（電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)論文）基于svg的可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

塑堊查蘭堡主蘭壘堡塞壘! ! 型 a b s t r a c t w i t l lt 1 1 ei n t r o d u c t i o no f t l l ec o m p e t i t i o ni n t op o 、v e r 的n s a c t i o n sa n dt l l ei n c r e 髂e o ft h ei n t e r c o n n e c t i o nb e t w e e nr e g i o n a lp o w e rs y s t e m s ，m ep o w e rs y s t e mo p e r a t i o n a n dc o n t r o lk eb e e nm o r ec o m p l i c a t e dm a nn e v e rb e f o r e t h ev i s u a l i z a t i o n t e c h n i q u ef a c i l i t a t e sm ep o w e rt e c h n i c i a n se a s i l yc o m p r e h e n d i n gt l l eo p e r a t i o nd a t a 行o me m s d m sb yv i n u eo fg r a p h s ，i m a g e sa i l dp i c t u r e s h o w e v e r t h et r a d i t i o n a l b “m 印f b m a ti nt h e s ea d v a n c e d 印p l i c a t i o n sc o u l dn o t b es h a r e da n dr e u s e de v e n w i m i nt h es 甜n ec o n t r o la r e a w i t h 血ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c l l i l o l o g y ，an e w t e c l l l l i q u ec a l l e ds c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ( s v g ) 、v a si n v e n t e df o rm ep u r p o s eo f p r o v i d i n gan c ww a y t oo 唱a 1 1 i z et l l eg r 印l l i ci n f i o m a t i o ns oa st ob ee a s i l ys h a r e d 孤d m o d i f l e d 恤o u 出t h ew e b s t h ep u r p o s eo f 吐虹sp a p e ri st ot r yt oa p p l ym es v g t e c h n i q u e t o s o l v i n gm ee x i s t i n gl l i i s h 盯e a b l e a 1 1 dl l n u s a b l e p r o b l e m so fm e v i s u a l i z a t i o nr e s o u r c e si np o w e rs y s t c m s f i r s t l y ，an e ws v g - b a s e dp o w e rg r i dd a t ad e s c r i p t i o nm o d e li sp r o p o s e ds ot h a t t h eg r a p h si np o 、v e rs y s t e mc o u l db ed e s c r i b e db ym ep l a i n t e x tb a s e ds v gf o 咖a t s e c o n d l y ，t h r e ev i s u a l i z a t i o ns c h e m e sr e l a t e dt og e o 掣印l l i cs i n g l e 1 i n ed i a g r 鋤， i n c l u d i n gg i s - b a s e dd i a 掣a m ，v o l t a g ec o t o u ra n dm ev i s u a l i z a t i o no fl o a dn o w i n t e d k e ，a r ed e s i g n e do nt h ec i m x m l s v gp l a t f b n n f i n a l l y ，0 1 h e rv i s u a l i z a t i o n s c h e m e sr e l a t e dt os i m p l eg r i dc o n n e c t i o nd i a g r 咖，i n c l u d i t l gd y n a m i cu p d a t co f 叩e r a t i o nd a t aa n de l e c t r i c a lc o m p o n e n td i s p la y ，a r cd e s i g n e do nm ec i m m l ，s v g p l a t f o r ma sw e l l a l lt h es c h e m e sa b o v ea r es u c c e s s f i l l l yi m p l e m e n t e do nt l l eh a n g z h o up o w e r c o m p a n y sc i m m l s v gp l a t f o 柵a 1 1 dt h eo p e r a t i o nr e s u l ts h o w st 1 1 a tt l l ep o w e r g r i dd a t ad e s c r i p t i o nm o d e lp r o p o s e da n dt h ed e v e l o p e dv i s u a l i z a t i o ns c h e m e sa r e b a s i c a l l ye 虢c t i v ea 1 1 df e a s i b l e k e y w o r d s ：s c a l a b l ev e c t o rg r 印h i c s ( s v g ) ；c o m m o ni n f o m a t i o nm o d e l ( c i m ) ； g e o g r 印h i ci n f o m a t i o ns y s t e m s ( g i s ) ；v i s l l a l i 刪o nt e c l l l l o l o g y ；v o i t a g ec o n t o u r ； 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 第一章緒論 可視化技術(shù)，又稱為科學(xué)計(jì)算可視化【1 6 】，是2 0 世紀(jì)8 0 年代后期隨著計(jì)算機(jī) 技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的一門技術(shù)。其主要做法就是把各種繁雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成直觀的圖 形和圖像，從而有利于人們正確理解數(shù)據(jù)的含義1 。它的主要目的是更加有效地 處理和分析越來(lái)越多的科學(xué)數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù)，以提供一個(gè)探索和研究物理現(xiàn)象的 先進(jìn)工具，從而提高科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的效率。電力系統(tǒng)可視化是指利用可視 化技術(shù)將用以表示電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各類數(shù)據(jù)以圖形或圖像方式予以顯示，以 使系統(tǒng)運(yùn)行人員更方便、更直觀地了解當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以便其采取的運(yùn)行 控制措施更有效、更有針對(duì)性【1 3 l 。 