「スコープ」：数十億キロワット時を監視する方法

そのような発電所があります- 「三峡」 。 彼らは10年と260億ドルを費やし、2つの都市が水没し、130万人が再定住しました。 年間1,000億kWhを生成しますが、...中国のニーズの1.7％をカバーしています。



世界には192の原子力発電所があり、合計386,276 MWの電気容量を持つ444の発電ユニットがあります。 （「3つの峡谷」の容量は22,500 MWです）。



C＆C、RedAlert、Total Annihilationをプレイしたとき、いくつかの敵の発電所を突破して破壊/捕獲し、それによって敵の発展を遅らせることは素晴らしいことでした。 現在、エネルギーインフラストラクチャがハッカーにとってちょっとしたものであるのは当然です。 「電力網のハッキング：別の変電所から停電まで」 、 「ウクライナの電気ネットワークの前例のないハッキングの詳細」 。



この規模のシステム用のソフトウェアを誰がどのように作成しますか？



EDISONの開発者は、送電網の監視とイベントの視覚化システムをどのように作成したかを話しました。 2010年4月から2011年8月まで、合計14,984人時がプロジェクトに費やされました。

はじめに

エネルギー部門は、経済のすべての部門の生計を確保します。 経済成長は必然的にエネルギー資源の需要の増加を伴い、機器の老朽化の蓄積された問題を解決する必要があります。



エネルギーと地域の経済と人口の長期安定供給のためには、綿密な監視と送電網のプロセスの監視に基づく健全な電力政策が必要です。



ネットワークノードで発生するイベントに対する電力グリッド監視システムの応答性を高めるために、廃止されたイベント視覚化ソフトウェアに代わるSphereプログラムが呼び出されます。 「Sphere」は、電力グリッドを監視するために、中央に高解像度およびサイズで電力グリッド図を画面に表示することを目的としています。 プログラムに必要な重要なパラメーターは、イベントポイントでのイメージのローカル更新を伴うリアルタイム操作でした。 このために、WPFライブラリが使用されました。 回路要素をリアルタイムで表示および編集するためのツールが開発されました。 イベント管理には、Pascalスクリプトエンジンが使用されました。 グラフィック部分はWPF / C＃で開発され、イベントのロジックはDelphi / ScriptPascalを介して行われます。 Delphiは、多くの古いアプリケーションとの後方互換性要件のために回避できませんでした。

主なコンポーネント

モジュラーアーキテクチャ

サブシステムDelphi。

• DBグラフィック表現。
• スクリプトモジュール（スクリプト）。

C＃/ WPFサブシステム。

• グラフィカル表現の図の視覚化。
• グラフィック表現スキームの編集。

グラフィックスコア

システムグラフィックモジュールは、 CIMモデルデータに基づいて回路を視覚化するように設計されています。 計算値とテレメトリデータの表示-リアルタイムと特定の時間の両方。 グラフィックスは、視覚化に高性能のWindows Presentation Foundation（WPF）ライブラリを使用します。これは、プログラムと最新のビデオカードのハードウェアアクセラレーションの両方を使用してレンダリングできます。



グラフィックススキームは、CIMモデルでデータが変更されると自動的にデータを更新します。 グラフィック表示は、ビジネスロジックの柔軟な実装を可能にするスクリプト言語を使用してカスタマイズできます。 スクリプトスクリプトは計算を実行し、グラフィカル表現オブジェクトの動作を完全に決定できます。



視覚的表現の外観は、頂点がノードおよび機器オブジェクトであり、エッジが分岐および通信オブジェクトであるグラフに似ています。 ノードとブランチに加えて、視覚的表現には、ストレージからの値を表示するデータ出力ブロックと、回路を設計するためのグラフィックプリミティブがあります。



ノードは次のように表すことができます。

• 円;
• 水平タイヤ;
• 縦型タイヤ。

ノードには、追加の機器とノードを接続するために使用される接続ポイントがあります。 それらは、構成可能な特定のステップを使用して、ノードの周囲に配置されます。 追加機器の接続は、カスタムロジックにより、追加機器の兆候の表示を有効または無効にするシナリオによって制御されます。

• ジェネレーター;
• 同期補償器;
• ロード;
• リアクター;
• 静的コンデンサーバンク。
• アクティブシャント。

ブランチはノードを接続します。 ブランチは破線で表され、その終端は開始ノードと終了ノードの接続ポイントに接続されています。 実線は有効なブランチを示し、破線は無効なブランチを示します。 ブランチはブランチ上に配置でき、その表示はスクリプトによって制御されます。

