CN103049640B - 基于地理信息系统的电网多态多维显示控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地理信息系统的电网多态多维显示控制方法，包括如下步骤：针对地理信息系统中的当前可视区域，用加权距离及地图块的电网信息量计算各个地图块的权值；对各个地图块的权值进行排序，挑选部分权值较大的地图块预先加载到内存中；当内存中地图块的数量达到设定的阈值时，计算每个已缓存地图块的权值并进行排序，释放部分权值较小的地图块。利用本发明，可以充分展示电网设备的地理位置、网络拓扑关系，便于全局化管理电网设备的状态信息以及运行信息，实现上下级电网的设备状态信息与参数信息的纵向资源共享，便于实现电网设备的省地一体化管理。

Description

基于地理信息系统的电网多态多维显示控制方法

技术领域

本发明涉及一种电网显示控制方法，尤其涉及一种基于地理信息系统实现、可实现电网多态多维显示的控制方法，属于电力系统可视化技术领域。

背景技术

随着经济的发展，电网的规模越来越大、结构日益复杂。这种大规模电网在给人们带来经济效益和社会效益的同时，也增加了人为日常维护，对电网进行全局化、实时化管理的难度。传统的人工对电网数据按照经验分析当前电网状态，利用电话等传统通信手段来管理电网信息的方式已经远远不能满足电力系统调度的实时性和复杂性要求，通过可视化实时系统展示某一地区电网信息以及电网设备分布情况已经成为电力系统调度技术的发展趋势之一。

电网设备分布情况与实时工作状态是可视化实时系统展示的重要内容之一。随着电网规模不断扩大，对电网运行的可靠性要求越来越高，需要可视化实时系统为电网调度人员提供从整体上对大规模电网进行调度管理的全新视角，这样可以减少事故和检修时的停电时间，提高供电的可靠性，降低电网的整体运行费用，为电力用户提供高质量的服务。

近些年来，很多电网工作人员开始着眼于可视化实时系统相关技术的研究，并取得了一定的研究成果。例如邱家驹、钱源平、刘艳在《基于地理信息系统的电力系统静态安全分析可视化方法》（刊载于《中国电机工程学报》1999年05期）一文中，将电力系统与实际的地理图形和信息相结合，提供了一种直观的和更接近于实际的静态安全分析表现形式。该方法将传统的电力系统静态安全分析方法应用于地理信息系统平台上，利用其图形分层、自动图表生成、大规模数据处理等功能，使安全分析的大量数据变成地理地图背景上的醒目的可视化图形和图表，强化了静态安全分析的效果。另外，在申请号为201110290732.5的中国发明专利申请中，公开了基于三维GIS技术的输电线路可视化状态监测系统。该系统由地理信息数据展示模块、设备模型数据展示模块和状态监测数据展示模块三部分组成。该系统以三维GIS技术为基础，通过对海量空间信息的多角度、全方位展现，实现输电线路走廊的三维地景仿真和输电设备状态的三维展示，从而为提升电力设备运行管理的精细化、科学化、智能化水平提供信息支撑。

实践证明，要想准确高效地表示出电网结构与生产运行状态，必须对电网设备的位置进行准确的绘制。随着研究的不断深入，人们发现如果把电力网络中的杆塔、厂站都描述成一个点，那么一些连续的点组织在一起就形成了线，也就是电网中的线路。许多条线路组合在一起就构成了网，也就是整个电网架构。不论多复杂的电网架构，它都是由基本电网设备构成，如变电站、电厂、杆塔等，通过杆塔间线路的连接可以表示线路设备，加上线路设备的实时数据即可表示电网实时信息与状态信息。在地理信息图上基于实际电网设备的GPS地理坐标信息绘制变电站、电厂、杆塔等电网设备，利用不同图层展示不同粒度电网设备的实际分布与平断面图，采用多窗口方式一级级查询线路及变电站设备的图形、数据等信息，可以为工作人员的线路巡视、检修提供准确的地理位置、参数、图形、照片等信息支持，使电网设备的检修、使用、管理变得非常方便、快捷。特别是在电网线路发生故障或停电事故时，需要可视化实时系统能够迅速、完整地提供准确的地理位置、参数、图形、照片等信息。