1 1 電力系統(tǒng)可視化應(yīng)用現(xiàn)狀 隨著互聯(lián)電力系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模目趨龐大，地理跨度越來(lái)越 廣，電力系統(tǒng)的運(yùn)行操作人員將不得不時(shí)刻面對(duì)和處理來(lái)自系統(tǒng)中的各種海量數(shù) 據(jù)。如何正確而精練地抽取其中的有用信息，以便系統(tǒng)運(yùn)行人員對(duì)各種復(fù)雜狀況 做出及時(shí)的反應(yīng)，是電力工程師一直關(guān)心的課題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展并在電 力系統(tǒng)推廣應(yīng)用后，研究人員開(kāi)始考慮用能容納大信息量的圖形圖像資源來(lái)展示 電力系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，輔助系統(tǒng)運(yùn)行人員及時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況并做出正確的 決策。 目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用做了大量的研究和應(yīng)用 推廣工作，在電網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示、運(yùn)行安全狀態(tài)顯示和系統(tǒng)安全、保護(hù)狀態(tài)顯示等方 面開(kāi)展了不少工作。隨著計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和高性能計(jì)算機(jī)的普及，電力 系統(tǒng)可視化技術(shù)正朝著圖形圖像資源通用性、移植性強(qiáng)、傳遞方便、圖形工作站 配置簡(jiǎn)單化方向發(fā)展。 本章按可視化顯示內(nèi)容分別就電網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化、安全運(yùn)行狀態(tài)顯示、動(dòng)態(tài)安 全域的可視化分析、繼電保護(hù)評(píng)估測(cè)試顯示等電力系統(tǒng)可視化技術(shù)做簡(jiǎn)單的介 紹。 本文所指的可視化與傳統(tǒng)意義上的圖形圖像顯示區(qū)別在于其背后包含的數(shù)據(jù)上。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1 1 電網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化 1 ) 電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)單線圖具有結(jié)構(gòu)清晰、規(guī)整的優(yōu)點(diǎn)。可以將系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)和 線路數(shù)據(jù)清楚的標(biāo)注到相應(yīng)的位置上，缺點(diǎn)是它不與實(shí)際系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，直觀性較差。 隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，這種在單線圖上標(biāo)注數(shù)據(jù)的方式越來(lái)越不能滿足要 求。 基于地理圖的點(diǎn)線圖贏接在地理圖上標(biāo)注節(jié)點(diǎn)和線路，其優(yōu)點(diǎn)是符合實(shí)際系 統(tǒng)，十分直觀，缺點(diǎn)是在某些節(jié)點(diǎn)和線路在地理上聚集在一起時(shí)，數(shù)據(jù)的顯示過(guò) 于密集。解法方法是可以選擇性的顯示滿足某一條件的數(shù)據(jù)，以避免數(shù)據(jù)顯示過(guò) 于密集甚至重疊。 2 1 線路數(shù)據(jù) 電網(wǎng)中線路數(shù)據(jù)主要指與輸電線路相關(guān)的潮流斷面數(shù)據(jù)、線路負(fù)載率等。潮 流斷面數(shù)據(jù)可以直接顯示在輸電線路圖上并用箭頭標(biāo)識(shí)方向，使調(diào)度人員掌握整 個(gè)系統(tǒng)的潮流信息。 圖1 1 基于地理信息的潮流分布圖圖1 2 基于單線圖的潮流分布圖 圖1 1 【1 6 】所示是一個(gè)基于地理信息的潮流分布圖，其中箭頭的大小和方向表 示潮流的大小和方向。使用地理接線圖的優(yōu)點(diǎn)在于能夠使調(diào)度員清楚了解各個(gè)地 區(qū)的負(fù)荷分配狀態(tài)，缺點(diǎn)是負(fù)荷密集的區(qū)域圖形過(guò)于重疊復(fù)雜，出現(xiàn)無(wú)法看清的 狀況。圖1 2 所示是基于單線圖的潮流分布圖【l “。單線圖比較符合調(diào)度員的使用 習(xí)慣，缺點(diǎn)是沒(méi)有準(zhǔn)確地標(biāo)注各個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際地理位置?；诘乩斫泳€圖和基于 傳統(tǒng)單線圖的潮流可視化各有優(yōu)缺點(diǎn)，可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行選擇。 2 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 線路負(fù)載率的信息可以放在線路上加以顯示。餅圖是反映百分率的有效手 段，圖1 2 用餅圖標(biāo)識(shí)出部分線路的負(fù)載率。對(duì)于規(guī)模較大的電力系統(tǒng)，顯示負(fù) 載率的餅圖不能太多太大( 否則可能有重疊) ，可以采用部分顯示的方法，即只 顯示線路上超過(guò)一定額度的負(fù)載率信息。 3 ) 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù) 電力系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)是離散的，一般采用在圖中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)位置處標(biāo)出節(jié)點(diǎn) 的電壓、功角等數(shù)值文本信息的方法顯示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。這種方式雖然十分準(zhǔn)確，但 是很難反映出系統(tǒng)的整體情況和電壓越限情況。有研究者提出了用柱狀圖來(lái) 表示節(jié)點(diǎn)電壓，每個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓用兩個(gè)柱表示，一個(gè)表示實(shí)際電壓值，一個(gè)表示額 定電壓值。這種方式雖然反映了節(jié)點(diǎn)電壓的越限情況，但是不能反映電壓的地理 分布情況。一種改進(jìn)的方案是利用3 d 顯示在地理接線圖中標(biāo)出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓 柱。采用節(jié)點(diǎn)電壓等值線的表示方法可以很好的解決電壓分布和電壓越限情況的 顯示，文獻(xiàn) 5 】【2 3 】中分別提出了兩種電壓等值線生成的算法。 同線路數(shù)據(jù)類似，節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)也可以基于地理信息或基于單線圖顯示。圖 1 3 ( a ) ( b ) 分別為基于地理圖的節(jié)點(diǎn)電壓分布圖( 1 3 ( a ) ，m a t l a b 仿真) 和基于單線 圖的傳統(tǒng)母線電壓分布圖( 1 - 3 ( b ) ，母線附近標(biāo)注相應(yīng)電壓值) 。另外，還可以結(jié) 合單線圖和等高線技術(shù)顯示電壓分布狀況，圖1 3 ( c ) 為基于單線圖的電壓等高線， 比較圖1 3 ( b ) 和圖1 3 ( c ) 可以看出，等高線的方式對(duì)于顯示節(jié)點(diǎn)電壓分布情況更 加直觀明確。 ( a ) 基于地理圖的節(jié)點(diǎn)電壓等值線( b ) 單線圈節(jié)點(diǎn)附近標(biāo)注電壓數(shù)值 ( c ) 基于單線圖的節(jié)點(diǎn)電壓等值線 圖l _ 3 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可視化顯示 漸江大學(xué)砸! j 嗶怔詫立 第一章緒論 1 1 2 安全運(yùn)行狀態(tài)顯示p 0 系統(tǒng)中各個(gè)終端上傳的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)量非常龐大，絕大多數(shù)是正常狀態(tài)數(shù) 據(jù)，不需要調(diào)度員干涉。只有小部分非礦常狀態(tài)數(shù)據(jù)需要調(diào)度員做出反應(yīng)。用 3 d 顯示技術(shù)對(duì)采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)做可視化分析，可以幫助調(diào)度員迅速了解系統(tǒng)的 安全狀態(tài)以及系統(tǒng)的薄弱點(diǎn)。 雷j 4 系統(tǒng)安全狀態(tài)顯不 圖1 4 所示為一個(gè)示例系統(tǒng)的安全狀態(tài)顯示。圖中深色圓柱表示線路過(guò)載情 況，淺色圓柱表示屯壓過(guò)低情況，如果某處兩種情況都存在，表示兩種情況的圓 柱疊加表示。顏色的深淺用來(lái)表示電壓過(guò)低、線路過(guò)載的嚴(yán)重程度，顏色越深越 嚴(yán)重。通過(guò)上圖，調(diào)度員對(duì)圖示區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)安全狀態(tài)一目了然，以便采取相應(yīng) 的措施來(lái)處理系統(tǒng)出現(xiàn)的非正常狀態(tài)。 圖1 5 所示為上述示例系統(tǒng)進(jìn)步的系統(tǒng)薄弱點(diǎn)分析，其中圖1 5 ( a ) 是對(duì)系 統(tǒng)中一個(gè)薄弱點(diǎn)的具體分析，深色墻表不和該點(diǎn)相關(guān)的輸電線路，高度和顏色表 示負(fù)葡過(guò)載程度，淺色圓表示相關(guān)母線，半徑和顏色表示電壓下降程度。圖1 5 ( b ) 表明了電壓下降、線路過(guò)載點(diǎn)相關(guān)的線路、母線。 ( a ) 系統(tǒng)薄弱顯示( b ) 系統(tǒng)薄弱點(diǎn)以及相犬對(duì)象顯示 圖l ，5 系統(tǒng)薄弱點(diǎn)顯示 4 浙江犬學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 1 1 3 動(dòng)態(tài)安全域可視化 電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)安全域表明對(duì)于既定事故前、后的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)在經(jīng)歷了 既定故障后能否保證暫態(tài)穩(wěn)定【8 】。動(dòng)態(tài)安全域可以離線計(jì)算，在線使用時(shí)針對(duì)某 一給定事故選擇相應(yīng)的動(dòng)態(tài)安全域，并依據(jù)此時(shí)的節(jié)點(diǎn)注入功率是否位于安全域 之內(nèi)來(lái)判別系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)是否安全。動(dòng)態(tài)安全域可視化通過(guò)一些簡(jiǎn)單的變換將一維 穩(wěn)定邊界映射到二維或三維空間表示。圖1 6 所示為一個(gè)動(dòng)態(tài)安全域可視化示例， 其中1 6 ( a ) 是1 0 機(jī)3 9 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)單線圖，考慮母線2 6 側(cè)三相接地事故，通過(guò)相 應(yīng)算法可以計(jì)算出穩(wěn)定邊界，圖1 6 ( b ) 為穩(wěn)定邊界在2 維空間的斷面圖。 ( a ) 系統(tǒng)接線圖 ( b ) 穩(wěn)定邊界 圖1 6 動(dòng)態(tài)安全域可視化示例 1 1 4 繼電保護(hù)評(píng)估測(cè)試顯示睇o i 繼電保護(hù)對(duì)于系統(tǒng)的安全性和可靠性至關(guān)重要，繼電保護(hù)評(píng)估和測(cè)試的可視 化可以提供直觀的系統(tǒng)事故仿真數(shù)據(jù)曲線，幫助相關(guān)人員進(jìn)行繼電保護(hù)設(shè)備的整 定。 1 ) 距離保護(hù) 繼電保護(hù)的評(píng)估測(cè)試可視化可以提供保護(hù)接線圖的顯示，事故點(diǎn)及事故類型 的選擇，來(lái)仿真計(jì)算各種類型事故。圖1 7 為一種距離保護(hù)裝置的接線圖，圖中 包括發(fā)電機(jī)、輸電線路、保護(hù)裝置、變壓器、負(fù)荷。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 圖1 7 距離保護(hù)接線圖 測(cè)試時(shí)確定事故點(diǎn)，進(jìn)行仿真計(jì)算后所獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)可視化模塊的分析， 產(chǎn)生直觀的曲線顯示( 圖1 8 ( a ) 、( b ) ) 相關(guān)人員通過(guò)故障曲線圖，立即可以判斷 發(fā)生故障時(shí)保護(hù)裝置能否動(dòng)作。 ( a ) 11 5 k v 母線單相接地故障仿真曲線 ( b ) 1 3 8 k v 母線三相接地故障仿真曲線 圖1 8 故障仿真曲線 2 ) 差動(dòng)保護(hù) 圖l91 1 5 k v 母線單相接地故障仿真圖 6 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 圖1 9 為差動(dòng)保護(hù)測(cè)試事故仿真數(shù)據(jù)的可視化顯示。圖中用兩個(gè)相鄰的矩形 柱表示保護(hù)動(dòng)作的整定值和系統(tǒng)實(shí)際值。在實(shí)際運(yùn)行中這些矩形柱隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變 化，相關(guān)人員通過(guò)此圖可以立即判斷出事故發(fā)生后保護(hù)裝置是否動(dòng)作。 1 1 5 設(shè)備管理可視化 設(shè)備管理可視化主要用于顯示設(shè)備管理、環(huán)境管理、防范防災(zāi)管理、資產(chǎn)管 理各個(gè)模塊的規(guī)劃配置報(bào)告的顯示，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視圖形顯示等。 1 ) 設(shè)備檢修管理 設(shè)備檢修管理可視化幫助檢修人員了解特定時(shí)間段內(nèi)需要檢修的設(shè)備及其 相關(guān)聯(lián)的線路等信息，極大的方便了相關(guān)人員安排檢修計(jì)劃。 2 ) 設(shè)備故障管理 當(dāng)系統(tǒng)中有設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，設(shè)備管理可視化系統(tǒng)應(yīng)該能夠迅速的在地理接 線圖中用較為明顯的顏色顯示出故障設(shè)備所在廠站以及相關(guān)聯(lián)的線路和廠站，便 于相關(guān)人員及時(shí)處理故障設(shè)備。 1 2 本文的主要工作和意義 電力信息技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，已經(jīng)從原有的各個(gè)孤立系統(tǒng)逐步 開(kāi)始往集成化的方向發(fā)展，各個(gè)系統(tǒng)間需要共享資源來(lái)提高工作的效率和決策分 析的準(zhǔn)確性。許多電力企業(yè)逐步采用c i m ( c o m m o ni n f o 姍a t i o nm o d e l ) 【1 】標(biāo)準(zhǔn)、 組件技術(shù)和企業(yè)門戶技術(shù)來(lái)不斷的整合自己的系統(tǒng)，但是他們不可避免的遇上了 一個(gè)問(wèn)題：如何交換圖形數(shù)據(jù)? 眾多電力系統(tǒng)圖形信息，最基本的應(yīng)當(dāng)是電網(wǎng)數(shù) 據(jù)和電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)的可視化圖形信息，它是系統(tǒng)運(yùn)行人員對(duì)可視化功能的 首要需求。電網(wǎng)數(shù)據(jù)和電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可視化以及可視化圖形信息w e b 發(fā)布 的研究越來(lái)越重要?