CN108876204A - 一种城市配电网规划多级网格划分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市配电网规划多级网格划分的方法。基于原子化的配电网目标网架规划，将空间布局的地块原子化；并根据城市空间布局多级网格划分，提出基于层次空间推理的配电网原子化划分方法，从而提升城市配电网规划的合理科学性。

Description

一种城市配电网规划多级网格划分的方法

技术领域

本发明涉及一种城市配电网规划多级网格划分的方法，利用C#语言在VS2010环境下的进行ArcEngine开发实现，可应用于城市配电网更加精细的规划和管理。

背景技术

当今社会经济的发展对电力的依赖度越来越高，城镇化建设的加快和新能源产业的发展对配电网供电能力、消纳能力和供电质量同时提出更高要求。实现配网供电可靠性、电能质量及运行效率的大幅提升，完成向现代电网的升级和跨越，是我国城市配电网建设的主要任务。配电网规划是建设现代配电网的基础，要在规模庞大、网络复杂的现状中压配电网基础上建设网络清晰、网架接线标准，联络有序、供电范围明晰，负荷均衡、安全可靠的现代化配电网，同时实现中压配电网规划与主网发展、与配电自动化建设、与地方规划相协调，引领配网建设，有效指导用户业扩接入，需要行之有效的规划方法来科学、统一地开展中压配电网规划。

网格的科学合理划分是网格化配电网规划的关键问题。目前供电企业一般制定了相应的网格划分原则，如要求网格应以主干道路、河流或山丘等地理屏障为界等，但是在具体的网格化规划实践中，网格划分仍主要依赖规划人员的主观经验。由于网格的划分涉及了负荷划分、用户切割、网架改造等诸多环节，因此，仅凭规划人员的主观经验或笼统的技术原则，实际上难以满足技术经济性和技术合理性方面的要求。而且，面对规模庞大的城市配电网，人工进行网格划分，需要不断重复指标计算和网格边界调整等工作，涉及极大的工作量，不利于网格化规划工作的工程应用。根据本发明提出一种基于层次空间推理的方法，借助软件设置相应的划分规则对网格进行划分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一种城市配电网规划多级网格划分的方法，该方法基于原子化的配电网目标网架规划，将空间布局的地块原子化；并根据城市空间布局多级网格划分，提出基于层次空间推理的配电网原子化划分方法，从而提升城市配电网规划的合理科学性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种城市配电网规划多级网格划分的方法，包括如下步骤：

步骤S1、生成原子化地块：

S11、将土地利用数据和居民地数据进行叠加，处理成用地性质相同的居住用地建筑块，作为基础层；

S12、根据主要地形要素和城市主干道，建立具有权重的多边形网格，作为约束条件，最小地块单元的划分不能跨越这些要素组成的多边形；

S13、以城市管理行政边界作为约束条件，划分原子化地块单元不能跨越供电区块界线；

S14、将以上图层进行叠加，得到小多边形，即城市的最小地块单元；

步骤S2、多级网格划分：

设X＝{x₁,x₂,...,x_m}为组成规划多级网格的单元地块，即城市的最小地块单元，X_i为第i个单元地块；Z为由单元地块组合成的上一级规划单元，Z＝{z₁,z₂,...,z_k}；设由m个单元地块共同组成k个上一级规划单元，Z_j为第j个单元地块，由若干个单元地块聚合而成，Z的外边界与X的外边界相同；则有：

而后，基于层次空间推理生成四个层次的规划网格，具体步骤如下：

步骤S21、输入数据：步骤S14所得的原子化地块数据；步骤S12和步骤S13所得的约束边界数据；输入约束条件，包括面积阈值、紧凑度阈值、配电网约束条件，其中，面积阈值决定网格划分的层次，包括供电区块、供电单元、供电网格、供电区域；

步骤S22、选择将要被分割的区域；

步骤S23、选择一个主原子化地块；

步骤S24、选择与主原子化地块相邻的多边形，再根据主原子化地块的用地属性选择可进行合并的若干相邻多边形；

步骤S25、分别计算将主原子化地块与可合并的相邻多边形合并后的多边形的紧凑度指数，紧凑度最大的多边形被选中；

步骤S26、合并主原子化地块与被选中的块，修改计数器，新产生的块称为新的主地块；

步骤S27、重复步骤S24～S26，直到网格的面积达到指定的面积阈值，重新计算合并后的多边形的紧凑度，若新的网格的紧凑度大于指定的紧凑度阈值，则出现提示信息，并保存在网格属性表中；若新的网格的紧凑度小于指定的紧凑度阀值，则扩大步骤S25的相邻多边形搜索范围，寻找其他可能的地块，重复步骤S25～步骤S26，如果没有可选地块则将信息记入属性表；

步骤S28、重复步骤S23～S27，直到所有的块被聚集完成；

步骤S29、选择下一个将被划分的块，从步骤S22开始重复执行，直到划分完成所有的区域。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方法基于原子化的配电网目标网架规划，将空间布局的地块原子化；并根据城市空间布局多级网格划分，提出基于层次空间推理的配电网原子化划分方法，从而提升城市配电网规划的合理科学性。

