论文部分内容阅读
【摘要】各种电气应用软件都要处理大量的数据。需要将这些数据有序地组织起来，才能对数据进行有效的处理。如何组织这些数据，即首先必须解决这些数据应该以哪种方式存储在计算机中，采用何种数据结构才便于数据的存储、分类、检索、归并和调用。操作可视化是各种分析软件的一个发展趋势，其中最为关键的问题是图形数据的一体化，即是指把图形与图形在数据库中对应的数据信息作为一个整体来进行处理。
【关键词】数据；组织方法；图形数据一体化
目前的各种电气应用软件都会面临一个共同的问题，即要处理大量的数据。为使数据成为有意义的信息，需要将它们有序地组织起来，才能对数据进行有效的处理。因此，在设计系统时，首先遇到的问题就是如何组织这些数据，即首先必须解决这些数据应该以哪种方式存储在计算机中，采用何种数据结构才便于数据的存储、分类、检索、归并和调用。
一、数据组织方法的发展
随着计算机技术的不断发展以及在各领域中的应用，人们对数据的组织方法也不断进步。大致可分为三个阶段：
第一阶段。数据是程序的组成部分，与程序不可分割。该阶段涉及的数据量少，使用时数据随程序一起送入内存，用完后全部撤出计算机。程序与数据在逻辑上密不可分，在物理上也不可分割，修改数据结构必须修改程序。该方法只能应用在计算机代替人力处理数值型数据方面。
第二阶段。数据不再是程序的组成部分，与程序相对独立。修改数据结构不必修改程序。数据有结构、有序地组织到文件内，并被存放到磁带或磁盘上，可被反复使用和保存。数据的逻辑结构和物理结构有关，但已有区别。该方法最广泛的应用就是文件管理系统了。
第三阶段。实现了数据的独立。数据完全按结构被组织到数据库中，由组织方式决定存取路径，数据冗余度下降到最低，数据的完整性、安全性也由软件保证。另外，由于计算机网络的出现，还实现了数据的远程传输和处理。该方法可用于中、大型的数据处理系统。
二、数据组织方法研究现状
数据的组织具有不同的形式，有简单的，也有复杂的。采用什么样的数据组织方法，要根据具体的要求而定。根据上文的介绍，可以使用数组、文件及数据库的方式来组织数据。很显然，数组在处理数据时受到程序载入的制约，程序退出数据便消失，无法进行保存和再次利用，因此远不能满足当前系统庞大数据量的需求；而文件的数据是面向应用的，一个文件只对应一个或几个应用，因而数据的共享性、安全性都较差，数据也有大量的重复。另外，由于计算机网络的建立、管理信息系统的形成以及信息量的剧增等原因，逐渐要求集中存贮大批量的数据，供各种用户共享。为了满足这些需要，人们发展了能够统一组织管理和共享数据的数据库管理系统（DBMS）。当代数据库的热点集中在关系数据库系统、面向对象数据库系统以及分布式数据库系统等方面。而当代数据库技术的主流，则是关系数据库技术。
（1）关系数据库技术。数据库技术的发展经历了网状数据库、层次数据库和关系数据库三个阶段。网状数据库和层次数据库能够很好地解决数据的集中和共享问题，但是在数据独立性和抽象级别上仍有很大的欠缺。用户在对这两种数据库进行存取时，仍然需要明确数据的存储结构，指出存取路径。而后来出现的关系数据库就较好地解决了这些问题。
关系数据库发展到今天，相关理论与实现技术日益完善，其应用也已渗透到社会生活中的各个领域，产生了巨大的社会效益和经济效益。作为第四代数据库技术，关系数据库目前仍占据主导地位。
（2）面向对象数据库技术。近年来，由于需要数据库具备结构模拟与行为模拟的特征性，面向对象数据库（OODB）已成为数据库发展的重要方向之一。它将数据与操作方式统一为整体的对象，将数据及其过程一起封装。总之，OODB在数据库领域中引入了面向对象的数据模型和方法，在建模能力和运行性能上都显示出比关系数据库更大的优越性和潜力，能够很好地支持多种非常规数据库应用。
（3）分布式数据库技术。分布式数据库系统（DDBS）是指物理上分布于多个网络站点而逻辑上统一的数据库系统。分布式数据库系统逻辑上属于同一系统，而地址上它们又分散在用计算机网络连接的各个地理位置上，并统一由分布式数据库管理系统（DDBMS）管理。近年来，随着Internet的高速发展，推动了分布式数据库的发展，分布式数据库系统在信息技术领域中的重要性也日渐显著。
三、图形数据一体化——交互式图形系统中的关键技术
