- 相關推薦
在Linux下用Qt開發新一代DTS圖形數據系統的分析
摘要：DTS圖形數據系統是DTS(調度員培訓仿真系統Dispatcher Training Simulator)的一個重要組成部分，文中提出了一種基于Linux，并運用Qt對DTS圖形數據系統進行完善的新方案，此方案價格低廉、硬件兼容性好、編程簡便、維護方便、可移植性強、結構清晰、運行速度快，可為EMS／DTS的推廣開辟一條新路。文中詳細分析和設計了該系統。關鍵詞：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，簡稱ＤＴＳ)是一個計算機系統，它可以按照被仿真的實際電力系統的數學模型來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，為調度員提供一個逼真的培訓環境，以達到既不影響實際電力系統的運行，又可以培訓調度運行人員的目的。
操作系統的發展，面對對象技術的出現，以及電力系統國際標準ＩＥＣ ６１９７０的制定，都給ＤＴＳ的發展提供了更廣闊的空間，其相應的發展也迫在眉睫。圖形數據一體化支撐環境(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發及整個系統的成敗。在以往的軟件結構上) ＤＧＳＥ通常僅包括底層通用圖形模塊、電力系統相關的圖形模塊、與離線庫和實時數據庫接口的支持模塊。本文第一次提出一個以Ｑｔ為底層圖形模塊、用Ｃ＋＋和Ｑｔ圖形用戶界面類庫開發的ＤＴＳ圖形數據一體化支撐環境的技術方案，本方案經過反復測試以及用戶考驗證明，具有較高的穩定性和可靠性。
２ 相關技術分析
２．１ 操作系統
在中國，ＥＭＳ／ＤＴＳ的主流操作系統是ＵＮＩＸ和ＮＴ。隨著計算機的發展，更多的用戶接受了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勢。因為，Ｌｉｎｕｘ的代碼是公開的，因而對Ｌｉｎｕｘ的改進更為容易，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器或ＲＩＳＣ工作站上。另一方面，在Ｌｉｎｕｘ平臺下開發圖形界面程序比在ＵＮＩＸ平臺下相對簡單和快捷。用Ｌｉｎｕｘ來開發可降低硬件成本并提高軟件開發效率。實踐證明：當ＥＭＳ／ＤＴＳ運行在裝有Ｌｉｎｕｘ的ＰＣ機上時，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
面向對象技術具有封裝性、繼承性、多態性三大特點。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。該技術在八十年代末逐漸為工業界所接受并開始得到應用，且以其獨特的封裝性、繼承性和多態性為軟件工程帶來了一場革命。同傳統的軟件開發方法相比，面向對象技術可以更直觀地對現實世界進行抽象，因此更符合軟件開發的規律，同時可使軟件開發和調試更加規范化。進入九十年代以后，面向對象的技術更顯示出其強大的生命力和廣闊的發展前景。在電力工業方面，面向對象技術應用于ＤＴＳ可大大改善ＤＴＳ開放性差、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言中，Ｃ＋＋具有執行速度快、占用系統資源少的突出優勢，ＤＴＳ對系統的實時性要求很高，是開發ＤＴＳ的首選語言。加之以往很多電力系統軟件采用Ｃ語言開發，因此可以利用以往的工程成果，從而大大減少了開發的工作量。
Ｑｔ是Ｌｉｎｕｘ下的Ｃ＋＋用戶界面開發包，它具有以下優點：
（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）等操作系統上進行方便地移植。
（２）國際化支持好。已經有多個語言版本，包括中文，從而解決了漢化問題。
（３）高度面向對象，模塊化高，編寫程序簡單明了。一般來說，用Ｍｏｔｉｆ?在ＵＮＩＸ上開發ＤＴＳ用戶界面的主流類庫?編寫百行的代碼才可實現的功能，用Ｑｔ只用十幾行就能實現，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容。
（４）因為其類庫的本質可以與Ｍｏｆｉｔ類庫混編，且Ｑｔ具有不同的系統風格（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（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來描述二維圖形的語言。”目前，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格式進行輸出，同時可向同一個文件中以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，還有利于與不同開發商的ＥＭＳ／ＤＴＳ進行信息交換。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的數學模型比較復雜，畫面信息量大，操作種類多，數據維護量大。以往的維護都是通過圖形維護數據庫等工具和手段來進行。由于圖形和數據是分開輸入和維護的，因此二者無法直接對應和同步，圖形修改與設備、網絡模型、系統參數等數據修改不能同步進行?從而影響了數據維護的形象直觀性。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。由于沒有標準的信息交換接口及文件格式，所以各廠家的數據交互比較困難。
而本系統則將原有ＵＮＩＸ下Ｍｏｔｉｆ開發的系統向Ｌｉｎｕｘ下移植，并用更為結構化的Ｃ＋＋語言和更方便的Ｑｔ ３．０圖形界面類庫來對其進行修改并完善其功能，從而使之向國際標準ＩＥＣ６１９７０靠攏，同時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，對于軟件開發者來說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發起著舉足輕重的作用。
