QUẢN Lý d6cntt epu dai

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU


DANH MỤC CÁC BẢNG


DANH MỤC CÁC HÌNH


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
PHẦN TỬ MÔ
HÌNH

KÝ HIỆU

Ý NGHĨA

Biểu đồ USE CASE
Tác nhân
(Actor)
Use-case
(“Ca” sử dụng)

Một người / nhóm người hoặc một
thiết bị hoặc hệ thống tác động hoặc
thao tác đến chương trình.
Biểu diễn một chức năng xác định
của hệ thống
Use case này sử dụng lại chức năng
của use case kia

Mối quan hệ giữa
các use case

Use case này mở rộng từ use case
kia bằng cách thêm chức năng cụ
thể
Use case này kế thừa các chức năng
từ use case kia
Biểu đồ LỚP

Lớp
(Class)

Biểu diễn tên lớp, thuộc tính, và
phương thức của lớp đó

Quan hệ kiểu kết
hợp

Biểu diễn quan hệ giữa hai lớp độc
lập, có liên quan đến nhau

Quan hệ hợp thành

Biểu diễn quan hệ bộ phận – tổng
thể

Quan hệ phụ thuộc

Các lớp phụ thuộc lẫn nhau trong
hoạt động của hệ thống
Biểu đồ TRẠNG THÁI


Biểu diễn trạng thái của đối tượng
trong vòng đời của đối tượng đó

Trạng thái
Trạng
đầu

thái

khởi

Khởi đầu vòng đời của đối tượng đó

Trạng thái kết thúc

Kết thúc vòng đời của đối tượng

Chuyển tiếp

Chuyển từ trạng thái này sang trạng
thái khác

(transition)

Biểu đồ TUẦN TỰ

Procedure

Là một phương thức của B mà đối
tượng A gọi thực hiện.

(Phương thức)
Message

Là một thông báo mà B gửi cho A.

(Thông điệp)

Biểu đồ HOẠT ĐỘNG
Mô tả hoạt động gồm tên hoạt động
và đặc tả của nó

Hoạt động
Trạng thái khởi
đầu
Trạng thái kết thúc
Thanh đồng bộ
ngang

Mô tả thanh đồng bộ ngang

Chuyển tiếp
Quyết định

Các luồng

Mô tả một lựa chọn điều kiện
Phân tách các lớp đối
tượng khác nhau trong
biểu đồ hoạt động

Phân cách nhau bởi một đường kẻ
dọc từ trên xuống dưới biểu đồ


LIỆT KÊ CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

CSDL

Database

Cơ sở dữ liệu

CNTT

Information Technology

Công nghệ thông tin

GIS

Geographic Information
System

Hệ thống thông tin địa lý

HTĐ

Electric Power System

Hệ thống điện

HTTT

Information System

Hệ thống thông tin

CMIS

Customer Management
Information System

Quản lý thông tin khách hàng

FMIS

Financial Management
Information System

Hệ thống thông tin quản lý tài

chính

OMS

Outage Management
Information System

Hệ thống thông tin quản lý sự cố

MRIS

Meter Reading Inforamtion
System

Hệ thống thông tin đọc và truyền
dữ liệu từ xa


LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển của xã hội, hệ thống lưới điện ngày càng mở rộng đặt ra thách
thức mới cho các nhà quản lý và các kỹ thuật viên. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ
của công nghệ, việc xây dựng một hệ thống quản lý kỹ thuật là xu hướng chung của
ngành điện trên thế giới.
Với yêu cầu cấp bách từ công ty Điện lực Phú Thọ, trong việc quản lý kỹ thuật
lưới điện cả hạ tầng lưới điện và các thông số đo trạng thái hoạt động của các phần tử
lưới điện. Khoa Công nghệ thông tin trường Đại học Điện lực đã tổ chức ra các nhóm
nghiên cứu để giải quyết yêu cầu này từ 4 năm nay. Kết quả của quá trình nghiên cứu
này đã cho ra sản phẩm là hệ thống “Quản lý lưới điện trung thế trực quan” và hệ
thống “Giám sát lưới điện trung thế trực quan”. Các kết quả này đã được áp dụng tại
Công ty Điện lực Phú Thọ đáp ứng cơ bản các yêu cầu về quản lý kỹ thuật lưới điện.

Tuy nhiên, do yêu cầu về giảm tốn thất điện năng, giảm chi phí kinh doanh và
nâng cao chất lượng cung cấp điện cho các khách hàng trong nền kinh tế thị trường,
Công ty Điện lực Phú Thọ đòi hỏi những yêu cầu cao hơn, đó là cập nhật thông tin và
cảnh báo trạng thái phần tử lưới điện tức thời. Xuất phát từ cơ sở đó, em chọn đề tài
“Xây dựng hệ thống cảnh báo trạng thái lưới điện thời gian thực”. Đồ án gồm những
nội dung chính sau:
Chương 1. tổng quan về lưới điện và cảnh báo trạng thái lưới điện thời gian thực
Chương 2. Phân tích và thiết kế hệ thống
Chương 3. Cài đặt hệ thống cảnh báo trạng thái lưới điện thời gian thực
Chương 4. Kết luận
Do có những mặt hạn chế nhất định về mặt kiến thức cũng như kinh nghiệm thực
tế nên đồ án này không thể tránh được những thiếu sót, hạn chế. Em rất mong được
thầy cô và các bạn giúp đỡ để kiến thức bản thân cũng như đồ án được hoàn thiện hơn.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN VÀ CẢNH BÁO TRẠNG
THÁI LƯỚI ĐIỆN THỜI GIAN THỰC
Trong chương tổng quan về đề tài này, thực hiện tìm hiểu, khảo sát bài toán và
các quy trình nghiệp vụ. Tiến hành nghiên cứu lý thuyết và các nền tảng công nghệ
ứng dụng để xây dựng “Hệ thống cảnh báo trạng thái lưới điện thời gian thực”.
1.1 Tổng quan hệ thống cảnh báo trạng thái lưới điện thời gian thực
1.1.1 Đặt vấn đề
Hệ thống điện Việt Nam được xây dựng và phát triển theo mô hình tích hợp tập
trung truyền thống từ khâu phát điện, truyền tải, phân phối điện tới khách hàng. Độ tin
cậy cung cấp điện của hệ thống điện quốc gia gặp nhiều khó khăn trong nhiều giai
đoạn khi dự phòng thấp hoặc do ràng buộc giới hạn của lưới điện truyền tải, giải pháp
là phải có dự phòng vận hành phù hợp để đáp ứng nhu cầu phụ tải từng miền.
Hơn nữa, tốc độ tăng nhanh của nhu cầu phụ tải và mức độ điện khí hóa cao
trong 10 năm trở lại đây khiến cho cần đầu tư nâng cấp và mở rộng lưới điện và hệ
thống điện, cũng như cần ưu tiên hiện đại hóa và tự động hóa. Cụ thể, cần hiện đại hóa