对于大规模电网而言，相应的地理位置、参数、图形、照片等信息数据量是非常庞大的。由于电网运行实时性较高，因此对于电网设备的状态展示、地图块的加载效率要求极高。如何能够快速地表示电网中每个粒度的元素仍然是电力系统可视化技术中待研究的核心技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于地理信息系统的电网多态多维显示控制方法。该方法以地理信息系统为平台，由点－>面－>网从不同粒度来展示分析电网状态与实时运行情况。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于地理信息系统的电网多态多维显示控制方法，其特征在于：

针对地理信息系统中的当前可视区域，用加权距离及地图块的电网信息量计算各个地图块的权值；

对各个地图块的权值进行排序，挑选部分权值较大的地图块预先加载到内存中；

当内存中地图块的数量达到设定的阈值时，计算每个已缓存地图块的权值并进行排序，释放部分权值较小的地图块。

其中较优地，所述权值通过如下公式进行计算：

Value（B）＝Dist（M，B）+belta*Count（B）

其中，Value（B）为某个地图块B的权值，Dist（M，B）为当前可视区域中心的地图块M与地图块B之间的加权距离，Count（B）为某个地图块B拥有的厂站个数，belta为加权系数。

其中较优地，所述加权距离通过如下公式进行计算：

Dist（M，B）＝sqrt（（Mx－Bx）*（Mx－Bx）+（My－By）*（My－By）+alpha*（Mz－Bz）*（Mz－Bz））

其中，Dist（M，B）为当前可视区域中心的地图块M与地图块B之间的加权距离，Mx、My、Mz为地图块M的坐标，Bx、B y、Bz为地图块B的坐标，alpha为水平距离的权重和垂直距离的权重的比例。

在绘制所述地图块时，利用不同的地图图层分别显示不同粒度的电网设备。

其中较优地，将线路设置在地图图层的最底层，杆塔设置在较上层以覆盖所述线路，厂站设置在更上层以覆盖所述线路和所述杆塔。

在绘制所述地图块时，将厂站和线路按照检修与否分别放置在不同的地图图层。

在绘制所述地图块时，预先设定一个半径，将这个半径内的多个电网设备合成为一个电网设备进行显示。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1.合理使用内存：当内存的使用量达到设定的阈值时会释放一定量的内存，减小了地图块显示所需的开销。

2.加快访问速度：在内存中将常用的地图块缓存起来，当需要访问这些地图块时可以直接加载，减小了网络传输的开销。

3.改善用户体验：在系统空闲时主动请求加载用户最可能访问的地图块，变被动为主动，改善了用户的体验。

4.优化图元显示：根据用户访问地图的粒度显示不同的电网设备，使图元的显示更加合理美观。

附图说明

图1为本发明所提供的电网多态多维显示控制方法的流程示意图；

图2为地图上显示杆塔以及线路走向的示例图；

图3为携带检修信息的线路和厂站示例图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

本发明所提供的电网多态多维显示控制方法以地理信息系统为平台，由点－>面－>网从不同粒度来展示分析电网状态与实时运行情况，从而全景化展现电网设备的空间地理位置和网络拓扑结构。在使用地理信息系统实现电网多维显示的过程中，主要有以下几方面的技术问题需要解决：

1.数据规模的限制

地理信息系统拥有大量的地图块，这决定了用户初始访问时不能加载所有的地图块，只能根据用户浏览的区域去动态加载需要的地图块。另一方面，加载过的地图块不能立即释放，因为用户可能需要反复访问某些地图块。这些地图块的反复加载与释放势必带来很差的用户体验。

