CN112528590A - 一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法 - Google Patents

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Abstract

一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，包括图模校验、拓扑校验和自动成图。在自动成图前必须对单线图图模文件进行校验；在自动成图中，拓扑关系是影响成图的关键因素，如果线路存在拓扑不通或者拓扑成环，则无法成图，必须进行拓扑校验。所述自动成图包括架空线路自动成图和电缆线路自动成图。所述图模校验包含图模一致性校验、拓扑孤岛或成环校验、属性校验、设备唯一性校验。本发明提出的一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，通过图模校验、拓扑校验和自动成图，能消除线与图元、图元与图元、文本与图元的重叠交叉难题，实现配电线路图模无重叠交叉的自动成图，保证电网生产管理系统推送的图模文件在配电自动化系统友好展示。

Description

一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法
技术领域
本发明涉及一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，属配电自动化技术领域。
背景技术
配电自动化系统是一种可以使配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统。利用配电自动化系统实时监控配电网的运行工况，解决配电网的“盲调”问题，而配电自动化系统的实用化应用、高质量稳定运行，对提高供电可靠性、提升配网精益化管理水平尤为重要。
而在配电自动化系统的实际应用中，统一、标准的信息模型、图模信息，是智能电网、配电自动化系统以及其他电网系统发展的重要基础之一。这种不一致导致了电网模型的分割孤立、重复建模等问题，限制了自动化、智能化程度的进一步提高。
配电自动化目前展示的图模信息包含人工手绘图及电网生产管理系统(PMS系统)推送的单线图，在PMS图模在实际应用中，会出现兼容性、适应性、数据一致性等多种问题，需要各地市局人员手工调整，易出错，且工作量巨大，耗时耗力，严重影响配电自动化系统的建设效果。
发明内容
本发明的目的是，为了消除线与图元、图元与图元、文本与图元的重叠交叉难题，实现配电线路图模无重叠交叉的自动成图，保证电网生产管理系统推送的图模文件在配电自动化系统友好展示，提出一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法。
本发明实现的技术方案如下，一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，包括图模校验、拓扑校验和自动成图。为了保证成图的准确性，在自动成图前必须对单线图图模文件进行校验；在自动成图中，拓扑关系是影响成图的关键因素，如果线路存在拓扑不通或者拓扑成环，则无法成图，必须进行拓扑校验。所述自动成图包括架空线路自动成图和电缆线路自动成图。
所述图模校验包含图模一致性校验、拓扑孤岛或成环校验、属性校验、设备唯一性校验。为了保证成图的准确性，在自动成图前对单线图图模文件进行校验，如果模型校验未通过，则表示模型信息缺失，需PMS系统重新推送线路图。
所述图模一致性校验，是解析模型中设备的类型及数量，将每个设备的详细信息进行缓存；然后解析图形中设备的类型及数量；以模型为基础，在图形中查找该设备是否存在，如果不存在，则判断违反图模一致性原则。此规则可极大反应现场图模是否存在问题。
所述拓扑孤岛或成环校验，是依据模型文件中设备的拓扑关系，通过设备两端虚拟链接点判断是否是拓扑孤岛，将线路模型进行重新建模后，从变电站开始进行深度优先遍历，查找线路拓扑是否成环，如果线路存在拓扑孤岛或成环，则该线路与实际线路不相符并且无法进行自动成图操作。