lưới điện để trở nên linh hoạt hơn và có thể vận hành đáp ứng nhu cầu của hệ thống
khi phần năng lượng tái tạo ngày một nhiều hơn.
Từ đó, Việt Nam đã đưa ra những ưu đãi tối đa để thực hiện các hoạt động sử
dụng năng lượng hiệu quả về cả phía cung và phía cầu, để tăng độ tin cậy và hiệu suất
của các công ty Điện lực, tối ưu hóa cấu trúc hệ thống điện phân phối thông qua việc
thu thập dữ liệu và xử lý thông tin.
Việc hiện đại hóa lưới điện hiện tại của Việt Nam giúp khách hàng có thể tương
tác với lưới điện theo thời gian thực, có giao tiếp hai chiều giữa các công ty phân phối
điện và khách hàng, các thiết bị và lưới điện để giám sát và điều khiển năng lượng
theo thời gian gần thực. Lợi ích của việc hiện đại hóa lưới điện này là nâng cao hiệu
quả sử dụng năng lượng, giảm lượng điện năng sử dụng nói chung, tăng độ tin cậy sử
dụng điện, giảm sự cố và giãn tiến độ đầu tư nâng cấp lưới điện.
Theo mô hình này, Chính phủ Việt Nam đang xây dựng chương trình về Lưới
điện Thông minh trong ngành điện. Do những nguyên nhân nói trên, các giai đoạn
thực hiện triển khai để ghi nhận và giám sát các thông số tức thời trên lưới điện, trong
đó đưa ra những công nghệ lưới điện thông minh sử dụng trong lưới điện phân phối.
Trên thực tế này tập trung vào những nội dung sau:
-

Xây dựng bản đồ hành chính địa phương, xác định vùng vị trí địa lý.
8


-

-

Xây dựng lưới điện trên nền bản đồ số gồm các đối tượng: Trạm, Cột, Tủ
trung thế, Đường dây, Máy cắt, cầu dao, recloser …
Đồng bộ hóa dữ liệu bản đồ với dữ liệu các phần mềm của EVN: CMIS, OMS,

MRIS để thu thập chỉ số công tơ điện thử theo thời gian thực.
Dựa trên thông số thu thập từ công tơ tương ứng với các trạm, cảnh báo trạng
thái trạm trực quan (trạng thái thông thường, trạng thái mất điện, trạng thái
quá/sụt áp …) theo thời gian thực, hoặc theo trạng thái bất thường của đối
tượng.
Thể hiện trực quan thông số thông qua biểu đồ, kết hợp theo vị trí.
Đưa ra cảnh báo vùng ảnh hưởng trực quan đối với các trạng thái khác nhau
của trạm, dự báo tổn thất khi có trường hợp bất thường sảy ra.
Đưa ra trạng thái lưới điện ảnh hưởng với các trạng thái khác nhau của trạm.
Thông báo đến nhân viên, lãnh đạo thông qua các tín hiệu cảnh báo: âm thanh,
hình ảnh, tin nhắn …

1.1.2 Mục tiêu của đề tài
-

Phục vụ công tác quản lý giám sát điều khiển lưới điện phân phối gồm
các cấp điện áp 6 kV, 10kV, 22kV và 35kV một cách trực quan.
Thông qua hệ thống này, người làm công tác vận hành lưới điện có thể
điều chỉnh các khâu để nâng cao chất lượng điện năng và giảm tổn thất.
Phục vụ đào tạo người mới tiếp quản công tác quản lý giám sát vận hành
lưới điện trên một vùng địa lý.
Cảnh báo, phân tích trạng thái lưới điện trực quan theo thời gian thực.

1.1.3 Phạm vi triển khai của đề tài
Đề tài được triển khai trên toàn bộ hệ thống lưới điện tỉnh Phú Thọ.
Tên đơn vị: Công ty Điện lực Phú Thọ thuộc Tổng Công ty Điện lực miền Bắc Tập đoàn Điện lực Việt Nam.
Nơi đặt trụ sở: 1520 Đường Hùng vương - Thành phố Việt Trì – Tỉnh Phú Thọ.
Được thành lập theo QĐ số 189/NCQLKT-1 ngày 23/6/1971 của Bộ Điện và
Than với tên gọi Sở quản lý phân phối điện khu vực 4. Từ ngày 01//6/2010 đổi tên
thành Công ty Điện lực Phú Thọ.

Chức năng và nhiệm vụ:
-

Sản xuất kinh doanh điện năng;
Quản lý, vận hành lưới điện phân phối cấp điện áp từ 35 kV trở xuống và kinh doanh
điện trong phạm vi tỉnh Phú Thọ;
Đầu tư, xây dựng và cải tạo lưới điện đến cấp điện áp 35 KV;
Sửa chữa, thí nghiệm, hiệu chỉnh các thiết bị điện;
9


-

Kinh doanh các dịch vụ Internet, viễn thông công cộng, truyền thông và quảng cáo;
Kinh doanh vật tư, thiết bị điện, vật liệu điện, thiết bị viễn thông; truyền hình cáp và
Internet;
Xây lắp các công trình viễn thông, truyền hình cáp và Internet;
Lập dự án đầu tư xây dựng công trình;
Quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình;
Tư vấn, thiết kế đường dây và trạm biến áp đến cấp điện áp 35 KV;
Tư vấn, giám sát thi công các công trình đường dây và trạm biến áp đến cấp điện áp
110 KV;
Gia công chế tạo các phụ tùng, phụ kiện cho lưới điện;
Kinh doanh và cho thuê phương tiện vận tải, thiết bị nâng, nhà xưởng, kho bãi;
Bán lẻ đồ điện gia dụng, đèn và bộ đèn điện trong các cửa hàng chuyên doanh;
Sản xuất bê tông và các sản phẩm từ xi măng và thạch cao;
Đại lý bảo hiểm;
Hệ thống được triển khai trên toàn bộ 13 huyện trực thuộc tỉnh với 483 điểm đo
xa.

