CN102592005A

CN102592005A - 一种单线图生成方法和装置

Info

Publication number: CN102592005A
Application number: CN2011104506926A
Authority: CN
Inventors: 谭弘武; 廖悲雨
Original assignee: BEIJIG YUPONT ELECTRIC POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING YUPONT ELECTRIC POWER TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: CN102592005B

Abstract

本发明实施例提供一种单线图生成方法和装置，所述单线图生成方法包括：根据电力系统的空间数据，建立拓扑关系；对建立拓扑关系后的拓扑结构进行基于组合模式的重构；对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。所述单线图生成装置包括：拓扑关系建立单元，用于根据电力系统的空间数据，建立拓扑关系；拓扑关系重构单元，用于对建立拓扑关系后的拓扑结构进行基于组合模式的重构；单线图生成单元，用于对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。本发明实施例可以避免人员手工绘制单线图的工作量以及人工错误，快速生成高质量的单线图为电力调度和生产提供有力的决策支持。

Description

一种单线图生成方法和装置

技术领域

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种单线图生成方法和装置。

背景技术

单线图是调度人员进行分析决策的有力图形工具，但是往往需要专门人员手工绘制而成。这样做也能使调度员以简单清晰的方式查看电网状态，但是数据维护的工作量大，而且容易出现人为的数字化错误。因此需要在基于现有的地理信息的结构基础上，设计出相应的拓扑结构和图形算法来实现单线图的自动生成，为电力人员减轻工作负担，提高生产效率。

发明内容

本发明实施例提供一种单线图生成方法和装置，根据现有电网的空间信息结构，建立新型拓扑结构和成图算法，用于制作出符合电网调度和生产部门分析所需的单线图，以减少电力人员的工作量和数字化错误。

一方面，本发明实施例提供了一种单线图生成方法，所述方法包括：

根据电力系统的空间数据，建立拓扑关系；

对建立拓扑关系后的拓扑结构进行基于组合模式的重构；

对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。

可选的，在本发明的一实施例中，所述对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图，包括：利用方差过滤算法对所述重构后的拓扑结构中的部分线路的线型进行抽样过滤；对抽样过滤后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。

可选的，在本发明的一实施例中，所述对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图，包括：对重构后的拓扑结构采用启发式算法中的贪婪算法进行走向排布以生成单线图。

可选的，在本发明的一实施例中，所述对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图后，所述方法还包括：对生成的单线图中线路的局部重叠部分，利用分形局部变换算法进行处理。

可选的，在本发明的一实施例中，所述对生成的单线图中线路的局部重叠部分，利用分形局部变换算法进行处理，包括：对生成的单线图的线路进行分形处理，不断分形细化到单个设备，并对这些分形做外包矩形计算；对每个分形外包矩形进行重叠测试，通过重叠测试，表明彼此之间没有重叠，则放入到结果集合中，反之则放入到局部变换集合中；在局部变换集合中，取出分形维数最小的分形分支，对其进行局部变换：首先进行位移变换；如果位移变换无法解决时，采用缩放变换；当位移变换和缩放变换这两个变换都无法解决时，进行旋转变换；重复该步骤，直到局部变换集合为空为止。

另一方面，本发明实施例提供了一种单线图生成装置，所述装置包括：

拓扑关系建立单元，用于根据电力系统的空间数据，建立拓扑关系；

拓扑关系重构单元，用于对建立拓扑关系后的拓扑结构进行基于组合模式的重构；

单线图生成单元，用于对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。

可选的，在本发明的一实施例中，所述装置还包括：抽样过滤单元，用于利用方差过滤算法对所述重构后的拓扑结构中的部分线路的线型进行抽样过滤；所述单线图生成单元，用于对抽样过滤后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。

可选的，在本发明的一实施例中，所述单线图生成单元，进一步用于对重构后的拓扑结构采用启发式算法中的贪婪算法进行走向排布以生成单线图。

可选的，在本发明的一实施例中，所述装置还包括：局部变换单元，用于对生成的单线图中线路的局部重叠部分，利用分形局部变换算法进行处理。

可选的，在本发明的一实施例中，所述局部变换单元包括：外包矩形模块，用于对生成的单线图的线路进行分形处理，不断分形细化到单个设备，并对这些分形做外包矩形计算；重叠测试模块，用于对每个分形外包矩形进行重叠测试，通过重叠测试，表明彼此之间没有重叠，则放入到结果集合中，反之则放入到局部变换集合中；局部变换模块，用于在局部变换集合中，取出分形维数最小的分形分支，对其进行局部变换：首先进行位移变换；如果位移变换无法解决时，采用缩放变换；当位移变换和缩放变换这两个变换都无法解决时，进行旋转变换；重复该步骤，直到局部变换集合为空为止。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用根据电力系统的空间数据，建立拓扑关系；对建立拓扑关系后的拓扑结构进行基于组合模式的重构；对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图的技术手段，所以可以避免人员手工绘制单线图的工作量以及人工错误，快速生成高质量的单线图为电力调度和生产提供有力的决策支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种单线图生成方法流程图；

