基于SVG的电力系统图形互操作研究

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1、基于SVG的电力系统图形互操作研究摘要：可缩放矢量图形SVG作为IEC61970规范推荐采用的公共图形交换的文件格式。提出要实现不同开发商开发的图形文件信息的相互辨认和交换，以及实现电力系统图形的互操作的关键是要建立基于SVG格式所组成的电力系统图形文件各元素的语义叙述格式规范和电力系统图形文件的组成结构规范,并按照IEC61970描述电力系统资源的规范，形成电力系统图形文件格式规范。各厂商开发的图形系统按照规范文件格式导出生成用于交互的SVG格式的图形文件，通过解析规范格式的图形文件并结合各图形系统的专用定义又可导入生成各图形系统内部各自格式的图形文件，从而实现电力系统图形的互操作。关键词：

2、电力系统；交互图形；规范化；SVG；图形文件格式；互操作电网自动化系统开展的目标是规范化和开放性。IEC第57技术委员会第13工作组推出了IEC61970规范系列是电网调度自动化系统集成、异构和互操作的根底规范。其核心内容有：公用信息模型CIM，提供电网模型的一个综合逻辑视图；组件接口标准CIS，定义了访问电网的CIM的组件化接口标准；图形交换计划草案，定义了采用基于XML的SVG图形格式，用于调度自动化系统的图形交换。通过遵循IEC61970系列的CIM规范，采用XML作为数据载体，可以解决电网数据模型的互操作问题。图形的交互和规范化也是系统开放性的重要组成局部。然而对于当前电力自动化系统中

3、的图形界面，如厂站图、潮流图等，大局部厂商采取了专用格式存储图形，文件格式不能形成规范化，图形互不通用。同样的厂站图在不同的应用系统中需要重复绘制，浪费了大量的资源。对于电力图形和电网之间的图像互操作的研究才刚开始，图形交换格式还没有成熟的国际规范。IEC61970仅推荐采用可缩放矢量图形SVScalableVectorGraphics作为图形文件根本格式，但对图形文件的具体格式并未做规定。1、SVG简介SVG是W3C推出的最新一代矢量图形规范，是一种开放规范的文本式矢量图形描述语言。它允许3种形式的图形对象存在，分别是矢量图形、点阵图形和文本。各种图像对象能够组合、变换，并且能修改其样式，也

4、能够定义成预处理对象，文本是XML名字空间的有效字符，这些字符能被作为SVG图像的关键字而存留在搜索引擎中。使用SVG可显示出各种各样的高质量矢量图形，包括图像处理中常见的许多功能，如图形、文字、动画、色彩、滤镜效果灯。最关键的是：SVG完全用普通文本来描述，是一种基于文本的图像格式，并且SVG是基于XML的语言，所以可扩展性很强，并能够描述任意复杂的图像。SVG的优点是：a.基于XML规范；b.矢量图形可以形成高质量的图像；c.图形小，保留和显示方便；d.文件格式灵活易用；e.支持互动和动画。SVG建立在纯文字格式的XML之上，直接继承了XML的特性，简化了异构系统间的信息交流，方便数据库的

5、存取。SVG从基本上说就是基于XML的图形技术的应用，所以可扩展性很强，能够描述任意复杂的图像，并且可以充沛利用XML作为数据载体的优点和许多成熟技术。2、基于SVG的规范化图形文件格式实现为了能实现异构不同应用系统之间的图形交互，必须先建立能够在不同应用系统之间交互的图形文件规范格式。实现图形系统的互操作必须先将各应用的专用图形文件格式转换成以SVG格式存储，并且遵守国家电网公司制定的?基于SVG的公共图形交换格式规范的图形文件，只有各应用系统均遵守图形文件交互的语义，才能在不同系统之间进行图形文件的自由交换。2.1电力系统图形文件组成IEC61970规范推荐SVG作为电力系统图形交互的规范

6、格式。SVG只是一种图形格式，其不波及任何电力系统的内容或背景，要将其使用到电力系统中，必须将其和电力系统的设备关联起来，即电力SVG电力自动化设备图形必须满足SVG文档的特征，同时又要和电力设备关联，从而代表具有一定物理意义的电力资源设备。2.1.1图元电力系统画面主要由图元组成，图元是图形系统的根本单位，也是图形系统所操作的直接对象。图元模块就是系统所支持的一系列图元的汇合，它是公共图形包的根底和核心，具有相对的独立性。因此，图形的互操作性是建立在图元的根底之上的。系统对图元的定义是具有一定形状、且可能带有动态属性和连接信息的一个相对独立的个体对象。根据电力系统图元的定义和用途，将图元分为

