CN111814281B - 一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法 - Google Patents

一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法，本发明通过导入拓扑文件进行自动布局，不需要手工绘制，工作效率高；主图按层计算坐标，计算复杂度降低；自动成图结果分为主图和多个子图，既可以并行进行，成图速度快，也可以更加直观呈现当前台区的主体拓扑；自动成图结果不满意时，可手动调整，更加灵活；自动成图结果无连接线的交叉，更加清晰；子图电能表分相绘制，可帮助巡查人员精细化管理户表。

Description

一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法
技术领域
本发明涉及电力系统设备管理技术领域，特别是一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法。
背景技术
近年来，城市化进程的不断推进，居民小区数量快速增加，居民用电需求增加。截止2018年，我国共安装5.54亿只智能电能表。由于低压电网用户存在分布广、数量大以及自动化程度低等特点，低压配电网的自动化和智能化管理水平相对于输电网较为落后。提升低压台区精益化管理水平的前提是要能够精准的获取台区所辖范围内各级电网设备的拓扑关系。目前，部分企业通过手工方式绘制台区图，但是人工收集台区设备并手动绘制台区图非常耗费人力、时间，当台区内的用户拓扑变动时也需要将获取的变动信息手工绘制在绘图软件中。
针对以上问题，当前存在的一种改进方法是智能台区图形自动生成方法，该方法读取台区拓扑关系描述文件(xml格式)按二层多叉树结构编组循环计算节点坐标，整个计算过程不断调整和平移。该方法虽然可以实现自动成图的目的，但是算法复杂度较高，并且结果展示在一张图，节点较多时，平移和调整更加复杂，耗时长。
因此，需要一种更加高效的自动成图方法，以提升自动成图的效率和改善布局效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法，旨在解决现有技术中自动成图算法复杂度高且节点多造成耗时长的问题，实现加快成图速度，提高工作效率。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法，所述方法包括以下操作：
S1、加载台区设备层次关系描述文件，解析出设备节点和层次关系，并将设备节点分为主图节点和子图节点；
S2、对于主图节点，利用多层多叉树分层布局算法计算节点的中心坐标，在中心坐标处绘制主图节点图元，并根据节点父子关系绘制连接线，为有子图的电表箱创建热点链接，可跳转至子图；
S3、对于子图节点，利用二层多叉树分层算法计算父节点坐标以及子节点中心坐标，在坐标处绘制子图节点图元，并根据节点父子关系绘制连接线，完成台区拓扑关系图的绘制。
优选地，所述主图节点包括台区配变、低压出线开关、分支箱以及电表箱，所述子图节点包括电表箱、电能表接线相位以及电能表。
优选地，所述利用多层多叉树分层布局算法计算节点的中心坐标具体操作为：
设定根节点初始位置、行间距rowDist和列间距columnDist；
根据多叉树的父子关系，为每个节点增加层layer属性，并为每个节点编排节点序号，添加节点序号number属性，第一层根节点的number＝0，采用从上到下、从左到右的编号方式；
计算节点的Y坐标，节点Y坐标＝layer*rowDist；
根据节点的number属性按从小到大的顺序依次计算每个节点的X坐标。
优选地，所述根据节点的number属性按从小到大的顺序依次计算每个节点的X坐标具体操作如下：
A.计算节点i的初始X坐标，i的取值范围为1到number的最大值，根据节点的父子关系，获得该节点的父节点P，并计算第一个子节点的坐标：
Xi＝XP-(childSize-1)*columnDist*0.5
其中，P为父节点，childSize为父节点的子节点数量，XP为父节点的X坐标；