图2为本发明实施例一种单线图生成装置结构示意图；

图3为本发明实施例另一种单线图生成装置结构示意图；

图4为本发明实施例局部变换单元结构示意图；

图5为本发明应用实例组合模式示意图；

图6为本发明应用实例拓扑结构重构流程图；

图7为本发明应用实例抽样过滤示意图；

图8为本发明应用实例走向排布示意图；

图9为本发明应用实例局部变换前后示意图；

图10为本发明应用实例系统自动的成单线图示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种单线图生成方法和装置，以避免人员手工绘制单线图的工作量以及人工错误，快速生成高质量的单线图为电力调度和生产提供有力的决策支持。

本发明实施例是这样实现的：a)拓扑结构重构，对原有的拓扑结构进行改造，以便使其使与新算法融合；b)在新型拓扑结构中融入本发明的自动布线算法，对线路的走向和节点布局实现系统自动化控制，制作出符合电网人员要求的单线图。

如图1所示，为本发明实施例一种单线图生成方法流程图，所述方法包括：

101、根据电力系统的空间数据，建立拓扑关系；

102、对建立拓扑关系后的拓扑结构进行基于组合模式的重构；

103、对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。

本发明上述方法实施例因为采用根据电力系统的空间数据，建立拓扑关系；对建立拓扑关系后的拓扑结构进行基于组合模式的重构；对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图的技术手段，所以可以避免人员手工绘制单线图的工作量以及人工错误，快速生成高质量的单线图为电力调度和生产提供有力的决策支持。

对应于上述方法实施例，如图2所示，为本发明实施例一种单线图生成装置结构示意图，所述装置包括：

拓扑关系建立单元21，用于根据电力系统的空间数据，建立拓扑关系；

拓扑关系重构单元22，用于对建立拓扑关系后的拓扑结构进行基于组合模式的重构；

单线图生成单元23，用于对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。

如图3所示，为本发明实施例另一种单线图生成装置结构示意图，所述装置不但包括上述拓扑关系建立单元21、拓扑关系重构单元22和单线图生成单元23，所述装置还可以包括：抽样过滤单元24，用于利用方差过滤算法对所述重构后的拓扑结构中的部分线路的线型进行抽样过滤；所述单线图生成单元23，用于对抽样过滤后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。

可选的，在本发明的一实施例中，所述单线图生成单元23，进一步用于对重构后的拓扑结构采用启发式算法中的贪婪算法进行走向排布以生成单线图。

所述装置还可以包括：局部变换单元25，用于对生成的单线图中线路的局部重叠部分，利用分形局部变换算法进行处理。

可选的，如图4所示，为本发明实施例局部变换单元结构示意图，所述局部变换单元25包括：外包矩形模块251，用于对生成的单线图的线路进行分形处理，不断分形细化到单个设备，并对这些分形做外包矩形计算；重叠测试模块252，用于对每个分形外包矩形进行重叠测试，通过重叠测试，表明彼此之间没有重叠，则放入到结果集合中，反之则放入到局部变换集合中；局部变换模块253，用于在局部变换集合中，取出分形维数最小的分形分支，对其进行局部变换：首先进行位移变换；如果位移变换无法解决时，采用缩放变换；当位移变换和缩放变换这两个变换都无法解决时，进行旋转变换；重复该步骤，直到局部变换集合为空为止。

上述技术方案具有如下有益效果：可以避免人员手工绘制单线图的工作量以及人工错误，快速生成高质量的单线图为电力调度和生产提供有力的决策支持。

下面应用实例对本发明的技术方案进行详细说明：

建立拓扑关系：

现有的空间数据：点设备(设备种类：馈线开关、隔离开关、接地刀闸、柱上变压器和杆塔等，属性：唯一标识和空间坐标(x，y))，线设备(设备种类：导线，电缆和连接线等，属性：唯一标识和空间坐标(x₀，y₀…x_n，y_n))。这些空间数据统一表示成：

根据现有的空间数据，建立拓扑关系。对所有的电网设备(即所有的点设备和线设备)做相连判断，如果设备间有坐标点(x，y)相等的话，就在邻接矩阵(表的形式建立，有字段：连接标识ConnectID，开始设备唯一标识StartID，结束设备唯一标识EndID)中，插入一条记录，该记录包含新生成的连接标识，和这两个设备的唯一标识(上游设备的唯一标识表示填入StartID，下游设备唯一标识填入EndID)。以此来表示设备之间的拓扑连接关系。

