ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅｓ應用于電力ＧＩＳ的探討

2008-04-12 00:00:00劉亞汀張蕊王寧

現代電子技術 2008年20期

摘要：近幾年GIS在電力系統得到了廣泛的應用。Web Services的出現，將改變在Web上進行軟件設計的方法，也將引起電力GIS體系的變革。通過對電力GIS單個事例的剖析，給出一個基于Web Services的WebGIS三層系統構架模型并進行論述。基于Web Services開發的電力GIS具有系統擴展性強、代碼重用度高的特點。其同時也是解決目前WebGIS系統所面臨的問題的有效途徑。

關鍵詞：電力地理信息系統；網絡服務；XML；系統構架模型

中圖分類號：TP311文獻標識碼：B文章編號：1004373X(2008)2010004

Discussion of Web Services in Electric Power GIS

LIU Yating1，ZHANG Rui1，WANG Ning2

(1.Xi′an Electric Power College，Xi′an，710032，China;2.Xi′an Power Supply Bureau，Xi′an，710032，China)

Abstract：GIS has been used widely in electric power system in recent years.The emergence of Web Services changes the design mode and brings the innovation of electric power GIS system．This paper analyzes a single case of electric power GIS deeply，introduces and discusses a three tier system truss model based on Web Services technology.Electric power GIS based on Web Services technology has strong system expansibility and high code repetition use，so it is the effective method to resolve the question faced on the WebGIS recently.

Keywords：electric power GIS;web services;XML;system structure model

隨著我國城市經濟建設和社會的快速發展，用電負荷日益增長，電網運行的控制及管理工作變得比以往任何時期都更為復雜。電力GIS由于能及時、全面、準確地獲取電力企業的各種資源信息，并加以提煉、分析，為電力企業的管理者和決策者提供輔助決策支持，而得到廣泛應用。

近幾年來，隨著網絡技術的不斷發展， GIS（地理信息系統）與Internet 兩者的結合成為WebGIS。當WebGIS出現以后，它在電力系統中應用的范圍更加廣泛，使電力系統信息實現共享更加方便，信息共享程度不斷提高，更加方便了電力系統信息的可視化管理。WebGIS在電力系統中的應用主要體現在以下幾個方面：輸變電管理（線路設計、線路操作及空間分析）、配電管理（配電網絡的設計、線路負荷統計與預測、變配電站、開關站操作及空間分析、遙測信號對站內設備實時變位、配電潮流分析、供電可靠性分析等）和用戶服務支持等。

但是隨著應用的深入可以看到，由于Web的種種限制和GIS本身的一些特點，事實上WebGIS的實現技術存在著很大的問題。首先，它們都不能實現異構空間數據互操作以及實現跨平臺的問題，因而，也不是真正意義上的開放的萬維網地理信息系統；其次，由于Web本身將內容的表現和運行邏輯結合在一起，所以，對于一個WebGIS應用，從設計、開發、應用到維護，都很難以連貫、有效的方式完成軟件的整個生命周期；再者，以上述方式和模型構建的WebGIS是緊密藕合的，對Web開發人員來說，系統的開發、調試、維護都很困難，要實現對系統的擴展更是困難重重。

這些問題，有些則是GIS軟件特有的問題，有些是Web軟件特有的問題。所以，必須從GIS和Web這兩方面同時入手來解決WebGIS的這些問題。目前有W3C和OGC等2大類型的標準化組織在研究和解決這些問題，他們提出了Web Services的概念，只有通過Web Services，才能有效地解決WebGIS中的問題。

1 Web Services技術分析

Web Services是使用Web Services技術創建的具體應用實例，而Web Services則是用于構架Web Services的整體技術框架。

Web Services可以從多個角度來定義。從技術方面講，一個Web Services是可以被URL識別的應用軟件，其接口和綁定由XML描述和發現，并可與其他基于XML消息的應用程序交互。

從功能角度講，Web Services是一種新型的Web應用程序，具有自包含、自描述以及模塊化的特點，可以通過Web發布、查找和調用。其實現的功能可以是響應客戶一個簡單的請求，也可以是完成一個復雜的商務流程。一個Web Services配置好后，其他應用程序和Web Services就可以直接發現和調用該服務。

