基于云计算的电网GIS平台可视化展现

2022-09-11

电网GIS云平台重要的是资源管理的利用, 为了更高效地利用资源, 改变传统资源查询和管理不便的问题, 需要对电网GIS云计算进行可视化的研究。因此电网GIS云平台中资源的可视化应用就应该实现对用户提交的任务实现最优调度, 并设法提高系统的总体吞吐率, 具体的目标包括最优效率、服务质量、负载均衡、最小成本等。

最优效率。效率是电网GIS云平台中资源的可视化应用中很重要且常见的目标, 用户都希望电网GIS服务的任务能在最短时间内完成, 实现最优效率是电网GIS服务和云平台的共同目标。

服务质量。电网GIS云平台中资源的可视化应用必须保障用户的服务质量 (QoS) 。一方面需要根据应用特征提高资源的发现效率和准确性, 保证用户服务的性能QoS;另一方面针对用户的状态变迁, 动态进行资源选择和重定向, 满足用户的经济QoS, 有效地提高用户满意度。因此这一目标是用户的保障也是电网GIS服务能长久持续发展的关键。

负载均衡。由于电网GIS云平台中的计算节点数量较多, 组成复杂, 加上不同云计算平台的异构性, 使得目前云平台中电网GIS服务负载均衡的实现成为一个具有挑战性的问题。

最小成本。电网GIS云平台的规模化、集中化资源建设与运行模式, 使得其经济因素成为要重点考虑的调度指标。

一、可视化展示关键技术

基于云计算的电网GIS平台可视化研究利用到了云计算、GIS、网络通信、多源数据处理等技术, 但实现可视化的关键技术主要包括云计算和GIS组件化技术。

(一) 云计算技术

云计算服务技术遵循先进、标准、开放的技术路线和原则, 采用组件化、动态化、服务化的设计思想, 依据基于云计算的电网GIS平台的业务和应用架构, 按照IaaS服务层和PaaS服务层进行多层结构技术体系实现。

1. IaaS服务层

IaaS服务层在国家及公司现有的云计算虚拟化平台系统相关技术标准规范的基础上, 主要对Docker容器管理进行技术架构扩展。

2. PaaS服务层

(二) GIS组件化技术

随着计算机软件技术和GIS技术的发展, GIS程序开始由模块化向组件化发展, GIS组件化是将复杂的GIS功能按照对象、功能、应用等层次分解为可以互操作和自治管理的组件, 这些组件由一种特定的平台或语言开发且能够在其它的平台或语言中重复使用。

目前, GIS组件主要分为COM组件和CORBA组件两种, 分别由Microsoft和OMG开发。

1. COM组件技术

COM是公共对象模型是OLE (Object Linking&Embedding) 和ActiveX共同的基础。基于分布式环境下的COM被称作DCOM (Distributed COM) , 它实现了COM对象与远程计算机上的另一个对象之间直接进行交互。

COM不是一种面向对象的语言, 而是一种二进制标准, 它建立的是一个软件模块与另一个软件模块之间的链接, 当这种链接建立之后, 模块之间就可以通过被称之为“接口”的机制来进行通信。COM标准增加了保障系统和组件完整的安全机制, 扩展到分布式环境的DCOM则支持分布式计算、交互操作和有限的移植。

2. CORBA组件技术

CORBA是公共对象请求代理体系结构 (Common Object Request Broker Architecture) 的英文缩写, 是由对象管理工作组 (OMG) 开发的一个组件软件标准。OMG是由成千上百个公司组成的组织, 他们致力于构建分布式对象计算的标准体系结构。CORBA基于对象管理体系结构, 为厂商提供一个标准框架, 使他们使用不同的语言、操作系统和硬件开发出来的应用系统, 仍然具有可移植性和互操作性。

随着SOA和微服务架构技术的发展, GIS平台和应用开发厂商也开始探索基于去中心化、更简单轻量的微服务架构来构建GIS程序组件。

传统Web应用系统采用多层架构, 层次划分清晰, 层与层之间有比较清晰的接口, 通常情况下, 客户端不直接与数据库进行交互, 而是通过COM/DCOM通讯与中间层建立连接, 再经由中间层与数据库进行交互。但随着应用程序逐渐增长, 业务复杂度会变的越来越高。这种情况下三层构架并不是特别适合业务的继续发展, 可维护性和可扩展性都会变差, 从而最终影响应用系统的使用。

