袁 灝， 張煒剛， 劉曉平

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，安徽 合肥 230009；2.山東大學(xué)（威海）機(jī)電與信息工程學(xué)院，山東 威海 264209）

0 引言

智能電網(wǎng)的快速發(fā)展推動(dòng)了人們對(duì)電力系統(tǒng)可視化技術(shù)的不斷研究與應(yīng)用［1－3］。目前傳統(tǒng)的可視化系統(tǒng)都是基于C／S（客戶端／服務(wù)器）的構(gòu)架，使用OpenGL等桌面渲染技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。這種方式部署與維護(hù)的成本很高，一般需要每一臺(tái)計(jì)算機(jī)安裝客戶端，出現(xiàn)問(wèn)題或版本更新時(shí)也需要安排專業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，大大提高了安裝與維護(hù)成本。

基于Web的智能電網(wǎng)可視化系統(tǒng)使用B／S（瀏覽器／服務(wù)器）構(gòu)架，無(wú)需安裝和配置客戶端，僅需一個(gè)網(wǎng)址，經(jīng)由瀏覽器即可登錄系統(tǒng)。更新或維護(hù)系統(tǒng)時(shí)，也僅需要更改服務(wù)器端即可。2010年上半年完成并發(fā)布的WebGL是一種3D繪圖標(biāo)準(zhǔn)，它可以為HTML5中的Canvas提供硬件3D加速渲染，從而使用系統(tǒng)顯卡在瀏覽器中展示3D場(chǎng)景和模型，開(kāi)發(fā)人員也不需要再開(kāi)發(fā)用于網(wǎng)頁(yè)的渲染插件，滿足了電力系統(tǒng)可視化要避免使用插件的安全需求。

新技術(shù)與新框架的使用提高了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的困難和復(fù)雜性，為了很好地實(shí)現(xiàn)最終的需求目標(biāo)、縮短開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本，就需要對(duì)基于 Web的可視化系統(tǒng)有一個(gè)全面系統(tǒng)的了解，因此需求建模在整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中非常重要。本文首先進(jìn)行了系統(tǒng)邊界分析，再使用標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言UML［4］對(duì)需求進(jìn)行建模，包括用例建模和交互建模的可視化建模方式。

1 系統(tǒng)邊界分析

系統(tǒng)邊界即系統(tǒng)包含的功能與系統(tǒng)不包含的功能之間的界限［5］。一般在系統(tǒng)分析階段定義，只有明確了系統(tǒng)邊界，才能繼續(xù)進(jìn)行下面的分析、設(shè)計(jì)等工作。明確的邊界分析有助于系統(tǒng)模塊的劃分，明確各個(gè)模塊的功能職責(zé)以及模塊間的交互過(guò)程。經(jīng)驗(yàn)證明大量的程序錯(cuò)誤是發(fā)生在輸入或輸出范圍的邊界上，而不是發(fā)生在輸入輸出范圍的內(nèi)部，因此針對(duì)各種邊界進(jìn)行分析測(cè)試，可以減少錯(cuò)誤的發(fā)生。圖1所示為基于Web的可視化系統(tǒng)邊界場(chǎng)景示意圖。

圖1 基于Web的可視化系統(tǒng)邊界場(chǎng)景示意圖

整個(gè)可視化系統(tǒng)包括如下4個(gè)系統(tǒng)邊界：

（1）調(diào)度員邊界流程描述。系統(tǒng)通過(guò)瀏覽器向調(diào)度員展示場(chǎng)景，使其獲取當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息。

（2）維護(hù)人員邊界流程描述。維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤日志進(jìn)行分析處理，設(shè)置系統(tǒng)可視化參數(shù)。

（3）EMS總線／服務(wù)器邊界流程描述?？偩€為系統(tǒng)提供當(dāng)前電網(wǎng)信息，系統(tǒng)進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)的二次處理和格式化處理。服務(wù)器向系統(tǒng)提供用戶及電網(wǎng)信息，從而進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證、歷史重現(xiàn)。系統(tǒng)不用自己測(cè)量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以向服務(wù)器存儲(chǔ)用戶的基本信息，用戶也可以對(duì)系統(tǒng)設(shè)置信息。

（4）圖形編輯器邊界流程描述。圖形編輯器提供系統(tǒng)所需站內(nèi)圖和地理圖，系統(tǒng)從中獲取變電站、母線等圖元的位置、屬性信息。系統(tǒng)不用自己繪制場(chǎng)站圖和地理圖。