B.判断节点i与其左侧相邻节点树是否重叠，如果是则同层左侧所有节点树左向平移moveDist，并根据底层平移结果逐层调整父节点坐标，其中：
moveDist＝Xk-1-Xk+minWidth
minWidth＝columnDist+(Pleft子节点数目-1+P子节点数目-1)*0.5*columnDist
其中，Xk为父节点P的X坐标，Xk-1为左侧相邻的节点Pleft；
C.如果父节点P的子节点数目大于1，则根据父节点P的坐标依次计算父节点P的其他子节点的X坐标，即Xi+1、...、Xi+childSize-1，公式如下：
Xi+n-1＝Xi+(n-1)*columnDist
其中，n的取值为2到childSize；
D.判断i+childSize是否大于number的最大值，若否，则令i＝i+childSize，跳转至步骤A，若是，则X坐标计算结束。
优选地，所述利用二层多叉树分层算法计算父节点坐标以及子节点中心坐标具体操作为：
设定行间距rowDistSub、列间距columnDistSub和树间距treeDist；
确定子图中根节点的个数rootCount，A、B、C三相线为三个根节点，根节点坐标计算如下：
根节点X坐标＝0；
根节点Y坐标＝treeDist*n；
其中，n的取值为根节点序号1到rootCount；
计算子节点坐标，计算公式如下：
子节点X坐标＝columnDistSub*m；
其中，m的取值为叶子节点序号，取值为1至childSize；
子节点Y坐标＝treeDist*n；
其中，n的取值为根节点序号。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过导入拓扑文件进行自动布局，不需要手工绘制，工作效率高；主图按层计算坐标，计算复杂度降低；自动成图结果分为主图和多个子图，既可以并行进行，成图速度快，也可以更加直观呈现当前台区的主体拓扑；自动成图结果不满意时，可手动调整，更加灵活；自动成图结果无连接线的交叉，更加清晰；子图电能表分相绘制，可帮助巡查人员精细化管理户表。
附图说明
图1为现有技术中所提供的一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法流程图；
图2为本发明实施例中所提供的主图成图结果示例图；
图3为本发明实施例中所提供的主图节点X坐标的计算流程图；
图4为本发明实施例中所提供的坐标计算平移过程示意图；
图5为本发明实施例中所提供的minWidth计算过程示意图；
图6为本发明实施例中所提供的子图成图结果示例图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例公开了一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法，所述方法包括以下操作：
S1、加载台区设备层次关系描述文件，解析出设备节点和层次关系，并将设备节点分为主图节点和子图节点；
S2、对于主图节点，利用多层多叉树分层布局算法计算节点的中心坐标，在中心坐标处绘制主图节点图元，并根据节点父子关系绘制连接线，为有子图的电表箱创建热点链接，可跳转至子图；
S3、对于子图节点，利用二层多叉树分层算法计算父节点坐标以及子节点中心坐标，在坐标处绘制子图节点图元，并根据节点父子关系绘制连接线，完成台区拓扑关系图的绘制。
本发明实施例将节点分为主图节点和子图节点两类，主图节点按照多叉树结构编组循环计算节点初始坐标，继而采用按层整体平移和调整方法，优化成图效率和成图效果，以解决同层节点较多时，按组平移和调整所导致的复杂度较高问题。另外根据台区中电能表数目占比较大特点，将电能表节点放在子图进行成图，降低主图调整和平移的频次，既可并行进行绘制，加快成图速度，也可更加直观呈现当前台区的主体拓扑结构。
台区是电网接入设备最多、最复杂以及变动最频繁的基础单元，台区拓扑图是从台区配变出发，可能需要经过多级分支箱才能达到最终的用户电能表。利用多叉树展现台区拓扑关系图时，多叉树的层数、节点数目是不定的。本发明实施例可根据台区设备关系描述文件自动计算多叉树层次关系自动布局，绘制图形并保存上传至主站系统。当台区拓扑关系变化时需重新绘制，并替换主站系统原有的台区拓扑图。