• 変圧器
• 縦方向補償デバイス;
• ケーブルライン;
• 電流制限リアクトル;
• スイッチングデバイス。

線の記号と状態の表示は、ブランチが関連付けられているエンティティのパラメーターによって異なります。



ビューには多くのレイヤーが含まれており、任意のビューオブジェクトを1つ以上のレイヤーに割り当てることができます。 オブジェクトが属するレイヤーの少なくとも1つがオンになっている場合、オブジェクトは表示されます。 オブジェクトがどのレイヤーにも割り当てられていない場合、常に表示されます。



ビュー内のノードをグループ化して、特定のスケールでグループ画像に置き換えることができます。 たとえば、変電所を構成するノードは「変電所」グループに結合でき、変電所は「変電所」グループに結合できます。 ノードの表示をグループに置き換えるために異なるスケールを設定することにより、ステーションの画像が変電所の画像に近づく（ズームインする）ときに、変電所の個々のノードがさらに近似して表示されるようにすることができます。



機器オブジェクトと通信オブジェクトは、ノードとブランチを組み合わせます。 グループの場合と同様に、オブジェクトを移動すると、コンポジションを構成するブランチとノードが移動します。



地形図やその他のグラフィック情報を表示するために、グラフィック表示によりラスター画像とベクター画像を表示できます。 画像は常にオブジェクトの下に表示されます。



グラフィカルレベルでは、WPFはVisual、DrawingVisual、Drawing、XAMLなどの要素を処理しました; VisualCollectionおよびCanvasオブジェクトを最適化する大量のグラフィックプリミティブを処理するためにクアッドツリーが使用されました。



クアッドツリーが使用されたグラフィックスの追加の最適化は、それ自体はWPFシステムに固有ではないモードでしたが、WinApi関数を介して追加されました。 このモードでは、スクロールの方向に応じてピクセル単位で画面に表示される画像のフラグメントを移動するWinApi関数を使用しましたが、WPFは画像のシフト後に残った小さなフラグメントのみを更新する必要がありました。 ここでは、クアッドツリーがオンになり、更新領域に含まれるオブジェクトのセットのみが、VisualCollectionとgetVisualChildで動作するWPFエンジンに転送されました。 多くの従来のモニター（約20〜30個）で構成される大型モニターのモニターセンターでプログラムを起動すると、イベントを表示するときにクワッドツリーを使用することでWPFの負荷が大幅に軽減され、高いグラフィックスパフォーマンスが確保されました。

開発の課題と最適化

ヒットテストの最適化

WPFシステムでヒットテストを使用すると、一部のタイプのプリミティブのパフォーマンスの問題が特定されました。 マップされたタイプを同等のものに置き換えることが決定されましたが、ヒットテスト操作中にこれらの問題は発生しませんでした。



WPFシステムによってオブジェクトの列挙をバイパスしてヒットテストを管理しているため、WPFが返す要素ではなく、独自のヒットハンドラーでヒットテストが実行される実際の視覚要素に関する情報を転送します。 ヒットテストの処理の主な機能では、クアッドツリーを使用するように最適化しました。 WPFのヒットテストシステムは、効率的に実装されておらず、タスクに対して十分な柔軟性がありません。 したがって、クワッドツリーの最適化を実装するには、変位ベクトルと変換マトリックスをDrawingオブジェクトからDrawingVisualオブジェクトに取得することにより、各オブジェクトのヒットテスト「マイクロビュー」を個別にシミュレートする必要がありました。



ヒットテスト関数自体の内部のアルゴリズムは次のとおりです。

1. 領域を非常に短い線の形で作成し、交差がないか確認します。
2. Canvasの類似物である「マイクロ表現」のスタブを作成します。
3. 特別な視覚要素が「マイクロ表現」上に配置され、各視覚要素からのベクトルグラフィックを順番にカプセル化します。
4. 変換に関する情報をソースから視覚的な宛先要素に転送し、対応するベクトルグラフィックスの変換をキャンセルします。
   
   

   var t = VisualTreeHelper.GetTransform(v); var o = VisualTreeHelper.GetOffset(v); destVisual.Transform = t; destVisual.Offset = o; if (drw.IsFrozen) drw = (DrawingGroup)drw.Clone(); drw.Transform = Transform.Identity;
         
         
   