附图说明

图1为城市规划多级网格划分截面图。

图2为福州高新区海西园用地规划图。

图3为居民地信息属性表。

图4为叠加用地信息后居民地分布图。

图5为设置约束条件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种城市配电网规划多级网格划分的方法，包括如下步骤：

步骤S1、生成原子化地块：

S11、将土地利用数据和居民地数据进行叠加，处理成用地性质相同的居住用地建筑块，作为基础层；

S12、根据主要地形要素和城市主干道，建立具有权重的多边形网格，作为约束条件，最小地块单元的划分不能跨越这些要素组成的多边形；

S13、以城市管理行政边界作为约束条件，划分原子化地块单元不能跨越供电区块界线；

S14、将以上图层进行叠加，得到小多边形，即城市的最小地块单元；

步骤S2、多级网格划分：

设X＝{x₁,x₂,...,x_m}为组成规划多级网格的单元地块，即城市的最小地块单元，X_i为第i个单元地块；Z为由单元地块组合成的上一级规划单元，Z＝{z₁,z₂,...,z_k}；设由m个单元地块共同组成k个上一级规划单元，Z_j为第j个单元地块，由若干个单元地块聚合而成，Z的外边界与X的外边界相同；则有：

而后，基于层次空间推理生成四个层次的规划网格，具体步骤如下：

步骤S21、输入数据：步骤S14所得的原子化地块数据；步骤S12和步骤S13所得的约束边界数据；输入约束条件，包括面积阈值、紧凑度阈值、配电网约束条件，其中，面积阈值决定网格划分的层次，包括供电区块、供电单元、供电网格、供电区域；

步骤S22、选择将要被分割的区域；

步骤S23、选择一个主原子化地块；

步骤S24、选择与主原子化地块相邻的多边形，再根据主原子化地块的用地属性选择可进行合并的若干相邻多边形；

步骤S25、分别计算将主原子化地块与可合并的相邻多边形合并后的多边形的紧凑度指数，紧凑度最大的多边形被选中；

步骤S26、合并主原子化地块与被选中的块，修改计数器，新产生的块称为新的主地块；

步骤S27、重复步骤S24～S26，直到网格的面积达到指定的面积阈值，重新计算合并后的多边形的紧凑度，若新的网格的紧凑度大于指定的紧凑度阈值，则出现提示信息，并保存在网格属性表中；若新的网格的紧凑度小于指定的紧凑度阀值，则扩大步骤S25的相邻多边形搜索范围，寻找其他可能的地块，重复步骤S25～步骤S26，如果没有可选地块则将信息记入属性表；

步骤S28、重复步骤S23～S27，直到所有的块被聚集完成；

步骤S29、选择下一个将被划分的块，从步骤S22开始重复执行，直到划分完成所有的区域。

以下为本发明的具体实现过程。

本发明的目的在于：基于原子化的配电网目标网架规划，将空间布局的地块原子化；并根据城市空间布局多级网格划分，提出基于层次空间推理的配电网原子化划分方法，从而提升城市配电网规划的合理科学性。

城市配电网规划多级网格自动生成方法包含两步：

1)生成原子化地块(最小地块单元提取方法)；

2)生成四个层次(供电区块、供电单元、供电网格、供电区域)的规划网格。

第一步：生成原子化地块主要流程如下，见附图1。具体步骤如下：

1)将土地利用数据和居民地数据进行叠加，处理成用地性质相同的居住用地建筑块，作为基础层；

2)将主要地形要素(河流、山体、湖泊等)和城市主要道路中心线、铁路等建立具有权重的多边形网格，作为约束条件，最小地块单元的划分不能跨越这些要素组成的多边形；

3)以城市管理边界作为约束条件，划分原子化地块单元不能跨越供电区块界线；

4)将以上图层进行叠加，得到小多边形，即城市的最小地块单元。

第二步：多级网格划分方法：生成四个层次的规划网格。

设X＝{x₁,x₂,...,x_m}为组成规划多级网格的单元地块，X_i为第i个单元地块；Z为由单元地块组合成的上一级规划单元，Z＝{z₁,z₂,...,z_k}。设由m个单元地块共同组成k个上一级规划单元，Z_j为第j个单元地块，由若干个单元地块聚合而成，Z的外边界与X的外边界相同。则有：

而后，基于层次空间推理生成四个层次的规划网格，具体步骤如下：

1)输入数据：原子化地块数据；约束边界数据(水系、道路、行政边界)；输入约束条件(面积阈值、紧凑度阀值、配电网约束条件)；

2)选择将要被分割的区域；

3)选择一个主原子化地块；

4)选择与主原子化地块相邻的多边形，再根据主原子化地块的用地属性选择可进行合并的若干相邻多边形；

5)分别计算将主原子化地块与可合并的相邻多边形合并后的多边形的紧凑度指数，紧凑度最大的多边形被选中；

6)合并主原子化地块与被选中的块，修改计数器，新产生的块称为新的主地块；

7)重复步骤4)～6)，直到网格的面积达到指定的阀值，重新计算合并后的多边形的紧凑度，如果新的网格的紧凑度小于指定的阈值，则出现提示信息，并保存在网格属性表中；若小于紧凑度阀值，则扩大第5)步的相邻多边形搜索范围，寻找其他可能的地块，重复5)～6)步骤，如果没有可选地块则将信息记入属性表；

