CN106910140B - 一种基于svg格式电力系统接线图网络拓扑分析的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SVG格式电力系统接线图网络拓扑分析的方法，通过端子信息搜索与配置步骤检索出SVG格式电力接线图中全部端子信息；母线拓扑分析步骤完成母线与母线附近端子的拓扑连接；端子拓扑分析步骤完成接线图中设备、连接线间端子的拓扑连接；拓扑分析结果显示步骤标示正确连接而形成的连接节点以及未正确连接的孤立端子；连接线拓扑关系后处理步骤通过连接线完成连接节点的合并操作以确定设备间的拓扑连接关系。本发明基于目前针对SVG格式的成熟的自动网络拓扑分析方法稀缺的现状，提出一种高效的自动网络拓扑分析方法，有利于与主流的存储方式相契合，提高分析效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统网络拓扑分析技术领域，特别是涉及一种基于SVG格式电力系统接线图网络拓扑分析的方法。
背景技术
电力系统网络拓扑分析是电力系统中其他高级应用程序的基础，然而目前已有的一些图模库一体化工具仍停留在手动录入拓扑信息阶段，自动网络拓扑分析技术仍不成熟。
虽然利用计算机代替传统的手工生成拓扑数据文件已成为最新的趋势，且各种拓扑分析软件不断涌现，但是现有的拓扑分析技术一般基于dxf、dwg等格式文件进行，而近年来，随着以XML文件为底层载体的公共信息模型CIM逐渐被接受和采用，同样以XML文件为载体的SVG格式也成为电力系统接线图的主流存储形式，因此针对SVG格式本身特点的拓扑分析技术还比较有限。
此外，很多现有的网络拓扑分析算法的效率还比较低下，对于设备图元较多的网络往往需要耗费很长的时间。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的局限性，提供一种基于SVG格式电力系统接线图网络拓扑分析的方法。该方法针对SVG格式自身特点设计，算法效率高。
本发明的技术方案是：
1)定义电力系统接线图SVG格式的存储方式；
2)端子信息检索与配置：包括检索具有端子信息的图元、计算绝对坐标、配置预参与拓扑的端子信息三个子步骤，三个子步骤依次实施，完成端子信息的配置以参与后续的拓扑分析；
3)母线拓扑分析以实现接线图中母线与母线附近端子的拓扑连接；
4)端子拓扑分析：包括端子按坐标排序、形成连接节点、连接节点维护与后处理三个子步骤，三个子步骤依次进行，在母线拓扑分析基础上完成接线图中设备、连接线间端子的拓扑连接；
5)将拓扑分析结果显示：包括连接节点标示、孤立端子标示两个子步骤，两个子步骤依次进行，用不同的标记标示正确连接而形成的连接节点以及未连接的孤立端子；
6)连接线拓扑关系后处理：通过连接线实现设备间实际拓扑关系的确定。
在上述技术方案中，进一步的，所述的步骤1)定义电力系统接线图SVG格式存储方式，具体为：一张接线图的主图层包括多个设备类型层，对每一个设备类型层包含多个元件层，对每一个元件层包含设备ID属性，且每个元件层包含一个元件图元层和一个元件数据层，元件图元层包含元件图元本身的图形信息以及一个或多个端子信息层，每个端子信息层包含端子名称及端子标记，端子标记用于区别端子信息层与元件图元本身的图形信息；
所述的步骤2)端子信息检索与配置：包括检索具有端子信息的图元、计算绝对坐标、配置预参与拓扑的端子信息三个子步骤。
通过解析已存储好的SVG格式文件，检索所有端子信息层，得到各端子的相对坐标，根据相应的元件图元层中的平移、矩阵变换、放缩的属性计算各端子的绝对坐标，最后将端子所属的设备类型、端子名、绝对坐标(x坐标，y坐标)、设备ID信息配置为一个元组以参与后续的拓扑分析。元组的格式为：
(序号，设备类型，端子名，x坐标，y坐标，设备ID)