           
           
           
         
   
       
           
           
           
         
         
   
           
           
           
         
   
       
        

5. 特別な方法で、パワーフローのヒットテストの要素を形成します。これは、レンダリングされると、ヒットテストの低レベルの変換操作を正しく置き換える視覚要素のセットを準備します。
6. ベクターグラフィックスの変換を復元します。 変換のキャンセルと復元の操作は、ビットマップへのレンダリング、EMFへの変換などの描画オブジェクト内の変換を伴うヒットテストシステムの誤った操作に関連しています。 このグラフィック内に転送された視覚要素の変換を考慮して、低レベル（描画）でのベクトルグラフィックのアセンブリが必要です。

ベクトルオブジェクトのレンダリングの最適化

デフォルトでは、WPFはベクトルモデルを使用してすべてのオブジェクトを描画するため、パフォーマンスが低下します。 修正のために、ビジュアルベクトルオブジェクトの上にビットマップキャッシュのシステムが実装されました。 キャッシュされたビジュアルコンテンツを拡大または更新すると、キャッシュが再描画されました。



キャッシングシステムは、Visualタイプの各視覚要素について、Windowsとのやり取りを通じてビットマップオブジェクトを作成し、ビットマップのハンドルを受け取る必要があり、プロセスで使用可能なハンドルの数が制限されているため、これらの制限を考慮する必要がありました。 したがって、フレームに多数のオブジェクトが表示されている場合、この制限を超えると、オブジェクトの一部をキャッシュなしで残さなければなりませんでしたが、そのようなケースは頻繁に発生せず、すべて同じように機能するキャッシュされたイメージの一部が非常によくパフォーマンスを向上させました。 次のアプローチを使用して、制限を計算します。

 RegistryKey hklm = Registry.LocalMachine; hklm = hklm.OpenSubKey("SOFTWARE\\Microsoft\\Windows NT\\CurrentVersion\\Windows"); GDIResourcesMax = (int)hklm.GetValue("GDIProcessHandleQuota"); double GDIUsageLimit = 0.7; double GDISafeResourcesLimit = GDIUsageLimit * GDIResourcesMax; public static int GetGuiResourcesGDICount() { return GetGuiResources(Process.GetCurrentProcess().Handle, 0); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

• GDIUsageLimit-通常のソフトウェア操作のために安全に予約できるハンドル数を示す係数。
• GDISafeResourcesLimit-したがって、係数を考慮したオブジェクトの数。
• GetGuiResourcesGDICountは、現在のプロセスによって割り当てられたハンドル数を決定できる関数です。

これらのパラメーターに基づいて、アプリケーションの開始時に、ビットマップハンドルが配列に予約され、その後、必要に応じてキャッシングシステムによって抽出されました。



各ビットマップオブジェクトは、次のコードで予約されています。

 var bm = new BitmapCacheBrush(); bitmapCacheFree.Add(bm);
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

データベース

グラフィカル表現ファイルは、Firebirdデータベースのバックアップであり、グラフのレンダリング方法に関する情報を保存します。 視覚的表現はユーザーが作成し、拡張子が「* .GVIEW」のファイルにあります。 ファイルには複数の図が含まれる場合があります。



メインテーブルはBASE_ENTITYで、ビューオブジェクトのすべての基本的なプロパティが格納されます。 特定のタイプごとに、残りのフィールドが格納されるテーブルがあります。 たとえば、ノードの場合はBUS_ENTITY、ブランチの場合はBRANCH_ENTITYです。 これらの詳細なテーブルは、BASE_ENTITYテーブルと1対1の関係にあります。 データの整合性は、主にテーブル間の参照整合性によって制御されます。 たとえば、Gviewテーブルからビューを削除すると、それに属するすべてのオブジェクトがBASE_ENTITYテーブルから自動的に削除され、特定のタイプのテーブルの詳細がカスケードされます。



ブロックテンプレートはビューに似た構造を持ち、HIDDENフラグが設定されたGViewテーブルにも保存されます。 ブロックの内部オブジェクトはファイルに保存されず、テンプレートに基づいて作成されると完全に構築されます。 したがって、スクリプトによって作成されたブロックの内部オブジェクトの設定は、保存およびロード時に失われます。

シナリオ

シナリオ（スクリプト）は、実際の機器から監視センターへのイベントに応じて、機器のサインや回路の他の要素を制御します。 イベントに応じて、スクリプトは可視性、ちらつき、色の強調表示、機器の標識に固定されている追加情報要素へのデータの出力、グループの可視性、個々の要素などを制御します。