S1、加载台区设备层次关系描述文件，解析出设备节点和层次关系，并将设备节点分为主图节点和子图节点。
从主站系统导出台区设备层次关系描述文件，该文件中的设备包括台区配变、低压出线开关、分支箱、电表箱、电能表等设备，文件以Json格式进行描述，描述信息包括台区名称、台区ID、设备名称、设备ID、设备类型、当前设备的上层设备ID、电能表接线相位等。
校验台区设备层次关系描述文件，包括校验文件是否为Json、格式是否正确、根节点是否存在且唯一以及设备的必填属性是否有值并且合法。
解析描述文件，获得设备节点和层次关系，设备节点的数据结构设计如表1所示：
表1
将设备节点进行分类，分为主图节点和子图节点，主图节点包括台区配变、低压出线开关、分支箱以及电表箱，子图节点包括电表箱、电能表接线相位以及电能表。
S2、对于主图节点，利用多层多叉树分层布局算法计算节点的中心坐标，在中心坐标处绘制主图节点图元，并根据节点父子关系绘制连接线，为有子图的电表箱创建热点链接，可跳转至子图。
如图2所示，主图节点执行主图布局算法，绘制图形，并创建连接线，为有子图的电表箱创建热点链接，主图中有下划线标识的电表箱代表有热点链接可跳转到其他图。
主图的布局算法遵循以下原则：
多叉树的根节点位于第一层；多叉树不同层的节点布置在不同的纵坐标(Y坐标)上，同层的节点布置在相同的纵坐标上，层间距保持一致；多叉树的父节点位于其子节点的上一层；在横坐标(X坐标)上，父节点位于其最左子节点和最右子节点的中间；同一个父节点的叶子节点X坐标之间间距保持一致；任意层数的多叉树节点和连接线均不会重叠、交叉；先确定多叉树节点的X坐标和Y坐标，然后确定连接线的起点坐标和终点坐标；X坐标和Y坐标为多叉树节点的中心位置，每个节点的大小和样式需要根据设备类型值来推算。
多叉树的自动布局实质上是确定每个节点的X坐标、Y坐标和每条连接线的起点坐标和终点坐标，其过程如下：
设定根节点root初始位置(0,0)；
设定行间距rowDist和列间距columnDist，为了避免结点的重叠，行间距rowDist设置时应考虑主图所涉及图元的高度，列间距columnDist设置时应考虑主图所涉及图元的宽度；
根据多叉树的父子关系，采用深度优先算法，为每个节点增加层layer属性，根节点的layer＝0，子节点的layer在父节点的layer值上加1；
根据多叉树的父子关系，采用广度优先算法，为每个节点编排节点序号，添加节点序号number属性。节点序号的编排根据多叉树的结构采用从上到下、从左到右的编号方法，第一层根节点的number＝0，第二层子节点按照从左到右的编号依次加1。节点序号的编排可更快找到相邻节点，并且节点坐标的计算顺序和节点序号一致，序号小的节点先计算；
计算节点的Y坐标，节点Y坐标＝layer*rowDist；
计算节点的X坐标，对于多叉树自动布局来说，由于多叉树的层数、节点总数、每个节点的子节点数不确定，因此节点X坐标的计算按照得到的number属性从小到大的顺序依次计算每个节点的X坐标，如图3所示：
A.计算节点i的初始X坐标，i的取值范围为1到number的最大值，根据节点的父子关系，获得该节点的父节点P，并计算第一个子节点的坐标：
Xi＝XP-(childSize-1)*columnDist*0.5
其中，P为父节点，childSize为父节点的子节点数量，XP为父节点的X坐标；
B.判断节点i与其左侧相邻节点树是否重叠，如果是则同层左侧所有节点树左向平移，并根据底层平移结果逐层调整父节点坐标。
假设父节点P的number属性值为k，X坐标为Xk，则其左侧相邻的节点为Pleft，X坐标为Xk-1，判断P节点与Pleft节点的X坐标距离，若Xk-Xk-1小于minWidth，则将左侧Pleft节点及其子节点向左平移，并且Pleft节点左侧同层的节点也左向平移距离moveDist，如图4所示：
