摘 要：近幾年GIS在電力系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。Web Services的出現(xiàn)，將改變在Web上進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)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(tǒng)構(gòu)架模型并進(jìn)行論述。基于Web Services開發(fā)的電力GIS具有系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)、代碼重用度高的特點(diǎn)。其同時(shí)也是解決目前WebGIS系統(tǒng)所面臨的問題的有效途徑。

關(guān)鍵詞：電力地理信息系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；XML；系統(tǒng)構(gòu)架模型

中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會的快速發(fā)展，用電負(fù)荷日益增長，電網(wǎng)運(yùn)行的控制及管理工作變得比以往任何時(shí)期都更為復(fù)雜。電力GIS由于能及時(shí)、全面、準(zhǔn)確地獲取電力企業(yè)的各種資源信息，并加以提煉、分析，為電力企業(yè)的管理者和決策者提供輔助決策支持，而得到廣泛應(yīng)用。

近幾年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展， GIS（地理信息系統(tǒng)）與Internet 兩者的結(jié)合成為WebGIS。當(dāng)WebGIS出現(xiàn)以后，它在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的范圍更加廣泛，使電力系統(tǒng)信息實(shí)現(xiàn)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(tǒng)信息的可視化管理。WebGIS在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：輸變電管理（線路設(shè)計(jì)、線路操作及空間分析）、配電管理（配電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、線路負(fù)荷統(tǒng)計(jì)與預(yù)測、變配電站、開關(guān)站操作及空間分析、遙測信號對站內(nèi)設(shè)備實(shí)時(shí)變位、配電潮流分析、供電可靠性分析等）和用戶服務(wù)支持等。

但是隨著應(yīng)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(diǎn)，事實(shí)上WebGIS的實(shí)現(xiàn)技術(shù)存在著很大的問題。首先，它們都不能實(shí)現(xiàn)異構(gòu)空間數(shù)據(jù)互操作以及實(shí)現(xiàn)跨平臺的問題，因而，也不是真正意義上的開放的萬維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)；其次，由于Web本身將內(nèi)容的表現(xiàn)和運(yùn)行邏輯結(jié)合在一起，所以，對于一個WebGIS應(yīng)用，從設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用到維護(hù)，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(gòu)建的WebGIS是緊密藕合的，對Web開發(fā)人員來說，系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試、維護(hù)都很困難，要實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的擴(kuò)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(shí)入手來解決WebGIS的這些問題。目前有W3C和OGC等2大類型的標(biāo)準(zhǔn)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(shù)分析

Web Services是使用Web Services技術(shù)創(chuàng)建的具體應(yīng)用實(shí)例，而Web Services則是用于構(gòu)架Web Services的整體技術(shù)框架。

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

從功能角度講，Web Services是一種新型的Web應(yīng)用程序，具有自包含、自描述以及模塊化的特點(diǎn)，可以通過Web發(fā)布、查找和調(diào)用。其實(shí)現(xiàn)的功能可以是響應(yīng)客戶一個簡單的請求，也可以是完成一個復(fù)雜的商務(wù)流程。一個Web Services配置好后，其他應(yīng)用程序和Web Services就可以直接發(fā)現(xiàn)和調(diào)用該服務(wù)。

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(wù)的服務(wù)中心請求查找服務(wù)，得到WSDL文檔的URL地址?？蛻舳巳绻繵SDL文件的URL地址，可以跳過這一步。

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

第三步，客戶端根據(jù)服務(wù)說明，向Web Services的提供者請求這個服務(wù)，并得到服務(wù)的結(jié)果。

通過這一系列的交互，客戶端完成了對服務(wù)的使用。

1.2 Web Services的協(xié)議

Web Services是由一系列的協(xié)議組成。目前Web Services的協(xié)議棧如表1所示。其中，下面兩層是先前己經(jīng)定義好的并且廣泛使用的傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層的標(biāo)準(zhǔn)IP，HTTP，SMTP等。而中間的4層是目前開發(fā)的Web Services的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是Web Services的核心技術(shù)，包括服務(wù)調(diào)用協(xié)議SoAP、服務(wù)描述協(xié)議WSDL，服務(wù)發(fā)現(xiàn)/集成協(xié)議UDDI，以及服務(wù)工作流描述語言WSFL。最上層描述的是更高層的待開發(fā)的關(guān)于路由以及事務(wù)等方面的協(xié)議。右邊的部分是各個協(xié)議層的公用機(jī)制，這些機(jī)制一般由外部的正交機(jī)制來完成。