，F(xiàn)有的電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可視化技術(shù)中，一種典型的實(shí)現(xiàn)方 式是：首先通過(guò)電力系統(tǒng)仿真軟件計(jì)算得出計(jì)算結(jié)果，然后利用集成現(xiàn)有的可視 化圖形軟件( 例如p o 吧r w o r l d 、j e w e r 等) 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖形顯示。在進(jìn)行 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布中存在的主要問(wèn)題是，可視化系統(tǒng)生成的圖形數(shù)據(jù)發(fā)布方式大多采用格 式非公開(kāi)的位圖圖像或者j a v a a p p i e t 。位圖圖像的圖像大小和內(nèi)容都是固定的， 難以滿足用戶的交互操作需求，并且圖像縮放時(shí)存在圖像質(zhì)量下降的現(xiàn)象；j a v a 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 a p p l e t 解決了用戶交互操作的問(wèn)題，但是在速度、可編輯性、可重用性方面存在 較多問(wèn)題。另一方面，隨著系統(tǒng)互聯(lián)及電力市場(chǎng)的引入，使得關(guān)心電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài) 的主體有所變化，從而產(chǎn)生對(duì)部分電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息共享的需求，進(jìn)一步地相關(guān)人員 也希望能夠共享系統(tǒng)的部分圖形資源，能一目了然地獲知相關(guān)信息數(shù)據(jù)。如原來(lái) 僅電網(wǎng)公司和其他電力系統(tǒng)相關(guān)部門需要了解有關(guān)的電網(wǎng)信息，在電力市場(chǎng)環(huán)境 下市場(chǎng)參與人員需要及時(shí)了解電網(wǎng)的運(yùn)行狀況以便正確做出決策：而互聯(lián)系統(tǒng)的 調(diào)度人員為更準(zhǔn)確的掌握電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，也希望能了解相鄰系統(tǒng)的部分信息 ( 包括圖形圖像資源信息) 。這就對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可視化提出新的要求：希 望能夠增強(qiáng)可視化資源的開(kāi)放性和靈活性，滿足系統(tǒng)新的發(fā)展需要。 近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 的出現(xiàn) 為電力系統(tǒng)運(yùn)行可視化圖形數(shù)據(jù)的w 曲發(fā)布提供了一種開(kāi)放性的解決方案。s v g 是由w 3 c 組織開(kāi)發(fā)的一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的文本式矢量圖形描述語(yǔ)言，主要面向網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用。s v g 作為一種矢量圖形它相對(duì)于位圖來(lái)說(shuō)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，在圖形 復(fù)雜程度不大的情況下，它比位圖圖像文件量小的多，可無(wú)極縮放，它可以對(duì)圖 形元素進(jìn)行精確定位，文字在s v g 圖像中保留可搜索狀態(tài)，也可以通過(guò)定的 交互方式進(jìn)行編輯。s v g 圖形文件是文本文件，可以方便的用任意文本編輯瀏 覽編輯。由于s v g 是一種基于“l(fā) 的語(yǔ)言，它繼承了x m l 的跨平臺(tái)性和可擴(kuò) 展性。s v g 支持s m i l ( s y n c l l r o n i z e dm i l l t i r n e d i ai n t e g r a t i o nl a l l g u a g c ) ，使得在 圖片內(nèi)進(jìn)行交互成為可能，s v g 支持j a v a s c r i p t ，可以方便的由程序語(yǔ)言來(lái)動(dòng)態(tài) 生成。s v g 完全支持d o m ，允許程序或腳本動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)和上傳文件的內(nèi)容、結(jié) 構(gòu)或樣式。 通過(guò)將電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可視化系統(tǒng)中的圖形數(shù)據(jù)采用s v g 格式來(lái)進(jìn)行圖 形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸和展現(xiàn)，可以有效的解決專有格式的位圖圖像在數(shù)據(jù)w 曲 發(fā)布中的問(wèn)題。通過(guò)分析現(xiàn)有的電網(wǎng)可視化應(yīng)用方案可以看出：電網(wǎng)可視化應(yīng)用 較多是在地理接線圖或者系統(tǒng)單線圖的基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維或三維圖形對(duì) 象進(jìn)行展示。s v g 能夠準(zhǔn)確描述電力系統(tǒng)圖元并提供精確的圖形元素定位，非 常適合描述地理接線圖或者電網(wǎng)單線圖，這就為用s v g 來(lái)展示電網(wǎng)可視化的圖 形提供了可能性。 在此背景下，本文對(duì)s v g 在電力系統(tǒng)的幾個(gè)應(yīng)用方面做了一些探索性的工 浙江大學(xué)碩：t 學(xué)位論文 第一章緒論 作，本文涉及的工作包括：底層包括s v g 的圖形圖像資源描述設(shè)計(jì)；上層應(yīng)用 包括基于s v g 的地理接線圖設(shè)計(jì)，基于s v g 的等值線方案設(shè)計(jì)，基于s v g 的 電網(wǎng)潮流顯示設(shè)計(jì)和s v g 圖元?jiǎng)討B(tài)著色。 本文主要分為六章。第一章概述了目前國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)中可視化技術(shù)的應(yīng)用 領(lǐng)域和現(xiàn)狀，并簡(jiǎn)要分析了電力信息化對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化的需求；第二章主要介 紹可視化相關(guān)技術(shù)，重點(diǎn)介紹s v g 規(guī)范：第三章著重分析基于s v g 的電網(wǎng)數(shù)據(jù) 可視化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框架以及其實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)基礎(chǔ)；第四章通過(guò)具體實(shí)例說(shuō)明基于地 理接線圖的可視化功能的實(shí)現(xiàn)；第五章具體說(shuō)明基于廠站一次接線圖的可視化功 能的實(shí)現(xiàn)，包括圖元?jiǎng)討B(tài)著色，量測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，并給出了一些具體實(shí)例；第 六章是論文總結(jié)部分，總結(jié)自己所作的工作和今后的工作設(shè)想。第三、四、五章 是論文的重點(diǎn)內(nèi)容。 9 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章可視化技術(shù) 第二章可視化技術(shù) 可視化技術(shù)是一門交叉學(xué)科，涉及的范圍較為廣泛，它不僅包括計(jì)算數(shù)據(jù)可 視化，而且包括實(shí)驗(yàn)和測(cè)量數(shù)據(jù)的可視化?？