1.1 Web Services的工作流程

Web Services的工作流程如圖1所示。

第一步，客戶端向提供UDDI服務的服務中心請求查找服務，得到WSDL文檔的URL地址。客戶端如果知道WSDL文件的URL地址，可以跳過這一步。

第二步，客戶端根據URL向Web Services的提供者請求服務說明文件WSDL。

第三步，客戶端根據服務說明，向Web Services的提供者請求這個服務，并得到服務的結果。

通過這一系列的交互，客戶端完成了對服務的使用。

1.2 Web Services的協議

Web Services是由一系列的協議組成。目前Web Services的協議棧如表1所示。其中，下面兩層是先前己經定義好的并且廣泛使用的傳輸層和網絡層的標準IP，HTTP，SMTP等。而中間的4層是目前開發的Web Services的相關標準協議，也是Web Services的核心技術，包括服務調用協議SoAP、服務描述協議WSDL，服務發現/集成協議UDDI，以及服務工作流描述語言WSFL。最上層描述的是更高層的待開發的關于路由以及事務等方面的協議。右邊的部分是各個協議層的公用機制，這些機制一般由外部的正交機制來完成。

1.3 Web Services對電力GIS的作用

采用Web Services相關的技術實現電力GIS系統，可以很好地解決目前電力GIS中存在的跨平臺、軟件復用等問題。

（1）利用XML實現數據類型的標準化

在面向對象系統中，如何表示基本的對象是非常重要的問題。為了表示一個復雜對象如城市配電網，需要這些簡單幾何體以組合和聯合的方式來表示。但是在電力GIS系統中，不僅對描述復雜的復合實體的表示方法不同，而且組成復合對象的基本數據類型的描述也有可能各不相同，對象之間錯綜復雜的各種關系更無法統一表示。

（2）利用WSDL實現軟件復用

Web Services可以簡單地認為是網絡上的組件。而且由于組件的功能是以WSDL文件的方式暴露給外界，本身的實現被完全隱藏。同時，由于采用XML/GML定義數據類型，可以表示一些復雜的電力相關地理信息類型，所以電力GIS中的數據模型可以被完全表示出來；根據XSLT不同的數據模型之間也可以很方便地實現轉換，對數據的處理與數據放在一起，不同的數據，其內部操作的方式不盡相同，但是因為都遵守一定的接口規范，所以外部調用的方式完全相同。

利用網絡組件的方式，在應用程序之間流動的，只是命令和響應，數據和程序都不需要在網絡上傳輸，節省了帶寬和計算時間。

（3）利用WSDL和SoAP實現跨平臺

Web Services采用組件化軟件的思想，使用標準的協議和接口，用WSDL語言來描述功能接口，屏蔽了具體實現的方式（體系結構、包括硬件、操作系統、語言、運行方式）。由于Web Services的各個功能組件之間采用松散藕合的方式，系統一個節點的更新、崩潰、更換操作系統不會影響到整個電力GIS系統的其他節點。

在Web Services中，采用SoAP/HTTP標準協議實現服務的通信方式。這樣就可以利用已有的成功的通信方式，不需要自己再設計一套完全不同的通信方式來進行客戶端和服務器端之間的通信。

（4）利用UDDI實現電力GIS組件的共享

在Web Services中，采用UDDI注冊中心的方式來注冊和發現服務，使得用戶和服務提供者之間的溝通更加容易。服務的注冊，發現和綁定模式，使得應用程序對服務不再是靜態依賴關系。因為應用程序可以通過UDDI注冊中心來動態更新有關服務的元數據，該元數據可以包括服務的版本號、更新時間、服務URL位置、服務功能等信息，從而供應用程序選擇和使用。所以服務的動態添加、刪除和更新不會對已有的應用程序產生影響。可以利用不同組織，機構或者個人開發的不同GIS組件來構建GIS系統，從而實現電力GIS組件的共享。

2 基于Web Services的電力GIS系統設計

2.1 電力GIS與Web Services的結合

這里以結構較為簡單的電力客戶服務系統為例，考慮到實際實現過程中可以用到的方法，提出一個WebGIS系統的實現原型如圖2所示。

＜img src=\"https://img.resource.qikan.cn/qkimages/moet/moet200820/moet20082033-3-l.jpg?auth_key=1748412587-962157506-0-c60113dbdca9a479f707e501941592bd\" hspace=\"15\" vspace=\"5\" align=\"\"＞

該原型是一個典型的3層結構，各部分的功能如下，

（1）客戶端產品采用VC實現，主要接受用戶的操作，將操作結果傳遞給用戶顯示；

（2）應用服務器采用Java實現，根據客戶端的請求，向數據服務器發送請求并處理返回的結果，然后再將結果返回給客戶端；

（3）地圖數據服務器采用ArcIMS，負責提供地圖操作服務；信息數據服務器采用Oracle，負責提供電力客戶信息服務。

客戶端和遠程分別采用MVC結構，客戶端與Web中間件通過基于HTTP的SoAP協議通信；而Web中間件與服務器間采用TCP或HTTP協議通信。遠程接口是服務的提供者，客戶端是服務的使用者，二者可獨立演化而互不影響；在控制層做日志，Session管理，用戶登錄管理和XML信息的調制與解調。