2 用例視圖建模

用例模型的概念最早由文獻(xiàn)［6］提出，是系統(tǒng)既定功能及系統(tǒng)環(huán)境的模型，可以作為客戶和開(kāi)發(fā)人員之間的契約。用例建模與需求的確定是緊密結(jié)合的，初步的用例圖可以根據(jù)頂層需求確定，進(jìn)一步的求精應(yīng)由更詳細(xì)的需求來(lái)驅(qū)動(dòng)。如果在開(kāi)發(fā)生命周期中用戶需求變了，這些變化應(yīng)首先體現(xiàn)在需求文檔中，接著在用例模型中出現(xiàn)［7］。

參與者和用例由對(duì)功能性需求的分析來(lái)確定，參與者并不是某人或事物的特定實(shí)例，而是系統(tǒng)外部的人或事物針對(duì)用例所扮演的角色［7］。根據(jù)系統(tǒng)邊界分析可知，可視化系統(tǒng)主要包含調(diào)度人員、維護(hù)人員和EMS總線／系統(tǒng)3個(gè)參與者，其在系統(tǒng)中的功能各不相同，因此需要根據(jù)不同的參與者建立不同的用例視圖，如圖2所示。

圖2 智能電網(wǎng)可視化系統(tǒng)用例建模

圖2a為面向調(diào)度員的用例模型，可視化系統(tǒng)通過(guò)瀏覽器向調(diào)度員提供多種電網(wǎng)數(shù)據(jù)展示方式。

圖2b為面向EMS總線／服務(wù)器的用例模型，設(shè)計(jì)時(shí)需要定義它與可視化系統(tǒng)的接口和規(guī)范，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。

圖2c為面向維護(hù)人員的用例模型，維護(hù)人員可以使用系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置并分析日志。

3 交互建模

交互建模顯示了協(xié)作對(duì)象之間的事件（消息）順序，屬于需求分析的高級(jí)階段［7］?；赪eb的可視化系統(tǒng)交互模型如圖3所示。調(diào)度人員通過(guò)網(wǎng)址登錄系統(tǒng)界面，服務(wù)器根據(jù)輸入的用戶名密碼確定用戶權(quán)限。當(dāng)判斷用戶具備訪問(wèn)權(quán)限時(shí)，頁(yè)面初始化JS文件，JS文件再以異步通訊的方式每隔一段時(shí)間向服務(wù)器請(qǐng)求電網(wǎng)數(shù)據(jù)，獲取格式化的JSON數(shù)據(jù)后，經(jīng)由不同的圖元庫(kù)函數(shù)在瀏覽器中展示電網(wǎng)場(chǎng)景。

圖3 基于Web的可視化系統(tǒng)的交互建模

4 需求模型驗(yàn)證

在需求模型驗(yàn)證過(guò)程中，使用上苑供電區(qū)域的線路負(fù)載率情況實(shí)現(xiàn)了基于Web的電網(wǎng)可視化原型系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 上苑供電區(qū)域220kV線路負(fù)載率實(shí)例

通過(guò)AJAX技術(shù)［8］讓頁(yè)面每隔一段時(shí)間向服務(wù)器發(fā)出一次請(qǐng)求，服務(wù)器收到請(qǐng)求后分析當(dāng)前場(chǎng)景中包含的電力模型類別和屬性，再將要展示的電力數(shù)據(jù)信息格式化后通過(guò)以太網(wǎng)傳遞給瀏覽器，瀏覽器再調(diào)用圖元庫(kù)函數(shù)在Web頁(yè)面中更新展示的場(chǎng)景，使調(diào)度員能夠及時(shí)獲取當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)三維場(chǎng)景可以清晰地展示供電區(qū)域內(nèi)斷路器狀態(tài)、線路負(fù)載率、變壓器負(fù)載率、有功潮流、無(wú)功潮流以及區(qū)域總體狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息，從而達(dá)到直觀展現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，幫助調(diào)度員及時(shí)處理故障和減少電網(wǎng)事故損失的目的。經(jīng)過(guò)本實(shí)例的驗(yàn)證，該系統(tǒng)可以作為基于Web的電網(wǎng)數(shù)據(jù)可視化［9］需求分析階段的有效工具。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)UML的可視化建模方法，對(duì)基于Web的智能電網(wǎng)可視化系統(tǒng)進(jìn)行了需求建模，并結(jié)合實(shí)例使用該模型進(jìn)行了具體需求過(guò)程分析驗(yàn)證，可幫助用戶和開(kāi)發(fā)人員了解模塊邊界和接口功能以及系統(tǒng)的交互通訊過(guò)程，減少需求錯(cuò)誤和需求缺失導(dǎo)致的時(shí)間及資金耗費(fèi)。進(jìn)一步的工作是添加電網(wǎng)擴(kuò)展模型，從而增加系統(tǒng)對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中新產(chǎn)生需求的適應(yīng)性和可復(fù)用性。

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