属性校验，是对设备是否具有特殊属性进行判断的规则之一，通过属性校验可直接判断该设备的设备类型，判断设备是否与现场设备保持一致。设备唯一性校验是校验模型文件中是否包含两个相同的设备，包含可唯一确定某设备的设备编号或者设备的文本是否一致，如果存在相同的设备，则会造成歧义，严重影响现场人员的使用。
所述拓扑校验，将拓扑结构数据进行解析，判断在拓扑结构中是否存在节点号为空的情况；如果均不为空，则判断设备两端节点号是否相同；如果不相同，则依据拓扑节点号进行多叉树建模；从变电站出发，依据设备两端节点号，查找下级设备，存入模型中；建模完成后判断线路设备与模型中设备数量是否一致，如果不一致，则判断拓扑断裂；如果数量一致，则对模型使用深度优先遍历算法，在遍历过程中如果一个节点号出现两次，则判断为拓扑成环，如果不成环，则拓扑建模完成；拓扑建模完成后会生成一个以变电站为根节点的多叉树状模型，为保证线路的横平竖直，将多叉树进行新建虚拟节点，保证每个节点的子节点数最大不超过3个，以保证线路布局的美观性。
所述架空线路自动成图采用无重叠交叉自适应深度布局算法，在整个自动成图的过程中，消除图元与图元、图元与线、图元与文本的交叉重叠。
无重叠交叉自适应深度布局算法，依据拓扑关系将单线图抽象成多叉树，根据物理学中质点的引力斥力关系，把每个节点看做一个电荷，电荷与电荷之间存在斥力，也就是库仑力，根据库仑定律，电子之间的斥力计算如下：
Figure BDA0002824452260000031
F为库仑力，r为电荷假设每个电子的电量为1，则:
Figure BDA0002824452260000032
常数k可以根据画布大小和电子数量计算。
由于需要更新x,y坐标，可以分别计算斥力产生的正向位移。
displacementX＝distX/dist*k*k/dist*ejectFactor
一些粒子之间被一些边所牵连，这些边产生类似弹簧的胡克引力：
Fs＝ks(x-x0)
牵制着边两端的粒子。斥力和引力不断作用，粒子在不断位移之后趋于平衡，逐渐不再发生相对位移，能量不断消耗，最终趋于零。计算出两个图元之前的距离，可保证整体线路呈现紧凑。
依据树状模型特点，保证单线图整体以横向方式呈现，对多叉树进行深度优先遍历，寻找最长路径作为线路主干线，以线路根节点为首端进行依次布局，布局每一节点时依据上一级节点坐标及计算出的两点间距离。每个节点均具有(上下左右)四个方向，首先确定整个主干线路的方向为从左向右进行布局，计算出当前结点的位置，计算完成后判断当前节点是否存在分支，如果存在，进行正交计算得出直线方向，以分支首节点开始进行深度优先遍历，计算出线路最大长度，将分支线两端坐标缓存，并判断当前支线是否与之前缓存的支线相交，如果相交则将支线方向进行修改，重新计算后确定该节点的布局方向，将该节点放置在当前位置上，然后采用迭代算法进行反复计算，直到所有节点完成布局为止，布局完成后将所有节点坐标写入线路图形文件中，生成新的单线图图形文件。
所述电缆线路自动成图，采用纯环网线路层次布局算法，通过模型文件拓扑关系，对环网线路内部进行拓扑成图；依据环网线路间的连接关系，查找与变电站相连的首层环网柜；依据当前层环网柜的出线，计算出该环网柜的下层所有环网柜；依据当前层环网柜的首位置及当前层环网柜的最大高度，以首个环网柜的下层坐标为起点，当前层的最大高度为距离，计算出下层环网柜的首位置；然后对下层环网柜在该层顺序排列，使用迭代完成所有环网柜线路布局；布局完成后依据之前的两个环网柜间的链接关系绘制环网柜间连线。
本发明的有益效果是，本发明提出的一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，通过图模校验、拓扑校验和自动成图，能消除线与图元、图元与图元、文本与图元的重叠交叉难题，实现配电线路图模无重叠交叉的自动成图，保证电网生产管理系统推送的图模文件在配电自动化系统友好展示。
附图说明
图1为图模校验流程；
图2为拓扑校验流程；
图3为环网柜线路层次布局流程图；
图4为无重叠交叉布局算法流程图；
图5为架空线路自动布局优化前的线路图；
图6为架空线路自动布局优化后的线路图；
图7为环网柜线路层次布局实现效果图；
图8为电缆线路自动布局优化前的线路图(局部)；
图9为电缆线路自动布局优化后的线路图(局部)。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图所示。