Hình 1.1 Bản đồ hành chính tỉnh Phú Thọ

10


1.2 Lý thuyết lưới điện và xây dựng bản đồ số biểu diễn lưới điện
1.2.1 Lưới điện

Hình 1.2 Lưới điện trung thế
Điện năng ngày càng phổ biến vì dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng
khác như: cơ, hóa, nhiệt năng…; được sản xuất tại các trung tâm điện và được truyền
tải đến hộ tiêu thụ với hiệu suất cao. Hệ thống điện gồm 3 khâu: sản xuất, truyền tải và
tiêu thụ điện.
-

Nguồn điện là các nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử…) và các trạm
phát điện (diesel, mặt trời, gió…);
Tiêu thụ điện gồm tất cả các đối tượng sử dụng điện trong công, nông nghiệp và đời
sống…
Lưới điện để truyền tải điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ, lưới gồm đường dây truyền tải
và các trạm biến áp;
Có nhiều cách phân loại lưới điện:
Theo điện áp: siêu cao áp (500kV), cao áp (220, 110kV), trung áp (35, 22, 10, 6kV) và
hạ áp (0,4kV);
Theo nhiệm vụ: lưới cung cấp (500, 220, 110kV) và lưới phân phối (35, 22, 10, 6 và
0,4kV);
Ngoài ra, có thể chia theo khu vực, số pha, công nghiệp, nông nghiệp…

11

Mục tiêu cơ bản của việc quản lý lưới điện
-

Cung cấp điện an toàn, tin cậy;
Đảm bảo ổn định hệ thống điện;
Đảm bảo các tiêu chuẩn vận hành theo quy định;
Đảm bảo hệ thống điện vận hành kinh tế;
Nhiệm vụ cơ bản trong quản lý lưới điện

-

Dự kiến nhu cầu phụ tải của toàn HTĐ, phân bổ công suất và sản lượng;
Sửa chữa, kiểm tra, bảo dưỡng, thí nghiệm định kỳ và đưa vào vận hành các tổ máy,
đường dây, thiết bị thuộc quyền quản lý;
Điều chỉnh các nguồn công suất phản kháng;
Tính toán trị số chỉnh định rơ le bảo vệ và tự động;
Tính toán tổn thất điện năng;
1.2.2 Khái niệm các đối tượng trên lưới điện
1.2.2.1 Trạm biến áp 3 pha

Hình 1.3 Các phần tử cơ bản cấu thành của GIS
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh được dùng để truyền đưa năng lượng
hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện thông qua cảm ứng điện từ nhưng
vẫn giữ nguyên tần số.
Máy biến áp đóng vai trò rất quan trọng trong truyền tải điện năng.
Máy biến áp gồm có một cuộn dây sơ cấp; một hay nhiều cuộn dây thứ cấp liên kết
qua trường điện từ. Để đảm bảo sự truyền đưa năng lượng thì phải có mạch dẫn từ qua
lõi cuộn dây. Tần số làm việc liên quan trực tiếp đến mạch dẫn từ.

12


Trạm biến áp là nơi lắp đặt của các máy biến áp và các thiết bị phân phối điện để
tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh cung cấp điện. Thường có 2 loại trạm là trạm biến
áp trong nhà, có kích thước nhỏ, phù hợp với các hộ gia đình, nhà hàng, khách sạn… 2
là trạm biến áp ngoài trời thường có kích thước vô cùng lớn phù hợp với các khu công
nghiệp, khu chế xuất… Trạm biến áp 3 pha thường dùng trong khu công nghiệp, trong
kinh doanh sản xuất.
1.2.2.2 Cột điện
Cột điện là nơi đặt đường dây điện đi qua. Trên cột điện còn đặt các thiết bị điện
khác như tủ trung thế, máy cắt, cầu dao hoặc các recloser.
1.2.2.3 Tủ trung thế
Tủ điện trung thế được sử dụng khá rộng rãi trong các trạm phân phối điện, trạm
phát điện trong nhà máy xí nghiệp hay khu dân cư...
Một tủ trung thế bao gồm các thiết bị điện, một bảng điện được đặt bên trong của
mộ vỏ tủ điện bằng tôn, được mạ cách điện.
Có rất nhiều các dạng tủ trung thế khác nhau, thông thường sử dụng 2 loại tủ
chính đó là:
-

Tủ lắp đặt cố định:
Là tủ có máy cắt được đặt cố định vào khung giá đỡ của tủ và không thay đổi
được trong quá trình hoạt động, sửa chữa.

-

Tủ lắp đặt không cố định (dạng kéo được):
Là tủ điện trung thế với máy cắt chính đặt trên khung giá đỡ, dưới có bánh xe
gắn với máy cắt và giác cắm. Do đó có thể dễ dàng kéo máy cắt ra bảo dưỡng hay

kiểm tra mà không ảnh hưởng đến hệ thống chung.
Hệ thống lưới điện trung thế trong một trạm điện thường có các cấp điện áp,
thông thường là từ 1kV đến 72.5kV. Các cấp điện áp phổ dụng nhất và được coi là an
toàn nhất đó là 22kV và 35kV.
Đối với một tủ điện trung thế trong trạm điện gồm có các bộ phận như sau: thanh
cái, buồng máy cắt, buồng đấu cáp, buồng hạ thế
1.2.2.4 Đường dây
Đường dây điện cho dòng điện đi qua. Bao gồm các thông số sau:

13


-

Điện áp hay hiệu điện thế là tỉ số chênh lệch giữa nơi có điện thế cao và điện thế thấp,
đơn vị đo V hoặc kV.
Dòng điện hay cường độ dòng điện là sự dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện
tích. Dòng điện chỉ sinh ra khi và chỉ khi có đủ 3 yếu tố: Nguồn điện (Hiệu điện thế),
Dây dẫn, Phụ tải (Vật tiêu thụ điện). Dòng điện ta đo được bằng ampe kế có đơn vị là
A trong mạch điện là dòng điện sinh ra do phụ tải, và dòng điện max của phụ tải
không được phép vượt quá dòng điện của nguồn điện.
1.2.2.5 Máy cắt
Máy ngắt là cơ cấu đóng mở cơ khí có khả năng đóng, dẫn liên tục và cắt dòng
điện trong điều kiện bình thường và cả trong thời gian giới hạn khi xảy ra điều kiện bất
thường trong mạch (ví dụ như ngắn mạch). Máy ngắt được sử dụng để đóng mở đường
dây trên không, các nhánh cáp, máy biến áp, cuộn kháng điện và tụ điện. Chúng cũng
được sử dụng cho thanh góp, sao cho điện năng có thể được truyền từ một thanh góp
này sang một thanh góp khác.
1.2.2.6 Cầu dao
Cầu dao là thiết bị dùng để đóng/cắt dòng điện bằng tay trong điều kiện bình

thường. Cầu dao là dụng cụ thường được dùng trong các mạng điện hạ áp, có điện áp
từ 220 – 380V, khác với công tắc điện, cầu dao có khả năng đóng ngắt các dòng điện
có cường độ lớn. Cầu dao có nhiều loại: cầu dao 1 pha, 3 pha; cầu dao đảo,…
1.2.2.7 Recloser
Recloser là một thiết bị đóng cắt tự động hoạt động tin cậy và kinh tế dùng cho
lưới phân phối đến cấp điện áp 38KV. Kết cấu gọn nhẹ, dễ lắp đặt, vận hành. Đối với
lưới phân phối Recloser là thiết bị hợp bộ gồm các bộ phận sau:

-

Bảo vệ quá dòng
Tự đóng lại (TĐL)
Thiết bị đóng cắt
Điều khiển bằng tay
Vị trí đặt: Recloser có thể đặt bất kỳ nơi nào trên hệ thống mà thông số định mức của
nó thỏa mãn các đòi hỏi của hệ thống. Những vị trí hợp lý có thể là:
Đặt tại trạm như thiết bị bảo vệ chính của hệ thống
Đặt trên đường dây trục chính nhưng cách xa trạm để phân đoạn các đường dây dài,
như vậy ngăn chặn sự ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống khi có sự cố cách xa nguồn.
Đặt trên các nhánh rẽ của đường dây trục chính nhằm bảo vệ đường dây trục chính
khỏi bị ảnh hưởng do các sự cố trên nhánh rẽ.

14


Có 5 yếu tố chính phải được xét đến để áp dụng chính xác các loại recloser mạch
điều khiển tự động:
-

-

-

-

-

Điện áp định mức của Recloser phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của hệ thống.
Dòng điện sự cố lớn nhất có thể xảy ra tại vị trí đặt Recloser: dòng điện này có thể tính
được. Định mức cắt của Recloser phải bằng hoặc lớn hơn dòng sự cố lớn nhất có thể
có của hệ thống.
Dòng điện phụ tải cực đại: là dòng định mức cực đại của Recloser phải lớn hơn hoặc
bằng dòng tải cực đại ước lượng trước của hệ thống. Đối với Recloser điều khiển bằng
điện tử, dòng cắt cực tiểu được chọn độc lập với dòng định mức lâu dài cực đại của
Recloser, mặc dù nó thường không quá 2 lần gía trị đó (giá trị dòng cắt ít nhất là gấp 2
lần dòng phụ tải đỉnh).
Dòng sự cố nhỏ nhất trong vùng được bảo vệ bởi Recloser: có thể xảy ra ở cuối đoạn
đường dây được bảo vệ phải được kiễm tra để xem Recloser có thể cảm nhận được để
cắt dòng hay không.
Phối hợp các thiết bị bảo vệ khác trên cả phía nguồn và phía tải của Recloser: Việc
phối hợp trên các thiết bị lắp đặt phía trước và sau recloser rất quan trọng khi 4 thông
số đầu tiên đã được thoã mãn. Việc lựa chọn thời gian trễ thích hợp và thứ tự hoạt
động chính xác rất quan trọng với bất kỳ việc cắt tức thời và mất điện do sự cố sẽ được
hạn chế đến phần nhỏ nhất có thể của đường dây.
Thông thường Bảo vệ quá dòng (BVQD) sẽ làm việc cắt Máy cắt (MC) với đặc tính
thời gian cấp I.
Sau khi TĐL tác động đóng lại MC, BVQD sẽ được chuyển sang chế độ sẵn sàng hoạt
động với đặc tính thời gian cấp II chậm hơn.
Số lần TĐL có thể lập trình từ (0-3) lần, điều này tương đương với số lần của bảo vệ
quá dòng làm việc cắt MC từ ( 1-4 ) lần.

Tủ điều khiển cho phép lập trình để thay đổi số lần tác động BVQD sau khi TĐL cũng
như số lần TĐL trước khi khóa và cắt hẳn MC là tùy ý.
1.2.3 Xây dựng bản đồ số mô phỏng lưới điện trực quan
1.2.3.1 Công nghệ GIS
Hệ thông tin địa lý (GIS) là một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các
sự vật, hiện tượng thực trên trái đất. GIS cho phép chúng ta xem, tìm hiểu, đặt câu hỏi,
giải thích và hiển thị dữ liệu trong nhiều cách mà tiết lộ mối quan hệ, mô hình và các
xu hướng trong các hình thức của bản đồ, quả địa cầu, báo cáo và biểu đồ.

15


Hình 1.4 Các phần tử cơ bản cấu thành của GIS
Từ Hình ta thấy, hệ thông tin địa lý GIS bào gồm 5 thành phần cơ bản là phần
cứng máy tính, phần mềm, dữ liệu công cụ phân tích và nhân lực được đào tạo.
a. Phần cứng máy tính: Phần cứng là hệ thống máy tính trên đó một ứng dụng
GIS hoạt động. Ngày nay, phần mềm GIS có khả năng chạy trên rất nhiều dạng phần
cứng, từ máy chủ trung tâm đến các máy trạm hoạt động độc lập hoặc liên kết mạng.
b. Phần mềm: Phần mềm GIS cung cấp các chức năng và các công cụ cần thiết
để lưu giữ, phân tích và hiển thị thông tin địa lý. Các thành phần chính trong phần
mềm GIS là:
-

Công cụ nhập và thao tác trên các thông tin địa lý.