7、静态图元、动态图元和综合图元3种类型。静态图元是只有形状属性而不具有动态属性、在线画面运行时不会动态变化的图元或图符，由直线、矩形、圆形、折线、文本等最根本的元素组成，任何复杂的静态图元都是这些最根本的元素在画面上不同层次、不同位置的组合，因此所有的静态图元都可以通过SVG根本可视化元素的一种或多种元素的组合来准确地描述。电力系统画面上的静态图元主要有标题名、设备名、设备编号、标签、图符以及一些不会动态变化的线条、箭头、矩形框等。由一些根本元素组成的复杂静态图元可先在图元模板中进行定义再通过引用的方式进行实例化，对于简单的图元如中文标签等可在图元实例化中直接描述。动态图元是具有一定的形状，并具

8、有动态属性，画面在线运行时能反映其对应电力资源设备实际的实时运行工况及量测量的大小的图元。动态图元主要由3个局部组成，即图元的形状、图元的动态属性和图元的连接属性。图元的形状是代表各电力设备的动态图元在电力系统图形中的外在表现形式，而图元的动态属性那么是图元和应用数据的一个内在链接以及该内在数据状态变化时对应图元的动态表现形式，图元的连接信息那么反映了图元间的相互联系，它对图形的外在表现形式和内在动态属性都起着极其重要的作用。系统中图形与应用相别离，而动态属性那么是图形中唯一保留的标识图元数据来源的标志。电力系统画面上的动态图元主要有开关、刀闸、线路、母线、变压器、发电机、负荷等。综合类图元是

9、以特定的形式表现某些动态属性的统计趋势的复杂图元，如饼图、棒图、曲线、表格等。实际电力系统中，一幅图形常常由大量的图元对象组成，而同一类型的图元其几何形状和大局部属性相同。假设首先定义好系统中各种类型的图元模板，就可以在SVG文件中的任意位置引用该图元模板，而不必在图元实例化时重复描述相同的属性，仅需要将与图元模板定义中不同的属性列出，从而可使图元对象得到最大限度的重用，降低了数据流量。在SVG文件中将一种类型的图元定义为一个symbol，并通过use元素来引用已定义好的图元模板。电力系统画面就是局部根本图符元素和各种图元模板实例化的组合。2.1.2公共样式 在电力系统中还有很多规范的字体和颜

10、色，示例不同电压等级显示的颜色不同但是有标准，所以可在公共局部定义公共的字体和颜色等公共样式。在图元实例化的过程中可引用在公共局部定义的公共样式。公共样式一般在style，style元素中定义。上述的图元模型和公共样式在SVG文件中是属于描述规那么的局部，可以在SVG文件defs，defs元素中进行定义。2.1.3实例化上述描述规那么定义完后，就在画面确定的位置上布置各种图元实例并定义各种图元实例的属性。对于静态的根本图元直接描述其形状和位置等根本属性，同时可以把字体、线宽、填充模式等静态图元公共的样式放在g中一起定义，将样式相同的根本静态图元在SVG文件中按组放在一起。对于动态图元通过use

11、元素来实例化各种类型的图元，xlink：href属性描述其引用的defs文件中的元件模型，class属性描述其电压等级所引用字体和颜色等样式。同样在SVG文件中把相同类型的图元通过g放在一起，通过g元素的Id属性对同组动态图元的类型进行标识，该标识名可以和CIM文件中电力资源类型相对应形成类型的映射。对于具体的每一个动态图元在SVG图形除了定义其位置和通过引用等方式定义其外形和样式之外，更重要的是要实现和CIM具体的电力资源对象的关联，使每一个动态图元能代表具体的电力资源设备，从而通过动态的表现形式反映系统中实际设备的运行状态和当前的量测等属性。2.1.4图元与CIM对象关联通常SVG图形与C

12、IM关联可采用下列方式中的一种。a.Id关联：即通过SVG对象的Id属性与CIM对象关联实现。对于某一电力设备的图形SVG中对象和模型CIM对象可以采用相同的Id号图形文件与模型文件别离，不会发生Id冲突，或者采用一定关联关系的Id号，即可在应用程序中利用关联Id同时对图形和模型进行各种操作，实现图模一体化。b.Metadata元数据关联。Metadata是一种描述数据的数据，主要用于描述数据资料的一些属性，用来标明数据资料的存储位置、查询方式等信息。SVG标准提供metadata元素用来描述其他SVG元素的属性。本文在实现图元和CIM对象关联的同时还考虑各厂商画面图元和数据库对象点关联的特点