本实施例一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，包括图模校验、拓扑校验和自动成图。为了保证成图的准确性，在自动成图前必须对单线图图模文件进行校验；在自动成图中，拓扑关系是影响成图的关键因素，如果线路存在拓扑不通或者拓扑成环，则无法成图，必须进行拓扑校验。
图1所示为图模校验流程。图模校验首先读取图形文件，判断图形文件是否存在；再通过解析图形文件数据读取模型文件，判断解析模型文件是否存在；如存在，则对解析模型文件进行图模一致性校验；图模一致性校验未通过生成问题报告，图模一致性校验通过后则进行拓扑孤岛或成环试验；拓扑孤岛或成环试验校验未通过生成问题报告，拓扑孤岛或成环试验通过后进行属性试验；属性试验未通过生成问题报告，属性试验通过后进模型唯一性试验；模型唯一性试验未通过生成问题报告，属性试验通过后图模校验结束。
图2所示为拓扑校验流程。首先解析拓扑数据结构；判断在拓扑结构中是否存在节点号为空的情况；如果均不为空，则判断设备两端节点号是否相同；如果不相同，则依据拓扑节点号进行多叉树建模，从变电站出发，依据设备两端节点号，查找下级设备，存入模型中；建模完成后判断线路设备与模型中设备数量是否一致，如果不一致则判断拓扑断裂；如果数量一致，则对模型使用深度优先遍历算法，在遍历过程中如果一个节点号出现两次，则判断为拓扑成环，如果不成环，则拓扑建模完成。
图3所示为环网柜线路层次布局流程图。在电网系统中，城区线路的组成结构基本为环网柜线路，单线图上设备均为电缆线连接的环网柜，针对环网线路的特殊性，本实施例提出纯环网线路层次布局算法。如图3所示，首先读取线路模型，依据当前层环网柜的出线计算环网柜拓扑，即该环网柜下层所有环网柜，判断是否成功；若成功，则环网柜内成图，计算下层环网柜的首位置；判断是否存在下一层；对下层环网柜在该层顺序排列，使用迭代完成所有环网柜线路布局。
图4所示为无重叠交叉布局算法流程图。本实施例中无重叠交叉布局算法流程如下，读取拓扑模型，依据拓扑关系将单线图建立多叉树模型；根据库仑定律计算节点间斥力，计算节点间的胡克引力，判断斥力和引力是否达到平衡；深度优先遍历获取最深路线；预计算主干线坐标进行缓存，从树根节点开始布局，判断是否存在支线；如果存在，进行正交计算得出直线方向，以分支首节点开始进行深度优先遍历，计算出线路最大长度，将分支线两端坐标缓存，并判断当前支线是否与之前缓存的支线相交，如果相交则将支线方向进行修改，重新计算后确定该节点的布局方向，将该节点放置在当前位置上，然后采用迭代算法进行反复计算，直到所有节点完成布局为止。
图5和图6所示是架空线路自动布局优化实施案例的自动布局优化前后的线路图。图5是布局优化前的线路图，从图中看到图形重叠交叉严重、文字大小不一且排布无序，几乎无法阅读。图6是布局优化后的线路图，可看到布局优化后的线路无重叠交叉，横竖有序，文字整齐划一，清晰明了。
图7所示为环网柜线路层次布局实现效果图。从图中可见，实现了配电线路图模无重叠交叉的自动成图。
图8和图9所示是电缆线路自动布局优化实施案例的自动布局优化前后的线路图。图8是布局优化前的线路图，虽然是部分线路，但也可从图中看到图元与图元、文本与图元的重叠交叉，显得杂乱无章。图9是布局优化后的线路图，虽然只是部分线路，但也可看到布局优化后的线路无重叠交叉，整齐清晰，一目了然。
本实施例的一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，通过图模校验、拓扑校验和自动成图，能消除线与图元、图元与图元、文本与图元的重叠交叉难题，实现配电线路图模无重叠交叉的自动成图，保证电网生产管理系统推送的图模文件在配电自动化系统友好展示。

Claims (5)

1.一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，其特征在于，所述算法包括图模校验、拓扑校验和自动成图；为了保证成图的准确性，在自动成图前必须对单线图图模文件进行校验；在自动成图中，拓扑关系是影响成图的关键因素，如果线路存在拓扑不通或者拓扑成环，则无法成图，必须进行拓扑校验；
所述自动成图包括架空线路自动成图和电缆线路自动成图。
