化、批處理。這三種維護方式各有其特點(diǎn)和應用范圍。交互式能提供友好界面以供用戶(hù)瀏覽、查詢(xún)、維護，該方式側重于對少量數據的錄入修改；圖庫一體化方式可將圖形與數據庫中的設備、網(wǎng)絡(luò )模型、系統參數等數據關(guān)聯(lián)起來(lái)，該方式側重于設備、電力網(wǎng)絡(luò )模型的維護。批處理方式側重數據的大批量裝入和導出，當然，批量的導入僅限于一些不改變關(guān)聯(lián)關(guān)系的操作。對于不同類(lèi)型的用戶(hù)，可以根據所維護工作的特點(diǎn)選用不同的維護方式。通常，普通用戶(hù)可使用交互式，同時(shí)僅使用數據瀏覽權限；圖庫一體化用戶(hù)由于要維護系統設備參數和網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，因而可使用圖庫一體化方式；而對于數據庫維護人員，則應使用批處理、交互式方式或圖庫一體化方式。

４．１ 交互式

交互式可提供統一的、面向調度自動(dòng)化系統的數據維護工具，以幫助用戶(hù)透明地維護所有的數據庫，其中包括計算機通信系統以及ＳＣＡＤＡ系統、特殊計算、報警管理、網(wǎng)絡(luò )拓撲、設備參數、模擬盤(pán)等數據庫。交互式主要實(shí)現瀏覽查詢(xún)和數據維護兩項功能，其中瀏覽查詢(xún)可提供一致和透明的工具，以供使用人員瀏覽查詢(xún)數據庫信息，它包含兩種方式：一是表格瀏覽器方式，該方式可供維護人員和系統管理員對系統的各個(gè)具體數據庫進(jìn)行瀏覽查詢(xún)；另一種是整體數據查詢(xún)方式，可供使用人員或調度員瀏覽查詢(xún)電力系統結構和全部數據，該方式支持層次、關(guān)系的瀏覽查詢(xún)。

數據維護可使維護人員編輯和修改各種數據參數，如增加計算點(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)保持圖形與數據庫數據的一致。該方式可在圖形編輯器繪制單線(xiàn)圖的同時(shí)將對應的電力網(wǎng)絡(luò )中的數據庫數據一并填寫(xiě)完畢，并進(jìn)行校驗以保證數據庫填寫(xiě)的正確性。這種方式面向設備圖元，形象直觀(guān)，設備之間的連接關(guān)系比較清晰，且圖形和數據同步，能解決以往系統中圖形、數據庫和網(wǎng)絡(luò )建模因多次輸入而可能造成的數據不一致的問(wèn)題，從而提高了系統的整體水平。

４．３ 批處理

批處理方式主要用于大批量數據的維護，主要包括導入和導出功能。導入主要用于實(shí)現數據庫的批量生成，即利用準備好的數據文件填寫(xiě)離線(xiàn)庫的數據；導出則是利用離線(xiàn)庫數據生成批量裝入文件。其中數據文件具有文本文件和ＸＭＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ，可擴展標記語(yǔ)言）文件兩種形式。

文本文件形式簡(jiǎn)單直觀(guān)、導入導出快捷，但是不同廠(chǎng)商獨立開(kāi)發(fā)的ＤＴＳ 應用數據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格式表達圖形信息的ＸＭＬ文件格式來(lái)表達數據信息可使信息組織高度結構化。ＸＭＬ 是不同應用系統之間的數據接口標準，是所有信息的中間層表示，可解決信息表示、關(guān)聯(lián)的統一，實(shí)現跨平臺、跨操作系統的信息交互。ＸＭＬ 的ＨＴＭＬ 標準信息傳輸格式還擴大了網(wǎng)絡(luò )傳輸和信息共享范圍。當ＸＭＬ與控制中心接口的公用信息模型（ＣＣＡＰＩ ―ＣＩＭ）結合（即在應用程序或構件接口語(yǔ)義級上基于ＣＩＭ）時(shí)，不同廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)的應用程序或不同系統的應用軟件間就可以用統一的ＸＭＬ文件方式實(shí)現正確的信息交換。

５　結論

本系統以Ｌｉｎｕｘ為平臺，具有較高的穩定性，硬件兼容性好，價(jià)格低廉，速度快。將面向對象技術(shù)應用于ＤＴＳ可大大改善ＤＴＳ開(kāi)放性差、擴充性差、難維護等不足。而采用Ｃ＋＋和Ｑｔ類(lèi)庫編程，則可利用前人已有的成果進(jìn)一步降低開(kāi)發(fā)難度，提高開(kāi)發(fā)效率。同時(shí)也很容易向ＵＮＩＸ移植，以適應一些用戶(hù)的特殊要求。由于該系統在圖形數據維護上對老系統進(jìn)行了完善，因而大大減少了原有ＤＴＳ數據維護的工作量及繁雜度。另外，與ＥＭＳ ＡＰＩ ＩＥＣ ６１９７０標準相結合還可導出ＸＭＬ數據文本和ＳＶＧ格式畫(huà)面，從而可方便地與其它系統實(shí)現互操作。目前，此系統已應用于山東臨沂的ＤＴＳ中，并得到調度員和專(zhuān)業(yè)人士的好評，同時(shí)也證明了此方案的可行性與實(shí)用性。