CN105868161A - 一种调度监控断路器矢量图元坐标变换系统的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调度监控断路器矢量图元坐标变换系统的计算方法，使用面向对象语言Java编程，以SVG解析组件包Batik作为调度监控图形界面的矢量图元解析器，创建SVG画布对象，根据调度监控主接线图的文档地址将其载入调度机的内存；通过解析器组件其进行解析处理，形成对应铁道供电的电气主接线文档对象模型——DOM树；当文档对象模型组件接收到DOM树中调度监控的断路器实时状态信息时，对DOM树的断路器图元进行坐标变换操作，根据内存中DOM树的断路器图元变换，由调度监控的画布组件对断路器图元更新，呈现变换效果。本发明可以提升调度监控画面的实时处理效率，从而保证需要快速跟踪铁道供电设备状态的调度监控系统的实时性需求。

Description

一种调度监控断路器矢量图元坐标变换系统的计算方法

技术领域

本发明涉及铁道电网调度监控技术领域，具体是一种调度监控断路器矢量图元坐标变换系统的计算方法。

背景技术

铁道电网系统与设施，属于现代铁道行车装备的一个重要组成部分，受雷暴、大风等影响，铁道供电设备的故障率较高，一旦发生铁道供电设备故障，若不能快速地进行调度决策和处理，就可能引起关键故障告警信息的迟报、漏报或误报，严重时甚至造成安全事故。因此，铁路局供电调度中心应用自动化调度监控作为现代铁道电网的实时管理平台，以图形界面形式供调度员充分、深入和及时掌握系统实时运行状态，做出正确决策并采取相应措施，从而保障铁道电网的安全稳定和铁路运输安全。随着铁道电网建设的精细化管理和信息化的需要，发展了以图形为中心的界面交互和数据交互形式，国际电工委员会提出以SVG可缩放矢量图形(Scalable Verctor Graphics)作为调度自动化图形交互的标准格式，对调度监控的图形界面部署和图元处理的效率都提出了更高的要求，如何在图形界面中对设备图元进行统一定义，实现设备图元状态变化时的快速坐标变换，从而提高界面图元响应的实时性以降低处理延迟，已成为铁道电网调度监控的一个重要研究问题。

SVG可缩放矢量图形基于可扩展标记语言(XML，eXtensible MarkupLanguage)，用以描述二维平面矢量图格式，支持矢量图形状、图像和文本等图形对象，是一种规范的开放网络矢量图形标准，采用SVG文件格式进行铁道电网电气接线图数据的存储、传输和显示，能准确地描述电气设备图元并提供精确的图元定位。SVG图形文件因其良好的扩展性、交互性等特点，适合用于装备了大量新设备的高速铁路供电系统现状，铁道电网运行可视化水平也因此得以不断提升，因此，矢量图形技术在铁道电网调度运行中必将发挥越来越重要的作用。

目前大部分电力调度自动化系统都基于独立的图形系统建立模型，且图形格式多样，造成可移植性差，导致系统之间图形互操作困难，而利用Java语言和SVG开发调度监控系统，可以实现平台无关性，突破矢量图形互操作的快速交互难题，但高效的图形交互建立在快速的图元处理基础上，然而，目前关于快速的监控矢量图元处理研究的专门报道却非常鲜见，技术瓶颈就在于仍未建立起调度监控设备矢量图元的坐标变换系统，因此，调度监控中关键供电设备的矢量图元坐标变换系统及快速变换的有关计算方法，是快速响应界面图元和铁道供电设备状态实时变化的关键突破口，本发明以断路器矢量图元为例，公开一种调度监控断路器矢量图元坐标变换系统的计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调度监控断路器矢量图元坐标变换系统的计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种调度监控断路器矢量图元坐标变换系统的计算方法，包括以下步骤：

(1)载入阶段：使用面向对象语言Java编程，以SVG解析组件包Batik作为调度监控图形界面的矢量图元解析器，创建SVG画布对象，根据调度监控主接线图的文档地址将其载入调度机的内存；

(2)解析阶段：通过解析器组件对内存中的SVG画布对象进行解析处理，形成对应铁道供电的电气主接线文档对象模型——DOM树；

(3)坐标变换阶段：当文档对象模型组件接收到DOM树中调度监控的断路器实时状态信息时，在调度监控界面中，以文档对象编程的方法对DOM树的断路器图元进行坐标变换操作，通过断路器图元标识定位和Transform变换属性，实现断路器图元的混合变换，完成断路器图元的形状和位置状态变换；

(4)断路器图元变换阶段：根据内存中DOM树的断路器图元变换，由调度监控的画布组件对断路器图元更新，呈现变换效果。

对于坐标变换阶段中变换属性，定义其缩放、移动、倾斜和旋转等图元变换操作，这些变换形式可自由混合，从而实现调度监控界面中各种设备图元所需的复杂的变换功能。变换属性以matrix(a,b,c,d,e,f)矩阵统一声明缩放、移动等变换函数的参数，由矩阵元素的变化引起图元相对位置和形状的改变。