拓扑结构重构：

在建立全网拓扑关系后，对拓扑结构进行基于组合模式的重构。所有的电网设备都是继承组件类(Component)这个抽象类，区别是具有下游设备的是容器类(Composite)，没有下游设备的是叶子类(Leaf)。如图5所示，为本发明应用实例组合模式示意图，如图6所示，为本发明应用实例拓扑结构重构流程图。以下是类的基本描述：

重构的过程以馈线开关开始。系统对其邻接矩阵进行深度遍历，通过图6所示的流程实现拓扑结构的重构。

数据抽样过滤：

对按上述步骤所生成的拓扑类，本发明应用实例还需要额外的处理。就是对于一些线路走向复杂的电缆和导线，本发明应用实例需要使用新发明的方差过滤算法来对线型进行抽样过滤以获取这些复杂线段的基本线形，以降低节点的数据量，从而减少对内存的消耗，加快布线算法的计算。该算法的程序实现过程如下：

1、选择设备类型为线设备且节点数超过2的容器对象Composite和叶子对象Leaf(其包含的空间数据是电缆或导线)。

2、连接该线的头尾两点得到直线l。

3、求该线中所有的节点P(x_p，y_p)到直线l(Ax+By+C＝0)的垂直距离(Δd_p距离计算公式

Δ d_{p} = \frac{| {Ax}_{p} + {By}_{p} + C |}{\sqrt{A^{2} + B^{2}}}) .

4、求所有节点距离Δd_p的方差

(为平均值，

)。

5、对每个节点进行特征判断，当节点P到直线l的距离Δd_p的平方与平均值相减的平方大于阈值方差，则保留，反之则剔除该节点

如图7所示，为本发明应用实例抽样过滤示意图，按照此过滤算法能够较好地提取线路的特征点，保持线路的基本走向，为电网人员提供清晰的线路分支走向。

走向排布

在系统程序完成上述步骤的数据重构和数据抽样过滤加工后，线路走向排布这个步骤上本发明应用实例采用的是启发式算法中的贪婪算法来实现支线排布的最优化。在贪婪算法中首先要确立目标函数和贪心函数。如图8所示，为本发明应用实例走向排布示意图。

目标函数：

p_i表示电网中导线(或电缆)基本走向的变换，即使原有的基本走向变换最小化(基本走向是以线型设备的东南西北四个坐标轴方向来表示，如果线性设备的角度θ满足

则其基本走向为东，

则其基本走向为北，则其基本走向为西，

则其基本走向为南)。

策略函数：

D_i表示该分支下所有线性设备的基本走向之和。

算法实现：

1、将上述步骤生成的所有容器对象Composite(包含其所对应的各个分支信息)放入到候选对象集合中。

2、从候选对象集合中取出策略函数值最大的容器对象(第一次为整个单线图的源头：馈线开关)。根据该容器的分支数目对该容器的空间进行分割(分支数小于4，分割轴为4，大于4的分割轴与分支数相同)。

3、对该容器的各个分支进行策略函数求值，以一个策略函数值最大的分支作为布线的第一支(这样可以使原有的基本走向变换尽可能最小化)，该分支将自动排布到走向离其最近的分割轴上(

θ_i表示分割轴i的角度走向，θ表示该分支的角度走向)。

4、该分割轴被占后，其他的分支就只可从剩余的分割轴中挑选离其最近的一个方向进行排布，并按策略函数值的大小确定先后顺序。

5、按深度遍历的顺序重复第2，3，4步，直到候选对象集合中的容器组件为空。

局部重叠的解决

本发明应用实例能快速得到电力人员所需要的单线图。但是在一些线路走向密集而复杂的地方，会出现局部重叠的现象，为此本发明应用实例利用几何分形理论对系统自动修复该问题进行研究和创新。开发出了分形局部变换算法，该算法的实现如下：

1、对已按步骤1，2，3生成单线图的线路进行分形处理，不断分形细化到单个设备，并对这些分形做外包矩形计算(v(x，y)表示节点集合)。

2、对每个分形外包矩形进行重叠测试(

Env表示外包矩形)。通过重叠测试，表明彼此之间没有重叠，则放入到结果集合中，反之则放入到局部变换集合中。

3、在局部变换集合中，取出分形维数最小的分形分支(影响范围大的分支不做变换，而是由影响范围小的分支做变换来解决重叠现象)，对其进行局部变换(trans(scale(rotate(v(x，y))))，trans表示位移变换

(\begin{matrix} 1 & 0 & t_{x} \\ 0 & 1 & t_{y} \\ 0 & 0 & 1 \end{matrix}),

t_x表示x轴方向上位移量，t_y表示y轴方向上位移量，scale表示缩放变换

(\begin{matrix} s_{x} & 0 & 0 \\ 0 & s_{y} & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{matrix}),

s_x表示横坐标放大(缩小)至s_x倍，s_y表示纵坐标放大(缩小)至s_y倍，rotate表示旋转变换

(\begin{matrix} \cos θ & - \sin θ & 0 \\ \sin θ & \cos θ & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{matrix})