在微服务架构中, 软件开发的方式将有很大变化。应用将由许多微服务组成的, 开发软件不再是库而是开发微服务。每个微服务都对应了一个独立的业务功能, 只定义了该功能必须的一些操作。整个软件解耦为多个功能相对独立的较小片段, 这些功能片段对系统中其它部分的依赖加以限制, 能够应对外界的故障。这种特性能够让基于微服务架构的应用在应对bug或是对新特性的请求时, 能够快速地进行变更。

二、可视化展示应用

基于云计算及GIS组件化等技术成功构建了基于云计算的电网GIS平台可视化展示, 下面对研究和实现的部分成果做出展示。

(一) 三维校验

三维校验包括导线间距、导线对地、导线对地物、清理。

1. 导线间距

选择要进行分析校验的两组导线, 在三维空间中进行间距计算分析。

2. 净空分析

点击净空分析按钮, 分析计算所选导线间的最短距离。

(二) PMS三维电网数据查询

PMS三维电网数据查询包括PMS点选和清理。

点击三维杆塔, 展示杆塔的台账信息

(三) GIS服务管理

服务管理是针对GIS-Server发布的在线空间服务进行相关管理操作, 主要包括在线空间服务的查询、控制以及空间服务配置管理等, 具体有服务控制管理、OGC服务查询、服务实例配置和管理以及自定义服务配置文件合法性检测等管理。

服务是核心单元, 有应用服务和数据服务, 应用服务即是执行者, 数据服务是数据对外的使用方式, 所有操作和配置都是基于服务产生的。

在服务列表中, 用户可以查看每个服务总体概况, 如服务缩略图、运行状态以及服务唯一标识, 还可进行启动、停止、删除和授权操作。启动和停止操作是标记该服务的状态, 如果该服务为启动状态, 可以被用户访问到, 反之该服务将不会被用户访问到。默认情况下, 每个空间服务处于启动状态。删除服务是不可逆操作, 删除将不可恢复, 即使重新发布该服务, 也只是名字相同的服务, 并不能代表为同一服务 (唯一标识不同) 。授权服务操作则是为每一个服务配置用户权限, 有此权限的用户, 可以访问到该服务, 反之则不能访问该服务。

在服务列表中, 也可以通过点击服务名称来查看服务详细信息以及服务预览。

GIS集群服务管理是机器节点和服务节点管理的中枢, 主要用于查询节点的注册状态及运行状态, 其中机器节点是指具体的物理机器, 服务节点是服务的逻辑单元。集群管理模块主要包括注册服务列表查询、机器节点信息查看、网络拓扑关系及带宽查看和集群运行的实时监控。

(四) 分析测量

分析测量是基于GIS进行三维空间算法研究, 实现了包括点位测量、距离测量、高度测量、面积测量、淹没分析、断面分析、通视分析、土方分析在内的三维空间分析测量方法。

1. 通视分析

在GIS上单击取点, 双击结束后, 则会在球体上显示通视分析结果。

2. 土方分析

在GIS上球体上单击选定起点, 依次单击取点, 双击结束, 则在球体上会显示选定多边形的挖方体积和填方体积。

三、结束语

本文基于云计算、GIS组件化技术实现了电网GIS云平台的可视化研究, 并对研究成果进行了展示。实现的电网GIS可视化云平台在数据访问、图形渲染、应用程序框架等不同层次解决异构平台的统一开发问题, 功能强大、三维表达尺度全面, 在国内首次实现了地上、地表、地下、水下信息一体化集成表达, 并且率先解决了三维CAD设计成果与三维空间信息平台无缝集成、二三维一体化、三维全平台支持等难题, 已在国防军事信息化、石油石化、电力、国土测绘、数字海洋、安全应急、林业、地矿、地理教学等领域广泛应用, 在三维设施管理、军事三维仿真、资源环境应用集成等领域形成了成熟的解决方案。

摘要：随着GIS技术的不断发展, GIS平台已经从比较简单、功能单一的分散系统发展到了多功能、共享的综合信息系统, 而电网资源数据的管理和应用手段仍主要停留在二维, 范围仍陷于各公司内部, 方式停留在单机版或局域网版, 导致许多资源的共享和协同方式不灵活, 利用率不高。在此基础上, 本文进行了电网GIS云平台的可视化研究, 并对研究成果进行了展示。

关键词：电网,GIS,可视化,云计算