1.3 Web Services對電力GIS的作用

采用Web Services相關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力GIS系統(tǒng)，可以很好地解決目前電力GIS中存在的跨平臺、軟件復(fù)用等問題。

（1） 利用XML實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類型的標(biāo)準(zhǔn)化

在面向?qū)ο笙到y(tǒng)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(fù)雜對象如城市配電網(wǎng)，需要這些簡單幾何體以組合和聯(lián)合的方式來表示。但是在電力GIS系統(tǒng)中，不僅對描述復(fù)雜的復(fù)合實(shí)體的表示方法不同，而且組成復(fù)合對象的基本數(shù)據(jù)類型的描述也有可能各不相同，對象之間錯綜復(fù)雜的各種關(guān)系更無法統(tǒng)一表示。

（2） 利用WSDL實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用

Web Services可以簡單地認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)被完全隱藏。同時(shí)，由于采用XML/GML定義數(shù)據(jù)類型，可以表示一些復(fù)雜的電力相關(guān)地理信息類型，所以電力GIS中的數(shù)據(jù)模型可以被完全表示出來；根據(jù)XSLT不同的數(shù)據(jù)模型之間也可以很方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，對數(shù)據(jù)的處理與數(shù)據(jù)放在一起，不同的數(shù)據(jù)，其內(nèi)部操作的方式不盡相同，但是因?yàn)槎甲袷匾欢ǖ慕涌谝?guī)范，所以外部調(diào)用的方式完全相同。

利用網(wǎng)絡(luò)組件的方式，在應(yīng)用程序之間流動的，只是命令和響應(yīng)，數(shù)據(jù)和程序都不需要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，節(jié)省了帶寬和計(jì)算時(shí)間。

（3） 利用WSDL和SoAP實(shí)現(xiàn)跨平臺

Web Services采用組件化軟件的思想，使用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和接口，用WSDL語言來描述功能接口，屏蔽了具體實(shí)現(xiàn)的方式（體系結(jié)構(gòu)、包括硬件、操作系統(tǒng)、語言、運(yùn)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(tǒng)一個節(jié)點(diǎn)的更新、崩潰、更換操作系統(tǒng)不會影響到整個電力GIS系統(tǒng)的其他節(jié)點(diǎn)。

在Web Services中，采用SoAP/HTTP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)服務(wù)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(shè)計(jì)一套完全不同的通信方式來進(jìn)行客戶端和服務(wù)器端之間的通信。

（4） 利用UDDI實(shí)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)服務(wù)，使得用戶和服務(wù)提供者之間的溝通更加容易。服務(wù)的注冊，發(fā)現(xiàn)和綁定模式，使得應(yīng)用程序?qū)Ψ?wù)不再是靜態(tài)依賴關(guān)系。因?yàn)閼?yīng)用程序可以通過UDDI注冊中心來動態(tài)更新有關(guān)服務(wù)的元數(shù)據(jù)，該元數(shù)據(jù)可以包括服務(wù)的版本號、更新時(shí)間、服務(wù)URL位置、服務(wù)功能等信息，從而供應(yīng)用程序選擇和使用。所以服務(wù)的動態(tài)添加、刪除和更新不會對已有的應(yīng)用程序產(chǎn)生影響?？梢岳貌煌M織，機(jī)構(gòu)或者個人開發(fā)的不同GIS組件來構(gòu)建GIS系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)電力GIS組件的共享。

2 基于Web Services的電力GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 電力GIS與Web Services的結(jié)合

這里以結(jié)構(gòu)較為簡單的電力客戶服務(wù)系統(tǒng)為例，考慮到實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程中可以用到的方法，提出一個WebGIS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)，各部分的功能如下，

（1） 客戶端產(chǎn)品采用VC實(shí)現(xiàn)，主要接受用戶的操作，將操作結(jié)果傳遞給用戶顯示；

（2） 應(yīng)用服務(wù)器采用Java實(shí)現(xiàn)，根據(jù)客戶端的請求，向數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送請求并處理返回的結(jié)果，然后再將結(jié)果返回給客戶端；