所述的步骤3)母线拓扑分析：在SVG格式文件中，将母线用矩形绘制，先对上述步骤获得的所有元组进行遍历，若某一端子的绝对坐标落在某一表示母线的矩形区域内且该端子可与相应母线相连接，则认为该端子和相应母线相接，将该端子标记为“已处理”。
所述的步骤4)端子拓扑分析：步骤包括端子按坐标排序、形成连接节点、连接节点维护与后处理三个子步骤。
对未标记为“已处理”的端子按y坐标从小到大排序，之后按照坐标增序对每一个端子进行处理。对于每一个端子在其可匹配端子中找到绝对距离最近的从而形成连接节点，再将距该端子的绝对距离在预设范围内的未标记为“已处理”的端子加入该连接节点中，将所有加入该连接节点的端子均标记为“已处理”。在继续按照坐标增序处理后续的端子时这些标记为“已处理”的端子将不被认为是可匹配端子，也不会在后处理步骤内加入其他连接节点。绝对距离d的计算方法是：对于两个x、y坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2)的端子，用下式计算：
将上述各连接节点的信息分别作为一个连接节点信息层存入SVG格式文件中与主图层相并列的连接节点层，所述的各连接节点的信息为该连接节点内各端子所属的设备ID、设备类型、端子名称。
所述的步骤5)拓扑分析结果显示：步骤包括连接节点标示、孤立端子标示两个子步骤。拓扑分析结果显示步骤是以可视化的方式显示已完成步骤的结果。令每一个连接节点信息层均包含一个可视化方式标记层，用于将经拓扑分析后形成的连接节点在SVG格式文件中标示出来，之后将每一个未进入任何连接节点的孤立端子作为一个孤立端子信息层存入SVG格式文件中与主图层相并列的孤立端子层，所述的各孤立端子的信息为该孤立端子所属的设备ID、设备类型、端子名称。令每一个孤立端子信息层均包含一个可视化方式标记层，用于将所述的孤立端子以另一种方式在SVG格式文件中标示出来。
所述的步骤6)连接线拓扑关系后处理：对于SVG格式文件中每一条连接线，将连接线两端的端子所属的连接节点信息层的属性中所有端子合并在一个集合中，所有连接线遍历完后获得每条连接线所对应的集合，对每一个集合，将其与其他与之存在公共元素的集合依次做并运算获得一个新的集合，每个新的集合内若连接节点数目多于一个，则将该集合内所有连接节点所对应的各个设备联立，确定为设备间实际的拓扑关系。
本发明具有以下有益效果：
本发明基于电力系统接线图的主流存储形式SVG格式进行网络拓扑分析，契合发展需求，弥补SVG格式接线图网络拓扑分析技术的空缺。同时该方法效率高，可操作性强，易于实现。
附图说明
图1是本发明方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明方法有五个主要步骤：端子信息检索与配置、母线拓扑分析、端子拓扑分析、拓扑分析结果显示及连接线拓扑关系后处理，具体方法如下：
1)定义电力系统接线图SVG格式的存储方式；
2)端子信息检索与配置：包括检索具有端子信息的图元、计算绝对坐标、配置预参与拓扑的端子信息三个子步骤，三个子步骤依次实施，完成端子信息的配置以参与后续的拓扑分析；
3)母线拓扑分析以实现接线图中母线与母线附近端子的拓扑连接；
4)端子拓扑分析：包括端子按坐标排序、形成连接节点、连接节点维护与后处理三个子步骤，三个子步骤依次进行，在母线拓扑分析基础上完成接线图中设备、连接线间端子的拓扑连接；
5)将拓扑分析结果显示：包括连接节点标示、孤立端子标示两个子步骤，两个子步骤依次进行，用不同的标记标示正确连接而形成的连接节点以及未连接的孤立端子；
6)连接线拓扑关系后处理：通过连接线实现设备间实际拓扑关系的确定。
该方法可利用python编程实现，其中，可以利用ElementTree库实现对XML格式文件的解析。
下面以具体实例对本发明方法进行说明。