13、采用结合了上述2种关联的办法，即通过use实例化一个具体的图元对象，并定义图元的大小和坐标位置等属性，通过引用symbol中的图元类型来定义其形状，并且通过其Id属性来和CIM文件中具体的电力资源对象进行关联。同时，在实际各个厂商的系统中，CIM文件中的每一个资源对象在系统的数据库中可能有一个对应的ObjectId。通过在metadata元素中定义Id的方式，可以将画面上的每一个图元和数据库中的对象点相关联，实现画面图元和数据库对象的关联。由于各厂家的系统处理对象在数据库中的对象号的办法是不一样的，图元所关联的数据库对象号在各厂商数据库中必然是不一样的，由于metadata元素支持任何XML兼

14、容的Metadata语法，因此可以通过指定命名空间的办法，将metadata中的Id号定义为各厂商专用的对象号，这样既便于在SVG文件导回到各厂商自己系统中时，通过辨认专用的命名空间来解析图元和数据库对象的关联而不至于在倒回原系统时重新生成图元代表的数据库对象实例导致数据库对象的重复，而在导入到其他厂商的系统中时可以将专用命名空间过滤掉，由其他厂商在进行画面导入时结合CIM文件，生成图元对应对象的数据库对象号实现图模库一体化。由于CIM文件中定义的电力资源对象，各厂商之间可以交互且都遵守CIM资源类型的命名标准，而g元素Id号和动态图元的类型名对应并满足CIM资源类型的命名标准，use元素的I

15、d属性和CIM文件中的RDFId关联，从而各厂商系统就能互相辨认出动态图元所属类型和代表具体哪一个电力资源设备，从而可以实现动态图元的交互。2.1.5位置布局在use元素引用图元模板进行实例化时要确定图元实例在画面中的布局位置，在use元素中由transform属性的translate来定位在defs中所定义图元的Viewbox的中心点，rotate指翻转的角度，scale指放大和缩小的倍数，并由x、y、width和height来定义其位置大小。图元中心位置和视口大小确定后，通过平移和缩放等矩阵变换可以实现各图元实例在画面上任意位置的布局。2.1.6命名空间电力系统画面中有一局部内容是定义动态

16、图元对应电力设备实际运行状态时的动态表现形式，如开关分位显示绿色矩形，合位显示红色矩形，这一局部内容在各厂商的应用系统中实现方式和表现形式各不相同，但在SVG文件中只要标明了该动态图元代表什么类型的电力资源设备，并且该图元实例关联了哪个具体的资源设备对象，各厂商应用之间就应该能够实现图形的交互，至于实际运行时的动态表现形式，属于各厂商应用系统中专用的实现方式，可不必在SVG文件中体现，应由各厂商在将SVG图形文件转换成自己内部专用格式的画面文件时实现。在SVG文件利用use元素进行图元实例化时重要的是标明图元的类型、图元视口占据的大小、图元中心点的位置及图元关联的CIM对象等，通过这些属性，其

17、他厂商系统在将SVG文件导入时可以在相同的位置生成相同类型的图元并且关联相同的CIM对象，至于图元的外在表现形式及动态显示方式，各厂商可采用自己专用的定义方式和实现模式，在将SVG文件导入到各厂商自己应用系统生成专用文件格式时进行添加和替换。在symbol元素中可以通过不同的名字空间将各厂商的专用属性内容进行辨别。因此通过命名空间，将SVG中的文件分成2个局部，一局部是公共命名空间，这局部是各厂商之间能够交互的SVG文件，主要包括了画面上各图元的位置、类型、关联CIM对象以及各厂商之间互相遵守规范的样式，如Text、线条等根本SVG图符，这些组成了画面的根本形式。另一局部是专用命名空间，是各厂

18、商自己专用的翻译规那么，包括各图元的形状，样式等。各厂商之间在进行图形交换时可采用也可替换，由各厂商根据自己图形文件的实现方式自行决定。至于图元的动态表现属性并不在SVG文件中体现，由各厂商导入生成专用格式的图形文件时处理。2.1.7画面背景及尺寸在SVG文件中除了上述讲述的图元的定义外，底图可以用image元素进行定义，画面之间的链接可以用a元素进行定义，画布的尺寸和背景色在svg的样式中可以进行定义。画面背景作为实际中经常使用的图形元素，可以作为一个内嵌的image元素来描述，方便地实现引用。热点链接也是常用的，如从一个厂站画面链接到其他厂站画面，这里用axlink：href“*.svg完