-

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu.

-

Công cụ hỗ trợ hỏi đáp, phân tích và hiển thị địa lý.

-

Giao diện đồ hoạ người-máy để truy cập các công cụ dễ dàng.
c. Dữ liệu: Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một ứng dụng GIS là dữ
liệu. Các dữ liệu địa lý và dữ liệu thuộc tính liên quan có thể được người sử dụng tự
tập hợp hoặc được mua từ nhà cung cấp dữ liệu thương mại. Hệ GIS sẽ kết hợp dữ liệu
không gian với các nguồn dữ liệu khác, thậm chí có thể sử dụng hệ quản trị cơ sở dữ
liệu để tổ chức lưu giữ và quản lý dữ liệu.
d. Nhân lực đào tạo: Đây là một trong những hợp phần quan trọng của công
nghệ GIS, đòi hỏi những chuyên viên hướng dẫn sử dụng hệ thống để thực hiện các
chức năng phân tích và xử lý các số liệu. Đòi hỏi phải thông thạo về việc lựa chọn các
công cụ GIS để sử dụng, có kiến thức về các số liệu đang được sử dụng và thông hiểu
các tiến trình đang và sẽ thực hiện.

16


e. Công cụ phân tích và chính sách quản lý: Phần này rất quan trọng trong việc
đảm bảo khả năng hoạt động có hiệu quả của hệ thống, là yếu tố quyết định sự thành
công của việc phát triển công nghệ GIS. Hệ thống GIS cần được điều hành bởi một bộ
phận quản lý, bộ phận này phải được đào tạo chuyên nghiệp để tổ chức phân tích một
cách có hiệu quả và phục vụ người sử dụng thông tin.
Như vậy, trong 5 hợp phần của GIS, hợp phần Công cụ phân tích và chính sách
quản lý đóng vai trò rất quan trọng để đảm bảo khả năng hoạt động của hệ thống, đây
là yếu tố quyết định sự thành công của việc phát triển công nghệ GIS.
1.2.3.2 Công nghệ GIS trong quản lý vận hành lưới điện
GIS trong lĩnh vực phát điện: hỗ trợ tốt trong công tác quy hoạch, lựa chọn địa

điểm, đánh giá môi trường chiến lược, quản lý cơ sở phát điện, quản lý tài nguyên
năng lượng, môi trường,…
GIS trong truyền tải điện: hỗ trợ tốt trong công tác quy hoạch tuyến, quản lý vận
hành mạng truyền tải, quản lý tài sản (mạng lưới và đất đai), giám sát tuyến, bảo về
hành lang, quản lý sét đánh, rủi ro, thiên tai,…
GIS trong phân phối điện: Quản lý hà tầng kỹ thuật lưới điện (quản lý tài sản lưới
điện cũng như cung cấp các thông tin về đường dây, trụ điện, máy biến áp và các thiết
bị điện khác); Quản lý cấp điện và sự cố; Quản lý nguồn lực sản xuất; Quản lý kinh
doanh, dịch vụ khách hàng; Quản lý rủi ro.
GIS là xu hướng tương lai để quản lý hiệu quả hệ thống lưới điện thông minh.
1.2.3.3 Các công cụ phát triển một hệ thống GIS
a. MapInfo
MapInfo (Pitney Bowes Software Inc. - ): là một giải
pháp phần mềm GIS thân thiện với người sử dụng, xây dựng các phần mềm GIS có
hiệu quả, với các chức năng phân tích không gian hữu ích cho các hoạt động kinh
doanh, quản lý nhưng không cồng kềnh và không phức tạp hóa bởi những chức năng
không cần thiết, giao diện đơn giản và dễ hiểu. Phiên bản gần đây là MapInfo
Professional 11 có thể chạy trên các hệ điều hành thông thường như Windows XP,
Windows 2000, Windows NT+SP6, Windows 98 SE, Windows 2003 Server với
Terminal Services và Citrix.
Các chức năng chính của MapInfo có thể tóm tắt như sau:

17


-

-

-

-

Nhập dữ liệu: MapInfo cho phép nhập dữ liệu thuộc các khuôn dạng khác nhau như
AutoCAD DWG/DXF 2004, MicroStation DGN v8, Open ESRI Grid data, Open
CSV, Open Shape files...
Hỗ trợ liên kết với CSDL: Oracle 10G & 9iR2, MS SQL, Server 2000, MS Access,
IBM Informix 9.4.
Hỗ trợ CSDL không gian: Oracle 10G Spatial & Locator, MS SQL Server and
Informix thông quan SpatialWare;
Xuất dữ liệu sang các khuôn dạng khác: Cho phép xuất dữ liệu sang các khuôn dạng
GIF, LZW TIFF và TIFF CCITT Group 4
Biên tập bản đồ / chỉnh sửa dữ liệu: Tạo lập các đối tượng đồ họa, hiển thị chúng theo
các kiểu ký hiệu có trong thư viện ký hiệu mặc định hoặc trong thư viện tự tạo, hiển
thị các đối tượng theo lớp trong Layer Control... Tạo bảng chú giải, cho phép hiển thị
dữ liệu theo 2 biến số khác nhau trong cùng một thời điểm, tạo các vùng đệm bằng
công cụ buffer...
Xác định cơ sở toán học cho bộ dữ liệu: số lượng lưới chiếu bản đồ có mặc định trong
MapInfo rất phong phú, đủ để đáp ứng cho việc xác định cơ sở toán học cho các bộ dữ
liệu được thu thập từ các nguồn khác nhau. Các lưới chiếu theo các thông số riêng biệt
cho từng vùng cũng có thể được tạo lập mới bằng cách biên tập tệp tin
MAPINFOW.PRJ của phần mềm.
Chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu bằng công cụ Universal Translator: cho phép chuyển
đổi dữ liệu từ khuôn dạng của MapInfo *.TAB sang các khuôn dạng *.shp của
ArcView, DGN của Microstation, DXF và DWG của AutoCAD và ngược lại. Trong
quá trình chuyển đổi, công cụ này còn cho phép xác định và chuyển đổi cơ sở toán học
của dữ liệu.
Phân tích không gian:
Cung cấp các công cụ mạnh và logic đáp ứng việc thực hiện những bài toán phân
tích không gian phức tạp;

Thể hiện những đặc điểm và xu hướng của các đối tượng địa lý được lưu trong
CSDL, từ đó thể hiện những ảnh hưởng qua lại giữa các hiện tượng, đối tượng trong
không gian;
Cho phép thành lập bản đồ có mức độ chi tiết cao nhằm phục vụ cho mục đích
hiển thị dữ liệu không gian và hỗ trợ cho hoạch định chính sách;
Hỗ trợ cho các doanh nghiệp giải các bài toán về tìm hiểu khách hàng và thị
trường.