作为本发明进一步的方案：从数学矩阵的角度，可将SVG图元位置的变换关系，表示为一个3×3的转换阵(CTM,Current Transformation Matrix)形式，如典型矩形图元描述的断路器图元的混合变换过程为：

1)平移变换阶段，平移变换表达式：transform＝"translate(x,y)"，新坐标系的原点在原坐标系的(x,y)处；坐标轴的方向不变；断路器图元translate(-x_d,-y_d)逆平移，即向x轴负向移x_d，y轴负向移y_d，将断路器图元中心点坐标(x,y)变换至(x₁,y₁)，通过逆平移矩阵变换表达式：

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& -x_d\\ 0& 1& -y_d\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}x-x_d\\ y-y_d\\ 1\end{array}\right]$

即可以移动到对应的断路器图元新位置一：如图2所示；

2)角度变换阶段，旋转变换表达式：transform＝"rotate(angle c_x,c_y)"；angle代表旋转角度，缺省单位为度，瞬时针为正，逆时针为负；(c_x,c_y)是旋转中心所在的坐标；若省略旋转中心坐标，则缺省值是(0,0)；通过rotate(θ)变换，使断路器图元绕坐标原点θ度旋转，其中θ为正角则进行顺时针旋转，反之，负角则为逆时针，将断路器图元中心点坐标(x₁,y1)变换至(x₂,y₂)，通过旋转矩阵变换表达式：

$\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\θ}& -sin\mathrm{\θ}& 0\\ sin\mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_{1}cos\mathrm{\θ}-y_{1}sin\mathrm{\θ}\\ x_{1}sin\mathrm{\θ}+y_{1}cos\mathrm{\θ}\\ 1\end{array}\right]$

即可旋转变换到相应的断路器图元新位置二：如图3所示；

3)二次平移变换阶段，沿x轴正向移x_d，y轴正向移y_d，将断路器图元中心点坐标(x₂,y₂)变换至(x₃,y₃)，通过二次平移变换表达式：

$\left[\begin{array}{c}{x}_3\\ y_3\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& x_d\\ 0& 1& y_d\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_2+x_d\\ y_2+y_d\\ 1\end{array}\right]$

即可移动到对应的断路器图元新位置三：如图4所示。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明对调度监控画面引入内存中利用SVG图元快速计算和变换的方式进行刷新，能实现断路器图元的实时动态刷新需求，利用所提出的坐标变换系统计算方法实现断路器等图形变换效果，可以提升调度监控画面的实时处理效率，从而保证需要快速跟踪铁道供电设备状态的调度监控系统的实时性需求。

附图说明

图1是本发明方法的变换示意图。

图2是第一次图元平移变换图。

图3是图元旋转变换图。

图4是第二次图元平移变换图。

图5是实施例1中操作前断路器图元处于合闸状态图。

图6是实施例1中操作后断路器图元处于分闸状态图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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。

实施例1

本发明实施例中，请参阅图1-6，本发明实施例中，对于本发明方法的计算方法进行详细描述。

1.使用面向对象语言Java编程，以SVG解析组件包Batik作为调度监控图形界面的矢量图元解析器，创建SVG画布对象，根据调度监控主接线图的文档地址将其载入调度机的内存，然后通过解析器对矢量图形的文档对象进行解析处理，形成对应铁道供电的电气主接线文档对象模型DOM树。通过DOM模型树的树枝可检索到每个调度监控图元对象和其属性标记，如断路器图元“<Rect>”，其树枝包括填充标记“fill”、变换标记“transform”、图元标识“id”等属性标识。

2.当接收到实时数据库的调度监控断路器实时状态信息时，在调度监控界面中，以文档对象编程的方法对DOM树的断路器图元进行坐标变换操作，通过断路器图元标识定位和Transform变换属性，实现断路器图元的旋转和平移等混合操作变换，完成断路器图元的形状和位置状态变换。如在站所中断路器发生分闸变化时，操作前断路器图元处于合闸状态。如图5所示。

按矩形图元的宽、高属性值和左上角坐标点计算，以短边中点坐标(10,10)为旋转点逆时针转30度角(如图6所示)，并取平移距离为10，可得到混合转换矩阵HTM为：

$\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 10\\ 0& 1& 10\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\frac{\sqrt{3}}{2}& \frac{1}{2}& 0\\ -\frac{1}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& -10\\ 0& 1& -10\\ 0& 0& 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\sqrt{3}}{2}& \frac{1}{2}& 5(1-\sqrt{3})\\ -\frac{1}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}& 5(3-\sqrt{3})\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

通过短边中点坐标变换：

$\left[\begin{array}{c}{x}^{\&prime;}\\ y^{\&prime;}\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\sqrt{3}}{2}& \frac{1}{2}& 5(1-\sqrt{3})\\ -\frac{1}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}& 5(3-\sqrt{3})\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}10\\ 10\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}10\\ 10\\ 1\end{array}\right]$