本发明是基于SVG格式电力系统接线图进行的，SVG格式文件底层以XML树型结构为载体，将设备图元和参数信息等利用树型结构进行存储，定义其存储方式：一张接线图的主图层包括多个设备类型层，对每一个设备类型层包含多个元件层，对每一个元件层包含设备ID属性，且每个元件层包含一个元件图元层和一个元件数据层，元件图元层包含元件图元本身的图形信息以及一个或多个端子信息层，每个端子信息层包含端子名称及端子标记，端子标记用于区别端子信息层与元件图元本身的图形信息；即存储格式如下：
其中，为了实现自动网络拓扑分析，每一个元件图元层除了存放其所属的元件层所对应的元件设备的图元信息，还包含这一元件设备的端子信息，即端子标记和端子名称，其中端子标记用于区别与元件图元本身的图形信息。
本发明方法针对上述SVG格式的文件进行网络拓扑分析操作，包括端子信息检索与配置、母线拓扑分析、端子拓扑分析、拓扑分析结果显示及连接线拓扑关系后处理等五个主要步骤。
所述的端子信息检索与配置步骤包括检索具有端子信息的图元、计算绝对坐标、配置预参与拓扑的端子信息三个子步骤。子信息检索与配置步骤通过解析存储好的SVG格式的图，检索所有端子信息层，得到各端子的相对坐标，根据相应的元件图元层中的平移、矩阵变换、放缩的属性计算各端子的绝对坐标，最后将端子所属的设备类型、端子名、绝对坐标(x坐标，y坐标)、设备ID信息配置为一个元组以参与后续的拓扑分析。元组的格式为：
(序号，设备类型，端子名，x坐标，y坐标，设备ID)
所述的母线拓扑分析步骤实现接线图中母线与母线附近端子的拓扑连接。考虑到电力系统接线图的实际特点，母线附近的端子数目多，且拓扑关系应和母线相接，而不是设备、连接线间的相互连接。优先处理母线拓扑关系可提高拓扑分析效率，避免错误判断。具体操作方法：在SVG格式文件中，将母线用矩形绘制，先对上述步骤获得的所有元组进行遍历，若某一端子的绝对坐标落在某一表示母线的矩形区域内且该端子可与相应母线相连接，则认为该端子和相应母线相接，将该端子标记为“已处理”。
所述的端子拓扑分析步骤包括端子按坐标排序、形成连接节点、连接节点维护与后处理三个子步骤。端子拓扑分析步骤是在母线拓扑分析基础上进行的，对未匹配的端子即未设置“已处理”标记的端子按y坐标排序，之后按照坐标增序对每一个端子进行处理。对于每一个端子找到绝对距离最近的可匹配端子从而形成连接节点。绝对距离d的计算方法是：对于两个x、y坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2)的端子，用下式计算：
对未标记为“已处理”的端子按y坐标从小到大排序，之后按照坐标增序对每一个端子进行处理。对于每一个端子在其可匹配端子中找到绝对距离最近的从而形成连接节点，再将距该端子的绝对距离在预设范围内的未标记为“已处理”的端子加入该连接节点中，将所有加入该连接节点的端子均标记为“已处理”。在继续按照坐标增序处理后续的端子时这些端子将不被认为是可匹配端子，也不会在后处理步骤内加入其他连接节点。后处理完毕后，将该连接节点的信息同样以XML格式存储到同一个SVG格式的文件中，存储格式如下：
<g id＝”CN”(连接节点层)>
<g(连接节点信息层)连接节点属性：该连接节点内各端子所属的设备ID、设备类型、端子名称>
所述的拓扑分析结果显示步骤包括连接节点标示、孤立端子标示两个子步骤。拓扑分析结果显示步骤是以可视化的方式显示已完成步骤的结果。经拓扑分析后形成的连接节点可通过在SVG格式图中标示绿色圈，未进入任何连接节点的孤立端子可通过在SVG格式图中标示红色圈。存储格式如下：
所述的连接线拓扑关系后处理步骤实现设备间拓扑关系的确定。由于绘制连接线是绘制接线图时的辅助手段，而非实际电缆，因此还需要确定设备间实际的拓扑关系。对于SVG格式文件中每一条连接线，将连接线两端的端子所属的连接节点信息层的属性中所有端子合并在一个集合中，所有连接线遍历完后获得每条连接线所对应的集合，对每一个集合，将其与其他与之存在公共元素的集合依次做并运算获得一个新的集合，每个新的集合内若连接节点数目多于一个，则说明这些连接节点在实际中只存在一个，从而将该集合内所有连接节点所对应的各个设备联立，以确定设备间实际的拓扑关系。