梢暬夹g(shù)學(xué)科是一門融合數(shù)學(xué)、計(jì) 算機(jī)、圖形圖像處理以及其他相關(guān)領(lǐng)域的交叉學(xué)科，本身的內(nèi)容博大精深，限于 篇幅本章只對(duì)本文工作中涉及到的可視化技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)做簡(jiǎn)單地介紹；另外 s v g 技術(shù)規(guī)范是本文工作基石，本章將對(duì)s v g 技術(shù)的發(fā)展和特點(diǎn)做簡(jiǎn)單地介紹。 2 1 可視化技術(shù)分類 可視化技術(shù)根據(jù)所參照的依據(jù)不同可以有多種分類方法，最為常用的是根據(jù) 源數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行分類，可以將可視化技術(shù)分為點(diǎn)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、標(biāo)量場(chǎng)可視 化技術(shù)、矢量場(chǎng)可視化技術(shù)。 2 1 1 點(diǎn)數(shù)據(jù)可視化技術(shù) 點(diǎn)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是對(duì)定義域中的一些點(diǎn)進(jìn)行映射，其關(guān)鍵是如何將n 維空 間中的點(diǎn)向二維圖像平面投影。 一維點(diǎn)、二維點(diǎn)和三維點(diǎn)的投影方法比較直接。一維點(diǎn)的情況最為簡(jiǎn)單，可 用符號(hào)直接標(biāo)注在坐標(biāo)軸上。二維點(diǎn)也可以采用一種直接的顯示方法，在顯示平 面上可直接將二維點(diǎn)的兩個(gè)值對(duì)應(yīng)到( z ，y ) 坐標(biāo)值上。三維點(diǎn)可采用投影方法， 將三維點(diǎn)三個(gè)值對(duì)應(yīng)到圖像空間的三個(gè)坐標(biāo)軸上，再將這些點(diǎn)向二維顯示平面進(jìn) 行投影。投影模式可以采用簡(jiǎn)單的光照模型，即將第三維的深度信息用光照強(qiáng)弱 表示或用符號(hào)的大小、顏色直接表示第三維信息。 高維點(diǎn)的顯示則較為復(fù)雜，比較有代表性的方法是c h e m o f r 臉?lè)椒ê?a n d r e w s 繪圖法吲。 點(diǎn)數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用集中在各種數(shù)據(jù)曲線表達(dá)技術(shù)中，如 變壓器負(fù)荷曲線、a g c 曲線等。 l o 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章可視化技術(shù) 2 1 2 標(biāo)量場(chǎng)可視化技術(shù) 標(biāo)量場(chǎng)可視化是目前可視化技術(shù)研究較多的領(lǐng)域。 最簡(jiǎn)單的標(biāo)量場(chǎng)是一維標(biāo)量場(chǎng)，如同表示函數(shù)y = ，( x ) 一樣，一維標(biāo)量場(chǎng)可 以直接用函數(shù)曲線畫(huà)圖表示，其基本方法是在x y 平面內(nèi)，根據(jù)采樣點(diǎn)的值， 構(gòu)造插值函數(shù)f ( _ ) ，根據(jù)f ( x 。) 生成采樣點(diǎn)之間的線段。插值函數(shù)的選擇要求 能保持原數(shù)據(jù)集中的隱含屬性，如單調(diào)性、正值性、凸包性等。常用的有線性插 值，埃爾米插值，以及三次或高次樣條插值。在采樣數(shù)據(jù)本身精度較低的情況下， 更多的是采用逼近的方法，它更能反映出原函數(shù)的特性，常用的是最小二乘法逼 近。 二維標(biāo)量場(chǎng)可看成是二維平面網(wǎng)格點(diǎn)或是散亂點(diǎn)上的數(shù)據(jù)分布，其關(guān)鍵還是 如何構(gòu)造其插值函數(shù)或逼近函數(shù)。對(duì)于網(wǎng)格數(shù)據(jù)，最簡(jiǎn)單的方法是采用雙線性插 值，僅依賴四個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)構(gòu)造其插值函數(shù)。其形式為： f ( x ，y ) = d l + 口2 工+ 目3 y + 口4 砂 ( 公式1 ) 要獲得較好的連續(xù)性，可采用雙三次插值，它要計(jì)算一階導(dǎo)和二階導(dǎo)，其 形式為： 33 f ( x ，y ) = 口f x 。_ y 。，o x ，y l ( 公式2 ) f _ 0 ，= 0 它很容易映射到一個(gè)單元上，常見(jiàn)的有雙三次h e n n i t e 函數(shù)和雙三次b e z i c r 函數(shù)。 散亂數(shù)據(jù)插值的方法就更多了，如進(jìn)行三角劃分后，對(duì)三角片上的點(diǎn)采用雙 線性插值或雙三次插值。 二維標(biāo)量場(chǎng)的等值線繪制是二維標(biāo)量場(chǎng)可視化的主要技術(shù)，如地理中的等高 線，氣象中的等溫線都是其具體實(shí)例。 標(biāo)量場(chǎng)可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，基于各類接線圖的節(jié)點(diǎn) 數(shù)據(jù)可視化都可參照標(biāo)量場(chǎng)可視化方法，本文第四章中將對(duì)等值線繪制方法在電 力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓等值線的繪制應(yīng)用做具體闡述。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章可視化技術(shù) 2 1 3 矢量場(chǎng)可視化 矢量場(chǎng)可視化要求用圖形圖像方式顯示每一矢量的大小和方向，一種方法是 采用標(biāo)量顯示技術(shù)顯示矢量每一分量的分布，另一種方法就是對(duì)大小和方向同時(shí) 進(jìn)行顯示，后者更直接更容易被人們接收。 矢量場(chǎng)的幾何表示一般有點(diǎn)表示、線表示和面表示三種方法。 點(diǎn)表示是最直接的方法，對(duì)采樣點(diǎn)上每點(diǎn)數(shù)據(jù)的大小和方向采用能表示大小 和方向的圖標(biāo)來(lái)表示，如箭頭、錐體、有向線段等。這種方法適用于較小的簡(jiǎn)單 矢量場(chǎng)，對(duì)于大型復(fù)雜的矢量場(chǎng)不太適用，眾多箭頭只能讓觀察者覺(jué)得繁亂，無(wú) 法清晰地解釋原數(shù)據(jù)場(chǎng)地分布。 線表示是用的較多的一種方法，主要有場(chǎng)線和質(zhì)點(diǎn)軌跡兩種，場(chǎng)線是在某一 時(shí)刻，連接各點(diǎn)矢量的一條有向曲線，如電磁場(chǎng)中的磁力線等。質(zhì)點(diǎn)軌跡是某 一質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)該矢量場(chǎng)時(shí)的一條軌跡。對(duì)于線表示，主要時(shí)要選擇合適的起始點(diǎn)。 如果場(chǎng)線可看作時(shí)一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，那么場(chǎng)面就是一條非場(chǎng)線曲線經(jīng)過(guò)矢量 場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，場(chǎng)面比場(chǎng)線更能抽取出矢量場(chǎng)內(nèi)部的矢量分布，它的構(gòu)造主要有 兩種方法，一種是采用場(chǎng)線連接生成場(chǎng)面，另一種是對(duì)矢量場(chǎng)采用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分 解，抽取出矢量場(chǎng)內(nèi)部的幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，后者更能對(duì)整個(gè)場(chǎng)的分布有全局的把握。 2 2 可視化研究模型 2 2 1 基于可視分析的研究模型 通常分析研究一種現(xiàn)象時(shí)，一般要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)階段。 ( 1 ) 建模( m o d e l i n g ) 研究人員首先通過(guò)觀察，將有關(guān)信息歸納成物理模型， 即確定哪些變量有意義，哪些變量可忽略，并選取時(shí)空區(qū)域和相關(guān)的物理定律， 明確模擬目標(biāo)，然后導(dǎo)出物理模型的理想化數(shù)據(jù)模型，包括控制方程、邊界條件、 初始條件以及定義域與數(shù)學(xué)表達(dá)式。在電力系統(tǒng)可視化應(yīng)用的研究中，這一步工 作主要表現(xiàn)為針對(duì)某一具體分析目標(biāo)從各種數(shù)據(jù)中提取所需要分析的部分?jǐn)?shù)據(jù)， 并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。 ( 2 ) 求解( s o l u t i o n ) 根據(jù)數(shù)學(xué)模型，采用相應(yīng)的數(shù)值方法建立計(jì)算模型，送 1 2 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章可視化技術(shù) 入計(jì)算機(jī)( 計(jì)算模擬) ，獲得計(jì)算結(jié)果。 ( 3 ) 解釋與評(píng)價(jià)( i n t e i p r e t a t i o n & e v a l u a t i o n ) 可視化在該階段發(fā)揮重要作用， 它從模擬數(shù)據(jù)到可視化圖形圖像數(shù)據(jù)的變換，使得研究人員能以視覺(jué)圖像方式對(duì) 模擬結(jié)果進(jìn)行觀察。做出解釋和評(píng)價(jià)( 如圖2 1 ) 。基于s v g 的可視化方法將計(jì) 算模擬所獲得的結(jié)果用s v g 圖像描述方式生成圖形文件或圖形文件片斷，完成 從數(shù)據(jù)到圖像的變化。 內(nèi)在蜘德 物理模型 萎黧 。霉熬實(shí)，一 擬 驗(yàn)) 圖形圖像 據(jù) 圖2 1 基于可視分析的研究模型1 3 3 2 2 2 可視化過(guò)程模型 可視化過(guò) 程 由圖2 1 可知，可視化過(guò)程中的輸入數(shù)據(jù)包含2 類，一類是來(lái)自模擬階段的 計(jì)算或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)，另一類是來(lái)自分析階段中產(chǎn)生的控制可視化過(guò)程命令?？梢暬?過(guò)程輸出為可視化的圖形圖像信息，以供分析用。進(jìn)一步可將來(lái)自模擬階段的數(shù) 據(jù)到圖形圖像的變換過(guò)程細(xì)分為下面4 個(gè)模塊，這也是可視化分析一般過(guò)程流 程。 奪數(shù)據(jù)預(yù)處理 可視化模塊輸入數(shù)據(jù)來(lái)自計(jì)算機(jī)模擬數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)，測(cè)量數(shù)據(jù)，或者從數(shù)據(jù)庫(kù)中 調(diào)用。計(jì)算機(jī)模擬可以產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包括數(shù)值數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)( 幾何造型) 與圖像 數(shù)據(jù)；科學(xué)試驗(yàn)，測(cè)量數(shù)據(jù)包括數(shù)值數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)。因此，可視化數(shù)據(jù)預(yù)處理 模塊應(yīng)能根據(jù)需求處理數(shù)值數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)三類數(shù)據(jù)。 數(shù)值數(shù)據(jù)又稱屬性數(shù)據(jù)，用來(lái)表示溫度、速度等，在電力系統(tǒng)中可以用于表 示電壓、功率、頻率等信息。屬性數(shù)據(jù)通常可以劃分為標(biāo)量、矢量和張量形式， l 九1蘭 浙江大學(xué)碩：b 學(xué)位論文 第二章可視化技術(shù) 是可視化技術(shù)應(yīng)用人員最關(guān)心的數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)有時(shí)也可能與幾何數(shù)據(jù)有聯(lián)系。 幾何數(shù)據(jù)用來(lái)表示對(duì)象的形狀，包括點(diǎn)、線、多邊形、曲面等。圖像數(shù)據(jù)通常以 位圖形式表示，例如掃描圖像數(shù)據(jù)或者計(jì)算機(jī)生成的光柵圖像數(shù)據(jù)等待。 數(shù)據(jù)預(yù)處理部分的研究?jī)?nèi)容包括以下四個(gè)方面： 1 ) 數(shù)據(jù)格式化及其標(biāo)準(zhǔn)化； 2 ) 數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言和操縱語(yǔ)言： 3 ) 數(shù)據(jù)變換技術(shù)： 4 ) 數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮技術(shù)。 奪映射 映射模塊應(yīng)完成將數(shù)值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀螖?shù)據(jù)的功能，因此映射功能實(shí)質(zhì)是一 種構(gòu)模功能，是可視化技術(shù)的核心，可視化系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)類型隨著應(yīng)用領(lǐng)域的 不同而不同，從而對(duì)不同類型的應(yīng)用數(shù)據(jù)應(yīng)采用不同的可視化技術(shù)。 奪繪制 繪制功能將完成幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像數(shù)據(jù)的過(guò)程。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論和方法 體統(tǒng)了豐富的繪制算法，例如掃描轉(zhuǎn)換、隱藏面的消除，光照模型、明暗處理、 透明與陰影、紋理映射和反走樣技術(shù)等等。本文中繪制功能模塊的實(shí)現(xiàn)主要依靠 s v g 規(guī)范提供的基本圖形描述方法，將可視化分析結(jié)果表達(dá)為s v g 圖像。 奪顯示 顯示功能模塊的功能是將繪制模塊生成的圖像按照用戶指定的要求( 如指定 的輸出設(shè)備，顯示窗口大小及位置，存貯格式等) 進(jìn)行輸出，有些類似于圖形用 戶界面( g u i ) 。s v g 圖形圖像可以直接在瀏覽器中顯示，因此本文中可視化應(yīng) 用的顯示功能模塊采用直接在客戶端i e 瀏覽器瀏覽的形式。 上述可視化過(guò)程可以用圖2 2 表示。由圖可以看出，可視化系統(tǒng)的組成分為 兩類，一類是數(shù)據(jù)交換語(yǔ)義層( 用矩形框表示) ，它包含應(yīng)用數(shù)據(jù)、幾何數(shù)據(jù)、 圖像數(shù)據(jù)等3 個(gè)層次數(shù)據(jù)。另一類是變換數(shù)據(jù)的功能模塊( 用橢圓框表示) ，它 包含了濾波模塊和映射模塊，前者完成在同一語(yǔ)義層的變換，后者完成在不同語(yǔ) 義層的變換。 1 4 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章可視化技術(shù) 交 互 操 作 和 控 制 反 饋 分析 圖2 2 可視化過(guò)程流程圖 2 3 標(biāo)量場(chǎng)可視化和等值線抽取 二維標(biāo)量場(chǎng)可看成是定義于某一面上的一維標(biāo)量函數(shù)f = f ( x ，力，所謂等值 線是由所有點(diǎn)( x ，m ) 定義，其中f ( x ， ) = e ( 只為一給定值) ，將這些點(diǎn)按一 定順序連接組成了函數(shù)f ( x ，y ) 值為e 時(shí)的等值線。 對(duì)于二維標(biāo)量場(chǎng)，其數(shù)據(jù)往往是定義于某一網(wǎng)格面上的。根據(jù)網(wǎng)格類型的不 同，其等值線抽取方法也各有不同。網(wǎng)絡(luò)具體可以分成：正規(guī)化網(wǎng)絡(luò)( r e g u l a rg r i d ) 和非正規(guī)化網(wǎng)絡(luò)( i l t e g u l a rg r i d ) 。