minWidth＝columnDist+(Pleft子节点数目-1+P子节点数目-1)*0.5*columnDist
其中，由于P或Pleft无子节点与只有一个子节点所占宽度相同，故此时P或Pleft节点无子节点时仍赋值子节点数目为1，每个节点的宽度等于其最右侧子节点X坐标减去其最左侧子节点X坐标，如图5所示，minWidth等于a、b、c三部分之和，a为Pleft节点宽度的1/2，b为列间距columnDist，c为P节点宽度的1/2，向左平移的距离moveDist的计算如下：
moveDist＝Xk-1-Xk+minWidth
调整父节点P的上一层节点X坐标：有子节点的节点根据步骤B调整结果，调整到子节点的中间位置；没有子节点的节点，根据有子节点的节点坐标，调整坐标，调整顺序按照与有子节点的节点序号距离进行，相邻的序号优先调整，相邻节点的距离保持为minWidth；一层层调整坐标，直到根节点；
C.如果父节点P的子节点数目大于1，则根据父节点P的坐标依次计算父节点P的其他子节点的X坐标，即Xi+1、...、Xi+childSize-1，公式如下：
Xi+n-1＝Xi+(n-1)*columnDist
其中，n的取值为2到childSize；
D.判断i+childSize是否大于number的最大值，若否，则令i＝i+childSize，跳转至步骤A，若是，则X坐标计算结束。
绘制图元，由于X坐标和Y坐标为图元的中心坐标，不能直接用于绘制，需要根据图元的大小，计算出图元得到左上角坐标：
左上角坐标X＝中心坐标X-图元宽度*0.5；
左上角坐标Y＝中心坐标Y-图元高度*0.5；
根据节点的设备类型值、左上角坐标X和左上角坐标Y，绘制图元。
根据节点的父子关系，绘制连接线。由于每个类型图元都有固定的上下连接点，利用父子关系直接将连接点进行连接。
S3、对于子图节点，利用二层多叉树分层算法计算父节点坐标以及子节点中心坐标，在坐标处绘制子图节点图元，并根据节点父子关系绘制连接线，完成台区拓扑关系图的绘制。
如图6所示，对于子图节点，执行子图布局算法，绘制图形，并创建连接线。每个子图的根节点可以有多个，根节点个数即为多叉树个数；每个多叉树只有两层，第一层为根，第二层为叶子，不同层的节点布置在不同的纵坐标(Y坐标)上；在横坐标(X坐标)上，父节点位于其最左子节点和最右子节点的中间；同一个父节点的叶子节点X坐标之间间距保持一致；任意多叉树节点和连接线均不会重叠、交叉；先确定多叉树节点的X坐标和Y坐标，然后确定连接线的起点坐标和终点坐标；X坐标和Y坐标为多叉树节点的左上角位置，每个节点的大小和样式需要根据设备类型来推算。
子图主要包括电能表和A、B、C三相线，布局较为简单，其坐标计算过程如下：
设定行间距rowDistSub、列间距columnDistSub和树间距treeDist，树间距应大于2倍的行间距，为避免节点的重叠，rowDistSub设置时应考虑子图所涉及图元的高度，columnDistSub设置时应考虑子图所涉及图元的宽度；
计算根节点的坐标，确定子图中根节点的个数rootCount，A、B、C三相线为三个根节点，子图中至少出现1个，所有根节点等间距垂直排列，根节点坐标计算如下：
根节点X坐标＝0；
根节点Y坐标＝treeDist*n；
其中，n的取值为根节点序号1到rootCount；
计算子节点坐标，子图中每个多叉树只有两层，第一层为根，第二层为叶子，每个多叉树所有的叶子节点等间距水平排列，子节点坐标计算公式如下：
子节点X坐标＝columnDistSub*m；
其中，m的取值为叶子节点序号，取值为1至childSize。
子节点Y坐标＝treeDist*n；
其中，n的取值为根节点序号；
X坐标和Y坐标为子节点的左上角位置，绘制图元时，不再进行转换；
绘制图元，为避免连接线的交叉，每一个根节点都根据叶子节点的个数自动调整宽度；
根据图元的父子关系，绘制连接线，完成子图的绘制，若需修改可手动移动图元和连接线，保存图形。