18


MapInfo có rất nhiều ưu điểm với khả năng hiển thị và lập bản đồ tốt và có
những chức năng GIS cơ bản và được nhiều người sử dụng ưa chuộng trong các dự án
GIS quy mô nhỏ, CSDL cỡ nhỏ. Tuy nhiên, do nhược điểm là quản lý topology không
được chặt chẽ, cấu trúc dữ liệu không đầy đủ nên khả năng phân tích cũng hạn chế MapInfo thường không được sử dụng để xây dựng các CSDL lớn. Hơn nữa, MapInfo
cũng còn hạn chế khi cần đưa ra một giải pháp mạng chuyên nghiệp và kết nối trao đổi
số liệu với các hệ thống GIS khác.
b. ArcGIS
ArcGIS (ESRI Inc. - ): là hệ thống GIS hàng đầu hiện nay,
cung cấp một giải pháp toàn diện từ thu thập / nhập số liệu, chỉnh lý, phân tích và phân
phối thông tin trên mạng Internet tới các cấp độ khác nhau như CSDL địa lý cá nhân
hay CSDL của các doanh nghiệp. Về mặt công nghệ, hiện nay các chuyên gia GIS coi
công nghệ ESRI là một giải pháp mang tính chất mở, tổng thể và hoàn chỉnh, có khả
năng khai thác hết các chức năng của GIS trên các ứng dụng khác nhau như: desktop
(ArcGIS Desktop), máy chủ (ArcGIS Server), các ứng dụng Web (ArcIMS, ArcGIS
Online), hoặc hệ thống thiết bị di động (ArcPAD)... và có khả năng tương tích cao đối
với nhiều loại sản phẩm của nhiều hãng khác nhau. Xem Hình 1.2.

Hình 1.5 Bộ phần mềm ứng dụng ArcGIS
ArcGIS Desktop (với phiên bản mới nhất là ArcGIS 10) bao gồm những công cụ

rất mạnh để quản lý, cập nhật, phân tích thông tin và xuất bản tạo nên một hệ thống
thông tin địa lý (GIS) hoàn chỉnh, cho phép:
-

Tạo và chỉnh sửa dữ liệu tích hợp (dữ liệu không gian tích hợp với dữ liệu thuộc tính) cho phép sử dụng nhiều loại định dạng dữ liệu khác nhau thậm chí cả những dữ liệu
lấy từ Internet;
19


-

Truy vấn dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính từ nhiều nguồn và bằng nhiều cách
khác nhau;
Hiển thị, truy vấn và phân tích dữ liệu không gian kết hợp với dữ liệu thuộc tính;
Thành lập bản đồ chuyên đề và các bản in có chất lượng trình bày chuyên nghiệp.
ArcGIS Destop là một bộ phần mềm ứng dụng gồm: ArcMap, ArcCatalog,
ArcToolbox, ModelBuilder, ArcScene và ArcGlobe. Khi sử dụng các ứng dụng này
đồng thời, người sử dụng có thể thực hiện được các bài toán ứng dụng GIS bất kỳ, từ
đơn giản đến phức tạp, bao gồm cả thành lập bản đồ, phân tích địa lý, chỉnh sửa và
biên tập dữ liệu, quản lý dữ liệu, hiển thị và xử lý dữ liệu. Phần mềm ArcGIS Desktop
được cung cấp cho người dùng ở 1 trong 3 cấp bậc với mức độ chuyên sâu khác nhau
là ArcView, ArcEditor, ArcInfo:
ArcView: Cung cấp đầy đủ chức năng cho phép biểu diễn, quản lý, xây dựng và
phân tích dữ liệu địa lý, các công cụ phân tích không gian cùng với việc biên tập và
phân tích thông tin từ các lớp bản đồ khác nhau đồng thời thể hiện các mối quan hệ và
nhận dạng các mô hình. Với ArcView, cho phép:
• Ra các quyết định chuẩn xác hơn dựa trên các dữ liệu địa lý;
• Xem và phân tích các dữ liệu không gian bằng nhiều phương pháp;
• Xây dựng đơn giản và dễ dàng các dữ liệu địa lý;
• Tạo ra các bản đồ có chất lượng cao;

• Quản lý tất cả các file, CSDL và các nguồn dữ liệu;
• Tùy biến giao diện người dùng theo yêu cầu.
ArcEditor: Là bộ sản phẩm có nhiều chức năng hơn, dùng để chỉnh sửa và quản
lý dữ liệu địa lý. ArcEditor bao gồm các tính năng của ArcView và thêm vào đó là một
số các công cụ chỉnh sửa, biên tập. Với ArcEditor, cho phép:
• Dùng các công cụ CAD để tạo và chỉnh sửa các đặc tính GIS;
• Tạo ra các CSDL địa lý thông minh;
• Tạo quy trình công việc một cách chuyên nghiệp cho 1 nhóm và cho phép nhiều
người biên tập;
• Xây dựng và giữ được tính toàn vẹn của không gian bao gồm các quan hệ hình
học topo giữa các đặc tính địa lý;
• Quản lý và mở rộng mạng lưới hình học;