前者幾何連通性是隱含的，如常見(jiàn)的正交網(wǎng)格； 而后者顯式地定義了單元的幾何屬性，如常見(jiàn)的三角片網(wǎng)絡(luò)，結(jié)點(diǎn)位置、邊、單 元都要顯式定義。根據(jù)等值線抽取時(shí)的網(wǎng)絡(luò)單元處理次序，等值線的抽取方法具 體可分成兩類，網(wǎng)格序列法和網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)法。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章可視化技術(shù) 網(wǎng)格序列法 網(wǎng)格序列法( g r i ds e q u e n c e ) 的基本思想是按網(wǎng)格單元的排列次序，逐個(gè)處 理每一單元內(nèi)相應(yīng)的等值線段。在處理完所有單元后，就自然生成了該網(wǎng)格中的 等值線分布。根據(jù)網(wǎng)格類型可分為正規(guī)網(wǎng)格和非正規(guī)化網(wǎng)格。 網(wǎng)格無(wú)關(guān)法 前節(jié)介紹的網(wǎng)格序列法是一種按網(wǎng)格單元排列次序逐個(gè)單元處理的方法。在 實(shí)際情況中，對(duì)于某一個(gè)值的等值線，其穿過(guò)的單元數(shù)往往只占整個(gè)網(wǎng)格單元數(shù) 的較小部分( 1 0 以下) 。因此，這種遍歷所有網(wǎng)格單元的處理方法效率不高， 特別是在大型密集網(wǎng)格分布的情況下效率就更低。網(wǎng)格無(wú)關(guān)法( g r i d 讎e ) ，就是 針對(duì)這種情況的一種等值線生成方法。 網(wǎng)格無(wú)關(guān)法通過(guò)給定等值線的起始點(diǎn)，或先求出其起始點(diǎn)，利用該點(diǎn)附近的 局部幾何性質(zhì)，計(jì)算該等值線的下一點(diǎn)，然后，利用已經(jīng)求出的新點(diǎn)，重復(fù)計(jì)算 下一點(diǎn)，知道達(dá)到區(qū)域邊界，或回到原始起點(diǎn)。 2 4 地理信息系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)( g i s g e o g r a p h i ci n f o m a t i o ns y s t e m s ) 是介于信息科學(xué)、空 間科學(xué)與地球科學(xué)之間的交叉科學(xué)，是計(jì)算機(jī)、軟件、地理數(shù)據(jù)以及用來(lái)有效地 獲取、存儲(chǔ)、修改、操作、分折和顯示所有與地理有關(guān)信息的有機(jī)集合體口。 它是融計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)于體的信息管理系統(tǒng)。目前，國(guó)外已有許多電力企 業(yè)在日常工作中開(kāi)始應(yīng)用g i s 解決方案，完成對(duì)作業(yè)的控制、整合與監(jiān)測(cè)。使 企業(yè)能夠創(chuàng)建、管理、處理并在各個(gè)部門之間共享綜合性空間信息，從而支持重 大決策。自2 0 世紀(jì)9 0 年代中期，國(guó)內(nèi)部分電力企業(yè)開(kāi)始嘗試a m f m g i s 的應(yīng) 用，以后一些大型供電企業(yè)開(kāi)始在通用或?qū)I(yè)g i s 軟件技術(shù)的支持下，建立大 規(guī)模電力g i s 應(yīng)用系統(tǒng)。 g i s 在電力系統(tǒng)中主要應(yīng)用于配網(wǎng)管理系統(tǒng)。如線損分析、可靠性管理、 負(fù)荷管理、相序分析等等。隨著電網(wǎng)g i s 建設(shè)的深入，必然要求其與e m s 實(shí)時(shí) 系統(tǒng)等有效結(jié)合，提高現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度參數(shù)管理水平。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章可視化技術(shù) 本文所提到的基于地理接線圖的可視化分析應(yīng)用是以地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)， 將地理信息與電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、線路運(yùn)行數(shù)據(jù)相結(jié)合，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行可 視化分析，并將分析結(jié)果顯示于地理圖層之上。這種形式能使運(yùn)行人員迅速了解 到所分析顯示的運(yùn)行數(shù)據(jù)的地理分布情況，為運(yùn)行狀態(tài)分析、預(yù)測(cè)等提供相關(guān)信 息。 2 5s v g 技術(shù) s v g ( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ，可升級(jí)矢量圖像) 是一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的文本式 矢量圖形描述語(yǔ)言，是w 3 c 公司在2 0 0 0 年8 月最早發(fā)布的。使用s v g 可以在 網(wǎng)頁(yè)上顯示出各種各樣的高質(zhì)量矢量圖形，包括圖像處理中常見(jiàn)的許多功能，如 圖形、文字、動(dòng)畫(huà)、色彩、濾鏡效果等。最關(guān)鍵的是s v g 完全用普通文本描述， 是一種專門為網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的基于文本的圖像形式。 2 5 1s v g 的歷史 1 9 8 5 年，a d o b e 公司發(fā)布了用于打印的p o s t s c r i p t ，它是一種與具體設(shè)備無(wú) 關(guān)的可編程語(yǔ)言。s v g 和p o s t s c d p t 類似，都是基于文本形式，能夠很好地描述 可縮放的文字和圖像，只是用p o s t s c r i p t 所形成的文件很大，不適合于在網(wǎng)絡(luò)上 傳輸。 矢量圖形在網(wǎng)絡(luò)上并不是一個(gè)新概念。1 9 9 8 年4 月，來(lái)自a d o b e 、i b m 、 n e t s c 印e 以及s 眥公司的幾支開(kāi)發(fā)隊(duì)伍向w 3 c 提交了基于“l(fā) 的p g m l ( p r e c i s i o ng r a p h i c sm a 出叩l a i l g u a g e ，精確圖形標(biāo)記語(yǔ)言) 的語(yǔ)言規(guī)范：同年5 月，h p 、m a c r o m e d i a 、m i c r o s o r 和s i o 等公司也提交了同樣基于x m l 的v m l ( v e c t o r m a r k u pl a n g u a g e ，矢量標(biāo)記語(yǔ)言) 規(guī)范。于是w 3 c 公司綜合兩者之長(zhǎng)， 組織了最早的s v g 工作組。他們于1 9 9 8 年l o 月提交了s v g 的需求分析報(bào)告。 1 9 9 9 年2 月，s v g 草案出臺(tái)，經(jīng)過(guò)不斷地修改更新，最終形成了第一份實(shí) 驗(yàn)性地實(shí)現(xiàn)規(guī)劃。2 0 0 0 年8 月，w 3 c 正式發(fā)布s v g 圖像格式建議書(shū)s v g l 0 規(guī)范。經(jīng)過(guò)不斷地更新修改，目前最新的規(guī)范是s v g l 2 版本。 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章可視化技術(shù) 2 5 2s v g 技術(shù)的特點(diǎn) 耷基于垤l 標(biāo)準(zhǔn) x m l 是公認(rèn)擁有無(wú)窮生命力的下一代網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記語(yǔ)言。與h l 一樣，x m l 也源自一種比較早的通用標(biāo)記語(yǔ)言s g m l ( s t a l l d a r dg e n e r a l i z em 刊k l l p l a n g i l a g e ) ，它擁有h t m l 語(yǔ)言所缺乏的伸縮性與靈活性。 