本发明实施例针对台区拓扑关系图以多叉树形式呈现时，层数、每层节点数目不固定的特点，该方法可自动解析从用电信息采集系统导出的json格式台区设备关系描述文件，并从中获取父子关系，根据节点类型划分为主图节点和多个子图节点，然后利用多叉树的分层布局算法，自动计算每个节点的坐标，该算法以层次为基础，不断调整，直至所有节点都具有合理坐标。当节点为电表箱时，为电表箱创建热点链接，将该电表箱所连接的电能表绘制到另一幅图，利用热点链接跳转查看详细布局，最后根据节点的父子关系，绘制连接线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：
S1、加载台区设备层次关系描述文件，解析出设备节点和层次关系，并将设备节点分为主图节点和子图节点；
S2、对于主图节点，利用多层多叉树分层布局算法计算节点的中心坐标，在中心坐标处绘制主图节点图元，并根据节点父子关系绘制连接线，为有子图的电表箱创建热点链接，可跳转至子图；
S3、对于子图节点，利用二层多叉树分层算法计算父节点坐标以及子节点中心坐标，在坐标处绘制子图节点图元，并根据节点父子关系绘制连接线，完成台区拓扑关系图的绘制；
所述利用多层多叉树分层布局算法计算节点的中心坐标具体操作为：
设定根节点初始位置、行间距rowDist和列间距columnDist；
根据多叉树的父子关系，为每个节点增加层layer属性，并为每个节点编排节点序号，添加节点序号number属性，第一层根节点的number＝0，采用从上到下、从左到右的编号方式；
计算节点的Y坐标，节点Y坐标＝layer*rowDist；
根据节点的number属性按从小到大的顺序依次计算每个节点的X坐标；
所述根据节点的number属性按从小到大的顺序依次计算每个节点的X坐标具体操作如下：
A.计算节点i的初始X坐标，i的取值范围为1到number的最大值，根据节点的父子关系，获得该节点的父节点P，并计算第一个子节点的坐标：
Xi＝XP-(childSize-1)*columnDist*0.5
其中，P为父节点，childSize为父节点的子节点数量，XP为父节点的X坐标；
B.判断节点i与其左侧相邻节点树是否重叠，如果是则同层左侧所有节点树左向平移moveDist，并根据底层平移结果逐层调整父节点坐标，其中：
moveDist＝Xk-1-Xk+minWidth
minWidth＝columnDist+(Pleft子节点数目-1+P子节点数目-1)*0.5*columnDist
其中，Xk为父节点P的X坐标，Xk-1为左侧相邻的节点Pleft；
C.如果父节点P的子节点数目大于1，则根据父节点P的坐标依次计算父节点P的其他子节点的X坐标，即Xi+1、...、Xi+childSize-1，公式如下：
Xi+n-1＝Xi+(n-1)*columnDist
其中，n的取值为2到childSize；
D.判断i+childSize是否大于number的最大值，若否，则令i＝i+childSize，跳转至步骤A，若是，则X坐标计算结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法，其特征在于，所述主图节点包括台区配变、低压出线开关、分支箱以及电表箱，所述子图节点包括电表箱、电能表接线相位以及电能表。
3.根据权利要求1所述的一种基于多叉树分层布局的台区拓扑关系图自动绘制方法，其特征在于，所述利用二层多叉树分层算法计算父节点坐标以及子节点中心坐标具体操作为：
设定行间距rowDistSub、列间距columnDistSub和树间距treeDist；
确定子图中根节点的个数rootCount，A、B、C三相线为三个根节点，根节点坐标计算如下：
根节点X坐标＝0；
根节点Y坐标＝treeDist*n；
其中，n的取值为根节点序号1到rootCount；
计算子节点坐标，计算公式如下：
子节点X坐标＝columnDistSub*m；
其中，m的取值为叶子节点序号，取值为1至childSize；
子节点Y坐标＝treeDist*n；
其中，n的取值为根节点序号。
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