自从美国的AutoDesk公司推出AutoCAD软件以后，各行业纷纷开发出自己的图形软件平台，电力系统也不例外。随着计算机技术的不断发展，电力系统计算平台也从没有界面的DOS版本升级到具有图形界面的可视化版本，从使用文件操作升级到使用各种大型数据库技术，操作方法也趋于规范化和简单化。其实，图形是工程中最简洁的语言，图形界面是与用户打交道最多的部分，在计算机图形上实现数据输入和结果输出会起到一目了然的效果。目前，无论是操作票系统、仿真专家系统还是电力系统潮流计算和短路计算都需要绘制电气接线图，可见，操作可视化是电力系统各种分析软件的一个发展趋势。而这其中最为关键的问题，就是图形数据的一体化。
所谓图形数据的一体化，是指把图形与图形在数据库中对应的数据信息作为一个整体来进行处理。图形是数据的一种表现形式，其特点是形象和直观；数据是图形的客观描述，它需要抽象而准确的反映图形信息；而数据库则是对各种图形所表示的信息进行存储和管理的工具。一个系统的建立，其实质是对该系统所处理的数据信息进行数据结构和数据关系的建立。图形和数据必须按照一定的关系连接到一起才有实际意义，这可以通过两种方式来实现：一种是直接面对数据库的表结构，手工填写数据库记录的数据；另一种是通过图形操作，把数据库中的数据当作图形的属性来定义和修改，只要找到图形就可以找到与之对应的数据。很明显，第一种工作方式枯燥、不直观、容易出错，必须把数据库中的记录与图形系统中的图元进行人工绑定；第二种方式的情形则完全得到改观，用户面对的是直观的图形，不直接面对繁琐的数据，在图形处理完毕的同时自动追加和修改数据库中相应的记录，同时与图形绑定，非常方便。因此，图形数据一体化是目前图形系统中采用的主流技术。 由于绘制电气接线图的工作量非常大，如果使用没有图形数据一体化功能的软件进行绘图，用户把几何图形绘制完毕后，还要花费更多的时间把几何图形与电气设备一一对应，而且出错的可能性很大，一旦出现错误，检查错误时更是无从下手，工作效率非常低。图形数据一体化功能的出现，使用户从烦琐枯燥的数据处理工作中解放出来，此时每个设备图元都是一个具有真实属性的电气设备的表示符号，不再作为一个孤立的几何图形面向用户。只要设备属性信息定义得足够完备，就可以在图形上完成实际中的任何真实操作，真正做到图形与数据的一体化。
对于交互式图形系统而言，图形数据的一体化具体指的是对图形数据和属性数据的双向访问——既能够从系统界面上的图形元素找到相关的属性数据，也能够从属性数据找到对应的图形元素。因此，采用单一的面向图形的管理难以实现数据处理的要求，必须采用图形数据和属性数据的一致设计，建立图形数据的一体化环境，才能满足用户需要。这其中的核心问题就是图形数据和属性数据的连接方式，主要有以下几种：
（1）属性数据直接附加在图形数据上。这种情况适用于系统中包含的属性数据是简单、少量的，如果把它们单独存放，靠图文链接和图形元素进行双向访问，是既不经济，又不易管理的做法。而把它们直接附加到数据库中的图形元素上时，不需要额外的连接信息。
（2）图形数据和属性数据分开存放，把连接信息保存于图形数据中。这种方法能够存储大量的属性数据，但其不完善之处也很明显：当属性数据信息量非常大时，图形数据中连接信息的量也很大。特别是对于存在一对多关系的情形，由于每个图元对应的属性数据并非完全的整齐统一，若要把连接信息放在图形数据中，将大大增加构造图形数据结构的难度。并且，当连接信息量大时，将造成图形文件的增大，也会影响图形显示和检索等相关功能。
（3）图形数据和属性数据分开存放，连接信息保存于属性数据中。这需要在属性数据库中专门建立一个字段，用于保存连接信息。它部分地克服了方法2的弱点，但当同一图形元素对应的属性数据较多时，会出现较大的冗余度。
（4）图形数据与属性数据分散连接。具体做法是对两种数据分别进行存储，然后建立新的数据表来存放它们的连接映射关系，将连接信息独立出来，使之存在于图形数据和属性数据之间，变集中为分散。很显然，分散连接克服了前述方法的弱点，具有较好的可操作性。
参考文献
[1]李大勇，时延鹏.数据库技术的历史及未来的发展趋势综述[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2005，7（2）：64-65.
[2]白冰洋.浅析分布式数据库系统安全策略[J].辽宁师专学报，2005，7（3）：19.
[3]张予川，王少梅.图形数据组织方式及其在CAD中的应用[J].武汉交通科技大学学报，1999，23（1）：80-83.
[4]孟小峰，周龙骧，王珊.数据库技术发展趋势[J].软件学报，2004，15（12）：1822-1826.