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＋＋圖形用戶界面類庫，它包含了對話框、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類，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現模式，包括對各種基本圖形及電氣圖元進行編輯操作，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行開發，它可以提供給用戶制作、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，如一個圖形元件的形狀、連接點、數據庫關聯等。用面向對象的方法來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（如開關、刀閘、發電機等），以制作一個可以整體使用的，并具有電網屬性的電氣圖元，可以大大提高系統的可擴展性和用戶的自適應性。
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現電氣的圖元繪制及維護系統圖、廠站圖及初始化曲線以及棒圖等功能。
數據維護模塊主要實現對初始化模塊初始實時數據庫數據的調用、實時數據庫的訪問以及實時數據庫的修改等功能。它采用三層架構方式來將用戶界面、業務邏輯、數據訪問分離開來，而它們彼此間則通過接口交互。在這種架構下，用戶通過中間層來訪問和修改數據庫，這樣有利于保持數據的一致性和正確性。由于用戶不直接訪問數據庫，因此，數據庫結構的改變不會引起用戶服務程序的修改，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調工作，它可在繪圖的同時通過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、自動生成網絡拓撲結構等功能，該模塊是本系統的核心部分。(范文先生網m.baimashangsha.com收集整理)
ＤＴＳ潮流計算及仿真培訓模塊嚴格地說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和應用范圍。交互式能提供友好界面以供用戶瀏覽、查詢、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、網絡模型、系統參數等數據關聯起來，該方式側重于設備、電力網絡模型的維護。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聯關系的操作。對于不同類型的用戶，可以根據所維護工作的特點選用不同的維護方式。通常，普通用戶可使用交互式，同時僅使用數據瀏覽權限；圖庫一體化用戶由于要維護系統設備參數和網絡拓撲結構，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、面向調度自動化系統的數據維護工具，以幫助用戶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、網絡拓撲、設備參數、模擬盤等數據庫。交互式主要實現瀏覽查詢和數據維護兩項功能，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具體數據庫進行瀏覽查詢；另一種是整體數據查詢方式，可供使用人員或調度員瀏覽查詢電力系統結構和全部數據，該方式支持層次、關系的瀏覽查詢。
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，修改采集點等。
４．２ 圖庫一體化
圖庫一體化方式就是自動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圖的同時將對應的電力網絡中的數據庫數據一并填寫完畢，并進行校驗以保證數據庫填寫的正確性。這種方式面向設備圖元，形象直觀，設備之間的連接關系比較清晰，且圖形和數據同步，能解決以往系統中圖形、數據庫和網絡建
模因多次輸入而可能造成的數據不一致的問題，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。導入主要用于實現數據庫的批量生成，即利用準備好的數據文件填寫離線庫的數據；導出則是利用離線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，可擴展標記語言）文件兩種形式。
文本文件形式簡單直觀、導入導出快捷，但是不同廠商獨立開發的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、關聯的統一，實現跨平臺、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絡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義級上基于ＣＩＭ）時，不同廠商開發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，價格低廉，速度快。將面向對象技術應用于ＤＴＳ可大大改善ＤＴＳ開放性差、擴充性差、難維護等不足。而采用Ｃ＋＋和Ｑｔ類庫編程，則可利用前人已有的成果進一步降低開發難度，提高開發效率。同時也很容易向ＵＮＩＸ移植，以適應一些用戶的特殊要求。由于該系統在圖形數據維護上對老系統進行了完善，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格式畫面，從而可方便地與其它系統實現互操作。目前，此系統已應用于山東臨沂的ＤＴＳ中，并得到調度員和專業人士的好評，同時也證明了此方案的可行性與實用性。
【在Linux下用Qt開發新一代DTS圖形數據系統的分析】相關文章：
Linux系統下USB攝像頭驅動開發08-06
Linux下的GTK圖形界面編程08-06
嵌入式Linux系統下Microwindows的應用08-06
Linux嵌入式系統開發平臺選型探討08-06
Windows 95下智能數據采集系統08-06
基于DSP的USB口數據采集分析系統08-06
基于DSP的 USB 口數據采集分析系統08-06