Claims (1)
1.一种基于SVG格式电力系统接线图网络拓扑分析的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1）定义电力系统接线图SVG格式的存储方式；一张接线图的主图层包括多个设备类型层，对每一个设备类型层包含多个元件层，对每一个元件层包含设备ID属性，且每个元件层包含一个元件图元层和一个元件数据层，元件图元层包含元件图元本身的图形信息以及一个或多个端子信息层，每个端子信息层包含端子名称及端子标记，端子标记用于区别端子信息层与元件图元本身的图形信息；
2）端子信息检索与配置：包括检索具有端子信息的图元、计算绝对坐标、配置预参与拓扑的端子信息三个子步骤，三个子步骤依次实施，完成端子信息的配置以参与后续的拓扑分析；具体为：通过解析已存储好的SVG格式文件，检索所有端子信息层，得到各端子的相对坐标，根据相应的元件图元层中的平移、矩阵变换、放缩的属性计算各端子的绝对坐标，最后将端子所属的设备类型、端子名、绝对坐标（x坐标，y坐标）、设备ID信息配置为一个元组以参与后续的拓扑分析，元组的格式为：
（序号，设备类型，端子名，x坐标，y坐标，设备ID）；
3）母线拓扑分析以实现接线图中母线与母线附近端子的拓扑连接；具体为：在SVG格式文件中，将母线用矩形绘制，先对步骤2）获得的所有元组进行遍历，若某一端子的绝对坐标落在某一表示母线的矩形区域内且该端子可与相应母线相连接，则认为该端子和相应母线相接，将该端子标记为“已处理”；
4）端子拓扑分析：包括端子按坐标排序、形成连接节点、连接节点维护与后处理三个子步骤，三个子步骤依次进行，在母线拓扑分析基础上完成接线图中设备、连接线间端子的拓扑连接；具体为：对未标记为“已处理”的端子按y坐标从小到大排序，之后按照坐标增序对每一个端子进行处理，对于每一个端子在其可匹配端子中找到绝对距离最近的从而形成连接节点，再将距该端子的绝对距离在预设范围内的未标记为“已处理”的端子加入该连接节点中，将所有加入该连接节点的端子均标记为“已处理”，在继续按照坐标增序处理后续的端子时这些标记为“已处理”的端子将不被认为是可匹配端子，也不会在后处理步骤内加入其他连接节点；将各连接节点的信息分别作为一个连接节点信息层存入SVG格式文件中与主图层相并列的连接节点层，所述的各连接节点的信息为该连接节点内各端子所属的设备ID、设备类型、端子名称；
5）将拓扑分析结果显示：包括连接节点标示、孤立端子标示两个子步骤，两个子步骤依次进行，用不同的标记标示正确连接而形成的连接节点以及未连接的孤立端子；具体为：
令每一个连接节点信息层均包含一个可视化方式标记层，用于将经拓扑分析后形成的连接节点在SVG格式文件中标示出来，之后将每一个未进入任何连接节点的孤立端子作为一个孤立端子信息层存入SVG格式文件中与主图层相并列的孤立端子层，各孤立端子的信息为该孤立端子所属的设备ID、设备类型、端子名称；令每一个孤立端子信息层均包含一个可视化方式标记层，用于将所述的孤立端子以另一种方式在SVG格式文件中标示出来；
6）连接线拓扑关系后处理：通过连接线实现设备间实际拓扑关系的确定；对于SVG格式文件中每一条连接线，将连接线两端的端子所属的连接节点信息层的属性中所有端子合并在一个集合中，所有连接线遍历完后获得每条连接线所对应的集合，对每一个集合，将其与其他与之存在公共元素的集合依次做并运算获得一个新的集合，每个新的集合内若连接节点数目多于一个，则将该集合内所有连接节点所对应的各个设备联立，确定为设备间实际的拓扑关系。
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