[5]杨道驰，冯根生，方龙等.基于交互式图形系统的电力参数图元的建模[J].电力系统保护与控制，2010， 38（14）：144-148.
作者简介：杨道驰（1976—），男，硕士，讲师，现供职于装甲兵学院，主要研究方向：军事装备运用研究、电力系统自动化。
【关键词】数据；组织方法；图形数据一体化
目前的各种电气应用软件都会面临一个共同的问题，即要处理大量的数据。为使数据成为有意义的信息，需要将它们有序地组织起来，才能对数据进行有效的处理。因此，在设计系统时，首先遇到的问题就是如何组织这些数据，即首先必须解决这些数据应该以哪种方式存储在计算机中，采用何种数据结构才便于数据的存储、分类、检索、归并和调用。
一、数据组织方法的发展
随着计算机技术的不断发展以及在各领域中的应用，人们对数据的组织方法也不断进步。大致可分为三个阶段：
第一阶段。数据是程序的组成部分，与程序不可分割。该阶段涉及的数据量少，使用时数据随程序一起送入内存，用完后全部撤出计算机。程序与数据在逻辑上密不可分，在物理上也不可分割，修改数据结构必须修改程序。该方法只能应用在计算机代替人力处理数值型数据方面。
第二阶段。数据不再是程序的组成部分，与程序相对独立。修改数据结构不必修改程序。数据有结构、有序地组织到文件内，并被存放到磁带或磁盘上，可被反复使用和保存。数据的逻辑结构和物理结构有关，但已有区别。该方法最广泛的应用就是文件管理系统了。
第三阶段。实现了数据的独立。数据完全按结构被组织到数据库中，由组织方式决定存取路径，数据冗余度下降到最低，数据的完整性、安全性也由软件保证。另外，由于计算机网络的出现，还实现了数据的远程传输和处理。该方法可用于中、大型的数据处理系统。
二、数据组织方法研究现状
数据的组织具有不同的形式，有简单的，也有复杂的。采用什么样的数据组织方法，要根据具体的要求而定。根据上文的介绍，可以使用数组、文件及数据库的方式来组织数据。很显然，数组在处理数据时受到程序载入的制约，程序退出数据便消失，无法进行保存和再次利用，因此远不能满足当前系统庞大数据量的需求；而文件的数据是面向应用的，一个文件只对应一个或几个应用，因而数据的共享性、安全性都较差，数据也有大量的重复。另外，由于计算机网络的建立、管理信息系统的形成以及信息量的剧增等原因，逐渐要求集中存贮大批量的数据，供各种用户共享。为了满足这些需要，人们发展了能够统一组织管理和共享数据的数据库管理系统（DBMS）。当代数据库的热点集中在关系数据库系统、面向对象数据库系统以及分布式数据库系统等方面。而当代数据库技术的主流，则是关系数据库技术。
（1）关系数据库技术。数据库技术的发展经历了网状数据库、层次数据库和关系数据库三个阶段。网状数据库和层次数据库能够很好地解决数据的集中和共享问题，但是在数据独立性和抽象级别上仍有很大的欠缺。用户在对这两种数据库进行存取时，仍然需要明确数据的存储结构，指出存取路径。而后来出现的关系数据库就较好地解决了这些问题。
关系数据库发展到今天，相关理论与实现技术日益完善，其应用也已渗透到社会生活中的各个领域，产生了巨大的社会效益和经济效益。作为第四代数据库技术，关系数据库目前仍占据主导地位。
（2）面向对象数据库技术。近年来，由于需要数据库具备结构模拟与行为模拟的特征性，面向对象数据库（OODB）已成为数据库发展的重要方向之一。它将数据与操作方式统一为整体的对象，将数据及其过程一起封装。总之，OODB在数据库领域中引入了面向对象的数据模型和方法，在建模能力和运行性能上都显示出比关系数据库更大的优越性和潜力，能够很好地支持多种非常规数据库应用。
（3）分布式数据库技术。分布式数据库系统（DDBS）是指物理上分布于多个网络站点而逻辑上统一的数据库系统。分布式数据库系统逻辑上属于同一系统，而地址上它们又分散在用计算机网络连接的各个地理位置上，并统一由分布式数据库管理系统（DDBMS）管理。近年来，随着Internet的高速发展，推动了分布式数据库的发展，分布式数据库系统在信息技术领域中的重要性也日渐显著。
三、图形数据一体化——交互式图形系统中的关键技术
自从美国的AutoDesk公司推出AutoCAD软件以后，各行业纷纷开发出自己的图形软件平台，电力系统也不例外。随着计算机技术的不断发展，电力系统计算平台也从没有界面的DOS版本升级到具有图形界面的可视化版本，从使用文件操作升级到使用各种大型数据库技术，操作方法也趋于规范化和简单化。其实，图形是工程中最简洁的语言，图形界面是与用户打交道最多的部分，在计算机图形上实现数据输入和结果输出会起到一目了然的效果。目前，无论是操作票系统、仿真专家系统还是电力系统潮流计算和短路计算都需要绘制电气接线图，可见，操作可视化是电力系统各种分析软件的一个发展趋势。而这其中最为关键的问题，就是图形数据的一体化。