CIMオブジェクトの視覚化を微調整し、フィールドおよび出力ブロックによって表示されるデータを計算するには、シナリオが必要です。 スクリプトモジュールを使用すると、受信したデータに基づいて、グラフィカル表現オブジェクトとそれに関連付けられたエンティティに対してリアルタイムの任意の計算を実行して、外観を制御し、計算データとテレメトリデータを表示できます。



スクリプトのおかげで、グラフィック表現オブジェクトのさまざまな属性（テキスト、フォント、色、サイズ、角度など）をさまざまな方法で視覚化して、表現の可視性を任意に制御することができます。



オブジェクトをグラフィカルな表現に配置する前、またはオブジェクトに関連付けられたエンティティのプロパティを変更するとき、スクリプトモジュールはスクリプトを呼び出し、オブジェクトとその環境のコンテキストをそこに渡します。 スクリプトの本質は、可視性の設定、処理に転送されるオブジェクトのプロパティの構成、またはオブジェクトに対して表示されるデータの計算です。 たとえば、データの信頼性に基づいて、オブジェクトの色を変更したり、表示する追加フ​​ィールドを決定したり、オブジェクトに添付されたフィールドまたはデータブロックを非表示または表示したりできます。

スクリプト実行

スクリプトの実行は、アプリケーションのメインスレッドのコンテキストで行われます。



パフォーマンスを改善するために、遅延実行が使用されます。 スクリプトの実行は、そのデータが本当に必要になる瞬間まで常に遅延します。 たとえば、出力フィールドのテキストおよびその他のパラメーターを取得するために使用されるスクリプトの実行は、視覚化されるまで遅延されます。 これは、ビューが非表示レイヤーにアタッチされている場合、または非表示スケールの値で表示できない場合、フィールドを計算するスクリプトはビューが表示されるまで実行されないことを意味します。



エンティティデータを変更すると、それにバインドされているすべてのビューが自動的に更新されます;このため、エンティティデータに依存するスクリプトが再実行されます。 つまり スクリプトがエンティティコンテキスト変数にアクセスする場合、スクリプトはエンティティに依存しているとみなされ、再カウントされます。



ユーザーがクリックまたはダブルクリックすると、現在のスクリプトプロファイルから対応するスクリプトがすぐに起動されます。

スクリプトの実行中に、例外のスローにつながる誤った状況が発生する可能性があります。 未処理の例外は、通知モジュールによってポップアップ通知の形式で表示され、ローカルユーザーディレクトリにも保存されます。

共通モジュール

汎用モジュールは、グラフィカル表現のスクリプトによって再利用可能なプログラムモジュールのコードを決定するために使用されます。



[一般スクリプトモジュール]ダイアログボックスの[モジュール]セクションで、適切なボタンをクリックして、スクリプトモジュールを追加、変更、または削除できます。 共通モジュールを定義するときは、その名前を指定する必要があります。これにより、スクリプトから使用できるようになります。 ダイアログボックスの右側の[モジュール]セクションで、スクリプトエディターを使用してモジュールのソースコードを設定します。 作成されたモジュールは、さまざまなスクリプトのコードを定義するときに再利用できます。



スクリプトで共通モジュールのコードを使用するには、次の形式のスクリプト記述を使用し、usesの定義を使用するスクリプトのヘッダーで、プラグインをコンマで区切ってリストする必要があります。

 {$MANUAL} //    uses 'common', 'math'; //    function __f__: Variant; begin //   A()  'common' Result := A(); end; Begin end.
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

スクリプトプロファイル

スクリプトプロファイルを使用すると、次のグラフィカルプレゼンテーションイベントが発生したときに呼び出されるスクリプトの複数のセットを作成できます。

• エンティティデータの変更。
• グラフィックオブジェクトをシングルクリックまたはダブルクリックします。
• グラフィカル表現を拡大します。

これらのエンティティが変更されると、これらのエンティティに関連付けられた出力フィールドとブロックのテキストが更新されます。 これを行うには、データ出力フィールドに含まれるスクリプトが実行され、表示されたテキストが計算され、フォーマットが指定されます。



グラフィックオブジェクトをシングルクリックまたはダブルクリックすると、選択したグラフィックオブジェクトの詳細を含むポップアップダイアログを表示すると便利な場合があります。