2.网络延迟的限制

地图块的传输需要经过网络，而网络传输是有一定时延的，这取决于用户所处的网络环境，并且这种时延具有一定的随机性与不确定性。

3.内存容量的限制

在内存中缓存地图块可以部分消除网络延迟所带来的影响。当需要加载这些已缓存的地图块时，则不需要再进行网络传输，可以直接使用内存中的数据。但是，内存的容量是有一定限制的，应用程序不可能无限制地占用内存，应将应用程序的内存使用量控制在一定的范围之内。

如图1所示，本电网多态多维显示控制方法针对上述几方面的技术问题，利用不同的地图图层（或地图块）分别显示不同粒度的电网设备，采用加权方式管理地图块，并在内存中挑选权值较大的地图块进行预先加载。具体说明如下：

在制作电网调度所需的地图块时，考虑到线路、杆塔和厂站是构成检修系统的主要元素，它们存在一个视觉上的覆盖关系。因此，将线路设置在地图图层的最底层，杆塔设置在较上的图层以便覆盖线路，厂站设置在更上的图层以便覆盖线路和杆塔。

如图2所示，由于一根线路可能拥有成百上千的杆塔，如果在地图较低的缩放倍数下显示所有的杆塔，由于杆塔非常密集，会造成地图界面混乱不堪。另一方面，杆塔的位置影响了线路的走势，如果随意剔除一部分杆塔可能会影响真实线路的形状。为了尽量真实反映线路的真实走势并保证作图的美观，线路中的电网设备如杆塔等的显示是根据当前地图的显示粒度动态计算的，在某一个地图显示倍数下只显示一条线路的部分电网设备图元。例如可以通过预先设定一个半径，将这个半径内的多个电网设备合成为一个电网设备的方式绘制地图块。这样既保证了线路的走势又保证了作图的美观。

当一个地区的厂站和线路比较密集并且地图处于较小的缩放倍数时，可能会出现厂站之间相互覆盖和线路之间相互交错的情形。通常，有检修信息的线路和厂站最有可能被用户关注。为此如图3所示，本发明将厂站和线路按照检修与否分别放置在不同的地图图层，用户可以优先选中这些检修的电网设备以获取详细的检修信息。当检修信息发生变化或因为某些原因需要重绘地图块时，只需要根据变化的类型更新相应的地图图层。这种地图更新方式大大提高了工作效率。

在地图块制作完成、加载到可视化实时系统的内存之后，建立一个链表用来记录已经缓存的地图块。当内存的使用量超过设定的阈值时，从这个链表中挑选未来最不可能访问的地图块，释放这部分内存，以此来控制内存的使用量。

在传统的地图块加载方式中，当用户浏览某一区域时，向服务器请求相应的地图块。本发明考虑到地图块的访问具有一定的连续性，可以将这种被动加载的方式变成主动请求。即，当可视化实时系统空闲时，根据当前可视区域收集一定量的将来可能被访问的地图块，包括：当前可视区域周围一定范围内的地图块、当前图层的邻近图层中可视区域周围一定范围内的地图块、电网信息量大的地图块。计算这些地图块的权值并排序，挑选权值最大的预先加载到内存中。

由于用户从当前的可视区域平移地图或切换图层后，新访问的地图块有很高的概率处于当前可视区域的周围，所以用户即将请求的地图块往往是可以预知的。为此，本发明用一个带权重的距离（即加权距离）来估计每个地图块在将来被访问到的概率。这个加权距离由水平距离和垂直距离构成，水平距离是指同一图层下地图块与当前可视区域的距离，垂直距离是指不同图层下地图块与当前可视区域的距离。距离越小，代表这个地图块在将来越可能被访问。

设当前可视区域中心的地图块M的坐标为（Mx，My，Mz），链表中某个地图块B的坐标为（Bx，By，Bz），x、y代表了地图块在当前图层的位置，z代表了地图块所处的图层。