2.2 應用服務器的設計和實現

根據提出的電力客戶服務GIS原型系統，這里將應用服務器按照Web Services的標準和規范，把數據服務器所提供的各種操作功能包裝成服務并發布，供客戶端調用。

（1） Web Services的部署，開發服務端的位置服務的Web Services組件或模塊，如數據調用服務、位置查詢服務等。將已開發的系統功能模塊在服務發布端按照Web Services 要求部署，并用WSDL進行描述，提供給遠程客戶端調用。客戶端調用Web服務的實現可以通過3種方式：一種是服務請求方直接訪問服務的WSDL文件，利用 Axis 類庫生成客戶端；第二種是使用WSDL的動態調用接口方式；第三種是通過服務端的部署，指向需要發布的 Web 服務，如圖3是實現對地圖操作的Web服務部署。

（2） Web Services的調用，因為本系統的客戶端不是基于瀏覽器，而是獨立的應用程序，故本文采用SoAP 方式下的請求和響應。這種方式使得客戶端和服務器端松散耦合，大大提高了獨立演變的能力。

SoAP 請求：

POST/axis/services/ GetMapService HTTP/1.1

Host:localhost

Content-Type:text/xml;charset=utf-8

Content-Length:length

SoAPAction:

\" http://www.kf.com/axis/services/ GetMapService \"

＜?xml version=\"1.0\"encoding=\"utf-8\"?＞

＜SoAP:Envelope xmlns:xsi=\"http://www.w3c.org/2001/XMLSchema-instance\"

xmlns:xsd=\"http://www.w3c.org/2001/XMLSchema\"

xmlns:SoAP=\"http://schemas.xmlSoAP.org/SoAP/envelope/\"＞

＜SoAP:Body＞

＜GetMapService

xmlns=\"http:// www.kf.com/axis/services/\"＞

＜strMapService＞string＜/strMapService＞

＜/GetMapService＞

＜/SoAP:Body＞

＜/SoAP:Envelope＞

SoAP 響應：

HTTP/1.1 200 OK

Content-Type:text/xml;charset=utf-8

Content-Length:length

＜?xml version=\"1.0\"encoding=\"utf-8\"?＞

＜SoAP:Envelope

xmlns:xsi=\"http://wvw.w3c.org/2001/XMLSchema-instance\"

xmlns:xsd=\"http://www.w3c.org/2001/XMLSchema\"

xmlns:SoAP=\"http:// www.kf.com/axis/services/\"＞

＜SoAP:Body＞

＜GetMapServiceResponse

xmlns=\"http:// www.kf.com/axis/services/\"＞

＜GetMapServiceResult＞boolean

＜/GetMapServiceResult＞

＜/GetMapServiceResponse＞

＜/ SoAP:Body＞

＜/SoAP:Envelope＞

（3） Web Services狀態管理，Web Services由于采用HTTP作缺省通訊協議，使得Web Services可以透過各個企業、公司的防火墻，真正實現跨Internet的分布式計算。也因為HTTP，使得Web Services在本質上一些先天的限制，就像其他的Web應用程序一樣。在本系統中，借助于HTTP協議的cookie機制和服務器端的session機制實現Web Services狀態管理。

3 結語

基于Web Services體系的電力GIS系統與傳統的GIS系統相比，有2大優勢：

（1）開放的數據模型，在該系統中空間數據轉換成XML傳遞到客戶端。ML/GML為跨平臺的數據訪問提供一個數據交換的中間格式，因此，各個異構的GIS系統間可以采用XML/GML作為數據存儲和傳輸的載體進行互操作。而且，XML描述數據本身，人們在網上瀏覽數據同時也獲得了數據本身，從而真正的實現了“所見即所得”。

（2）開放的數據訪問接口，基于Web Services的電力GIS可以使任何用戶都跨越系統平臺，通過Web來獲得所需的服務功能，從而構建自己的應用系統。隨著地理信息Web服務規范的完善，基于Web Services的開發模式的大量普及，這種網絡構架和開發模式必將成為未來WebGIS應用的主流模式。

XML/Web Services體系是基于XML的數據存儲技術和Web Services的系統開發技術相結合的產物。基于Web Services體系設計和開發的WebGIS應用系統具有，系統擴展性強、代碼重用度高。這是解決目前WebGIS系統所面臨的問題的最有效的途徑。

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