グラフィック表示のスケールを変更する場合、オブジェクトのグラフィック表示のスケールをわずかに拡大または縮小したり、画面を乱雑にしないために不要なオブジェクトを非表示にすると便利です。



プレゼンテーションスクリプトプロファイルの本質は、ユーザーが選択したプロファイルに応じて、上記のイベントをさまざまな方法で処理する機能を提供することです。 したがって、オブジェクトの色をさまざまな方法で調整したり、出力データをさまざまな方法で計算したりするプロファイルを作成できます。 グラフィカル表現のリボンメニューで、ユーザーはアクティブなスクリプトプロファイルを選択できます。これは、グラフィカル表現の現在の動作に依存します。 プロファイルを変更すると、グラフィカル表現のすべてのエンティティがスクリプト「エンティティの変更」によって処理されます。 シナリオが複雑で多くのオブジェクトがある場合、これには時間がかかる場合があります。



ドロップダウンリストを使用して、アクティブなスクリプトプロファイルを選択できます。



リボンメニューのスクリプトプロファイル。

新しいスクリプトプロファイルを追加するには、[スクリプトプロファイルのセットアップ]ダイアログボックスのプロファイルリストの下にある[追加]ボタンをクリックし、プロファイルの名前と説明を指定する必要があります。 その後、スクリプトエディターを使用して、タブにプロファイルコードを入力できます。

• エンティティデータの変更。
• マウスクリック;
• マウスのダブルクリック。
• ズームアウト。

追加のプログラム機能

ブランチとプリミティブの編集

ブランチ編集機能には、ブランチ上にキンクノードを作成し、ノードを削除する機能が含まれています。 直交モードもサポートされており、分岐はそれぞれ座標軸に沿って直角に整列されます。 機器のサインをブランチに統合し、ブランチに沿って移動する機能がサポートされています。

プリミティブを編集する場合、壊れたポリライン、円、セクター、テキストブロックなどの任意の要素を描画できます。







機器の標識を操作する

設備標識の場合、分岐に配置されている場合、分岐の軸に対して分岐に標識を反映する機能が含まれます。 機器の記号を変更し、記号を管理するスクリプトを変更する機能。 通常の文字とブランチ上の文字の両方について、追加のコントロール用のアンカー機能が利用可能です。これは、スクリプトで制御し、追加情報を表示できます。



オブジェクトのグループ

オブジェクトは、スクリプトからのグループの可視性によってグループ化および制御できます。 グループの外観は、CIMモデルの仕様によって決まります。 グループは相互にネストでき、表示/非表示のネストされたサブグループに応じて自動的に展開されます。







データ出力ユニット



[データ出力ブロック]タブでは、データ出力ブロックの特定のインスタンス、その位置、スクリプトで使用するブロックの名前、および出力ブロックが関連付けられているオブジェクトに関連する座標を構成できます。



ブロック編集フォーム





ダイアグラム内のブロック出力の例





レイヤーを使用する

レイヤーのメカニズムにより、スケール、スクリプトのロジック、または手動で構成されたオブジェクトの数を最適化できます。



クリップボードにコピー

クリップボードはマルチフォーマットであり、ベクターデータフォーマットとラスターの両方でのコピーをサポートしています。



印刷する

カラー印刷と白黒の両方が利用可能です。 スキームの任意の領域を印刷できます。



さまざまな形式にエクスポート

エクスポートは、ラスターとベクター（WMF、EMF、SVG）の両方のさまざまな形式で利用できます。



検索する

この機能により、テキストの断片を使用してダイアグラム内のオブジェクトの位置を検索し、表示領域を自動的に配置できます。



ナビゲーター

ナビゲータウィンドウを使用すると、現在の表示領域が表示されたスキーム全体のスケッチを簡略化された形式で表示できます。

ソフトウェアが動作した機器

ビデオカードは特殊なもので、8192x3072の解像度を発行し、アクセラレーションはなく、プログラムでのみすべてをサポートし、監視センターの画面で大きな解像度を引き出しました。



フレーム内のオブジェクトは約10万です。



エリア1のFPS。



コントロールセンターでのインストールの説明。



コントロールセンターの大画面は、幅8、高さ3の24セクションで構成されています。 各セクションは、1024x1024ピクセルの解像度を持つ個別の小さな画面です。 24個のプロジェクターが背面に設置されており、それぞれが独自の正方形を照らしています。



画面上の電気回路のスケーリングのビデオ断片









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