曹鑫，邱靈赟，彭小慶，王云飛，李博

（國網(wǎng)四川省電力公司供電服務(wù)中心，四川 成都 610041）

隨著我國電力企業(yè)的快速發(fā)展，相關(guān)部門建立獨(dú)立的電力數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的構(gòu)建通過不同平臺(tái)、不同工具等進(jìn)行開發(fā)，并應(yīng)用在不同領(lǐng)域[1]。這些電力企業(yè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)往往依據(jù)自身需求構(gòu)建，與其他部門之間相互獨(dú)立存在，很難進(jìn)行訪問[2]。雖然越來越多平臺(tái)被研發(fā)和使用，人們獲取電力綜合數(shù)據(jù)也越來越輕松[3]，然而，電力綜合數(shù)據(jù)并不能得到良好的利用，這些數(shù)據(jù)往往是以不同格式分散到數(shù)據(jù)庫之中，因而很難將其集成起來進(jìn)行分析，有效整理工作變得十分困難，處理數(shù)據(jù)需耗費(fèi)大量人力和時(shí)間，由此形成了信息孤島[4]。因此，在不同部門間建立統(tǒng)一規(guī)范的接口，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享變得尤為重要[5]。

在電力綜合數(shù)據(jù)集成過程中，聚集了很多不同電力資源，并在應(yīng)用過程中累積了大量異構(gòu)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對簡單，但隨著數(shù)據(jù)量快速增長，采用單一數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)無法快速集成這些數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)系統(tǒng)在進(jìn)行電力綜合數(shù)據(jù)的集成時(shí)存在集成速度較慢，且集成的數(shù)據(jù)內(nèi)容不能適應(yīng)當(dāng)前需求等。為了解決該問題，提出了基于分布式協(xié)調(diào)的電力綜合數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)構(gòu)建。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將電力數(shù)據(jù)定時(shí)集成到同一個(gè)數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以此滿足電力用戶工作需求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，文中系統(tǒng)可以快速實(shí)現(xiàn)電力綜合數(shù)據(jù)的集成，具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)框架

系統(tǒng)的構(gòu)建是采用分布式三層體系，分別為應(yīng)用層、中間層和數(shù)據(jù)層。應(yīng)用層包括管理員工作站、瀏覽器；中間層包括全局本體、局部本體和查詢組件；數(shù)據(jù)層包括客戶端和共享服務(wù)器[6-7]。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

該系統(tǒng)中間層采用全局和局部相結(jié)合的模式，通過查詢組件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源到局部和全局的映射，實(shí)現(xiàn)即插即用[8]。

1.1 應(yīng)用層

依據(jù)電力系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用情況，該層次主要包括兩種用戶：一種是電力系統(tǒng)工作人員，其利用管理工作站實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行；另一種是供其他工作人員使用的查詢組件，即為瀏覽器，以適應(yīng)未來電力系統(tǒng)需求，用戶查詢組件的全局，無需關(guān)心系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)透明訪問[9-10]。

1.2 中間層

中間層主要負(fù)責(zé)電力綜合數(shù)據(jù)集成與交換，采用中間組件方式，實(shí)現(xiàn)對分布式數(shù)據(jù)源的直接訪問。該層次查詢組件解析從本體映射到局部數(shù)據(jù)源，并將其從各個(gè)數(shù)據(jù)源中進(jìn)行信息整合，通過XSLT轉(zhuǎn)化，傳輸給應(yīng)用層[11]。

本體組件是該層的核心組件，在集成過程中，針對不同數(shù)據(jù)源通過模式映射構(gòu)建相應(yīng)局部本體，并以此為基礎(chǔ)，建立整個(gè)系統(tǒng)上的全局本體[12]。映射組件是連接本體組件和查詢組件的關(guān)鍵樞紐，也是在本體組件構(gòu)建完成后進(jìn)行的映射組件，通過計(jì)算不同本體間的相似度，可搜索相似度最大的本體[13]。通過該組件能夠在最大程度上發(fā)現(xiàn)局部最優(yōu)映射，并以此制定映射規(guī)則。查詢組件通過查詢處理用戶指令，實(shí)現(xiàn)全局本體、局部本體和數(shù)據(jù)源之間的映射，將用戶全局查詢分解成多個(gè)對應(yīng)的單獨(dú)數(shù)據(jù)源。XML數(shù)據(jù)源查詢語言具有功能強(qiáng)大、方便、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)[14]。

1.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層位于系統(tǒng)框架最底層，該層次主要包括客戶端和共享服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的高效共享，并通過包裝器為應(yīng)用層和中間層提供數(shù)據(jù)支持[15]。

使用手機(jī)客戶端主要與服務(wù)器相對應(yīng)，為客戶端提供本地服務(wù)程序。移動(dòng)客戶端以手機(jī)為主，能夠運(yùn)行在手機(jī)終端，通過無線互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。利用手機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)，首次登錄時(shí)需要手動(dòng)輸入網(wǎng)址，并保存標(biāo)簽，為后續(xù)訪問提供便利[16]。

包裝器實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)源的映射，不同數(shù)據(jù)源需采用相應(yīng)的包裝器，并從數(shù)據(jù)源中提取出XML Schema模式的數(shù)據(jù)，并將查詢映射指定為特定數(shù)據(jù)源，以此識(shí)別物理查詢，并將底層抽取，轉(zhuǎn)化為XML文件格式。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 分布式協(xié)調(diào)電力綜合數(shù)據(jù)無縫集成

在該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件部分以完成該系統(tǒng)集成電力綜合數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)采集之前的無縫銜接、平滑過渡，能夠較好解決信息孤島問題，矢量數(shù)據(jù)集成流程如圖2所示。