定义加权距离函数：

Dist（M，B）＝sqrt（（Mx－Bx）*（Mx－Bx）+（My－By）*（My－By）+alpha*（Mz－Bz）*（Mz－Bz））

其中，alpha的取值决定了水平距离的权重和垂直距离的权重的比例。alpha小于1时，说明水平距离的权重更大一些，即用户可能拥有更多平移地图的操作；alpha大于1时，说明垂直距离的权重更大一些，即用户可能拥有更多切换地图的操作。

另外，每个地图块承载的电网信息量不同。用户可能通过厂站或线路的选择直接定位到地图上的特定区域。厂站所处的地图块拥有更大的电网信息量，因此地图块包含的厂站越多说明电网信息量越大，电网信息量大的地图块拥有更高的访问概率。为此，在初始化电网所在的地理信息系统时，统计每一个地图块上拥有的厂站个数，用Count（*）来表示。

定义每个地图块B的权（Value）值为

Value（B）＝Dist（M，B）+belta*Count（B）

其中，belta为电网信息量的加权系数，可以根据地图块显示的需要进行灵活的调整。

权（Value）值越大说明地图块在将来有更高的概率被访问到，可以将该权值应用于以下两个方面：

1.主动释放地图块

当内存中地图块的数量达到设定的阈值时，计算每个已缓存地图块的权值并进行排序，释放部分权值较小的地图块。

2.主动加载

当可视化实时系统空闲时，收集可能访问的地图块，计算其权值并进行排序，加载部分权值较大的地图块。

利用本发明所提供的电网多态多维显示控制方法，可以充分展示电网设备的地理位置、网络拓扑关系，便于全局化管理电网设备的状态信息以及运行信息，实现上下级电网的设备状态信息与参数信息的纵向资源共享，便于实现电网设备的省地一体化管理。

以上是对本发明所提供的基于地理信息系统的电网多态多维显示控制方法的详细说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (7)

1.一种基于地理信息系统的电网多态多维显示控制方法，其特征在于：

针对地理信息系统中的当前可视区域，用加权距离及地图块的电网信息量计算各个地图块的权值；

对各个地图块的权值进行排序，挑选部分权值较大的地图块预先加载到内存中；

当内存中地图块的数量达到设定的阈值时，计算每个已缓存地图块的权值并进行排序，释放部分权值较小的地图块；其中，

所述权值通过如下公式进行计算：

Value(B)＝Dist(M，B)+belta*Count(B)

其中，Value(B)为某个地图块B的权值，Dist(M，B)为当前可视区域中心的地图块M与地图块B之间的加权距离，Count(B)为某个地图块B拥有的厂站个数，belta为加权系数。

2.如权利要求1所述的电网多态多维显示控制方法，其特征在于：

所述电网信息量为地图块拥有的厂站个数。

3.如权利要求1所述的电网多态多维显示控制方法，其特征在于：

所述加权距离通过如下公式进行计算：

Dist(M，B)＝sqrt((Mx－Bx)*(Mx－Bx)+(My－By)*(My－By)+alpha*(Mz－Bz)*(Mz－Bz))

其中，Dist(M，B)为当前可视区域中心的地图块M与地图块B之间的加权距离，Mx、My、Mz为地图块M的坐标，Bx、By、Bz为地图块B的坐标，alpha为水平距离的权重和垂直距离的权重的比例。

4.如权利要求1所述的电网多态多维显示控制方法，其特征在于：

在绘制所述地图块时，利用不同的地图图层分别显示不同粒度的电网设备。

5.如权利要求4所述的电网多态多维显示控制方法，其特征在于：

将线路设置在地图图层的最底层，杆塔设置在较上层以覆盖所述线路，厂站设置在更上层以覆盖所述线路和所述杆塔。

6.如权利要求1所述的电网多态多维显示控制方法，其特征在于：

在绘制所述地图块时，将厂站和线路按照检修与否分别放置在不同的地图图层。

7.如权利要求1所述的电网多态多维显示控制方法，其特征在于：

在绘制所述地图块时，预先设定一个半径，将这个半径内的多个电网设备合成为一个电网设备进行显示。