（3） 地圖數(shù)據(jù)服務(wù)器采用ArcIMS，負(fù)責(zé)提供地圖操作服務(wù)；信息數(shù)據(jù)服務(wù)器采用Oracle，負(fù)責(zé)提供電力客戶信息服務(wù)。

客戶端和遠(yuǎn)程分別采用MVC結(jié)構(gòu)，客戶端與Web中間件通過基于HTTP的SoAP協(xié)議通信；而Web中間件與服務(wù)器間采用TCP或HTTP協(xié)議通信。遠(yuǎn)程接口是服務(wù)的提供者，客戶端是服務(wù)的使用者，二者可獨(dú)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(diào)制與解調(diào)。

2.2 應(yīng)用服務(wù)器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

根據(jù)提出的電力客戶服務(wù)GIS原型系統(tǒng)，這里將應(yīng)用服務(wù)器按照Web Services的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，把數(shù)據(jù)服務(wù)器所提供的各種操作功能包裝成服務(wù)并發(fā)布，供客戶端調(diào)用。

（1） Web Services的部署，開發(fā)服務(wù)端的位置服務(wù)的Web Services組件或模塊，如數(shù)據(jù)調(diào)用服務(wù)、位置查詢服務(wù)等。將已開發(fā)的系統(tǒng)功能模塊在服務(wù)發(fā)布端按照Web Services 要求部署，并用WSDL進(jìn)行描述，提供給遠(yuǎn)程客戶端調(diào)用。客戶端調(diào)用Web服務(wù)的實(shí)現(xiàn)可以通過3種方式：一種是服務(wù)請求方直接訪問服務(wù)的WSDL文件，利用 Axis 類庫生成客戶端；第二種是使用WSDL的動態(tài)調(diào)用接口方式；第三種是通過服務(wù)端的部署，指向需要發(fā)布的 Web 服務(wù)，如圖3是實(shí)現(xiàn)對地圖操作的Web服務(wù)部署。

（2） Web Services的調(diào)用，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的客戶端不是基于瀏覽器，而是獨(dú)立的應(yīng)用程序，故本文采用SoAP 方式下的請求和響應(yīng)。這種方式使得客戶端和服務(wù)器端松散耦合，大大提高了獨(dú)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(yīng)：

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(tài)管理，Web Services由于采用HTTP作缺省通訊協(xié)議，使得Web Services可以透過各個企業(yè)、公司的防火墻，真正實(shí)現(xiàn)跨Internet的分布式計(jì)算。也因?yàn)镠TTP，使得Web Services在本質(zhì)上一些先天的限制，就像其他的Web應(yīng)用程序一樣。在本系統(tǒng)中，借助于HTTP協(xié)議的cookie機(jī)制和服務(wù)器端的session機(jī)制實(shí)現(xiàn)Web Services狀態(tài)管理。

3 結(jié) 語

基于Web Services體系的電力GIS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的GIS系統(tǒng)相比，有2大優(yōu)勢：

（1） 開放的數(shù)據(jù)模型，在該系統(tǒng)中空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成XML傳遞到客戶端。ML/GML為跨平臺的數(shù)據(jù)訪問提供一個數(shù)據(jù)交換的中間格式，因此，各個異構(gòu)的GIS系統(tǒng)間可以采用XML/GML作為數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)妮d體進(jìn)行互操作。而且，XML描述數(shù)據(jù)本身，人們在網(wǎng)上瀏覽數(shù)據(jù)同時(shí)也獲得了數(shù)據(jù)本身，從而真正的實(shí)現(xiàn)了“所見即所得”。

（2） 開放的數(shù)據(jù)訪問接口，基于Web Services的電力GIS可以使任何用戶都跨越系統(tǒng)平臺，通過Web來獲得所需的服務(wù)功能，從而構(gòu)建自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著地理信息Web服務(wù)規(guī)范的完善，基于Web Services的開發(fā)模式的大量普及，這種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和開發(fā)模式必將成為未來WebGIS應(yīng)用的主流模式。

XML/Web Services體系是基于XML的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)和Web Services的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物?；赪eb Services體系設(shè)計(jì)和開發(fā)的WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)具有，系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)、代碼重用度高。這是解決目前WebGIS系統(tǒng)所面臨的問題的最有效的途徑。

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作者簡介 劉亞汀 1971出生，西安電力高等?？茖W(xué)校，碩士。主要研究人工智能與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與應(yīng)用。