)。局部变换的步骤是：当如果位移变换无法解决时，采用缩放变换，只有这两个变换都无法解决时，才加入旋转变换，为的是最大程度的保持线路的原有走向。

4、重复步骤3，直到局部变换集合为空为止，表明所有设备没有相交的情况。

如图9所示，为本发明应用实例局部变换前后示意图。结合以上所述的研究，如图10所示，为本发明应用实例系统自动的成单线图示意图。

本发明应用实例技术具有以下特点与优点：

1.提供了一种单线图自动成图技术，与现有的人工成图的方式相比，本发明应用实例技术的突出特点在于能够为电网调度和生产准确、快速地提供所需的单线图。在提高了单线图的成图效率的同时，也制作差异性分析等辅助工具用于局部更新现有单线图。

采用本发明应用实例方法对廊坊地市的各条电力线路走廊进行成图实验，实验结果统计如下表1所示：

表1实验结果统计表

线路名称	基本走向保持率	线路分支重叠率
			邢营路223	98.76％	0％
艾各庄路221	94.56％	0％
			三小营路225	91.23％	0％
肖家务路222	90.16％	0％
			微波路224	91.56％	0％
廊月二回233	92.23％	0％
			中粮二回234	92.04％	0％
廊星路237	93.62％	0％
			廊航路214	91.13％	0％
世纪花园路222	90.25％	0％

2.由于采用启发式算法，所以能在短时间内得到单线图排布问题的最优解或较优解，使现有单线图的生成速度得到了大大的提升。

3.由于本文的拓扑结构采用组合模式来重构，使得算法能够以更方便的形式获取拓扑关系，使得系统的程序结构更清晰而易于维护，也为其他新优化算法的引入提供更大的扩展性。

4.本发明应用实例采用的方差过滤算法对线路走向有更好的抽象，对特征点的提取更为高效而准确。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrativelogical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrativecomponents)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电脑、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种单线图生成方法，其特征在于，所述方法包括：

根据电力系统的空间数据，建立拓扑关系；

对建立拓扑关系后的拓扑结构进行基于组合模式的重构；

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图，包括：

利用方差过滤算法对所述重构后的拓扑结构中的部分线路的线型进行抽样过滤；

对抽样过滤后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图，包括：

对重构后的拓扑结构采用启发式算法中的贪婪算法进行走向排布以生成单线图。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述对重构后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图后，所述方法还包括：

对生成的单线图中线路的局部重叠部分，利用分形局部变换算法进行处理。

5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述对生成的单线图中线路的局部重叠部分，利用分形局部变换算法进行处理，包括：

对生成的单线图的线路进行分形处理，不断分形细化到单个设备，并对这些分形做外包矩形计算；

对每个分形外包矩形进行重叠测试，通过重叠测试，表明彼此之间没有重叠，则放入到结果集合中，反之则放入到局部变换集合中；

在局部变换集合中，取出分形维数最小的分形分支，对其进行局部变换：首先进行位移变换；如果位移变换无法解决时，采用缩放变换；当位移变换和缩放变换这两个变换都无法解决时，进行旋转变换；重复该步骤，直到局部变换集合为空为止。

6.一种单线图生成装置，其特征在于，所述装置包括：

7.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述装置还包括：

抽样过滤单元，用于利用方差过滤算法对所述重构后的拓扑结构中的部分线路的线型进行抽样过滤；

所述单线图生成单元，用于对抽样过滤后的拓扑结构采用启发式算法进行走向排布以生成单线图。

8.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述单线图生成单元，进一步用于对重构后的拓扑结构采用启发式算法中的贪婪算法进行走向排布以生成单线图。

9.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述装置还包括：

局部变换单元，用于对生成的单线图中线路的局部重叠部分，利用分形局部变换算法进行处理。

10.如权利要求9所述装置，其特征在于，所述局部变换单元包括：

外包矩形模块，用于对生成的单线图的线路进行分形处理，不断分形细化到单个设备，并对这些分形做外包矩形计算；

重叠测试模块，用于对每个分形外包矩形进行重叠测试，通过重叠测试，表明彼此之间没有重叠，则放入到结果集合中，反之则放入到局部变换集合中；

局部变换模块，用于在局部变换集合中，取出分形维数最小的分形分支，对其进行局部变换：首先进行位移变换；如果位移变换无法解决时，采用缩放变换；当位移变换和缩放变换这两个变换都无法解决时，进行旋转变换；重复该步骤，直到局部变换集合为空为止。