20


• Làm tăng năng suất biên tập;
• Quản lý môi trường thiết kế đa người dùng với versioning;
• Duy trì tính toàn vẹn giữa các lớp chủ đề và thúc đẩy tư duy logic của người
dùng;
• Cho phép chỉnh sửa dữ liệu độc lập (khi tạm ngừng kết nối với CSDL).
ArcInfo: Là bộ sản phẩm ArcGIS đầy đủ nhất. ArcInfo bao gồm tất cả các chức
năng của ArcView lẫn ArcEditor. Cung cấp các chức năng tạo và quản lý một hệ GIS,
xử lý dữ liệu không gian và khả năng chuyển đổi dữ liệu, xây dựng dữ liệu, mô hình
hóa, phân tích, hiển thị bản đồ trên màn hình máy tính và xuất bản bản đồ ra các
phương tiện khác nhau. Với ArcInfo, cho phép:
• Xây dựng một mô hình xử lý không gian rất hữu dụng cho việc tìm ra các mối
quan hệ, phân tích dữ liệu và tích hợp dữ liệu;
• Thực hiện chồng lớp các lớp vector, nội suy và phân tích thống kê;
• Tạo ra các đặc tính cho sự kiện và chồng xếp các đặc tính của các sự kiện đó;

• Chuyển đổi dữ liệu và các định dạng của dữ liệu theo rất nhiều loại định dạng;
• Xây dựng những bộ dữ liệu phức tạp, các mô hình phân tích và các đoạn mã để
tự động hóa các quá trình GIS;
Sử dụng các phương pháp trình diễn, thiết kế, in ấn và quản lý bản đồ để xuất
bản bản đồ.
c. Google Map API
Google Maps hay Bản đồ Google (thời gian trước còn gọi là Google Local) là
một dịch vụ ứng dụng và công nghệ bản đồ trực tuyến trên web miễn phí được cung
cấp bởi google và hỗ trợ nhiều dịch vụ dựa vào bản đồ. Google Maps cung cấp Google
Maps API dùng để nhúng vào các phần mềm của bên thứ ba, nó cho phép chỉnh sửa,
hiển thị đường sá, đường đi cho xe đạp, cho người đi bộ và xe hơi, và những địa điểm
kinh doanh trong khu vực cũng như khắp nơi trên thế giới.
Tất cả các ứng dụng Maps API nên tải Maps API sử dụng một API key. Một key
API sẽ kiểm soát các ứng dụng của người phát triển và cũng là việc google có thể liên
lạc với người phát triển về ứng dụng có ích người đó đang xây dựng.
Tạo một API key:

21


Truy cập vào và đăng nhập bằng tài khoản
gmail của mình.
Click vào Services link bên trái menu.
Kéo xuống dưới tìm Google Maps API v3 service và kích hoạt dịch vụ.
Click API Access, một API key sẽ hiện lên và bạn sẽ copy lại để sử dụng.
Load bản đồ về trang cá nhân:
Khi đã có key google cung cấp ta sử dụng key đó trong đoạn mã javascripts trong
thẻ <head>.
Tạo một hàm trong javascripts, khởi tạo một đối tượng bản đồ chứa các biến khởi
tạo bản đồ:

center: một điểm làm trung tâm của bản đồ Latitudes(vĩ độ) và Longitudes (kinh
độ). Tương tự như trên khi ta định nghĩa 1 điểm là tọa độ trong Map ta để nó nằm
trong new google.maps.LatLng(lat,lng). Một điểm được xác định bởi vĩ độ và kinh độ.

zoom: độ zoom được quy định khi Map được load.
Map type: loại Map được hiển thị sau khi load xong. có 4 loại để chọn:
ROADMAP, SATELLITE, HYBRID, TERRAIN
Map object: Xác định id html chứa đối tượng Map với tùy chọn “myOptions"
như trên.
Overlays (lớp phủ):
Lớp phủ (overlays) là các đối tượng trên bản đồ và được gắn với vĩ độ, kinh độ
cho nên nó sẽ di chuyển cùng bản đồ khi ta kéo hoặc zoom bản đồ. Overlays phản ánh
các đối tượng mà bạn thêm vào bản đồ như points, line, areas, hoặc các "collections of
object" tạm gọi là bộ sưu tập đối tượng, các đối tượng mà bạn muốn xây dựng. Vd: 1
khu vực công nghiệp, khu vực sông, khu vui chơi giải trí ...
Các loại lớp phủ: markers, polylines, areas, info windows, polygons.
Thêm các lớp phủ: Đầu tiên phải xác định lớp phủ nào cần xây dựng để có thể
hiên thị trên Map. Thêm lớp phủ trực tiếp lên bản đồ sử dụng phương thức setmap().
Ví dụ sau thêm lớp phủ Markers để đánh giấu điểm trên map. Lớp phủ Markers được
thêm vào bởi đối tượng trong javascripts cùng các tùy chọn của lớp phủ.

22


Loại bỏ lớp phủ: Để loại bỏ ta gọi phương thức setmap() của lớp phủ và đặt là
null "setmap(null)". Nhưng đây mới chỉ loại bỏ tạm thời không cho chúng xuất hiện
chứ chưa xóa hoàn toàn.
Nhưng trên bản đồ với một ứng dụng nhỏ thì ít nhất ta cũng phải sử dụng trên 2
lớp phủ. Vì vậy để quản lý chúng thật sự dễ dàng ta tạo một mảng chứa các lớp phủ.
Khi muốn tạo một lớp phủ ta chỉ setmap() trên các phần tử của mảng hoặc loại bỏ

chúng cũng vậy. Điều quan trọng là có thể xóa các lớp phủ khi cho độ dài của mảng
bằng 0.
Sự kiện:
Một số đối tượng trong Maps API được thiết kế để đáp ứng với sự kiện người sử
dụng chẳng hạn như các sự kiện chuột hoặc bàn phím. Một đối tượng
google.maps.Marker có thể lắng nghe người sử dụng các sự kiện sau đây , ví dụ :
'click' ; 'dblclick' ; 'mouseup' ; 'mousedown' ; 'mouseover' ; 'mouseout'.
Một sự kiện được gọi như sau:
google.maps.event.addListener(đối tượng, sự kiện gọi,
function() {})
Sự kiện trên các đối tượng map:
Để thêm sự kiện ta sự dụng phương thức addListener(). Phương thức lấy một đối
tượng, một sự kiện để lắng nghe và một hàm để gọi khi sự kiện đặc biệt xảy ra.
Khi click chuột vào map thì các điểm đánh dấu sẽ xuất hiện trông giống như hình
ảnh sau các icon là mặc định, nếu muốn thay đổi thi đặt lại icon.
Lắng nghe sự kiện của DOM (mô hình đối tượng tài liệu):
Mô hình sự kiện Google MapsJavaScript API tạo và quản lý sự kiện tùy chỉnh
của riêng nó. Tuy nhiên, DOM trong trình duyệt cũng có thể tạo và gửi đi các sự kiện
riêng của mình. Theo mô hình sự kiện của trình duyệt cụ thể, Maps API cung cấp
phương thức tính addDomListener() để lắng nghe và liên kết với các sự kiện của
DOM.
Phương thức có dạng như dưới đây:
addDomListener(instance:Object,eventName:string,
handler:Function)