s v g 開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就以x m l 為基礎(chǔ)，這使得它能同h t m l 、c s s 、d o m 、 x s l 、j a v a s c r i p t 、c g i 一樣成為一種新的標(biāo)準(zhǔn)。 奪矢量圖形 矢量圖形由線框和填充物等組成，它由計(jì)算機(jī)根據(jù)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，然后 繪制而成。矢量圖形相對(duì)于位圖有以下特點(diǎn)： 1 ) 文件的大小與圖形的復(fù)雜程度有關(guān)，而與圖形的具體尺寸無(wú)關(guān)： 2 ) 圖形的顯示尺寸可以無(wú)極縮放，變化后不影響圖形質(zhì)量。所以再圖形復(fù) 雜程度不大的情況下，矢量圖形具有文件量小、可無(wú)極縮放的優(yōu)點(diǎn)。 由于矢量圖形的這些特征，使得它尤其適合于網(wǎng)上傳播，所以許多公司都開(kāi) 發(fā)出用于網(wǎng)上傳輸?shù)氖噶扛袷?，但是各公司自行開(kāi)發(fā)的矢量圖形沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo) 準(zhǔn)，s v g 的出現(xiàn)迅速改變了這一狀況。專門負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)制定的w 3 c 公司統(tǒng)一負(fù)責(zé) s v g 標(biāo)準(zhǔn)制定，這使得s v g 像h t m l 、x m l 一樣成為瀏覽器默認(rèn)支持的格式， 并且由于眾多廠商的支持，使得制作s v g 的工具軟件大大增加。 奪文本構(gòu)成的圖像 s v g 是一種文本格式的圖像，可以不用任何圖像處理工具，僅僅用記事本就 可以生成一個(gè)s v g 圖像。 建立在文本基礎(chǔ)上的s v g 圖像中的所有描述語(yǔ)句都可以直接觀察到，所以 非常容易進(jìn)行修改與更新，“可升級(jí)”的特點(diǎn)在這里可以得到恰當(dāng)?shù)姆从场?奪靈活的文件格式 s v g 可升級(jí)的特性不僅僅表現(xiàn)在再次修改方面，還表現(xiàn)在其靈活的文件格 式。在以前的圖像中，文本通常作為位圖保存于圖像中，圖像形成以后不能單獨(dú) 對(duì)文本進(jìn)行修改；在p n g 格式中這一點(diǎn)有所改進(jìn)，文本可作為一個(gè)獨(dú)立的層存 在。s v g 則更靈活地?cái)U(kuò)展了圖像的文件格式，它由三個(gè)部分組成：矢量圖形、 文字和點(diǎn)陣圖像。s v g 不僅僅可以應(yīng)用矢量圖形和文字對(duì)象，同樣可以引入點(diǎn) 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章可視化技術(shù) 陣圖像而制作出任何其他格式圖像所能達(dá)到的效果。s v g 的文本格式使得它能 在任何時(shí)候被修改，甚至在頁(yè)面的運(yùn)行過(guò)程中我們也可以對(duì)很多部分做即時(shí)的修 改，并且其中的圖形描述還可以重復(fù)使用。 奪支持交互性 圖片和交互在以前是分開(kāi)地概念。例如在一個(gè)網(wǎng)頁(yè)中，按鈕僅僅是一個(gè)圖片， 按鈕的交互部分是由網(wǎng)頁(yè)中地s c i i p t 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。s v g 地出現(xiàn)突破了這個(gè)限制， 它支持s m i l ( s ”c h m n i z e dm u l t i m e d i ai n t e g r a t i o nl a n g u a g e ，同步多媒體集成語(yǔ) 言) ，使得在圖片內(nèi)進(jìn)行交互成為可能，這是以前地圖像所不能做到的。 奪內(nèi)嵌字型數(shù)據(jù) s v g 采用了一種科學(xué)的方法來(lái)解決動(dòng)態(tài)字體問(wèn)題，它內(nèi)嵌了圖像中所出現(xiàn)的 文字字型數(shù)據(jù)，用戶不需要下載所有的字體文件，這對(duì)于中文用戶來(lái)說(shuō)相當(dāng)便利。 s v g 的“矢量描述”并不是一個(gè)全新的概念，但它綜合了矢量圖形、點(diǎn)陣圖 像和純文字的優(yōu)點(diǎn)，用一種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行描述，這較之于目前網(wǎng)絡(luò)上流行的壓縮式 點(diǎn)陣圖像優(yōu)越。而且文字與圖形不是封裝于s v g 內(nèi)，而是借助d o m 和s c r i d t 等手段與外界交互，更勝于一般的g i f 或j p e g 圖像。 統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放性是s v g 的強(qiáng)大生命力所在。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一可以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的 交流，結(jié)束目前業(yè)界各種格式并存的混亂局面；開(kāi)放性則有利于日后的各種新的 元素加入其中以擴(kuò)充其功能。使用s v g 時(shí)，客戶端的軟件負(fù)責(zé)解釋s v g 文本并 將其轉(zhuǎn)化成實(shí)際的矢量圖形，這樣文字仍然是文字，線條仍然是線條，還可在客 戶端即時(shí)修改。 s v g 作為w 3 c 組織證式推薦的圖像格式，擁有眾多的支持機(jī)構(gòu)。像a d o b e 公司新推出的a d o b e 圖像處理套件，如i l l u s t r a t o r 、p h o t o s h o p 中集成s v g 功能， 并且提供n e t s c 印en a v i g a t o r 和i n t e m e te x p j o r e l 的插件，以便使其能夠直接支持 s v g 文件的瀏覽。現(xiàn)在只要安裝a d o b e 公司提供的免費(fèi)插件s v g e w e r 3 4 1 就可 以直接用i e 或n e t s c a p e 瀏覽s v g 圖形。 2 5 - 3s v g 簡(jiǎn)單實(shí)例 以下我們給出一個(gè)簡(jiǎn)單矢量圖形的s v g 描述代碼示例。矢量圖形一般以算 法指令來(lái)描述，例如一個(gè)實(shí)心圓的矢量圖形可以這樣來(lái)生成：以坐標(biāo)( 5 0 ，8 0 ) 1 9 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章可視化技術(shù) 為圓心畫(huà)一個(gè)半徑為1 0 個(gè)象素的圓，用黑色填充。程序清單l 給出了描述這一 圓的示例。 程序清單2 1 ： 圖2 3 在瀏覽器中顯示的2 1 s v g 圖形 將程序清單2 1 給出的文本保存成2 - 1 吖g ，用安裝了s v gv e i w e r 插件瀏覽 器打開(kāi)以后顯示效果如圖2 3 所示。 2 0 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章基于s v g 的可視化系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì) 第三章基于s v g 的可視化系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì) 3 1 概述 目前很多電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件或者仿真軟件( 如p o 、e r w j r l d 、m 砒l a b 等) 可 以做到對(duì)電力系統(tǒng)可視化圖形的顯示和支持，但是這些系統(tǒng)采用各自不同的實(shí)現(xiàn) 技術(shù)和方法，不同系統(tǒng)之間的圖形和數(shù)據(jù)共享困難，并且對(duì)于不同的操作平臺(tái)系 統(tǒng)的移植和兼容性較差。國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)i e c 所提議的i e c6 1 9 7 0 和 i e c 6 1 9 6 8 已成為電力企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用集成時(shí)所采用的兩大標(biāo)準(zhǔn)體系，它們分別描 述了能量管理系統(tǒng)和配電管理系統(tǒng)的應(yīng)用程序接