所谓图形数据的一体化，是指把图形与图形在数据库中对应的数据信息作为一个整体来进行处理。图形是数据的一种表现形式，其特点是形象和直观；数据是图形的客观描述，它需要抽象而准确的反映图形信息；而数据库则是对各种图形所表示的信息进行存储和管理的工具。一个系统的建立，其实质是对该系统所处理的数据信息进行数据结构和数据关系的建立。图形和数据必须按照一定的关系连接到一起才有实际意义，这可以通过两种方式来实现：一种是直接面对数据库的表结构，手工填写数据库记录的数据；另一种是通过图形操作，把数据库中的数据当作图形的属性来定义和修改，只要找到图形就可以找到与之对应的数据。很明显，第一种工作方式枯燥、不直观、容易出错，必须把数据库中的记录与图形系统中的图元进行人工绑定；第二种方式的情形则完全得到改观，用户面对的是直观的图形，不直接面对繁琐的数据，在图形处理完毕的同时自动追加和修改数据库中相应的记录，同时与图形绑定，非常方便。因此，图形数据一体化是目前图形系统中采用的主流技术。 由于绘制电气接线图的工作量非常大，如果使用没有图形数据一体化功能的软件进行绘图，用户把几何图形绘制完毕后，还要花费更多的时间把几何图形与电气设备一一对应，而且出错的可能性很大，一旦出现错误，检查错误时更是无从下手，工作效率非常低。图形数据一体化功能的出现，使用户从烦琐枯燥的数据处理工作中解放出来，此时每个设备图元都是一个具有真实属性的电气设备的表示符号，不再作为一个孤立的几何图形面向用户。只要设备属性信息定义得足够完备，就可以在图形上完成实际中的任何真实操作，真正做到图形与数据的一体化。
对于交互式图形系统而言，图形数据的一体化具体指的是对图形数据和属性数据的双向访问——既能够从系统界面上的图形元素找到相关的属性数据，也能够从属性数据找到对应的图形元素。因此，采用单一的面向图形的管理难以实现数据处理的要求，必须采用图形数据和属性数据的一致设计，建立图形数据的一体化环境，才能满足用户需要。这其中的核心问题就是图形数据和属性数据的连接方式，主要有以下几种：
（1）属性数据直接附加在图形数据上。这种情况适用于系统中包含的属性数据是简单、少量的，如果把它们单独存放，靠图文链接和图形元素进行双向访问，是既不经济，又不易管理的做法。而把它们直接附加到数据库中的图形元素上时，不需要额外的连接信息。
（2）图形数据和属性数据分开存放，把连接信息保存于图形数据中。这种方法能够存储大量的属性数据，但其不完善之处也很明显：当属性数据信息量非常大时，图形数据中连接信息的量也很大。特别是对于存在一对多关系的情形，由于每个图元对应的属性数据并非完全的整齐统一，若要把连接信息放在图形数据中，将大大增加构造图形数据结构的难度。并且，当连接信息量大时，将造成图形文件的增大，也会影响图形显示和检索等相关功能。
（3）图形数据和属性数据分开存放，连接信息保存于属性数据中。这需要在属性数据库中专门建立一个字段，用于保存连接信息。它部分地克服了方法2的弱点，但当同一图形元素对应的属性数据较多时，会出现较大的冗余度。
（4）图形数据与属性数据分散连接。具体做法是对两种数据分别进行存储，然后建立新的数据表来存放它们的连接映射关系，将连接信息独立出来，使之存在于图形数据和属性数据之间，变集中为分散。很显然，分散连接克服了前述方法的弱点，具有较好的可操作性。
参考文献
[1]李大勇，时延鹏.数据库技术的历史及未来的发展趋势综述[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2005，7（2）：64-65.
[2]白冰洋.浅析分布式数据库系统安全策略[J].辽宁师专学报，2005，7（3）：19.
[3]张予川，王少梅.图形数据组织方式及其在CAD中的应用[J].武汉交通科技大学学报，1999，23（1）：80-83.
[4]孟小峰，周龙骧，王珊.数据库技术发展趋势[J].软件学报，2004，15（12）：1822-1826.
[5]杨道驰，冯根生，方龙等.基于交互式图形系统的电力参数图元的建模[J].电力系统保护与控制，2010， 38（14）：144-148.
作者简介：杨道驰（1976—），男，硕士，讲师，现供职于装甲兵学院，主要研究方向：军事装备运用研究、电力系统自动化。