2.根据权利要求1所述的一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，其特征在于，所述图模校验包含图模一致性校验、拓扑孤岛或成环校验、属性校验、设备唯一性校验；为了保证成图的准确性，在自动成图前对单线图图模文件进行校验，如果模型校验未通过，则表示模型信息缺失，需PMS系统重新推送线路图；
所述图模一致性校验，是解析模型中设备的类型及数量，将每个设备的详细信息进行缓存；然后解析图形中设备的类型及数量；以模型为基础，在图形中查找该设备是否存在，如果不存在，则判断违反图模一致性原则；
所述拓扑孤岛或成环校验，是依据模型文件中设备的拓扑关系，通过设备两端虚拟链接点判断是否是拓扑孤岛，将线路模型进行重新建模后，从变电站开始进行深度优先遍历，查找线路拓扑是否成环，如果线路存在拓扑孤岛或成环，则该线路与实际线路不相符并且无法进行自动成图操作；
属性校验，是对设备是否具有特殊属性进行判断的规则之一，通过属性校验可直接判断该设备的设备类型，判断设备是否与现场设备保持一致；
设备唯一性校验，是校验模型文件中是否包含两个相同的设备，包含可唯一确定某设备的设备编号或者设备的文本是否一致，如果存在相同的设备，则会造成歧义，严重影响现场人员的使用。
3.根据权利要求1所述的一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，其特征在于，所述拓扑校验，将拓扑结构数据进行解析，判断在拓扑结构中是否存在节点号为空的情况；如果均不为空，则判断设备两端节点号是否相同；如果不相同，则依据拓扑节点号进行多叉树建模；从变电站出发，依据设备两端节点号，查找下级设备，存入模型中；建模完成后判断线路设备与模型中设备数量是否一致，如果不一致，则判断拓扑断裂；如果数量一致，则对模型使用深度优先遍历算法，在遍历过程中如果一个节点号出现两次，则判断为拓扑成环，如果不成环，则拓扑建模完成；拓扑建模完成后会生成一个以变电站为根节点的多叉树状模型，为保证线路的横平竖直，将多叉树进行新建虚拟节点，保证每个节点的子节点数最大不超过3个，以保证线路布局的美观性。
4.根据权利要求1所述的一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，其特征在于，所述架空线路自动成图采用无重叠交叉自适应深度布局算法，在整个自动成图的过程中，消除图元与图元、图元与线、图元与文本的交叉重叠：计算出两个图元之前的距离，保证整体线路呈现紧凑；
所述无重叠交叉自适应深度布局算法依据拓扑关系将单线图抽象成多叉树，把每个节点看做一个电荷，电荷与电荷之间存在斥力和引力，计算节点间的斥力和引力，判断斥力和引力是否达到平衡，逐渐不再发生相对位移；依据树状模型特点，保证单线图整体以横向方式呈现，对多叉树进行深度优先遍历，寻找最长路径作为线路主干线，以线路根节点为首端进行依次布局，布局每一节点时依据上一级节点坐标及计算出的两点间距离；每个节点均具有上下左右四个方向，首先确定整个主干线路的方向为从左向右进行布局，计算出当前结点的位置，计算完成后判断当前节点是否存在分支；如果存在，进行正交计算得出直线方向，以分支首节点开始进行深度优先遍历，计算出线路最大长度，将分支线两端坐标缓存，并判断当前支线是否与之前缓存的支线相交；如果相交则将支线方向进行修改，重新计算后确定该节点的布局方向，将该节点放置在当前位置上，然后采用迭代算法进行反复计算，直到所有节点完成布局为止，布局完成后将所有节点坐标写入线路图形文件中，生成新的单线图图形文件。
5.根据权利要求1所述的一种配电线路多图元文本单线图深度布局算法，其特征在于，所述电缆线路自动成图，采用纯环网线路层次布局算法，通过模型文件拓扑关系，对环网线路内部进行拓扑成图；依据环网线路间的连接关系，查找与变电站相连的首层环网柜；依据当前层环网柜的出线，计算出该环网柜的下层所有环网柜；依据当前层环网柜的首位置及当前层环网柜的最大高度，以首个环网柜的下层坐标为起点，当前层的最大高度为距离，计算出下层环网柜的首位置；然后对下层环网柜在该层顺序排列，使用迭代完成所有环网柜线路布局；布局完成后依据之前的两个环网柜间的链接关系绘制环网柜间连线。
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