將分布式協(xié)調(diào)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量集成化整理，并將矢量數(shù)據(jù)通過構(gòu)建WFS文件服務(wù)，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)加載到該文件中，進(jìn)而達(dá)到電力綜合數(shù)據(jù)與相關(guān)數(shù)據(jù)的集成。

圖2 矢量數(shù)據(jù)集成流程

2.2 數(shù)據(jù)集成流程設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對海量數(shù)據(jù)不同作業(yè)的區(qū)別，具體作業(yè)流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)集成流程

首先，客戶端發(fā)送集成請求到調(diào)度Agent中；從調(diào)度Agent中獲取作業(yè)元數(shù)據(jù)信息；判斷是否需要數(shù)據(jù)劃分，如果不需要，則可直接分配該作業(yè)到最強(qiáng)節(jié)點(diǎn)上，否則，需進(jìn)行下一步；然后，收集所有節(jié)點(diǎn)信息，按照負(fù)載信息設(shè)定具體劃分方案；依據(jù)劃分結(jié)果，選中節(jié)點(diǎn)發(fā)送執(zhí)行信息；再次，等待節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的任務(wù)，并返回作業(yè)完畢信息；最后，合并作業(yè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)綜合集成。

3 系統(tǒng)調(diào)試

在調(diào)試試驗(yàn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)基于分布式協(xié)調(diào)的電力綜合數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，為了驗(yàn)證該系統(tǒng)構(gòu)建的合理性，需進(jìn)行調(diào)試分析。

3.1 開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境如表1所示。

表1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

3.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置如表2所示。

表2 電力數(shù)據(jù)資源

3.3 查詢界面設(shè)置

系統(tǒng)查詢界面設(shè)置如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)查詢界面設(shè)置

依據(jù)上述設(shè)置的查詢界面，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試驗(yàn)證分析。

3.4 調(diào)試結(jié)果與分析

3.4.1 不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成速度對比

為了驗(yàn)證文中系統(tǒng)的有效性，將傳統(tǒng)系統(tǒng)與文中系統(tǒng)的電力綜合數(shù)據(jù)集成速度進(jìn)行對比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同系統(tǒng)集成速度對比

分析圖5可以看出，對在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)的集成速度，兩種系統(tǒng)差距較大。在線數(shù)據(jù)的集成：當(dāng)集成數(shù)據(jù)量為25 dB時(shí)，采用文中系統(tǒng)集成速度為13 s，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)集成速度為23 s；當(dāng)集成的數(shù)據(jù)量為75 dB時(shí)，采用文中系統(tǒng)集成速度為12 s，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)集成速度為24 s；當(dāng)數(shù)據(jù)量為150 dB時(shí)，采用文中系統(tǒng)集成速度為7 s，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)集成速度為22 s。針對離線數(shù)據(jù)的采集：當(dāng)數(shù)據(jù)量為50 dB時(shí)，采用文中系統(tǒng)集成速度為5 s，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)集成速度為22 s；當(dāng)數(shù)據(jù)量為75 dB時(shí)，采用文中系統(tǒng)集成速度為7s，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)集成速度為22 s；當(dāng)數(shù)據(jù)量為150 dB時(shí)，采用文中系統(tǒng)集成速度為3 s，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)集成速度為23 s。

根據(jù)上述研究結(jié)果可知，文中系統(tǒng)的對電力綜合數(shù)據(jù)的集成速度更快。

3.4.2 不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成的準(zhǔn)確性分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證文中方法的可靠性，實(shí)驗(yàn)分析了傳統(tǒng)系統(tǒng)和文中系統(tǒng)對電力綜合數(shù)據(jù)集成的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成準(zhǔn)確性對比

分析表3中數(shù)據(jù)可知，隨著集成的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的增加，兩種系統(tǒng)的準(zhǔn)確率隨之改變。當(dāng)集成的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為2 000個(gè)時(shí)，文中系統(tǒng)集成的準(zhǔn)確率為96%，傳統(tǒng)系統(tǒng)的集成準(zhǔn)確率為85%；當(dāng)集成的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為4 000個(gè)時(shí)，文中系統(tǒng)集成的準(zhǔn)確率為95%，傳統(tǒng)系統(tǒng)的集成準(zhǔn)確率為80%；當(dāng)集成的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為7 000個(gè)時(shí)，文中系統(tǒng)集成的準(zhǔn)確率為92%，傳統(tǒng)系統(tǒng)的集成準(zhǔn)確率為72%。通過對比可以看出，文中系統(tǒng)對電子綜合數(shù)據(jù)的集成準(zhǔn)確率高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，且均高于92%，驗(yàn)證了文中系統(tǒng)的可行性。

4 結(jié)束語

文中提出基于分布式協(xié)調(diào)的電力綜合數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)構(gòu)建。該系統(tǒng)的構(gòu)建解決了電力數(shù)據(jù)孤島問題，使電力信息可以及時(shí)、有效的共享。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，文中系統(tǒng)可有效提高電力綜合數(shù)據(jù)的集成速度，且集成準(zhǔn)確率較高，證明了該系統(tǒng)對電力綜合數(shù)據(jù)集成具有一定優(yōu)勢。

雖然文中系統(tǒng)在現(xiàn)階段取得了一定成果，但還存在很多不足，在以后的工作中將從以下兩點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)：

1）組件技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用較為廣泛，因此，在后續(xù)研究進(jìn)程中，需將組件技術(shù)應(yīng)用到電網(wǎng)中繼續(xù)研究。

2）由于智能電網(wǎng)還在小規(guī)模范圍內(nèi)使用，文中系統(tǒng)對于應(yīng)用安全性考慮較少，未來將以此為重點(diǎn)，進(jìn)行電力綜合數(shù)據(jù)安全性的探究。