计算结果表明，断路器图元经混合变换处理后，其旋转中心点仍处于原坐标(10,10)位置，验证了所设计的混合转换矩阵在工程算例系统中的有效性和实用性。

3.在断路器图元变换完成后，由调度监控的画布组件对图元更新，呈现变换效果。

本发明中利用Batik的DOM组件可对主接线DOM树进行定位和变换等操作，首先调用解析器组件中解析功能函数对断路器图元的标记和属性解析，获得Document类型的监控文档根节点对象，然后对断路器图元标识进行定位，如Document.getElementById(“DL001”)获取DL001断路器图元对象引用，实现断路器图元的动态变换。

在实时数据库中对应调度监控图元的数据表中，由不同字段类型记录不同类型图元的实时状态数据，模拟量图元由双精度型“double”记录实时数据量，而状态量图元则由整形“int”记录设备的状态数据，并只有1或0两种信息。如断路器图元对应的实时数据表中，包括关联断路器图元的实时标识的字符串“id”字段，标记站所地址的字符串“StaionAddr”字段，记录实时断路器状态数据的整形“Real_value”字段。

当调度监控设备断路器发生跳闸时，实时数据库中此断路器的实时状态数据会发生改变，然后对调度端断路器图元的状态进行变换，如数据库中标识为DL001的断路器的实时状态量由“0”变化成“1”，即此断路器的状态做了合闸操作，则调度端界面在两秒内通过轮询程序访问实时数据库服务器，获得断路器实时状态信息，交由调度监控主接线的画布对象。

当画布组件获得断路器实时数据后，将其映射成断路器图元数据，因SVG坐标变换系统的规则和断路器图元为矢量矩形的形态特征的限制，断路器图元进行状态变化需要经过矢量图元的旋转和平移的混合变换方法，即先断路器图元进行平移，再通过原点旋转45度，最后通过反平移变换，完成断路器图元的分合闸状态变换，此过程可利用SVG图元变换属性实现，实现监控断路器图元的图形化分合闸状态变化。利用矩形矢量图元作为断路器图元，并利用45度矩形图元旋转表示断路器开合闸状态。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种调度监控断路器矢量图元坐标变换系统的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)载入阶段：使用面向对象语言Java编程，以SVG解析组件包Batik作为调度监控图形界面的矢量图元解析器，创建SVG画布对象，根据调度监控主接线图的文档地址将其载入调度机的内存；

(2)解析阶段：通过解析器组件对内存中的SVG画布对象进行解析处理，形成对应铁道供电的电气主接线文档对象模型——DOM树；

(3)坐标变换阶段：当文档对象模型组件接收到DOM树中调度监控的断路器实时状态信息时，在调度监控界面中，以文档对象编程的方法对DOM树的断路器图元进行坐标变换操作，通过断路器图元标识定位和Transform变换属性，实现断路器图元的混合变换，完成断路器图元的形状和位置状态变换；

(4)断路器图元变换阶段：根据内存中DOM树的断路器图元变换，由调度监控的画布组件对断路器图元更新，呈现变换效果。

2.根据权利要求1所述的调度监控断路器矢量图元坐标变换系统的计算方法，其特征在于，所示断路器图元的混合变换过程为：

1)平移变换阶段，平移变换表达式：transform＝"translate(x,y)"，新坐标系的原点在原坐标系的(x,y)处；坐标轴的方向不变；断路器图元translate(-x_d,-y_d)逆平移，即向x轴负向移x_d，y轴负向移y_d，将断路器图元中心点坐标(x,y)变换至(x₁,y₁)，通过逆平移矩阵变换表达式：

$\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& -x_d\\ 0& 1& -y_d\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}x-x_d\\ y-y_d\\ 1\end{array}\right]$

即移动到对应的断路器图元新位置一；

2)角度变换阶段，旋转变换表达式：transform＝"rotate(angle cx,cy)"；angle代表旋转角度，缺省单位为度，瞬时针为正，逆时针为负；(c_x,c_y)是旋转中心所在的坐标；若省略旋转中心坐标，则缺省值是(0,0)；通过rotate(θ)变换，使断路器图元绕坐标原点θ度旋转，其中θ为正角则进行顺时针旋转，反之，负角则为逆时针，将断路器图元中心点坐标(x₁,y₁)变换至(x₂,y₂)，通过旋转矩阵变换表达式：

$\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\&theta;}& -sin\mathrm{\&theta;}& 0\\ sin\mathrm{\&theta;}& \cos \mathrm{\&theta;}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_{1}cos\mathrm{\&theta;}-y_{1}sin\mathrm{\&theta;}\\ x_{1}sin\mathrm{\&theta;}+y_{1}cos\mathrm{\&theta;}\\ 1\end{array}\right]$

即旋转变换到相应的断路器图元新位置二；

3)二次平移变换阶段，沿x轴正向移x_d，y轴正向移y_d，将断路器图元中心点坐标(x₂,y₂)变换至(x₃,y₃)，通过二次平移变换表达式：

$\left[\begin{array}{c}{x}_3\\ y_3\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& x_d\\ 0& 1& y_d\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_2+x_d\\ y_2+y_d\\ 1\end{array}\right]$

即移动到对应的断路器图元新位置三。