23


Ở đây instance có thể là những phần tử DOM hỗ trợ bởi trình duyệt , bao
gồm: Thành phần phân cấp của DOM như window hoặc document.body.form.

Phần tử được đặt tên như document.getElementById(“foo”);
Sự kiện window.onload được sử dụng trong thẻ body để kích hoạt các mã
JavaScript khi trang HTML được tải về hoàn toàn.
Control:
Các bản đồ hiển thị thông qua Google Maps API chứa các thành phần giao diện
để cho phép người dùng tương tác với bản đồ. Những thành phần này được biết đến
như những control và bạn có thể khai báo chúng trong những ứng dụng của Google
Maps API.
Một số controls có thể sử dụng trong bản đồ:
-

Zoom control: để điều chỉnh mức độ thu phóng của bản đồ

-

Pan control: hiển thị các nút để di chuyển bản đồ

-

Scale control: hiển thị tỉ lệ bản đồ

-

MapType Control: cho phép người dùng chuyển đổi giữa các loại bản đồ (VD:
ROADMAP và SATELLITE)

-

Street View control

-

Rotate control: Cho phép bạn quay bản đổ.

-

Overview Map control: Hiển thị một bản đồ nhỏ, biểu thị khung nhìn hiện tại trong
một khu vực rộng lớn.
Thêm control vào bản đồ: có thể thêm, loại bỏ hoặc tùy chỉnh giao diện người
dùng hoặc các control và đảm bảo rằng bản cập nhật trong tương lai sẽ không làm ảnh
hưởng đến ứng dụng. Một số control mặc định xuất hiện trên bản đồ, một số thì không.
Thêm hoặc loại bỏ control trên bản đồ được xác định bởi các trường của đối tượng
MapOptions, nếu bạn đặt thuộc tính là true control tương ứng sẽ hiển thị, ngược lại là
false control sẽ bị ẩn.
Vị trí cho control: Mỗi tùy chọn của các control chứa một thuộc tính position
dùng để chỉ ra vị trí đặt control trên bản đồ. Vị trí control được hỗ trợ trên bản đồ.

24


1.3 Lý thuyết xây dựng hệ thống cảnh báo thời gian thực
1.3.1 Khái niệm hệ thống thời gian thực
Trong những năm gần đây, các hệ thống điều khiển theo thời gian thực là một
trong những lĩnh vực thu hút nhiều sự chú ý trong giới khoa học nghiên cứu về khoa
học máy tính. Trong đó, vấn đề điều hành thời gian thực và vấn đề lập lịch là đặc biệt
quan trọng. Một số ứng dụng quan trọng của hệ thống thời gian thực (RTS) đã và đang
được ứng dụng rộng rãi hiện nay là các dây chuyền sản xuất tự động, rôbốt, điều khiển
không lưu, điều khiển các thí nghiệm tự động, truyền thông, điều khiển trong quân
sự... Bên cạnh đó các thiết bị mô phỏng được đưa vào với mục đích đào tạo, tạo sự
thân thiện giữa mô hình với chính đối tượng trong thực tế, giúp người học có được sự

hiểu biết về thiết bị cũng như kỹ năng thực hành trên thiết bị đó.
Hiện nay một số đơn vị trong quân đội được trang bị hệ thống mô phỏng huấn
luyện lái. Điều này khẳng định giải pháp ứng dụng công nghệ mô phỏng để nâng cao
chất lượng huấn luyện là hướng đi đúng đắn. Tuy nhiên để hệ thống mô phỏng ngày
càng sát thực tế và sống động cần đòi hỏi nhiều công sức nghiên cứu lý thuyết, trong
đó hiểu biết đầy đủ về hệ thống thời gian thực để xây dựng các thiết bị phục vụ huấn
luyện và đào tạo. Qua đó tập cho người học cách đưa ra những phán quyết trong
khoảng thời gian hợp lý với các tình huống thực tế.
Một hệ thống thời gian thực (RTS – Realtime Systems) có thể được hiểu như là
một mô hình xử lý mà tính đúng đắn của hệ thống không chỉ phụ thuộc vào kết quả
tính toán lôgic mà còn phụ thuộc vào thời gian mà kết quả này phát sinh ra. Hệ thống
thời gian thực được thiết kế nhằm cho phép trả lời lại các yếu tố kích thích phát sinh từ
các thiết bị phần cứng trong một ràng buộc thời gian xác định.
Về mặt cấu tạo, RTS thường được cấu thành từ các thành tố chính sau:
-

Đồng hồ thời gian thực: Cung cấp thông tin thời gian thực.
Bộ điều khiển ngắt: Quản lý các biến cố không theo chu kỳ.
Bộ định biểu: Quản lý các quá trình thực hiện.
Bộ quản lý tài nguyên: Cung cấp các tài nguyên máy tính.
Bộ điều khiển thực hiện: Khởi động các tiến trình. Các thành tố trên có thể được phân
định là thành phần cứng hay mềm tùy thuộc vào hệ thống và ý nghĩa sử dụng. Thông
thường, các RTS được kết hợp vào phần cứng có khả năng tốt hơn so với hệ thống
phần mềm có chức năng tương ứng và tránh được chi phí quá đắt cho việc tối ưu hoá
phần mềm. Ngày nay, chi phí phần cứng ngày càng rẻ, chọn lựa ưu tiên phần cứng là
một xu hướng chung.

25