19、成链接。2.1.8头文件除此而外，整个SVG文件还要满足SVG文件定义的格式，在SVG文件的开头定好头文件。上述各局部内容组合在一起，一幅厂站接线图就可以采用以SVG格式并遵守IEC61970CIM的图形文件表现出来，同时和CIM文件一起能实现各厂商图形文件的交互。2.2电力系统图形文件结构电力系统图形就是在一定尺寸画布上根据实际电力资源的地理分布情况在画面上的某个具体位置布置代表特定电力设备资源类型的图元对象并将其进行连接，并且描述各图元对象在画面上布局的大小及样式。同时还要描述各图元对象实例和CIM文件中的RDFId的关联关系，除此而外还包括局部开关编号、线路名、标签名等静态图元。有了上述

20、内容，各厂商系统就能知道各画面所描述的内容，标识各图元实例的类型名时要和IEC61970CIM中规定的相对应，以使各厂商系统都能辨认。图元布局位置及静态图元的布置等信息严格按照SVG规范，确保各厂商系统之间画面能准确地复原，图元模型在model中进行定义。目前在规范中还没有具体的标准，因此各厂商将公共的SVG画面文件导入生成自己专用格式的画面文件时可采用别的厂商的图元模板也可不采用而用自己的图元模型进行替换。图元实例中关联的数据库对象号也属于各厂商专用信息，可通过命名空间来辨别，仅在各厂商将SVG画面导回到自己系统中使用，在各厂商系统之间进行交互时对该局部内容进行过滤。至于图元的动态显示方式各

21、厂商实现的方式各不相同，也不属于画面交互的内容，各厂商可采用自己专用的定义方式和实现模式，在将SVG文件导入到各厂商自己的应用系统生成自己内部的专用文件格式时实现。3、基于SVG规范化图形文件的导入、导出为了保证图形的互操作性，首先要保证数据模型的一致性。图形的互操作应包括2个局部，一个是图形的导出，另一个是图形的导入。当然前提是模型的导入、导出提前或同步完成。3.1图形文件的导出 图形文件的导出可由各系统厂商自己的导出工具根据画面SVG文件结构要求和内容要求导出规范的SVGCIM格式的文件。通过浏览器浏览和工具校验可以检查导出的SVG文件的正确性及与CIM文件之间映射的正确性。专用属性信息用

22、于将导出的图形再导回原系统中，在图形的交互过程中，假设目标系统是第三方系统，那么可忽略这些专用信息。为防止命名冲突，可对电气模型信息和专用属性信息定义不同的空间名。系统导出SVG图形文件的过程如图2所示。3.2图形文件的导入SVG是XML的一个子集，可以采用XML解释器对SVG文件进行解析。XML解释器按照处理数据的办法不同，可以分为2种：一种是事件驱动型的典型为SAX，另一种是基于树结构的典型为DOM。考虑到SVG文件本质上就是一种层次结构，所以采用树模型进行描述是相当有效的，另外，DOM对应用程序方的要求较低。所以在实现SVG图形文件的导入时采用DOM解析器。为了实现图形的互操作，除了根本

23、画面图符信息外，SVG文件的规范图元模型信息和关联数据模型是必须导入的，而专用属性是不必导入的。各厂家系统在将SVG导入生成自己专用的图形文件时增加相应的图元动态显示描述规那么，并实现和自己数据库对象的关联，从而可以方便实现各应用对导入画面的显示、操作等应用。系统导入SVG图形文件的过程所示。4、结语建立各厂商系统之间都能解析、并能交互电力系统资源配置的规范SVG图形文件格式是实现电力系统图形互操作的关键，本文结合了国家电网公司制定了?基于SVG的公共图形交换格式及浙江电力公司制定的?基于SVG公共图形交互规那么等标准，并考虑了各厂商图形系统内部文件多采用专用格式的特点，且利用了SVG技术，进

24、一步研究了用于图形互操作的规范图形文件的格式。这为更好地实现各厂商系统之间图形的互操作奠定了根底。参考文献：1中华人民共和国国家开展和改革委员会.DLT890.12022IEC61970-1：2022能量管理系统应用程序接口EMS-API第1局部：导那么和一般要求S.北京：中国电力出版社，2CCAPITaskForce.CommongraphicsExchangeRFPV2.0SOL.202210-20.http：cimuser.orgWG13Documents.3吴文传，孙宏斌，张伯明，等.基于IEC61970规范的EMSDTS一体化系统的设计与开发J.电力系统自动化，4曹阳，姚建国，张慎明

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