8)重复步骤3)～7)，直到所有的块被聚集完成；

9)选择下一个将被划分的块，从步骤2)开始重复执行，直到划分完成所有的区域。

以下为本发明的具体实现实例。

本发明以福州高新区为例，作为案例实施过程阐述，具体过程如下：

城市配电网规划多级网格自动划分的过程主要分为了两个阶段：最小单元地块提取；多级网格生成。对经过预处理的居民地数据、土地利用数据、土地规划数据在ArcMap中进行空间分析处理，形成最小单元地块，然后根据前文提出的层次空间推理算法，生成规划多级网格。最终城市规划多级网格划分结果见附图1所示。

城市配电网规划多级网格自动生成方法，包括如下步骤：

1、最小地块单元提取

具体步骤及解释：

(1)采用Spatial Join工具，将用地现状数据、用地规划数据的属性融合到居民地数据中，为居民地数据添加用地现状类型、用地规划类型。案例采用的数据为2015-2030年福州高新区控规里采集的福州高新区用地现状图、用地规划图、以及福州高新区地理信息基础数据的居民地数据、水系、道路数据。附图2～4为高新区基础数据分布图。

(2)将居民地块合并为规划编制的最小地块单元，对于居民地数据丰富的地区，在行政边界和主干道的约束下，按照语义级别和面积阈值(见表1)对居民地数据进行地块合并操作。由于城市发展过程中，有些地区发展缓慢，数据库中并没有相应的居民地数据，对于此类的土地，按照规划用地地块和用地现状地块共同划分为大小适中的最小地块单元。

表1面积阈值设置表

(3)综合用地规划信息和用地现状信息，为合并好的地块单元添加用地性质属性信息，见附图5。

本发明涉及一种基于层次空间推理理论的城市配电网的原子化网格划分方法，利用C#语言在VS2010环境下的进行ArcEngine开发实现。

提出了城市基本原子化地块的概念，对其划分原则进行了探讨，并渗透到配电网网格划分中，并以这个原子化地块作为配电网信息采集的基础，使得不同的网格能够通过原子化地块的聚合而得到。采用层次空间推理理论，综合考虑各种划分原则，进行城市配电网多级网格原子化划分。实施案例表明：城市配电网采用城市原子化地块作为配电网信息采集的基础，能通过原子化地块的聚合得到不同层次的多级网格，从而实现对配电网更加精细的规划和管理。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种城市配电网规划多级网格划分的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、生成原子化地块：

S11、将土地利用数据和居民地数据进行叠加，处理成用地性质相同的居住用地建筑块，作为基础层；

S12、根据主要地形要素和城市主干道，建立具有权重的多边形网格，作为约束条件，最小地块单元的划分不能跨越这些要素组成的多边形；

S13、以城市管理行政边界作为约束条件，划分原子化地块单元不能跨越供电区块界线；

S14、将以上图层进行叠加，得到小多边形，即城市的最小地块单元；

步骤S2、多级网格划分：

设X＝{x₁,x₂,...,x_m}为组成规划多级网格的单元地块，即城市的最小地块单元，X_i为第i个单元地块；Z为由单元地块组合成的上一级规划单元，Z＝{z₁,z₂,...,z_k}；设由m个单元地块共同组成k个上一级规划单元，Z_j为第j个单元地块，由若干个单元地块聚合而成，Z的外边界与X的外边界相同；则有：

而后，基于层次空间推理生成四个层次的规划网格，具体步骤如下：

步骤S21、输入数据：步骤S14所得的原子化地块数据；步骤S12和步骤S13所得的约束边界数据；输入约束条件，包括面积阈值、紧凑度阈值、配电网约束条件，其中，面积阈值决定网格划分的层次，包括供电区块、供电单元、供电网格、供电区域；

步骤S22、选择将要被分割的区域；

步骤S23、选择一个主原子化地块；

步骤S24、选择与主原子化地块相邻的多边形，再根据主原子化地块的用地属性选择可进行合并的若干相邻多边形；

步骤S25、分别计算将主原子化地块与可合并的相邻多边形合并后的多边形的紧凑度指数，紧凑度最大的多边形被选中；

步骤S26、合并主原子化地块与被选中的块，修改计数器，新产生的块称为新的主地块；

步骤S27、重复步骤S24～S26，直到网格的面积达到指定的面积阈值，重新计算合并后的多边形的紧凑度，若新的网格的紧凑度大于指定的紧凑度阈值，则出现提示信息，并保存在网格属性表中；若新的网格的紧凑度小于指定的紧凑度阀值，则扩大步骤S25的相邻多边形搜索范围，寻找其他可能的地块，重复步骤S25～步骤S26，如果没有可选地块则将信息记入属性表；

步骤S28、重复步骤S23～S27，直到所有的块被聚集完成；

步骤S29、选择下一个将被划分的块，从步骤S22开始重复执行，直到划分完成所有的区域。